Резервирование релейно-контактных элементов

План лекции

1. Отказы контактных схем

2. Схемы резервирования контактов

Краткое содержание лекции

Контактный элемент, т.е. элемент, функции которого заключаются взамыкании и размыкании цепи, может находиться в одном из трех состояний:быть работоспособным, иметь отказ типа ≪обрыв≫ (элемент не замыкает цепь),иметь отказ типа ≪замыкание≫ (элемент не размыкает цепь). Эти три состоянияобразуют полную группу, т.е.

где p - вероятность безотказной работы;

q₀ - вероятность отказа типа ≪обрыв≫;

q _з - вероятность отказа типа ≪замыкание≫.

Контактные схемы, так же как и составляющие их элементов, могутиметь два типа отказов: ≪обрыв≫ и ≪замыкание≫, причем определенный типотказов схемы может быть вызван лишь одноименным типом отказовэлементов. Для повышения надежности контактных схем применяетсярезервирование элементов.При резервировании одного элемента, у которого могут быть отказылишь типа ≪замыкание≫, необходимо последовательно с этим элементомвключить хотя бы один резервный. При резервировании одного элемента,

дающего отказы лишь типа ≪обрыв≫, необходимо этот и резервные элементывключать параллельно. Так как у контактных элементов могут возникнуть обатипа отказов, то простейшие схемы резервирования одного элемента будутиметь вид схем, представленных на рис. 11.1

Рисунок 11.1. Схемы резервирования контактов

В тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую вероятностьотсутствия ложного сигнала, в релейных цепях используется схема с≪голосованием≫ (схема ≪два из трех≫) – с тремя промежуточными реле (рис. 11.2).

Рисунок 11.2. Схема с ≪голосованием≫

Обозначим вероятность отказа срабатывания одного реле q _o.c, авероятность ложного срабатывания q _л.c. Ложное срабатывание в такой схемевозможно при прохождении ложного сигнала в любой из трех цепочек, но приэтом в каждой из них должно быть совпадение двух ложных сигналов, т.е.

Отказ срабатывания в такой схеме возможен при совпадении отказовкаждой из трех цепей, в которых они возникают при отказе любого изконтактов в замыкании. Отсюда

МОДЕЛЬ ОТКАЗОВ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

План лекции

1. Классификация отказов выключателей

2. Отказ секционного выключателя в статическом состоянии и при оперативных переключениях.

Краткое содержание лекции

Особую группу среди сложных элементов образуют коммутационныеаппараты (КА), к которым относят выключатели, выключатели нагрузки,автоматические выключатели напряжением до 1 кВ. Характернойособенностью работы выключателей является их автоматическое отключениепри отказах смежных элементов. Отказы выключателей могут происходить встатическом состоянии, при производстве оперативных переключений, приавтоматических отключениях отказавших смежных элементов. Выключательявляется связующим для двух элементов, которые по отношению к немурассматриваются как смежные, например, для линии и системы сборных шин,генератора и силового трансформатора.Отказы устройств релейной защиты в расчетах надежности частоучитываются в отказах выключателей. Выключатель представляется каксложный элемент, состоящий из собственно выключателя, разъединителей,измерительных трансформаторов, ошиновки и соответствующих устройствзащиты и автоматики.При моделировании отказов выключателей все поврежденияцелесообразно привести к двум видам с точки зрения последствий для системы:

- отказы выключателя, приводящие к необходимости срабатываниясмежных выключателей с одной его стороны (левой или правой, в том числе иего ложное срабатывание);

- отказы выключателей, приводящие к срабатыванию смежныхвыключателей с двух его сторон (левой и правой, в том числе и отказы встационарном состоянии).Отказы также подразделяются на отказы при отключении и включении,например при АВР.

Отсюда отказы самих выключателей классифицируются следующимобразом:

1. отказ типа ≪разрыв≫, ≪короткое замыкание в одну сторону≫, ≪короткоезамыкание в обе стороны≫ в статическом состоянии или при оперативныхпереключениях.

2. отказ при автоматическом отключении поврежденных элементов.

3. отказ при автоматическом отключении смежных отказавшихвыключателей (развитие аварии).

Под отказом типа ≪разрыв≫ подразумевается любой отказ, приводящий кразрыву цепи, в которой установлен отказавший выключатель. При отказе типа≪короткое замыкание в одну сторону≫ отключается как сам отказавшийвыключатель, так и все примыкающие к нему с одной стороны выключатели.При отказе типа ≪короткое замыкание в обе стороны≫ отключаются всевыключатели по обе стороны от отказавшего.Отказы типа ≪короткое замыкание в обе стороны≫ - это внезапныеотказы, приводящие к действию устройства резервирования отказавшеговыключателя (УРОВ) или к действию защиты сборных шин и отключениювыключателей, смежных с отказавшим. Отказы типа ≪разрыв≫ выявляются приобходах и осмотрах оборудования ячеек и требуют лишь вывода выключателяво внеплановый ремонт.Рассмотрим, как образуется отказ выключателя на примере отказовсекционного выключателя в статическом состоянии и при оперативныхпереключениях. Здесь возможны следующие ситуации:

- отказ выключателя приводит к отключению только одного изобъединяемых элементов (односторонний отказ);

- отказ выключателя приводит к отключению обоих объединяемыхэлементов (двухсторонний отказ).

Суммарная частота отказов выключателя равна:

где ω _о, ω - частота односторонних и двухсторонних отказов (см. рис. 12.1.).

Рисунок 12.1 Отказы выключателя

а) в статическом состоянии б) при оперативных переключениях

Статистические данные об отказах выключателей показывают, что длявыключателей напряжением 6-20 кВ внутренней и наружной установки(электромагнитных, вакуумных, маломасляных, элегазовых) в силуконструктивных особенностей наиболее вероятны двухсторонние отказы, т.е.

Для воздушных, масляных, элегазовых выключателей высокогонапряжения вероятны односторонние отказы и двухсторонние отказы, причемчастота первых составляет примерно 60% частоты суммарных отказов.При отказе выключателя в автоматическом отключении короткогозамыкания на поврежденных элементах длительность короткого замыкания

возрастает. Если короткое замыкание произошло на основной линиисистемообразующей сети, то задержка в его отключении может привести кнарушению устойчивости системы или к действию противоаварийнойавтоматики. Поэтому, оценивая надежность РУ высокого напряжения мощныхстанций и узловых подстанций основной сети ЭЭС, для расчета частотывозмущений режима следует пользоваться моделью выключателя,учитывающей различную длительность короткого замыкания при безотказнойработе выключателя и при его отказе в срабатывании.Важнейшей характеристикой надежности выключателей являетсяотносительная частота отказов при автоматическом отключенииповрежденного элемента схемы:

где к - число отказов выключателя при автоматическом отключенииповрежденного элемента;

к _авт - общее число автоматических отключений поврежденного элемента.

Кроме того, различают относительную частоту отказов выключателейпри оперативных переключениях:

где к_о – количество отказов при выполнении коммутационных операций, в томчисле при отключении коротких замыканий;

к_оп – общее число операций.

В обоих случаях учитываются отказы собственно выключателя и отказыего привода и защитных устройств.Относительная частота отказов при автоматическом отключенииповрежденных элементов а _авт выступает в качестве условной вероятностислучайного события р (А / В) при зависимых отказах. В самом деле, еслипроизошло короткое замыкание на воздушной линии (событие В), то отказвыключателя при автоматическом отключении (событие А) может произойтикак следствие отключения тока короткого замыкания. Одновременный отказдвух элементов происходит с вероятностью:

р (АВ) = р (А / В) р (В),

 

Аналогично учитываются отказы выключателей при автоматическомотключении коротких замыканий в других смежных элементах.Исходя из вышесказанного и учитывая то обстоятельство, чтоповреждение выключателя может произойти в статическом состоянии, приавтоматическом отключении поврежденного смежного элемента или приоперативных переключениях, параметр потока отказов выключателяопределяется по формуле:

Если в схеме присутствует автоматическое повторное включение (АПВ),то в модели отказа выключателя необходимо учитывать неуспешностьдействий АПВ, тогда в общем случае частоту отказов или параметр потокаотказов выключателя при автоматическом отключении поврежденных смежныхэлементов следует определять по формуле:

Вероятность отказа выключателя определяется выражением:

При внезапных отказах выключателей отключившиеся элементы(генераторы, трансформаторы, ЛЭП) могут быть введены в работу раньше, чембудет закончен ремонт выключателя. В этом случае длительность простояопределяется не временем восстановления (ремонта) выключателя, а временем,необходимым для выполнения переключений в распределительном устройстве(РУ):

 

где Т о – постоянная составляющая – время, необходимое для того, чтобы установить характер повреждения для электрических станций и обслуживаемых подстанций, Т о = 0,1...0,3 ч;

Т р – время отключения (включения) разъединителя, Тр = 0,1 ч;

n р – число разъединителей, которые должны быть отключены (включены) для отделения поврежденного выключателя и ввода отключившихся элементов в работу.

В РУ с шиноизбирательными разъединителями, например с двойной системой шин и одним выключателем на присоединение, наблюдаются отказы из-за неправильных операций с разъединителями, с заземляющими ножами, а также в цепях релейной защиты и автоматики, приводящие к одновременному отключению обеих систем шин. Эти отказы учитываются дополнительно котказам выключателей. Частоту отказов с отключением обеих систем шин(СШ) можно оценить как:

Таким образом, модель отказа выключателя представлена его параметромпотока отказов или интенсивностью отказа и вероятностью отказа.

Вероятность безотказной работы высоковольтного выключателя за время t равна:

соответственно вероятность отсутствия начальных,внезапных отказов и отказов из-за износадугогасительного устройства.