Эксплуатация электрических систем - Программирование оперативных переключений

Оперативный персонал в сочетании с техническими устройствами образует систему, надежность которой зависит не только от надежности последних, но и от того, каковы требования к их взаимодействию. Сравним две системы, предназначенные для выполнения одной и той же стереотипной задачи. Структура первой такова, что персонал, работая в ней, должен обладать прекрасной памятью и высокой квалификацией. Структура же второй системы требует от персонала лишь аккуратности. Высокая квалификация и хорошая память персонала встречаются редко. Поэтому вторая система более надежна, что не снижает актуальности всемерного повышения квалификации работников.
Оперативные переключения чрезвычайно разнообразны, каждое из них производится редко. На достигнутом уровне развития техники их автоматизация нерациональна. Поэтому надежность оперативных переключений зависит от персонала, который должен выполнять все действия с аппаратами первичной и вторичной коммутаций в строго определенной последовательности. Число этих операций в сложных РУ велико. Например, для замещения выключателя ВЛ обходным выключателем в РУ 330 кВ с двумя системами шин и обходной системой необходимо в определенной последовательности выполнить 111 операций. Вероятность накопления ошибок в положении аппаратов вторичной коммутации в этих условиях велика. Поэтому необходимо исключить возможность накопления ошибочных положений аппаратов вторичной коммутации на объектах. Для этого применяются так называемые карты накладок, выполненные в виде типографских бланков на тонком картоне, пригодном для многократного пользования. Карта составляется для определенного режима каждого присоединения сложного РУ, например для фиксированного и других возможных положений. На карте размещены таблички, соответствующие каждой панели, на которых расположены накладки и переключатели, относящиеся к данному присоединению. В табличке указываются наименования аппаратов и их положение, соответствующее режиму присоединения (рис. 7.6, а). Положение аппаратов в табличке может изображаться и в визуальной форме (рис. 7.6, б).

Рис. 7.6. Варианты карт накладок: табличная форма (а) и визуальная форма (б)
При наличии подобных карт дежурный персонал имеет возможность в любой момент проверить правильность положения всех аппаратов вторичной коммутации и исправить допущенные ошибочные положения. Главное же заключается в том, что эта проверка представляет собой операцию, с которой начинается любое сложное оперативное переключение.
Для проведения сложных операций предварительно составляется бланк переключений, затем выполняются операции по перечню, указанному в бланке.

Рис. 7.7. Карта переключений
Однако составление бланка переключений, содержащего более 10—20 операций, требует досконального запоминания оперативным персоналом сложных инструкций. Ориентация на столь высокую квалификацию и отличную память приводит к ненадежности системы персонал — технические устройства.
Оперативные переключения относятся к стереотипной задаче и творчество тут не нужно. Поэтому необходимо снять с персонала напряженность, связанную с боязнью совершить ошибку при оперативных переключениях. В этих целях используются заранее составленные программы для всех достаточно сложных операций. Эти программы согласовывает (или составляет) работник, ответственный за эксплуатацию релейной защиты (РЗ) и автоматики объекта, участвующий впоследствии в их поддержании в рабочем состоянии и вносящий дополнения, вызванные изменениями схемы и оборудования объекта.
Имеется опыт использования двух видов программ оперативных переключений. Первый вид — в программе дается текст, раскрывающий смысл каждой операции, помещается номер панели, на которой размещается аппарат и обозначается необходимое действие. Текстуальная часть программы занимает много места, поэтому программы сложных переключений содержат несколько страниц.
В процессе их применения какая-нибудь из страниц может быть утеряна, что приведет к грубым ошибкам при переключениях. Поэтому возникло стремление применить второй вид программ, в котором все ее содержание умещается на одной странице независимо от ее объема. Для этого из программы исключается текст и переносится в надписи на панелях. В этом случае в программах остаются лишь символы операций, размещенные в определенной последовательности (рис. 7.7).
Если операция в точности совпадает с содержанием программы, то можно разрешить пользоваться ею как бланком переключений. С этой целью для программ используют типографские бланки на плотном тонком картоне, пригодном для многократного использования.
При применении готовых программ операций они предварительно тщательно проверяются на идентичность исходных условий программы реальным условиям, что исключает необходимость в изменении программы. Выполнение отдельных операций отмечают на прозрачной накладке.

Примеры символов, используемых в программах переключений второго вида, приведены на рис. 7.8. На нем символом 2 обозначаются операции, которым должны предшествовать действия на других объектах ЭС.
Рис. 7.8. Пример символов переключений: 1 — включение накладки БЛ — на четвертой панели; 2 — отключение 17 ПУ на второй панели (штриховка означает необходимость полученья на эту операцию разрешения вышестоящего оперативного лица, так как этому должны предшествовать операции на другом объекте); 3 — записать показания счетчика на 9-й панели; 4 — проверить соответствие аппаратов вторичной коммутации картам накладок соответствующих номеров; 5 — перевести Н8 на 3-й панели в положение без контроля синхронизма; 6 — проверить включенное положение Л — 301 на 5-й панели

О необходимости проведения этих операций персонал объекта сообщает вышестоящему оперативному персоналу, после чего получает разрешение продолжить операции.
Концентрация внимания персонала на жестко регламентированных операциях существенно повышает надежность всей системы оперативных переключений. Оперативный персонал сетевого района и ЭЭС имеет программы переключений, где указаны действия, выполняемые на различных объектах ЭЭС, требующие координации с его стороны. При правильном использовании карт-накладок и программ исключаются ошибки персонала, приводящие к обесточению РУ (см. табл. 7.1).

7.4. ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ

Техническая надежность РУ является важным показателем их эксплуатации, ее можно оценить интуитивно на основе здравого смысла. Однако желательно иметь возможность количественного определения надежности для сопоставления различных решений. Для этого нужно формализовать задачу определения надежности. Разработанная теория надежности ЭЭС позволяет количественно оценивать техническую надежность РУ для сравнительно простых случаев . Для оценки надежности сложных систем необходимо дальнейшее развитие теории.
Техническая надежность РУ определяется надежностью элементов, частотой и длительностью их ремонтов, во время которых ослаблены схемы коммутации и снижена надежность. Для оценки надежности используются показатели, данные о которых получены статистически на основе достаточно длительной эксплуатации аналогичных элементов [11].
Показатели надежности. Повреждение элемента, в результате которого он теряет работоспособность, называется отказом. Моменты отказов формируют последовательность событий, называемую потоком отказов. Средним параметром потока отказов является частота отказов, определяемая как отношение математического ожидания числа отказов за определенный интервал времени (Δt = t2—t1) к длительности этого интервала:

где Ω(/)—среднее число отказов за время Δ/, характеризующее число отказов в год.
Учитывая, что обычно в среднем один отказ наблюдается в течение времени, значительно большего, чем год, ω характеризуется дробями, например 0,1—0,01.
Время, в течение которого в среднем возникает один отказ, год,

Отказы можно отнести к одной из двух групп.
Первая группа состоит из отказов из статического состояния. Это повреждения ЛЭП, трансформаторов, самопроизвольная работа выключателей, обрушение конструкций, перекрытие отключающей камеры выключателей и т. д. Частота подобных отказов задается числом ω на основе статистики, полученной в эксплуатации аналогичных устройств. Вторая группа включает отказы, возникающие при необходимости действия устройств. Обычно подобные отказы наблюдаются у коммутационных аппаратов. Например,
выключатели могут повредиться или при оперативных переключениях, или при отключении токов КЗ. В этом случае в качестве исходного данного используется вероятность отказа р, приходящаяся на одну операцию или на один случай отключения тока КЗ. В подобных случаях говорят об отказе на требование.
Если для определенного типа выключателя известно среднее число операций в год и на основе удельной повреждаемости (неустойчивых и устойчивых, повреждений с учетом действия АПВ) и известных длин ЛЭП вычисляется среднее число отключений токов КЗ, то можно определить результирующую частоту отказов на требование.
В качестве элементов ЭС представляют интерес ЛЭП, трансформаторы (автотрансформаторы), выключатели, отделители, разъединители и шины.
Элементы ЭС. Линии электропередачи (воздушные и кабельные) могут находиться в работоспособном состоянии, переходить при отказе в неработоспособное состояние, ремонтироваться и возвращаться в работоспособное состояние. Кроме того, они периодически выводятся из работы для проведения профилактических ремонтов.
Отказы в них могут быть устойчивыми и неустойчивыми. В первом случае работоспособное состояние можно восстановить лишь после ремонта, проводящегося для устранения повреждения; во втором— спустя секунды с помощью АПВ и минуты с помощью персонала. Частота отказов в среднем пропорциональна длине линий L. Длительности ремонтов обычно регулируются численностью ремонтных бригад и зависят от значимости ЛЭП для ЭС.
Учитывая, что у двухцепных ЛЭП могут быть одновременные отказы (повреждение опор), к показателям надежности отдельных линий добавляют показатели надежности совместных отказов (табл. 7.2).
7.2. Показатели устойчивых отказов ВЛ

Продолжение табл. 7.2

Шины РУ могут иметь повреждения, аналогичные повреждениям ЛЭП.

Рис. 7.9. Схема выключателя, для которого проводится оценка надежности:
1, 2,3 — места повреждений
Трансформаторы могут иметь те же характеристики надежности, что и ЛЭП, кроме того, трансформатор можно выводить в резерв. Трехфазные трансформаторы при отказе отключаются полностью. Трансформаторы, состоящие из группы однофазных, можно отключить частично. Данные об отказах трансформаторов приведены ниже.

Выключатели могут иметь различные повреждения, приводящие к разным последствиям. Модели повреждений выключателей приведены на рис. 7.9. Последствия отказов приведены в табл. 7.3.
Если число отказов, сопровождающихся разрывом цепи, объединить в показателе о)4, то в расчетах будут употребляться отказы типа w3 и w4. Вероятность повреждения, возникающего при производстве операций с аппаратом, обозначается р. При известных среднем числе операций в год Поп и числе неустойчивых отказов μнеустL/100, исправляемых с помощью успешного АПВ, среднее число отказов

Таблица 7.3. Последствия отказов выключателей

Гук Ю. Б. Основы надежности электроэнергетических установок. — Л., Изд-во ЛГУ, 1976.

Отказы при отключении тока КЗ, в свою очередь, определяются как произведение вероятности этого события р   и числа подобных отключений nотк· Если учесть, что выключатели ВЛ оснащены АПВ, при котором число отключений устойчивых повреждений увеличивается, то соответствующее число отказов равно

где kАПВ — кратность АПВ: для однократного — k=l, для двукратного— k = 2; μуст и μ^γοτ — удельное число устойчивых и неустойчивых отказов, приведенных в табл. 7.4; L — длина коммутируемой ВЛ.
Таблица 7.4. Показатели отказов выключателей

Продолжение табл. 7.4

* В числителе — частота отказов с отключением смежных элементов; в знаменателе — частота отказов, связанных с разрывами цепи.
Показатели отказов выключателей приведены в табл. 7.4.
Среднегодовое число операций для линейных выключателей напряжением 1150 — 330 кВ равняется 10; 220 — 35 кВ—15. Для трансформаторных выключателей число операций равно 6.
Отделитель выполняет ту же роль, что и выключатель, его характеристики приведены в табл. 7.5.
Разъединитель имеет аналогичные качественные характеристики, но вероятность отказа при размыкании под нагрузкой равна единице.
Таблица 7.5. Показатели отказов прочей коммутационной аппаратуры и шин

Суммарное среднее число отказов выключателей, вызывающих отключение смежных коммутационных аппаратов, определяется из выражения

Например, суммарное среднее число отказов выключателя, коммутирующего ВЛ 330 кВ длиной 200 км, определяют как
ω3Σ= [0,5 +0,03(10 + 1,6-2) +3(2-0,8 + 1,6)2] = 0,2, т. е. один отказ за Т= 1/0,2 = 5 лет.
В связи с тем, что число отключений токов КЗ на присоединениях, не содержащих ВЛ, значительно меньше, число отказов этих выключателей также меньше.
Поврежденный элемент отделяется от сети. Длительность операций зависит от схемы соединений РУ. Она составляет (год/отказ) :

Это время увеличивается при дежурстве на дому на 0,05; а при обслуживании выездной бригадой на 0,2.
После повреждения элемент нужно восстановить, для чего он выводится в ремонт. Среднее время восстановления Τ — это время, затрачиваемое на отыскание и устранение повреждения, выраженное в годах.
Данные о средних длительностях аварийного простоя оборудования приведены в табл. 7.6.
Таблица 7.6. Среднее время аварийного простоя, (10_3-год)/отказ

Продолжение табл. 7.6

Наряду с показателями отказов для оценки надежности используются и данные о плановых отключениях. Во время плановых ремонтов схема ЭС в ряде случаев ослабляется. Поэтому для правильной оценки надежности необходимы данные о средних длительностях плановых ремонтов элементов (табл. 7.7).
Таблица 7.7. Длительность плановых ремонтов, Ю-2 лет

Продолжение табл. 7.7

На надежность объектов также влияют ошибочные действия РЗ и противоаварийной автоматики (ПА), предназначенные для повышения надежности ЭС. Наиболее существенные показатели надежности этих устройств:
частота ложных срабатываний, сраб/год (например, при проверке) ;
вероятность лишнего срабатывания в случаях, когда должны срабатывать другие устройства, сраб/год;
вероятность отказа при необходимости срабатывания, отказ/год (неработоспособное состояние).
Частота ложного срабатывания характеризуется неисправностью устройства или невнимательностью персонала, проводящего проверку. Излишние срабатывания при КЗ вне зоны действия проявляются при возникновении повреждения. Они характеризуются вероятностью р, которая должна быть умножена на среднее число повреждений сети в зоне ложного действия. Частоту излишних срабатываний (соизл) устройства можно принять средней величиной. Частота отказа при необходимости срабатывания проявляется так же, как произведение вероятности отказа р на среднее число повреждений сети в зоне действия. Так как вероятности отказов малы, результирующее число отказов выключателей увеличивается на число отказов устройств вторичной коммутации.
Ложную работу устройств учитывают увеличением числа ложных отказов выключателей на частоту ложных срабатываний РЗ и ПА. Излишние срабатывания РЗ и ПА требуют добавления к модели выключателя еще одного показателя — (оИзл.
Отказы выключателей сопровождаются действием устройств резервирования отказов выключателей (УРОВ), отключающих соответствующую часть схемы РУ. Отказы РЗ сопровождаются действиями резервных защит. Дальним резервированием ликвидируются повреждения, сопровождающиеся обоими видами отказов.

ВЫБОР ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СХЕМЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Из рассмотренных в § 7.2 схем РУ следует, что многие из них имеют фиксированные присоединения. Поэтому степень технической надежности этих схем выбирается при проектировании. Наряду с этим имеется схема с двумя системами шин, при которой техническая надежность зависит от распределения присоединений между ними.
Важность распределения присоединений между системами шин заключается в следующем: во-первых, вдвое уменьшается число присоединений, на каждой из них и соответственно вдвое снижается вероятность отказов шин; во-вторых, обеспечивается повышенная надежность за счет конфигурации сети.
Смысл этого распределения в том, чтобы ущерб при обесточении одной из систем шин был минимальным.
Существуют три группы присоединений:
питающие, через которые мощность поступает к шинам (генераторы, питающие трансформаторы или автотрансформаторы, питающие ВЛ);
питаемые линии замкнутой сети, от которой к шинам присоединяется несколько линий;
питаемые радиальные участки сети или приравниваемые к ним из-за ограниченной пропускной способности других ВЛ. ·
Питающие присоединения распределяются между системами шин так, чтобы каждая из них обеспечивалась источниками примерно одинаковой мощности (пропускной способности). Обесточение одной системы шин в этом случае сопровождается минимальной потерей мощности.
Питаемые линии замкнутой сети распределяются между системами шин так, чтобы при обесточении одной системы шин прекращение питания сети по некоторым ВЛ-компенсировалось сохранением питания по ВЛ, присоединенным ко второй системе шин. Например, если участок сети питается по двухцепной ВЛ, то цепи обычно присоединяются к разным системам шин (см. рис. 7.1).
Линии, питающие радиальные участки сети, подключаются к системам шин так, чтобы сохранить одинаковую вероятность отказа систем шин и исключить перегрузку участков шин.

Чтобы избежать нежелательных потоков мощности через сеть междушинный выключатель нужно эксплуатировать в замкнутом состоянии. При возникновении повреждения на шинах он отключается защитой (дифференциальной защитой шин).
Для сохранения баланса мощности на системах шин необходимо обеспечить протекание через включенный междушинный выключатель минимальной мощности.
Погашение двух систем шин при отказе одной из них возможно в случае отказа в отключении или повреждении междушинного выключателя. Учитывая, что этот выключатель используется чаще других (при ремонте любого присоединения РУ), принимаем число операций в четырехкратном размере. Тогда частота его отказа для 330 кВ равна
wш=(0,5 4-4·10·0,03) 10-2= 1,7-10-2 отказ/год
или один раз в 59 лет: 7=1/0,017 = 59 лет.
На самом деле этот период несколько меньше из-за возможных повреждений разъединителей междушинного выключателя во время операций.
Для 110 кВ эта величина равна
wш = 0,4 4-4·15·0,07· 10-2 = 4,6· 10-2 отказ/год или один раз в 22 года: T= 1/0,046 = 22.
Эксплуатация РУ с двумя системами шин, в ряде случаев дополненных обходной системой, связана с достаточно сложными оперативными переключениями. При ремонте присоединений приходится поочередно освобождать системы шин для ремонта шинных разъединителей. В тех случаях, когда в графике ремонтов имеется разрыв в несколько дней, персонал, опасаясь ошибок при переключениях и стремясь уменьшить их объем, иногда оставляет РУ работающим на одной системе шин. Это может привести к отключению всех присоединений при отказе оставшейся в работе системы шин.