Технические науки/5. Энергетика

Старший преподаватель Ляховецкая Л.В.

Костанайский инженерно-экономический университет им. М. Дулатова г. Костанай, Казахстан.

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕЛЬСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 35 кВ

Аннотация: Предложена формула для определения коэффициента готовности воздушных линий электропередачи сельских распределительных сетей на основе интенсивностей отказов и интенсивностей восстановлений, входящих в неё элементов.

Ключевые слова: Воздушные линии электропередачи, надёжность электроснабжения, модель надёжности, отказ, интенсивность отказов, интенсивность восстановлений, коэффициент готовности.

Электрификация сельского хозяйства - одно из важнейших условий его развития на индустриальной основе. В настоящее время повышаются требования к качеству сельского электроснабжения: его надежности, качеству электроэнергии и экономичности передачи электроэнергии в сельскохозяйственных сетях. Надежность линии электропередач сельских распределительных сетей определяется в основном надежностью трёх её элементов: опор, проводов и гирлянд изоляторов.

С целью оценки качества функционирования воздушных линий (ВЛ) электропередачи в системе «опора-изолятор-провод» представляется целесообразным определить коэффициент готовности, как комплексный показатель надёжности ВЛ. Коэффициент готовности представляет вероятность того, что рассматриваемая система окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых ее применение по назначению не предусмотрено [1].

Граф состояний линии электропередачи представлен на рис. 1. В состоянии 1 линия работоспособна. В состояниях 2, 3, 4 имеется отказ соответственно опоры, изолятора или провода. Эти отказы происходят с интенсивностями λ₁₂, λ₁₃, λ₁₄ соответственно. Устранение указанных отказов происходит с интенсивностями μ₂₁, μ₃₁ и μ₄₁. Под интенсивностью отказов понимают их количество, усредненное за некоторый промежуток времени.

Рисунок 1 – Граф состояний линии электропередачи

С позиции теории случайных процессов граф представленный на рис. 1 описывает типичный Марковский процесс с дискретными состояниями и непрерывным временем, т.к. вероятности будущих переходов линии электропередачи из одного состояния в другое зависят только от того, в каком состоянии она находится в настоящем, но не зависит от того, когда и каким образом линия пришла в это состояние [2]. Более того, рассматриваемый Марковский процесс перехода системы из одного состояния в другое обладает свойством эргодичности. Это означает, что по истечении некоторого промежутка времени система выходит на стационарный режим, при котором вероятности Р₁, Р₂, Р₃ и Р₄ ее нахождения в заданном состоянии зависят больше от времени эксплуатации и от того в каком состоянии система находилась в начале рассматриваемого интервала времени.

Свойство эргодичности вытекает из того, что рассматриваемая система обладает свойством транзитивности и однородности (теорема Маркова). Чтобы найти стационарную вероятность Р₁ нахождения линии электропередачи в состоянии готовности, воспользуемся теоремой, согласно которой если эргодическая система находится в стационарном режиме, то для любого состояния сумма всех входящих потоков вероятности должна быть равна сумме всех выходящих потоков. Эта теорема в применении к графу, изображенному на рис. 1 приводит к следующей системе уравнений

(1)

Чтобы решить эту систему нужно одно (любое) из приведенных уравнений заменить нормированным условием:

(2)

Очевидно, что замену лучше произвести для самого длинного, первого уравнения. После замены получаем систему из четырех линейных алгебраических уравнений

(3)

Из выражений (3) выразим Р₂, Р₃ и Р₄ через Р₁. Подставляя три нижних уравнения в верхнее, получим:

(4)

Найденная стационарная вероятность Р₁ нахождения линии электропередачи в работоспособном состоянии и есть искомый коэффициент готовности.

Вычислим по зависимости (4) коэффициент готовности ВЛ сельских распределительных сетей напряжением 35 кВ протяженностью 948 километров на обводнённых грунтах.

Исходные данные для расчёта взяты их журналов регистрации аварийных отказов и технологических карт на выполнение аварийных работ за период 2008-2012 гг.

Интенсивность отказов элементов системы ВЛ-35 кВ на основании опытных данных из расчёта на 100 км трассы определяется по формуле [3]:

, г^-1 (5)

где – количество элементов, отказавших за время ; – интервал времени наблюдения (один год); протяжённость трассы, км.

Интенсивность восстановлений является величиной, обратной времени восстановления и рассчитывается по формуле [3, 4]:

, (6)

где - среднее время восстановления ВЛ-35 кВ при устранении отказа рассматриваемого элемента системы, ч.

Величину интенсивности восстановлений приводим к году на основании соотношения 1год = 8760 ч [4]: _{, тогда формула (6) примет вид:}

, г^-1, (7)

где среднее время восстановления ВЛ-35 кВ при устранении отказов рассматриваемого элемента системы, приведенное к году эксплуатации, год.

Результаты расчётов и значение коэффициента готовности согласно формуле (4) приведены в табл. 1.

Таблица 1- Единичные показатели надёжности элементов ВЛ-35 кВ
Годы наблюдений	Параметр потока отказов (интенсивность отказов) , г^-1			Интенсивность восстановлений , г^-1
	опора	изолятор	провод	опора	изолятор	провод
2008	0,316	0,316	0,211	741,117	877,756	741,117
2009	0,211	0,211	0,316	741,117	877,756	741,117
2010	0,105	0,422	0,211	741,117	877,756	741,117
2011	0,211	0,211	0,316	741,117	877,756	741,117
2012	0,316	0,316	0,211	741,117	877,756	741,117
Среднее значение	0,232	0,265	0,253	741,117	877,756	741,117

Значение базового коэффициента готовности согласно выражению (4) соответствует 0,999011, что соответствует простою ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей по причине отказов её элементов 8,7 часов в год.

Вывод: Предложенная зависимость для определения коэффициента готовности позволяет анализировать влияние отдельных элементов системы на надёжность её функционирования в течение заданного периода эксплуатации.

Литература

1. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термин и определения. М.: Изд-во стандартов, 1990.

2. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. – М.: «Наука», 1991.

3. Хорольский, В.Я. Надежность электроснабжения/ В.Я. Хорольский, М.А. Таранов.– Ростов-на-Дону: Терра Принт, - 2007. - 128с.

4. Конюхова, Е.А. Надёжность электроснабжения промышленных предприятий/ Е.А. Конюхова, Э.А. Киреева. – М.: НТФ Энергопрогресс, 2001. – 92с.