Учёт фактора надёжности в технико-экономических расчётах

Лекция 19.

Надёжность функционирования электростанций, оборудование которых отработало срок, близкий к сроку службы – одна из актуальнейших проблем нашей энергетики. Казанская ТЭЦ-3 не является исключением. Главная задача эксплуатационного персонала состоит в том, как на установленном оборудовании с существующими темпами модернизации и при сложившейся системе планово-предупредительных ремонтов обеспечить требуемую оперативную готовность станции в целом.

Учёт фактора надёжности предполагает включение в выражения (3.1.)-(3.3.) составляющей вероятностного ущерба от недоотпуска электрической и тепловой энергии Уэ из-за ненадёжной работы оборудования ОРУ ТЭЦ. Тогда наше выражение (3.2.) будет иметь вид [17]:

(3.4.)

Поскольку на ТЭЦ вырабатывается как электрическая, так и тепловая энергия, следует учитывать общий ущерб по обеим видам энергии, т.к. отказы оборудования ОРУ 110, 220 кВ могут приводить и к недоотпуску энергии тепловым (промышленным и отопительным) потребителям. Таких примеров можно привести много – это и упомянутые выше отказы ШСВ (МВ), отказы отдельных выключателей и блочных трансформаторов в цепях выдачи мощности (ТЭЦ-3 в электрической части имеет блочную схему без поперечных связей), не говоря уже об отказах турбогенераторов. При этом ясно, что установленная мощность ТЭЦ превышает рабочую по диспетчерским графикам нагрузок и в схеме теплофикации имеется резервирование.

Актуальность этой проблемы объясняется ещё и дефицитностью по электроэнергии Казанского энергоузла. Помимо дефицита энергии каждый год достаточно напряжённо проходят ремонтные кампании, во время которых на ремонт одних энергоблоков могут накладываться отказы других, в том числе и по причине отказов оборудования ОРУ.

Перейдём к процедуре определения величины математического ожидания (среднего значения) ущерба Уэ от недоотпуска электроэнергии в систему (эта методика будет справедлива и для ожидаемого недоотпуска теплоэнергии но с другими удельными показателями) из-за отказа оборудования ОРУ.

Значение Уэ определяется по выражению

(3.5)

где у₀ – удельный ущерб, руб/кВтч;

– величина недоотпуска электроэнергии из-за отказа оборудования ОРУ (включая присоединения – линии, трансформаторы, автотрансформаторы).

Наша задача сводится к определению величины DWээ в нашей конкретной схеме. В общем виде выражение выглядит следующим образом:

(3.6)

где- величина возникающего дефицита мощности ТЭЦ из-за i-го отказа оборудования, кВт;

- суммарная вероятность возникновения отказа с дефицитом ;

Тк=8760 ч – календарное время (год);

i=1,.. m – количество учитываемых отказов, могущих привести к возникновению дефицита .

Отметим, что в учёт принимаем одновременные отказы не более 2-х элементов (схема «2-х отказов»), т.к. вероятность одновременного возникновения большего числа отказов (3 и более) ничтожно мала, (хотя процедура учёта большего числа не так сложна).

В [17] приведены простые выражения для определения частоты w, 1/год и вероятности (относительной длительности) недоотпуска электроэнергии для ОРУ ВН ТЭС, выполненной по блочной схеме с потерей мощностей одного и двух блоков. Факторными признаками (влияющими параметрами) в подавляющем большинстве случаев являются частоты отказов выключателей wв, линий wл, трансформаторов (блоков) wт.

Схема ТЭЦ-3 намного проще по условиям функционирования, чем кольцевые схемы ТЭС. Однако расчёт вероятностей недоотпуска электроэнергии из-за отказов оборудования требует тщательной процедуры выявления ситуаций, при которых этот недоотпуск может иметь место, с учётом графиков электрических и тепловых нагрузок. Ещё раз подчеркнём, что вышеприведённые подходы и рассуждения в полной мере относятся и к величине недоотпука тепловой энергии и возникающем при этом ущербе у потребителя (для ТЭЦ график электрических нагрузок не является определяющим).

Таким образом, для того, чтобы получить величину для всех i=1,…, m – случаев снижения мощности необходимо последовательно проанализировать все случаи снижения мощности ТЭЦ из-за отказов оборудования ОРУ и определить их вероятности.

Вероятность отказа j-го элемента схемы определяется по формуле

(3.7)

где - время восстановления отказавшего j-го элемента оборудования, сопровождающегося снижением вырабатываемой энергии (мощности);

w_j – частота отказа j-го элемента (узла) приводящая к снижению мощности на величину .

Далее для определения суммарной вероятности необходимо просуммировать по j=1,…,n вероятности .

(3.8)

Порой непреодолимым препятствием для расчётчиков оказывается полное или частичное отсутствие исходных данных о показателях надёжности оборудования. Это лишний аргумент в пользу формирования электронных баз данных на объектах энергетики с целью определения фактических показателей надёжности оборудования в эксплуатации.

Ниже в таблице 3.30 приведены показатели надёжности электрооборудоавния из официальных источников.

Таблица 3.30 Типы выключателей и отказы собственно выключателей с приводами

Выключатели	Тип выключателя	Общее число выключа­телей	Распределение отказов по напряжениям. кВ	w, 1/год
Воздушные	ВНВ-750 ВО-750 ВВБ-750		- - -	- - -	- - -	- - -	-	0,061 - 0,018
Элегазовые	HPL-800		-	-	-	-	-	-
Воздушные	ВНВ-500 ВВБК-500 ВВБ-500 BB-500(Б)		- - - -	- - - -	- - - -		- - - -	0,065 0,052 0,036 0,037
Элегазовые	ВГУ-500 FXT-17		- -	- -	- -		- -	0,075 0,013
Воздушные	ВНВ-300 ВВ-300Б ВВН-330 ВВБ-330 ВВД-300Б		- - - - -	- - - - -	- -	- - - - -	- - - - -	0,081 0,021 0,007 - -
Элегазовые	ВГУ-330 FXT-15		- -	- -	- -	- -	- -	- -
Воздушные	ВВБК-220 ВВД-220 ВВБ-220 ВВН-220		- - - -		- - - -	- - - -	- - - -	0,006 0,007 0,004 0,016
Элегазовые	ВГУ-220 HPL-245 ВГТ-220		- - -	- -	- - -	- - -	- - -	0,055 - -

Таблица 3.30 (продолжение) Типы выключателей и отказы собственно выключателей с приводами

Выключатели	Тип выключателя	Общее число выключа­телей	Распределение отказов по напряжениям. кВ	w, 1/год
Масляные	МКП-220 У-220		- -	- -	- -	- -	- -	- -
Воздушные	ВВУ-110 ВВШ-110 BBH-110 ВВБМ-110Б			- - - -	- - - -	- - - -	- - - -	0,005 0,008 0,010 0,006
Маломасляные	ВМТ-110 ММО-110 У-110 МКП-110 МКП-110М HLR-110		- -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	0,019 - 0,012 0,017 0,007
Элегазовые	ВГТ-110			-	-	-	-	0,3
Итого