автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Определение вероятностных характеристик токов короткого замыкания в энергосистемах для проектирования электроустановок

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(технический университет)

На правах рукописи

ВОСТРОСАБЛИН АЦЦРЕЯ АНДРЕЕВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Специальность 05.14.02 Электрические станции (электрическая часть), сети,электроэнергетические системы и управление ими.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

- г -

Работа выполнена на кафедре "Электрические станции" Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Неклепаев Борис Николаевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Кавченков Валерий Петрович

Ведунья организация - АО МОСЭНЕРГО

Защита состоится "12 "ноября 1993 г. В аудитории Г-£01 в ч. пп мин. на заседании специализированного Совета К 053.16.17 Московского энергетического института (технического университета)

Адрес: 108835, ГСП, Москва, Е-250. ул. Красноказарменная, д. 14, Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

кандидат технических наук Львев Юрий Николаевич

Автореферат

Ученый секретарь Специализированного Совета К 05а 16.17 кандидат технических

Барабанов

- 3 -1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРА ЯКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие электроэнергетических систем (ЗЭС) сопровождается ростом уровней токов короткого замыкания (КЗ). Одновременно повышаются требования к электроэнергетическому оборудованию электроустановок. Возникает проблема координации параметров электрооборудования с существующими и ожидаемыми уровнями токов КЗ. Для решения этой проблемы в условиях эксплуатации ЗЭС используют различные методы и средства ограничения токов КЗ, модернизируют оборудование с целью получения более высоких параметров, а также заменяют электрооборудование, параметры которого не соответствуют существующим требованиям. Последнее требует значительных затрат материальных ресурсов и детального анализа реальных условий работы электрооборудования. Проблема осложняется тем, что в ЗЭС имеется значительное количество оборудования с выработанным сроком службы или значительным износом, а промышленность не обеспечивает потребности ЗЭС в оборудовании необходимых параметров.

С накоплением опыта_ эксплуатации ЭЭС совершенствуются методы расчета различных режимов работы электрооборудования, в частности, режима КЗ. Необходимость детального исследования последнего подтверждается тем, что до 40 % причин нарушения режима ЗЭС связано с КЗ. Короткие замыкания имеют вероятностный характер и поэтому могут описываться совокупностью вероятностных характеристик В настоящее время электрооборудование ЗЭС выбирают по расчетным ус'ловиям, которые исходят из наиболее тяжелых условий КЗ, но вероятность тяжести должным образом не определена. Возникает необходимость правильно оценить и определить область применения вероятностных характеристик токов КЗ.

Необходимость проведения исследований в области целесообразных значений тока КЗ и определении расчетных значений тока КЗ с учетом вероятности возникновения тяжелых условий КЗ была наглядно показана И. А. Сыромятниковым. Вероятностный подход при расчетах тока КЗ разрабатывали Б.Г. Алексеев, A.A. Глазунов, ИН. Львов, ЕЗ. Манусов, С. М. Шисеев, 3. Е Шдгорный, Ford а 1., El-Kady М. А., Kowalski Z., Nartowski Z. и другие.

Цель работы. Получение и анализ вероятностных характеристик токов КЗ, законов их изменения, разработка рекомендаций по использованию вероятностных характеристик в проектной практике.

Методика проведения исследований. Для разработки вероятностных характеристик КЗ использовался метод исследования статистического материала энергосистемы. Обработка информации о вероятностных характеристиках осуществлялась на основе методов теории вероятностей

и математической статистики, корреляционного и регрессионного анализов. Расчеты проводились с использованием ЗЕМ типа ЕС-1045 и IBM

PC.

Научная новизна:

1. Показана целесообразность использования вероятностных характеристик КЗ в различных электротехнических расчетах.

2. Определен представительный состав вероятностных характеристик КЗ и определены характеризующее их законы распределения. Выявлена динамика изменения законов распределения отдельных вероятностных характеристик.

3. Исследовано состояние вопроса о получении и обработке информации о КЗ и токах КЗ в энергосистемах. Определены существующие и потенциальные потребители информации о КЗ и объем необходимых для них сведений. Предложена структурная схема сбора и обработки информации о КЗ.

4. Исследована возможность применения вероятностных характеристик КЗ при расчетах остаточного ресурса выключателей и оценке риска от КЗ. Разработаны методики расчета'остаточного ресурса выключателей и риска от КЗ с использованием вероятностных характеристик КЗ.

Достоверность полученных результатов подтверждается данными эксплуатации электроустановок и хорошим согласием полученных результатов с данными других исследований.

Практическая ценность. Разработанные вероятностные характеристики КЗ могут быть использованы при решении проектных и некоторых эксплуатационных вопросов, связанных с технико-экономическими характеристиками электроустановок и при разработке нормативно-технических документов. Они позволяют более полно использовать расчетные параметры оборудования и выявлять его скрытые возможности. Учет фактора риска позволит более полно учесть условия эксплуатации электрооборудования и ведет к более обоснованным решениям вопросов, связанных с реконструкцией или заменой оборудования. Разработанная методика расчета остаточного ресурса выключателей с использованием вероятностных характеристик КЗ позволяет оценивать ресурс при проектировании и в случае неполных данных эксплуатации.

Апробация работы. Основные положения'и результаты работы докладывались и обсуждались на: Второй школе молодых ученых и специалистов иэи (сентябрь 1986), Конференции молодых ученых и специалистов ЦЗИ (апрель 1987), Всесоюзном научном семинаре "Кибернетика электроэнергетических систем" (май 1990, Челябинск), Всесоюзном постоянно действующем семинаре "Электрическая часть электростанций" (май 1990, МЭИ), на семинаре повышения квалификации главных инженеров электростанций, предприятий ИПОЭИЗ ЮСЭНЕРГО (апрель 1991),

п . 5 1

Всесоюзной семинаре по проблеме "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики" (май 1992, Суздаль).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ и разработаны разделы 10 научно-исследовательских отчетов (исполнитель работы).

Структура и объем работа Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Работа изложена на 223 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 53 таблицы, список использованных ' источникой из 132 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе на основе обвора литературных источников проведен анализ состояния проблемы получения и использования вероятностных характеристик КЗ в практике проектирования и эксплуатации электроустановок. Показано, что КЗ-случайное событие, которое может быть предметом изучения теории вероятностей, а массовый характер КЗ •в электроустановках позволяет выявить и уточнить закономерности, связанные с КЗ. Определен представительный состав вероятностных характеристик КЗ, в который рационально включить следующие характеристики: вид КЗ; местоположение точки КЗ; переходное сопротивление в точке КЗ; момент возникновения КЗ, -характеризуемый фазой возникновения КЗ; продолжительность КЗ; время года и время суток, в которые произошло КЗ; состояние схемы электроустановки в момент КЭ. Проведен анализ проработки выше указанных вероятностных характеристик. Отмечено, что в работах, посвященных вероятностным характеристикам, в ряде случаев не определены законы распределения некоторых вероятностных характеристик; при использовании статистических данных для разработки вероятностных характеристик не всегда приводятся источники информации, отсутствует единая терминология.

Рассмотрена существующая практика определения расчетных условий и показано, что расчетные условия КЗ входят в вероятностные характеристики КЗ как детерминированные граничные значения.

С учетом состояния вопроса сформулированы цели, задачи и направления исследований.

Вторая глава посвящена анализу информационной базы о вероятностных характеристиках КЗ в ЗЭС, определению круга возможных потребителей информации о КЗ и объема необходимых для них сведений.

Система информации о КЗ в ЗЭС включает в себя приборы и устройства, фиксирующее КЗ и их параметры, систему передачи информации о КЗ, а также документацию электроустановок и ЗЭС по учету КЗ.

Анализ существующей системы информации о КЗ показал, что факти-

ческое число КЗ может существенно отличаться от зафиксированного в документации. Значительное число КЗ не может быть проанализировано из-эа отсутствия сведений о параметрах и характеристиках КЗ, а в ряде случаев последние практически невозможно определить. Расследуемом ь КЗ в электросетях обследуемой ЗЭС га период 1984-1988 гг. характеризует табл.1. Как видно, число расследованных КЗ увеличивается с увеличением уровня напряжения сети. Это объясняется более ответственным отношением персонала к эксплуатации.

Соотношение числа КЗ, учтенных в первичной документации электроустановок и в документации служб ЭЭС на напряжении 110 кВ и выше, составляет для электростанций 1:0.9, а для электросетей 1:0.7Б.

В картах отказа информационной системы ПО Союэтехэнерго ( в настоящее время ОРГРЭС ) не предусматривается кодировка параметров и характеристик КЗ, а сведения о КЗ могут быть приведены только в текстовой части оборотной стороны карты отказа. Следует отметить, что объем данных о КЗ значительно ограничен. Примерное соотношение данных первичной документации, данных энергосистемы и картах отказа' Союэтехэнерго таково 1:0.7:0.3 .

Дополнительно определены следующие численные характеристики КЗ: ■L удельное число КЗ на воздушных линиях электропередачи 110, 220, 600 кВ в обследуемой ЗЭС, которое составляет соответственно: * 7,2; 2,5; 2,1 КЗ на 100 км-ГОД;

- удельное число КЗ, приведших к отказу, на линиях 110,220,330,600 кВ по ЭЭС СССР соответственно: 0,82; 0,35; 0,36; 0,21 КЗ на 100 км .год.

Таблица 1

Характеристики расследуемости КЗ в электросетях 110,220,600 кВ мощной энергосистемы ва период 1984-1988 гг.

Характеристика КЗ Число КЗ в электросетях, кВ

110 220 500

шт. г шт. X шт. X

Обшее число КЗ 3229 100 612 100 65 100

Классификация КЗ Число КЗ с классифицированным видом 222 6,8 121 19,7 33 38,8

Число КЗ с классифицированной причиной 1149 36,8 207 33,8 60 68,8

Число КЗ с классифицированным местом 376 11,6 284 38,2 36 42,3

Следует отметить, что полученные значения удельного числа КЗ превышают значения, полученные по данным официальной статистики.

Основными причинами, приводящими к утере и искажению информации о КЗ, являются:

1) несовершенство существующей системы регистрации и учета КЗ;

2) несовершенство отчетных показателей различных служб ЭЭС, а также документации по учету нарушений;

3) отсутствие датчиков, фиксирующих параметры токов КЗ, а в некоторых случаях неполное использование имеющихся датчиков и приборов;-

4) большое влияние на объем и качество информации человеческого фактора;

5) отсутствие комплексного подхода к регистрации различных нарушений, в том числе и КЗ, у потенциальных потребителей информации о КЗ;

6) отсутствие у персонала электроустановок материальной заинтересованности в качественном и полном анализе всех случаев КЗ.

Решение проблемы информации о КЗ и токах КЗ возможно на основе разработки и внедрения комплексной автоматизированной системы сбора, обработки и представления информации о КЗ необходимого объема и качества различным потребителям. Система информации о КЗ предназначена для решения следующих вопросов: 1) первичной регистрации всех КЗ и определения значения тока КЗ; 2) выдачи оперативной информации, необходимой для анализа функционирования релейной защиты и автоматики, определения места повреждения на линиях электропередачи; 3) ведения архива и обобщения результатов работы системы на объекте для диагностики состояния оборудования; 4)передачи информации о КЗ для ее обобщэния по всем ЭЭС для использования в проектной практике и прогнозировании. Система сбора, обработки и представления информации о КЗ может бьггь частью единой системы регистрации режимов и нарушений.

Информация о КЗ и их вероятностных характеристиках необходима следующим потребителям:

1) службам ЭЭС (Релейной защиты, Эксплуатации, Режимов);

2) предприятиям, проектирующим и изготавливающим электроустановки;

3) предприятиям, проектирующим и изготавливающим электрооборудование;

4) проектным институтам;

5) разработчикам нормативно-технической документации.

Анализ информационной базы о вероятостных характеристиках КЗ позволил выбрать и обосновать предпочтительные источники информации для разработки вероятностных характеристик КЗ, выявить соотношения, характеризующие объем утери информации на различных этапах управления, определить структуру и задачи системы информации о КЗ в ЭЭС.

В третьей главе изложена методика обработки данных о КЗ и приведены полученные вероятностные характеристики КЗ. Расчеты проводились с использованием ЭВМ типа EC-1D45 и IBM PC.

В настоящее время в ЭЗС не существует автоматизированной системы учета и регистрации КЗ. Поэтому сбор, первнчный анализ и подготовка к обработке исходного материала о КЗ осуществлялись вручную. Были разработаны специальные формы таблиц, позволяющие одновременно с выборкой данных производить первичную классификацию по уровню напряжения, типу электроустановки, диапазонам временной изменчивости данных о КЗ в ЗЭС. Обработка данных о КЗ и токах КЗ базируется на методах теории вероятностей и математической статистики. Первичная совокупность данных о КЗ, полученная в ЗЭС, представляет собой неупорядоченные выборки случайных значений. Обработка данных производилась в два этапа. На первом этапе данные классифицировались по необходимому признаку, вычислялись числовые характеристики выборки ( среднее арифметическое, дисперсия, коэффициенты вариации, асимметрии, эксцесса ). Для получения более полной информации, чем числовые характеристики, без сохранения точных деталей наблюдений, данные группировались, затем вычислялись относительные и накопленные частоты. Для графического представления вероятностных характеристик КЗ наиболее наглядным является полигон частот и распределение по рассматриваемому параметру. На втором этапе производилось построение эмпирических зависимостей. В данной работе анализировались законы распределения (нормальный, логарифмически нормальный, Вэйбулла, гамма, равномерный, Релея и бета) на предмет предпочтительного использования. Для определения параметров распределений использовались методы наименьших квадратов и моментов. Проверка гипотезы о законе распределения осуществлялась при помощи критерия согласия Колмогорова и <хи-квадрат>(Пирсона).

Для анализа статистических данных использовались уравнения регрессии. Рассматривались следующие зависимости:

линейная У= а0+Ecu-act ' (1)

гиперболическая Y= о Г ? й1 (2)

степенная Y= е^-ПхГ . (3)

экспоненциальная У = еч 11 , (4)

логарифмическая Y = а»* i(u-fiixi. (5)

где Y -значение регрессии, Xi-входные переменные, m -количество входных переменных, 0Lv.-коэффициент уравнения регрессии.

Для обработки распределения КЗ по диапазонам временной изменчивости рассматривался временной ряд, складывавшийся из долговремен-'ного тренда, циклического изменения и случайной составляющей:

Nt -A-t + В + Q(t) +£(t), (8)

где Nt-число КЗ в <t> месяц или час суток; (A-t+B) -линейный тренд, характеризующий, долговременную тенденцию, обусловленную ростом и развитием энергосистемы; % (t) -случайная составляющая; Q(t) -цикли' ческие колебания, связанные с сезонными воздействиями на электроустановку и деятельностью человека;

где А.В,Az(Mi), А»(Uj), А^-коэффициеиты; Т/К -периоды Q(t), К-l,.,q-(T/2 - 1). »

Коэффициенты уравнения регрессии и временного ряда определялись методом наименьших квадратов. Разработаны программы на языке ООРТ-РАН-77 для IBM PC, при помощи которых осуществляется поиск коэффициентов и последующий прогноз исследуемого параметра (распределения числа КЗ по месяцам года и времени суток).

В работе определены следующие вероятностные характеристики: Вид КЗ на электроустановках различного типа. Вид КЗ определяется на основе осциллограмм, показаний фиксирующих приборов, анализа работы релейной защиты и дополнительных сведений о причине и месте КЗ. На частоту КЗ различных видов влияют следующие факторы: тип электроустановки (электростанция, подстанция, линия электропередачи) и уровень ее напряжения. Общей особенностью распределения КЗ по видам является преобладание однофазных КЗ. С повышением уровня напряжения электроустановки доля однофазных К? увеличивается. В ряде случаев первопричиной многофазного КЗ является однофазное. Поэтому количество многофазных КЗ определяется в некоторой степени условно. Характерно, что с повышением уровня напряжения электроустановки увеличивается доля КЗ, классифицированных по видам, и снижается общее число КЗ (табл.1).

В табл.2 приведены данные о числе КЗ различных видов на электростанциях, подстанциях и линиях электропередачи обследуемой ЗЭС за период 1979-1988 г. г. Наибольшее число КЗ происходит на линиях электропередачи. На электроустановках всех типов большинство КЗ являются однофазными. На электростанциях исключение составляет сеть собственных нужд, где число трехфазных КЗ больше, чем однофазных. Это связано с тем, что наиболее часто КЗ в системе собственных нужд происходят в кабелях, кабельных разделках и двигателях. Сравнение

Таблица 2

Число КЗ определенного вида на электроустановках мощной ЗЭС в зависимости от места возникновения и уровня напряжения

вид КЗ Число КЗ, определенного вида, ка электроустановках различного типа, X

Электростанции Подстанции напряжением, кВ лэп напряжением, кВ

Сеть 6-20 кВ блоков СН 6-10 кВ ГРУ 6-10 КВ РУ напряжением, КВ

110 220 500 110 220 500 110 220 500

к"' 82 27,1 23,8 84,6 83,3 100 94,9 96,4 92,8 76,3 78,3 87,9

к'1' 3,6 4,2 4,8 - - - 1.7 3,6 7,2 13,7 13,3 9.1

к"" - - - 3,8 - - - - - 5.0 5,9 3,0

К(Ш) 3,6 10,4 4,8 7,8 16,7 - 1,7 - - 1.4 1.6 -

к<5> 10,8 58,3 66,6 3,8 - - 1.7 - - 3,6 0,9 -

Всего 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

распределения КЗ на подстанциях и распределительных устройствах станций показывает, что ка станциях происходит меньше однофазных КЗ, чей на подстанциях.

Получено также распределение КЗ по видам на линиях электропередачи на основа показаний счетчиков КЗ в обследуемой ЭЭС и условное распределение КЗ, приведших к отказу, на основе карт отказа по ЭЭС СССР.

В большинстве работ, посвященных вероятностным характеристикам КЗ, на основе ряда допущений принимается распределение КЗ вдоль линии электропередачи равномерным. С целью проверки данного утверждения было проанализировано распределение КЗ с определенным местом на линиях 110,220 кВ. На основе полученных данных можно утверждать, что для линий 110, 220 кВ допустимо использование равномерного закона распределения при проектировании. В расчетах для конкретных эксплуатируемых линий требуется проверка данного утверждения в связи с тем, что при эксплуатации возможны особые условия эксплуатации и распределение может отличаться от равномерного.

Значение и распределение тока КЗ по узлам энергосистеки.

За рассматриваемый период токи КЗ в узлах обследуемой энергосистемы возрастали. В большинстве случаев токи однофазного го превышают токи трехфазного. В отдельные годы максимальные токи снижались, что объясняется проведением мероприятий по их ограничению. На рис.1 представлены максимальные уровни токов КЗ и число точек деления сети 220 кВ в рассматриваемой ЭЭС. Обработка статистических данных о токах проводилась на ЭВМ, для этого исходные данные представлялись в относительных единицах. Рассчитывались числовые характеристики рядов токов КЗ в сетях 110, 220, 500 кВ и определялись законы распределения максимальных токов КЗ. Расчеты показали, что для сети 110 кВ эксплуатационные данные наилучшим образом описывают законы распределения Вейбулла и гамма. Для трехфазных токов КЗ происходит изменение закона распределения по годам от Вейбулла к гамма. Для однофазных токов изменения не происходит. В сетях 220,500 кВ данные наилучшим образом описывают законы нормального и гамма распределения. В динамике по годам происходит изменение закона распределения от закона гамма распределения к нормальному (Рис.2). Распределение тока КЗ по узлам зависит от числа точек деления сети. Изменение их количества вызывает изменение структури сети и характера распределения токов КЗ по узлам ЗЭС, что приводит к изменению закона распределения токов КЗ по годам. Представляется, что отличие в тенденциях изменения законов распределения токов КЗ по годам для сетей различного напряжения объясняется различием параметров и структур сетей различного напряжения. В связи с тем, что закон распределения токов КЗ по узлам ЭЭС в динамике по годам нй

Рис. I. Максимальнее уровни токов КЗ

Со, "V (2) и

число точек деления сети 220 кВ (3)

го ■

о* о,б ад <.01Лтм,, а)

Рис.

де.

«уг <гв 48 1,0,ае.

1 истогремш и закощ его распрэделеиия в сети 220 кВ в 1974 г. (а) и 1961 г. (б): I -»Гамма, 2 -Вейбулла, 3 - нормально, 4 - Релея

сохраняется и для сетей различного напряжения не совпадает, требуется проверка соответствия предполагаемого закона распределения и фактических данных перед использованием в расчетах.

Значение и закон распределения тока КЗ, фиксированного в ЭЭО. Анализ показаний счетчиков КЗ на подстанциях А,Е обследуемой энергосистемы (подстанция А 110 кВ-734,8 км-лет наблюденнй, подстанция В 110 кВ-2084,7 км-лет; 220 кВ-2536,6 км-лет) позволил определить токи КЗ, протекавшие через выключатели при коммутациях КЗ. Так за период 1978-1909 гг. на линиях 110 кВ подстанции В произошло 178 КЗ, из них 150-однофазных и 1-трехфазное. Зафиксировано, что ток в 90 7. КЗ был меньше чем половина от максимального расчетного и только 2 7. (3 шт.) имели токи, близкие к максимальному расчетному току КЗ. Расчеты показали, что токи однофазного КЗ распределены по логарифмически нормальному закону, плотность которого выражается формулой:

_ (ini-a)x

/(l\ =-L__ ,р 2лГ* (8)

jчу-ппг с

где а--1,39,1^=0,48.

На линиях 220 кВ произошло 40 КЗ, из них 35-однофззных. Токи КЗ не превысили 60 X максимально расчетного. На линиях подстанции А зафиксировано 60 КЗ, из них 54-однофааных. Только при одном КЗ тон был близок к максикгальному расчетному. На основании теоретических предпосылок и выше указанных статистических данных можно утверждать, что в 90 X случаев КЗ токи КЗ значительно меньше максимально расчетных.

Продолжительность КЗ. Септическая продолжительность КЗ может Сьть определена при помощи аварийных осциллографов. На основе новых данных, подученных с расшифрованных осциллограмм, получена средняя продолжительность КЗ и ее среднее квадратическое отклонение в сетях 110, 220 кВ обследуемой энергосистемы. Всю совокупность КЗ с зафиксированной продолжительностью можно разделить по типу работавшей защиты (основная к резервная), . Вероятность работы резервной защиты мала, однако ее продолжительность оказывает существенное влияние на среднюю продолжительность КЗ. Так средняя продолжительность всей совокупности КЗ составляет для сетей 110 кВ-0,183 е., 220 кВ-0,165 с., а после выделения КЗ, отключенных резервной защитой, для сетей .110 кВ-0,131 с., 220 кВ-0,133 с. Увеличение средней продолжительности КЗ указывает на увеличение частоты работы устройств резервной защиты, а следовательно - на увеличение частоты отказов основной защиты.

Распределение КЗ по времени года и времени суток.

На основе первичных источников информации получены распределения КЗ по месяцам года и времени суток в сетях 110,220 кВ обследуе-

мой энергосистемы, кроме того на основе карт отказа получены условные распределения КЗ, приведших к отказу, по месяцам года, времени суток и распределение КЗ по видам (однофазное-многофазное) в зависимости от времени года и времени суток для сетей 110,220,330,500 кВ энергосистем СССР. Полученные распределения КЗ по времени года и времени суток целесообразно использовать при расчетах режимов ЭЭС, организации и планировании ремонтов электрооборудования.

Распределение КЗ по времени года. Распределения КЗ существенно неравномерны в течение года (рис.3) Наибольшая вероятность возникновения КЗ наблюдается летом и весной, наименьшая в октябре, ноябре. В сети 220 кВ распределение более сглажено и имеет менее выраженный максимум в весенний период. К основным причинам, приводящим к увеличению числа КЗ, относятся природно-климатические факторы: зи-мой-гололед, ветер; летом-грозы, ветер и человеческая деятельность, связанная с полевыми и ремонтными работами. Причинами, приводящими к увеличению числа КЗ весной, являются иней, роса, изморозь. Возни-' кающие вследствие этих причин КЗ в большинстве случаев ликвидируются АПВ, ' поэтому сведения об этих КЗ можно получить только в первичных документах электроустановок.

Для прогнозирования числа КЗ в энергосистеме в различные месяцы рассматривались модели на основе'уравнений регрессии (1-5) и модель в виде суммы долговременного тренда, циклического изменения и случайной составляющей (6). При прогнозировании с помощью уравнения регрессии наилучшее приближение дает экспоненциальная зависимость (4), где Xi-годы; Yi. -число КЗ в рассматриваемом месяце. Сравнение прогнозных оценок показало, что предпочтительнее представление распределения КЗ на основе второй модели (В). '

Анализ распределения числа КЗ, приведших к отказу, в сетях 110-500 кВ ЭЭС СССР (Рис.4) показал, что в сетях различного напряжения распределения КЗ имеют общие черты. Сопоставление распределения КЗ, приведших к отказу, и распределения, полученного на основе первичных документов энергосистем, выявило отсутствие весеннего максимума на распределении КЗ, приведших к отказу. Короткие замыкания, формирующие весенний максимум, в большинстве случаев ликвидируются АПВ и не приводят к событиям, классифицируемым как отказ, а следовательно не учитываются в системе информации, основанной на картах отказа

Распределение КЗ по времени суток. Суммарное распределение КЗ в сети 110 кВ по времени суток имеет два ярко выраженных максимума в Б-7 и 13-18 часов (рис.5). Для распределения КЗ в сети 220 кВ утренний максимум менее выражен. Наименьшее число КЗ приходится на ночные часы. Число КЗ существенно зависит от времени года, поэтому целесообразно рассматривать распределение КЗ по времени суток для

« < ал * 5 » ~Г I 5 <0 I» т ^(Ща РигЗ. Раслр»6глнм» «ш КЗяамжлшш. Ша. Л с*п*с 1Юкй мощной ЗЗС - в ЮМ г , ¿ - £

~5 5 И <1 ^ткци

Рис. А • Распределение числа КЗ, приведших к отказу, м месяцам гак. ¿сет.,м НОкЛ мС СССР $ /А1?г ■■ 1 • суммарное, л - одш^гразнли^ , л -мм^зе^аяим-с

Рас. 5. Ажгре&мнил числа. КЗ по ¿рел&ни. сутлк е сетях НО'В аитый. ЭЭС & ШРг I. - ¿а мд, ■ £есны ; X -йлр .

СП I

« и /г I? 19 г< а

Рис.6. Распределение числа КЗ, прибивших л пп времени супак ¿ля лета о сетях 110к5

ЛС СССР: / - сушьаркее , ~ ■ одлацшчл/х

различных сезонов года. Утренний максимум образуют КЗ, возникающие весной. Их причинами являются неблагоприятные воздействия: роса, иней, изморозь. Дневной максимум формируют КЗ, возникающие летом и весной. Причинам! этих КЗ являются: грозы, человеческая деятельность, связанная с полевыми и ремонтными работами.

Для прогнозирования числа КЗ в различные часы суток определены коэффициенты уравнения регрессии. Наилучшее совпадение прогнозных оценок на основе уравнений регрессии (1-5) дает экспоненциальная зависимость (4).

Сравнение распределений КЗ по времени суток в ЗЭС (рис.5) и распределений КЗ, приведших к отказу, по ЗЭС СССР (рис.6) показало, что последнее не имеет утреннего максимума, который обусловлен природно-климатическими условиями. В большинстве случаев эти КЗ неустойчивые и устраняются АПВ, а следовательно не учитываются в информационной системе на основе карт отказа.

Влияние времени года и времени суток на вид К&_ В сетях 110, 220, 330, 500 кВ ЗЭС СССР число многофазных КЗ в течение года изменяется незачительно. Для однофазных КЗ характерно с умственное увеличение их числа летом. На рис. 4 показаны распределения КЗ, приведших к отказу, по месяцам года и видам КЗ. В зависимости от времени суток (рис.6) весной и летом происходит наибольшее число однофазных КЗ с 8-9 до 20-21 часа, а распределение многофазных КЗ можно считать равномерным. Осенью и зимой в распределении однофазных КЗ не наблюдается значительного, как летом и весной, максимума в дневные часы.

На основе данных, полученных из первичных источников информации, разработаны некоторые вероятностные характеристики КЗ. Выявлено, что отдельные вероятностные характеристики КЗ могут подчиняться различным законам распределения и не обязательно Нормальному закону распределения.

В четвертой главе показано применение вероятностных характеристик КЗ, в частности при определении остаточного ресурса- выключателя и оценке риска от КЗ.

Определение сработанного и остаточного ресурса выключателя. Обобщены имеющиеся данные по механической и коммутационной износостойкости отечественных выключателей. Для характеристики коммутационной износостойкости выключателей предложено использовать функциональную зависимость гарантированного числа операций включения и отключения выключателя (прп) от токов КЗ (1вти-1«т*к /Хпил.ип1 и нагрузки (1отика1(п*к ДиюО:

С?)

где А, В-коэффициента

Дня расчета остаточного ресурса выключателя после отключения какого-либо числа КЗ предлагается моделг:

n in а Г1 Ним , Г

flon" i-Rcp ' i-L -тг— - 1 -L ---TT ' (10) .

где Roct и Rep -остаточный и сработанный ресурсы выключателя; Nits -общее число коммутируемых КЗ, Hm- число КЗ с током .

На основе предложенной модели разработана методика расчета остаточного ресурса выключателя с использованием вероятностных характеристик ГО. Методика расчета реализована на ЭВМ в виде программы на языке ФОРТРАН-77. Исходными данными для расчета являются: длина линии электропередачи, на которой установлен выключатель, его начальный ресурс, удельное число КЗ на рассматриваемом присоединении, закон распределения тока КЗ, характеристики механического и коммутационного ресурса выключателя.

Последовательность расчета остаточного ресурса выключателя е использованием вероятностных характеристик КЗ:

- определяется вероятное число КЗ в год на рассматриваемом присоединении;

- определяется вероятность появления заданных интервалов тога КЗ;

- рассчитывается число КЗ в год с заданными значениями тока;

- рассчитывается сработка ресурса выключателя за год;

- определяется сработка ресурса и остаточный ресурс выключателя ?а заданное число лет эксплуатации;

- в случае необходимости определяется число лет до предполагаемого ремонта.

В качестве критерия вывода выключателя в ремонт рекомендуется считать остаточный ресурс на уровне одного отключения полного тока отключения выключателя.

Используя данную методику, можно получить зависимость расчетного числа лет до предполагаемого ремонта выключателя от длины линии, что дает возможность более обоснованно, по сравнению с нормированным, определять межремонтный период выключателя.

Предлагаемая методика повволяет рассчитывать остаточный ресурс выключателя по данным эксплуатации, а в случае их отсутствия использовать вероятностные характеристики КЗ. Методика может быть .использована для выключателей линий как с односторонним, так и с двухсторонним питанием.

iL Оценка риска от короткого замыкания. Пэд термином "риск" будем понимать: материальные и социальные потери от КЗ при условии превышения током КЗ нормировании параметров. На электроустановках риск возникает в, следующих случаях:

-если параметры оборудования (П;) и расчетные условия (РУ;) не

- 18 -

согласуются должным образом, т.е. П\.< РК;

-если установленное оборудование выработало свой срок службы, а его эксплуатация продолжается ( Т зиспк > Тса ).

В связи с тем, что эксплуатация оборудования связана со здоровьем и жизнью людей, при анализе риска преполагается рассматривать две составляющие: технико-экономическую*; Дт), связанную с потерями техническими, и социальную(Дс), связанную со здоровьем и жизнью людей. Технико-экономическая составляющая риска при превышении номинального тока отключения выключателя определяется по выражению:

' Ыч30Шид ' Ртяы нон • С В }

где Иниш0-ожидаемое число КЗ,

Рыт* ' "Вероятность превышения номинального тока отключения

* т ' выключателя,

Л1)-плотность распределения тока КЗ, Сь-стоимость поврежденного оборудования. Если срок службы выключателя превышает гарантированный ( Т^и^Тц), то

<2)т=СО'-МвС& , (12)

где СО -параметр потока отказов выключателя при Т3(1спл >тсл,

Пь -число выключателей, вызывающих отказы. Социальная составляющая риска определяется по формуле:

^Ос = NiUimeg • 'Рм -Pn-Cs , . (13)

где Pm-вероятность нахождения людей в распределительном устройстве в момент КЗ, Ргл-вероятность гибели людей в момент их присутствия в

распределительном устройстве, CS -оценка безопасности.

На основе обобщения данных о численных характеристиках риска в расчетах принимались их следующие значения : оценка предельно-допустимого риска-10"6 случаев в год, . оценка безопасности или оценка человеческой жизни в стоимостном выражении-200 т. руб. (в Ценах 1989 г.) В связи с отсутствием данных об изменении параметра потока отказов при Тзислл > Тел принимаем

СО'= 60-Тзнсш* /Т сл . где tO -параметр потока отказов при TaucnN < Тел ;

Ткш1 Tu-коэффициент, учитывающий изменение GJ от срока службы.

В работе проведен расчет риска от КЗ для одной из подстанций обследуемой ЗЭС. Расчет риска подтвердил экономическую целесообраз-

ность модернизации выключателей, которая была проведена ранее на рассматриваемой подстанции.

Предлагаем? методики расчета остаточного ресурса выключатели и риска от КЗ позволяют решать вопросы, связанные с технпко-экономическими характеристиками электроустановок более обоснованно. Вероятностные характеристики КЗ позволяют восполнять недостаток необходимой эксплуатационной информации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ

1. Пзказана целесообразность использования вероятностных характеристик КЗ в различных электротехнических расчетах. При решен™ вопросов, связанных с технико-экономическими харатаеристиками электроустановок, вероятностные характеристики КЗ позролявт более обоснованно использовать расчетные параметры электрооборудования и выявлять его скрытые возможности.

2. Определен представительный состав вероятностных характеристик КЗ и определены характеризующие их законы распределения. Выявлено, что отдельные характеристики КЗ могут подчиняться различным законам распределения и не обязательно нормальному. Показано качественное изменение закона распределения тока КЗ по узлам энергосистем! во времени. Проанализировано распределение КЗ по времени года и времени суток для сетей 110,220,500 кВ мощной энергосистемы. Показано влияние времени года и времени суток на вид КЗ. Определен закон распределения тока однофазного КЗ, отключаемого выключателем в сети 110 кВ. Определено удельное число КЗ на линиях электропередачи 110,220,500 кВ и удельное число КЗ, приводящих к отказу, на линиях 110,220,330,500 кВ.

3. Исследовано состояние вопроса о получении и обработке информации о КЗ и токах КЗ в энергосистемах. Определены существующие » потенциальные потребители информации о КЗ и объем необходимых для них сведений. ГЬкаэано, что информация, фиксированная в первичных: документах электроустановок, при обобщении на последующих этапах

■ управления теряется. Определены соотношения, характеризующие ofnou утери информации о КЗ. Предложена структурная система сбора и обработки информации, которая позволит получить более полную и качественную информацию о КЗ, необходимую для различных потребителей.

4. Исследована возможность применения вероятностных характеристик КЗ при расчетах остаточного ресурса выключателей и рисга от КЗ. Предложена математическая модель расчета остаточного ресурса выключателя и разработана методика его расчета. Отличительной особенностью методики является возможность ее использования для любого закона распределения тока КЗ. Методика позволяет проводить расчеты

по данным эксплуатации, а в случае их отсутствия иди при проектировании использовать вероятностные характеристики КЗ. Обобщены данные о коммутационной и механической иеносостойкости отечественных выключателей и установлены функциональные зависимости гарантированного числа операций включения и отключения выключателя от токов КЗ и нагрузки. Разработана методика расчета риска от КЗ и выявлены условия возникновения риска при эксплуатации электроустановок. Штодика расчета риска позволяет более полно учитывать условия эксплуатации электрооборудования и в случае учета фактора риска приводит к более обоснованным решениям вопросов, связанных с реконструкцией или заменой электрооборудования. Проведено обобщение данных о численных характеристиках риска.

5. Показано, что назрела необходимость более тщательного учета вероятностных Характеристик КЗ при формировании расчетных условий для выбора электрооборудования.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ушакова А. Д., Востросаблин А. А., Смольянинова Л. Н. Законы распределения уровней токов КЗ в сетях ЗЭС. // Тр. ин-та / Моск. энерг. ин-т. - 1988. - ВьиЫ163. - С. 47-51.

2. Востросаблин A.A. Статистическая вероятность возникновения КЗ в сетях 110, 220 кВ мощной ЗЭС// Тр. ин-та / Лоск, энерг. ин-т. -1989. - Вып.лЛ97. - С. 23-28.

3. Неклепаев Е. Н., Востросаблин А. А. Анализ системы информации о коротких замыканиях в энергосистемах для разработки вероятностных характеристик токов коротких замыканий// Управление и автоматизация проектирования в электроэнергетических системах: Тез. докл. Всесоюз. семинара "Кибернетика электроэнергетических систем". -Челябинск, 1990.- С. 108-109.

4. Неклепаев Б.Н., Востросаблин А. А. Удельная частота различных видов коротких замыканий. //Электрические станции. - 1992. - л/ 4. -С. 50-57.

5. Неклепаев В. Е , Востросаблин А. А. Анализ системы информации о коротких замыканиях в ЗЭС. //Промышленная энергетика. - 1992. - tf 6. -С. 26-29.

6. Неклепаев Б. Я , Востросаблин А. А. Механическая и коммутационная износостойкость выключателей. //Промышленная энергетика. - 1992. - t! В.

- С. 14-16.

7. Неклепаев В. Е , Востросаблин А. А. Маю дика оценки остаточного ресурса выключателей при эксплуатации. // Промышленная энергетика.

- 1992.- Ы 10.- С. 31-32.

11,4

iii.imt|m}v>i мч->п, kpu 'ii'k,u.ip\k'iin in. 13