Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 3
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ
ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 6
Основное содержание работы 9
Заключение 20
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 22
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ
ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 6
Основное содержание работы 9
Заключение 20
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 22
Актуальность и степень разработанности темы. В процессе эксплуатации в энергосистеме периодически возникают повреждения силового оборудования. Функцию их локализации выполняет релейная защита (РЗ), целью функционирования которой является снижение ущерба от ненормальных режимов работы линий и оборудования. Учитывая важность устройств РЗ для электроэнергетической системы (ЭЭС), с одной стороны, и тот факт, что они являются причиной 25% технологических нарушений, с другой стороны, целесообразен учет РЗ при решении задач надежности ЭЭС.
Вторичные цепи современных подстанций представляют собой сложный технический комплекс, выполняющий измерения параметров режима, его анализ и выдачу управляющих воздействий. Степень влияния устройства РЗ на ЭЭС определяется направлением приложения управляющих воздействий, которые могут распространяться как на близлежащий коммутационный аппарат, так и на значительные объемы удаленной нагрузки с использованием каналов связи противоаварийной автоматики. Непосредственно устройство РЗ подвержено влиянию не только защищаемого элемента, но и всей прилегающей сети, повреждения в которой могут вызывать как правильные, так и неправильные его срабатывания. Кроме того, на функционирование устройства РЗ оказывают влияние такие факторы, как схемное исполнение, реализуемые алгоритмы, надежность элементной базы и эффективность подхода к эксплуатации.
Важным свойством ЭЭС является подключение новых потребителей и периодическая необходимость в реконструкции существующих объектов. Это ставит перед инженерами задачи многокритериального выбора с необходимостью обоснования рационального решения. В условиях многообразия субъектов отношений и их интересов требуется учет и согласование мнений всех заинтересованных сторон в выборе наилучшего варианта развития и функционирования сети, поэтому каждое решение должно быть строго обосновано. На сегодняшний день решения о приоритетности замены того или иного оборудования РЗ принимаются на основании мнения отдельных специалистов, качество таких решений зависит от квалификации экспертов и потому не всегда объективно. Для объективизации процесса принятия решений целесообразна его формализация, по средствам использования численного показателя, учитывающего технические и экономические аспекты. Сказанное свидетельствует о потребности в развитии методов технико-экономического обоснования подходов к управлению эксплуатацией РЗ.
Существующие методы расчета надежности ЭЭС традиционно учитывают устройства РЗ упрощенно, как коэффициент, на который умножается показатель надежности первичного оборудования. Вопросам схемной (структурной) надежности энергосистем посвящен ряд основополагающих работ таких авторов, как Гнеденко Б.В., Гук Ю.Б., Китушин В.Г., Обоскалов В.П. и др. Для решения задач структурной надежности в проанализированных работах используются таблично-логические методы различных формаций, методы логических преобразований, и строгие аналитические методы. Гельфандом Я.С., Розановым М.Н., Смирновым Э.П., Федосеевым А.М. влияние вторичных цепей на надежность ЭЭС учтено с помощью результирующего коэффициента надежности РЗ. В работах Рипса Я.С. и Смирнова Э.П. проведен анализ обоснованности наиболее распространённых обобщенных показателей надежности, однако эффективность того или иного показателя не доказана, что позволяет говорить о том, что никаким единичным коэффициентом невозможно достоверно описать надежность функционирования РЗ в условиях многообразия режимов ЭЭС. Также стоит отметить, что методы, использующие обобщенные коэффициенты надежности, не учитывают схемные и конструктивные особенности устройств РЗ, их состояние, готовность к действию в конкретный момент времени и условия эксплуатации.
Проведенный анализ работ Зеленцова Б.П., Смирнова Э.П., Трофимова А.С., Шалина А.И., Billinton R., Kumm J.J., Schweitzer III E.O. показал, что требованиям повышенной детализации процессов и учета множества факторов соответствуют методы, основанные на цепях Маркова. Математический аппарат марковских цепей традиционно применяется для систем обслуживания, для РЗ он получил распространение одновременно с увеличением числа эксплуатируемых микропроцессорных (МП) устройств. Готовность традиционных устройств РЗ определяется при выполнении технического обслуживания (ТО), однако за время межпроверочного интервала их состояние может измениться. МП устройства РЗ позволяют частично или полностью контролировать свое состояние с помощью самодиагностики, являющейся регулярным событием. Увеличение потока регулярных событий повышает обоснованность применения методов, основанных на марковских процессах.
В результате анализа научно-технической литературы выявлено, что вопросы применения расчетных показателей надежности для обоснования подходов к управлению эксплуатацией РЗ недостаточно проработаны. Сказанное обусловило характер исследований, в рамках которых автором выполнена разработка метода определения характеристик ненадежности РЗ с использованием модели состояния РЗ, а также метода применения полученных характеристик для анализа технических решений в части РЗ в энергосистеме.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов управления эксплуатацией РЗ, позволяющих повысить надежность РЗ при недопущении повышения затрат на эксплуатацию.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
• анализ традиционных и современных подходов к эксплуатации устройств РЗ, для оценки их влияния на технические характеристики системы;
• анализ существующих подходов к расчету риска отказов и надежности ЭЭС с учетом устройств РЗ, для оценки их применимости к решению практических задач...
Вторичные цепи современных подстанций представляют собой сложный технический комплекс, выполняющий измерения параметров режима, его анализ и выдачу управляющих воздействий. Степень влияния устройства РЗ на ЭЭС определяется направлением приложения управляющих воздействий, которые могут распространяться как на близлежащий коммутационный аппарат, так и на значительные объемы удаленной нагрузки с использованием каналов связи противоаварийной автоматики. Непосредственно устройство РЗ подвержено влиянию не только защищаемого элемента, но и всей прилегающей сети, повреждения в которой могут вызывать как правильные, так и неправильные его срабатывания. Кроме того, на функционирование устройства РЗ оказывают влияние такие факторы, как схемное исполнение, реализуемые алгоритмы, надежность элементной базы и эффективность подхода к эксплуатации.
Важным свойством ЭЭС является подключение новых потребителей и периодическая необходимость в реконструкции существующих объектов. Это ставит перед инженерами задачи многокритериального выбора с необходимостью обоснования рационального решения. В условиях многообразия субъектов отношений и их интересов требуется учет и согласование мнений всех заинтересованных сторон в выборе наилучшего варианта развития и функционирования сети, поэтому каждое решение должно быть строго обосновано. На сегодняшний день решения о приоритетности замены того или иного оборудования РЗ принимаются на основании мнения отдельных специалистов, качество таких решений зависит от квалификации экспертов и потому не всегда объективно. Для объективизации процесса принятия решений целесообразна его формализация, по средствам использования численного показателя, учитывающего технические и экономические аспекты. Сказанное свидетельствует о потребности в развитии методов технико-экономического обоснования подходов к управлению эксплуатацией РЗ.
Существующие методы расчета надежности ЭЭС традиционно учитывают устройства РЗ упрощенно, как коэффициент, на который умножается показатель надежности первичного оборудования. Вопросам схемной (структурной) надежности энергосистем посвящен ряд основополагающих работ таких авторов, как Гнеденко Б.В., Гук Ю.Б., Китушин В.Г., Обоскалов В.П. и др. Для решения задач структурной надежности в проанализированных работах используются таблично-логические методы различных формаций, методы логических преобразований, и строгие аналитические методы. Гельфандом Я.С., Розановым М.Н., Смирновым Э.П., Федосеевым А.М. влияние вторичных цепей на надежность ЭЭС учтено с помощью результирующего коэффициента надежности РЗ. В работах Рипса Я.С. и Смирнова Э.П. проведен анализ обоснованности наиболее распространённых обобщенных показателей надежности, однако эффективность того или иного показателя не доказана, что позволяет говорить о том, что никаким единичным коэффициентом невозможно достоверно описать надежность функционирования РЗ в условиях многообразия режимов ЭЭС. Также стоит отметить, что методы, использующие обобщенные коэффициенты надежности, не учитывают схемные и конструктивные особенности устройств РЗ, их состояние, готовность к действию в конкретный момент времени и условия эксплуатации.
Проведенный анализ работ Зеленцова Б.П., Смирнова Э.П., Трофимова А.С., Шалина А.И., Billinton R., Kumm J.J., Schweitzer III E.O. показал, что требованиям повышенной детализации процессов и учета множества факторов соответствуют методы, основанные на цепях Маркова. Математический аппарат марковских цепей традиционно применяется для систем обслуживания, для РЗ он получил распространение одновременно с увеличением числа эксплуатируемых микропроцессорных (МП) устройств. Готовность традиционных устройств РЗ определяется при выполнении технического обслуживания (ТО), однако за время межпроверочного интервала их состояние может измениться. МП устройства РЗ позволяют частично или полностью контролировать свое состояние с помощью самодиагностики, являющейся регулярным событием. Увеличение потока регулярных событий повышает обоснованность применения методов, основанных на марковских процессах.
В результате анализа научно-технической литературы выявлено, что вопросы применения расчетных показателей надежности для обоснования подходов к управлению эксплуатацией РЗ недостаточно проработаны. Сказанное обусловило характер исследований, в рамках которых автором выполнена разработка метода определения характеристик ненадежности РЗ с использованием модели состояния РЗ, а также метода применения полученных характеристик для анализа технических решений в части РЗ в энергосистеме.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов управления эксплуатацией РЗ, позволяющих повысить надежность РЗ при недопущении повышения затрат на эксплуатацию.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
• анализ традиционных и современных подходов к эксплуатации устройств РЗ, для оценки их влияния на технические характеристики системы;
• анализ существующих подходов к расчету риска отказов и надежности ЭЭС с учетом устройств РЗ, для оценки их применимости к решению практических задач...
1. Проведенный анализ традиционных и современных подходов к эксплуатации устройств РЗ, показал, что применяемые в ЭЭС плановопредупредительный подход к планированию ремонтов и экспертный подход к планированию развития препятствуют полноценному использованию преимуществ современного оборудования.
2. Выполнен анализ существующих подходов к расчету риска и надежности устройств РЗ, показано, что наиболее распространены методы обобщенных показателей и методы пространства состояний. Установлено, что методы расчета риска и надежности для решения практических задач РЗ не применяются.
3. Выполненный анализ реально эксплуатируемых устройств РЗ, позволил качественно оценить уровень надежности, как следствие наблюдаемости вторичных цепей, и выявил возможность её повышения без сверхнормативных затрат, путем увеличения эффективности самодиагностики.
4. Разработан метод определения вероятности нахождения устройств РЗ в неработоспособном состоянии. Работа метода основана на использовании модели состояний устройства РЗ, основанной на теории марковских процессов, преимуществом которой по сравнению с другими исследованиями в области является возможность учета ближнего резервирования, а также параметров надежности средств связи. Метод пригоден для определения объемов воздействия на устройство РЗ, необходимых для достижения целевого уровня надежности.
5. При разработке методов определения влияния отказов устройств РЗ на технико-экономические характеристики ЭЭС выделено два основных техникоэкономических критерия: длительность отключенного состояния элемента ЭЭС по причинам связанным с отказами РЗ любого вида и потенциально недоотпущенная электроэнергия, по причинам связанным с отказами РЗ любого вида. Показана применимость первого критерия для сравнительного анализа однотипных объектов в системе при принятии технических решений и второго для обоснования первостепенной значимости конкретных технических решений любого вида в части РЗ для ЭЭС.
6. С использованием результатов корреляционного анализа, доказано, что разработанный метод определения влияния потенциальных отказов РЗ на ЭЭС, позволяет оценить роль устройств РЗ в системной надежности, и, как следствие, пригоден для решения задач планирования реконструкции устройств РЗ в сети с учетом технических и экономических критериев.
Разработан метод обоснования подхода к эксплуатации конкретных устройств РЗ, учитывающий вероятность нахождения устройства в неработоспособном состоянии, а также его системную значимость, характеризуемую величиной потенциально недоотпущенной электроэнергии, по причинам, связанным с отказами РЗ любого вида. Приведенный в диссертации расчет технико-экономических критериев, для тестовой схемы ЭЭС 1ЕЕЕ14, позволяет сделать вывод о пригодности метода для рационализации баланса надежности и издержек.
2. Выполнен анализ существующих подходов к расчету риска и надежности устройств РЗ, показано, что наиболее распространены методы обобщенных показателей и методы пространства состояний. Установлено, что методы расчета риска и надежности для решения практических задач РЗ не применяются.
3. Выполненный анализ реально эксплуатируемых устройств РЗ, позволил качественно оценить уровень надежности, как следствие наблюдаемости вторичных цепей, и выявил возможность её повышения без сверхнормативных затрат, путем увеличения эффективности самодиагностики.
4. Разработан метод определения вероятности нахождения устройств РЗ в неработоспособном состоянии. Работа метода основана на использовании модели состояний устройства РЗ, основанной на теории марковских процессов, преимуществом которой по сравнению с другими исследованиями в области является возможность учета ближнего резервирования, а также параметров надежности средств связи. Метод пригоден для определения объемов воздействия на устройство РЗ, необходимых для достижения целевого уровня надежности.
5. При разработке методов определения влияния отказов устройств РЗ на технико-экономические характеристики ЭЭС выделено два основных техникоэкономических критерия: длительность отключенного состояния элемента ЭЭС по причинам связанным с отказами РЗ любого вида и потенциально недоотпущенная электроэнергия, по причинам связанным с отказами РЗ любого вида. Показана применимость первого критерия для сравнительного анализа однотипных объектов в системе при принятии технических решений и второго для обоснования первостепенной значимости конкретных технических решений любого вида в части РЗ для ЭЭС.
6. С использованием результатов корреляционного анализа, доказано, что разработанный метод определения влияния потенциальных отказов РЗ на ЭЭС, позволяет оценить роль устройств РЗ в системной надежности, и, как следствие, пригоден для решения задач планирования реконструкции устройств РЗ в сети с учетом технических и экономических критериев.
Разработан метод обоснования подхода к эксплуатации конкретных устройств РЗ, учитывающий вероятность нахождения устройства в неработоспособном состоянии, а также его системную значимость, характеризуемую величиной потенциально недоотпущенной электроэнергии, по причинам, связанным с отказами РЗ любого вида. Приведенный в диссертации расчет технико-экономических критериев, для тестовой схемы ЭЭС 1ЕЕЕ14, позволяет сделать вывод о пригодности метода для рационализации баланса надежности и издержек.
