Дипломная (вкр): Реконструкция системы электроснабжения и релейной защиты подстанции

 - параметр потока отказов в срабатываний релейной защиты;

 - параметр потока заявок на срабатывание.

На пркатике вместо величины  обычноо испульзуется величина  , где  - параметр потока отказов РЗ,  - парпметр потока отказов устройства РЗ в срабатывании при повреждении защищаемого объекта.

Процент правильных действий  определяется по формуле:

В зарубежной практике надежность систем релейной защиты оценивается тремя показателями:

·        надежностью срабатывания D:

·        ндежностью несрабатывания S:

·        общей надежностью R:

В,,: Nс - количество правильных срабатываний защиты; Nf - количество отказов в срабатывании; NU - количество ложных и излишних срабатываний.

Представляется, что оценка результатов эксплуатации устройств и систем РЗА показателями…(5) более информативна и дает большие возможности для сопоставления надежности различных вариантов исполнения систем РЗА и разработки рекомендаций по повышению их надежности и эффективности. Целесообразно в отечественной практике также перейти к оценке эксплуатационной надежности РЗА посредством этих показателей, отдельно выделив при этом ложные и излишние срабатывания, поскольку их последствия для энергосистемы могут существенно отличаться. В некоторых странах (например, в Норвегии) ведется также статистическая оценка недоотпуска электроэнергии и ущербов, возникающих при неправильных действиях релейной защиты в энергосистемах. Эти данные наиболее представительны и позволяют достаточно точно оценить эффективность инвестиций в новые системы РЗА. Желательно хотя бы выборочно фиксировать такие данные и в отечественной практике.

1.6 Оценка показателей эффективности

При расчете показателей эффективности в процессе разработки и проектирования систем РЗА необходимо учитывать все элементы, которые входят в состав рассматриваемого канала РЗА (измерительные трансформаторы тока и напряжения, кабели, собственно устройства РЗА, цепи оперативного тока, выходные цепи защиты и т.д.).

Предлагается [3] использовать следующий интегральный показатель эффективности:

где М[Э] - математическое ожидание снижения эффективности из- за неидеальных характеристик устройства РЗА; k1, kСТ.i, kСТ.j - стоимостные коэффициенты, учитывающие стоимость последствий рассматриваемого отказа в функционировании (в денежном или другом выражении);

qРЗi, qРЗj - коэффициенты неготовности (или усредненные на расчетном интервале времени значения функций неготовности) системы РЗА, учитывающие как отказы в функционировании из-за неидеального технического уровня, так и отказы из-за неидеальной надежности;

Wi, Wj - параметры потоков повреждений соответственно вне зоны защиты и на защищаемом объекте;

ТО.СР - средняя наработка на отказ в режиме дежурства.

В стоимостные коэффициенты и параметры потоков соответствующих событий учитывают особенности работы защищаемого объекта. Первый элемент в правой части оценивает эффективность в режиме дежурства, второй - в режимах внешних КЗ, третий - в режимах повреждений защищаемого объекта.

Этот показатель позволяет более достоверно оценить эффективность инвестиций в мероприятия, направленные на совершенствование РЗА.

Показатели эффективности и надежности релейной защиты и автоматики в большой степени зависят не только от вида защищаемого объекта, но и функций, выполняемых им в энергосистеме. Поэтому исполнение системы РЗА, оптимальное для одного объекта, может оказаться неэффективным для другого объекта такого же вида (линии, трансформатора, сборных шин и т.д.). Для каждого объекта в процессе проектирования должны быть выбраны оптимальный состав и алгоритм взаимодействия элементов РЗА.

Надо признать, что этап внедрения МП РЗА в энергосистемах России начат без должной подготовки в плане обеспечения эффективности этой техники. Разработка и реализация комплекса мероприятий, обеспечивающих повышение уровня надежности новых систем РЗА по сравнению с системами, используемыми в настоящее время, является актуальной задачей. При ее решении особое внимание следует уделить проблеме повышения эксплуатационной надежности.

Формирование базы данных, необходимых для выполнения расчетов показателей надежности, требует построения системы мониторинга уровня эксплуатационной надежности техники разных производителей, системы сбора информации по надежности комплектующих элементов, системы анализа причин и последствий отказов РЗА.

Разработка и внедрение в практику четких и сравнительно простых методик оценки надежности и эффективности потребует времени и средств, но эту работу необходимо выполнить, так как это позволит обоснованно решать вопросы инвестиций при осуществлении различных проектов. Должны также разрабатываться методы и средства, обеспечивающие высокий уровень надежности систем РЗА на всех этапах их жизненного цикла.

При выполнении расчетов должно учитываться влияние на надежность и эффективность систем РЗА решений по дальнему и ближнему резервированию, наличие устройств АПВ, УРОВ и других моментов, способных в какой-то степени скомпенсировать те негативные последствия, которые будут вызваны отказами защиты и повреждениями выключателей.

При оценке предложений по структурному резервированию систем РЗА необходимо принимать во внимание причины, которые могут привести к одновременным отказам всех устройств. Это означает, например, что для двух взаимно резервирующих устройств защиты коэффициент неготовности системы будет определяться как :

………(2)

где Qi - коэффициент неготовности каждого из взаимно резервируемых устройств (блоков);< 1 - коэффициент, учитывающий взаимозависимость функционирования каналов и существование общих причин неправильных действий. Значение коэффициента k может меняться в широких границах (в зависимости от помехозащищенности, качества программного обеспечения, конструкции микропроцессорного терминала). Так, коэффициент k снижается при использовании обоими комплектами защиты одного трансформатора напряжения, при наличии общих цепей питания оперативным током и т.д. Для повышения эффективности эксплуатации РЗА необходимо разработать и внедрить в практику апробированную систему ТО устройств МП РЗА и их ремонта.

1.7 Принципы оценки экономической эффективности РЗ

К эффективности функционирования РЗ (как совокупности надежности и технического совершенства РЗ) предъявляются вполне определённые требования [1], обеспечиваемые мероприятиями, реализация которых вносит соответствующий вклад в обеспечение эффективности. Анализ содержания задач по обеспечению эффективности РЗ показывает, что многие из них решаются на основе оценки предлагаемых мероприятий. Это задачи, в которых определяются:

·        степень удовлетворения требований к уровню надёжности РЗ;

·        целесообразность реализации тех или иных конкретных мероприятий по повышению надёжности;

·        наиболее эффективные мероприятия для реализации в конкретном случае применения РЗ.

При выборе критерия оценки мероприятий по обеспечению эффективности систем РЗ необходимо учитывать следующие положения:

·        к показателям большинства видов РЗ предъявляются количественные требования;

·        повышение надёжности и технического совершенства приводит к увеличению эффективности функционирования РЗ;

·        реализация любого мероприятия требует определённых материальных затрат

Известно, что существуют достаточно много критериев оценки экономической эффективности. Например, целесообразность реализации того или иного мероприятия в конкретной системе РЗ можно оценивать, сравнивая показатели стоимостного значения выигрыша вполезном эффекте использования РЗ от повышения её надёжности ΔС и затраты на реализацию мероприятия по повышению надёжности Сз (при условии, что затраты в «базовом» варианте равны нулю). Тогда критерий целесообразности реализации мер по повышению надёжности РЗ определится как

Критерий представляет собой выигрыш в полезном эффекте использования РЗ при реализации рассматриваемого мероприятия, приходящийся на единицу затрат при его реализации. Мероприятие по повышению надёжности можно считать целесообразным, если стоимостное значение выигрыша превышает затраты на его реализацию, то есть Еэ > 1.

Для оценки целесообразности мер по повышению надёжности РЗ можно использовать и другой критерий, представляющий собой разность ΔС и Сз. При этом значение ΔС может быть определено из соотношения

DС =С -С,

где С и С0 - стоимостные значения полезного эффекта использования РЗ при условии, что рассматриваемое мероприятие соответственно реализовано (С) или не реализовано (С0).

Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева № 1(98)

Во-первых, понятие народнохозяйственного ущерба устарело, так как затраты сетевой компании не должны сравниваться с эффектом, возникающим у потребителя. Во-вторых, численные значения удельных ущербов давно не актуализировались, что вынуждает обращаться к зарубежным источникам, которые далеко не всегда соответствуют отечественным условиям в силу принципиальных различий производственных систем. В-третьих, удельные ущербы изначально предназначались для оценки проектов электроснабжения в масштабе района электрической сети и крупнее. Поэтому при оценке надёжности устройств РЗ на одном присоединении или в рамках одного предприятия эти ущербы не отражают истиной величины технико-экономических потерь.

С точки зрения надёжности основной функцией РЗ является снижение ущерба У при аварийных ситуациях в электроэнергетической системе (ЭЭС). Защита, обладающая высоким техническим совершенством, может существенно повысить надёжность функционирования как самой ЭЭС, так и электроснабжения потребителей. Так как любая электрическая сеть не может быть абсолютно надежной, есть вероятность возникновения ущерба от ненадежности у потребителей УП и ущерба сетевой организации УСО. Эти вероятности определяются ложными и излишними (при повреждениях вне зоны защиты) срабатываниями РЗ, отказами в срабатывании. Процент неправильных действий устройств РЗ, выполненных на электромеханических (электромагнитных) элементах по данным [1] составляет 0,1-0,6%; для реле на интегральных микросхемах - 0,3%; для защит на базе микропроцессоров - 5%. На этом основании становится очевидным необходимость разработки и использования автоматизированных поверочных комплексов.

Известно, что доля однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в современных электрических сетях доходит до 70%. Доля кратковременных ОЗЗ в их общем числе составляет 70-90%. Простейшая диаграмма состояний электрической сети при возникновении ОЗЗ [4] представлена на рис. 1.

Рисунок 1.1. Диаграмма состояний электрической сети при возникновении ОЗЗ:

НР0 - нормальный режим сети; ПИ - пробой изоляции фазы сети на землю; КЗЗ - кратковременное, самоустранившееся ОЗЗ; УЗЗ - устойчивое ОЗЗ; ДЗЗ - двойное замыкание на землю; МКЗ - междуфазное короткое замыкание в месте повреждения; АО - автоматическое отключение повреждённого элемента; РО -ручное отключение повреждённого элемента при устойчивом повреждении.

Возможность получения положительного эффекта от фиксации кратковременных самоустраняющихся ОЗЗ определяется наличием информации о кратковременных пробоях изоляции. В кабельных сетях промышленных предприятий каждому устойчивому ОЗЗ предшествуют 2-3 кратковременных пробоя с интервалом времени 40-50 мин и более, а для электродвигателей 6 кВ - от нескольких часов до нескольких суток.

При выборе перспективного варианта РЗ уровень надежности сети по отношению к существующему должен измениться. Выбранному варианту РЗ будут соответствовать прогнозные ущербы потребителей УП и сетевой организации УСО, а также затраты потребителей ЗП и затраты сетевой организации ЗСО, связанные с монтажом и обслуживанием устройств РЗ (изменением уровня надежности сети).

Предлагается следующий алгоритм оценки экономической эффективности РЗ.

Шаг 1. Если при отказе элементов электрической сети нельзя пренебречь вероятностью катастрофических последствий (У  З), то любое повышение уровня её надежности можно считать оправданным.

Шаг 2. Если вероятностью катастрофических последствий можно пренебречь (ущерб соизмерим с затратами), то для оценки эффективности выбранного варианта РЗ необходимо сравнить ∆З с ∆У, где ∆У - разность величин ожидаемых ущербов до и после реализации выбранного варианта РЗ, а ∆З - разность величин ожидаемых затрат до и после реализации выбранного варианта РЗ.

Если ∆ЗП < ∆УП ,

то выбор системы РЗ с точки зрения потребителей оправдан.

Если ∆ЗСО < ∆УСО ,

то выбор оправдан с точки зрения сетевой организации.

Замечания:

·        если реализация выбранного варианта РЗ производится силами потребителей или в сети потребителей (на промышленных предприятиях), то ЗСО = 0 и обоснование модернизации можно проводить только по условию;

·        если реализация выбранного варианта РЗ производится силами сетевой организации, то ЗП = 0 и обоснование модернизации можно проводить только по условию;

·        условия (1-2) должны использоваться с учетом дисконтирования для приведения прогнозных величин З и У в соизмеримый вид по фактору времени к текущему моменту. Дисконтирование выполняется путём умножения будущих денежных потоков (потоков платежей) на коэффициент дисконтирования Kd:

= 1 / (1 + i) n,

где i - процентная ставка, о.е.; n - номер периода (года).

Величина ∆У может быть вычислена двумя способами: как разность абсолютных значений ущербов У при разных вариантах устройств РЗ (естественно, что при этом необходим независимый расчет У для каждого варианта); и исходя из относительного технического эффекта (например, РЗ1 лучше РЗ2 по параметру П1).