搜索
第12章发电厂及变电所电气主接线的可靠性估计12.1概述12.2电力变压器的可靠性12.3断路器的可靠性12.4继电保护装置的可靠性12.5电气主接线可靠性评估的数学模型12.6主接线方案经济分析模型12.1概述发电厂和变电所的电气主接线系统一般包括以下电力元件：母线、变压器、断路器、电压互感器、隔离开关以及继电保护和自动装置等辅助设备。发电厂变电所电气主接线可靠性评估是指，在组成主接线系统的元件(断路器、变压器、隔离刀闸、母线)可靠性指标已知和可靠性准则给定的条件下，评估整个主接线系统按可靠性准则满足供电点电力及电能量需求的能力的度量。假定某一电源点为起点，且假定电源点完全可靠。以某二次母线(低压母线)为终点，然后，分析和计算由起点到终点的可靠性指标。进行电气主接线的可靠性估计，有助于设计工程师比较和选择各种不同的发电厂、变电所的电气主接线方案，计算不同方案的定量可靠性指标和投资，为技术经济决策提供理论依据。一、电气主接线系统可靠性估计的步骤①定义系统的范围，列出它所包括的元件。②给出每个元件的故障率、修复率、计划检修率和停运时间。③定义系统故障判据，即规定主接线系统正常和故障的条件。一般来说，降压变电所主接线系统的可靠性判据主要是连续性，即停电为故障，不停电为正常。发电厂电气主接线的判据除了连续性外，还要求计算保证发出给定电力的概率。④建立数学模型，选择要计算的可靠性指标，如概率、频率、平均无故障工作时间、平均停电时间等。建立数学模型时要做一些基本假设。⑤计算主接线系统的可靠性指标二、估计电气主接线系统可靠性的基本假定①元件的故障是独立的。②元件的连续工作时间、修复时间、计划维修时间和倒闸操作时问均认为服从指数分布。③不考虑元件的过负荷④一般只考虑单一故障，某些情况下至多考虑到二重故障，忽略二重以上的故障。⑤继电保护的影响计入到断路器的可靠性数据中。⑥多数情况下，把电力元件作为可修复元件处理，电气主接线系统作为可修复系统处理。12.2电力变压器的可靠性引起220kV变压器非计划停运的主导部件是线圈、套管、调压装置；引起330kV及500kV变压器非计划停运的主导部件是线圈。按技术责任分，引起220kV变压器非计划停运的主导原因是产品质量不良及老化。引起330kV及500kV变压器非计划停运的主导原因是产品质量不良。12.3断路器的可靠性一、继电保护装置统计评价方法继电保护装置正确动作率是评价继电保护装置的运行符合预定功能和动作要求程度的综合性指标，也是保证电网安全稳定运行的重要指标，用公式表示如下：12.4继电保护装置的可靠性我国继电保护的可靠性统计数据（1999—2001）12.5电气主接线可靠性评估的数学模型一、元件的可靠性模型1．断路器的模型一个正常闭合的断路器一般有7种状态，分别为：N正常状态；M计划检修状态；m强迫检修状态；f误动状态；i接地或绝缘故障状态；st拒动状态；r故障后修复状态。从故障后果的观点来看，可以把st状态和i状态等效为S状态，m，f和r状态合并为R状态。空间状态图断路器故障模型线路侧断路器K1为静态系数，一般取0.3；K2为切除短路系数，一般取0.4；K3为操作系数；Li为线路长度，单位为km；Lp为平均线路长度，单位为km。对我国500kV的线路，平均长度取187km；K3一般取0．3；ni为断路器每年的实际操作次数；np为年平均操作次数，我国取24次／a；λp为断路器统计平均故障率。断路器故障模型主变压器——机组侧断路器母联断路器、分段断路器及联络变压器断路器故障率不乘修正系数，取λp。2.发电机、输电线路、变压器和隔离开关的模型发电机、输电线路和变压器都属于静态元件，其功能是从一点到另一点完成功率传输。它们可以处于下列状态之一：正常运行状态、故障修复状态和计划检修状态。隔离开关的可靠性模型与以上元件相似。3.母线的模型无倒闸操作的母线，其可靠性模型与发电机、输电线路、变压器的模型类似。对于有倒闸操作的母线(双母线接线)来说，模型如图所示：二、搜索故障与概率、频率的计算通过直接分析主接线网络图，找出影响每一回线路停电的事件，然后分析在该事件下的后果，得到该状态下的概率和频率。故障的搜索方法如下：首先找到任一回出线到源点的最小割集，包括一阶割集、二阶割集、三阶割集，也就是相应的一重故障、二重故障、三重故障。由于三重以上的故障发生的概率和频率都极小，因此不考虑一重故障：故障率即为单个元件强迫停运的故障率，故障恢复时间也为单个元件强迫停运的故障恢复时间。当然，如果存在备用设备，停电时间就是备用设备投运的操作时间。二重故障：应考虑强迫停运与计划检修停运重叠的情况。假设两个元件强迫停运的故障率分别为λ1、λ2；强迫停运故障恢复时间分别为r1，r2，计划检修停运率分别为λm1、λm2，计划检修停运时间为rm1、rm2。则二重故障的持续强迫停运故障率为二重故障的持续强迫停运时间为：计划检修停运与持续强迫停运一般在以下两种情况之一重叠：元件1已在检修，元件2强迫停运；元件2已在检修，元件1强迫停运。此时的等效停运率为为：等效的停运时间为：在求出任一回线路的故障事件后，根据相应的可靠性判据，求出在此类判据下或导致系统故障的各重故障事件。在求出了对应于各种故障判据下的各重故障的故障率和故障恢复时间后，就可以求得这种判据下的故障率λs(次／a)、故障停电平均持续时间D(h／次)、可用率A、年停电的平均时间U(h／a)、停电频率fs(次／a)，并可求得系统的损失电能，即期望不可供电量。故障率λs：是指系统在时刻t以前正常工作，在t以后单位时间(年)内发生故障的条件概率密度，单位为次／a。故障平均停电持续时间D：是指发生一次故障的平均停电持续时间，单位为h／次。可用率A：是指系统处于可用状态的概率，l-A即停电概率。年停电的平均时间U：是指系统一年中发生全所故障的期望平均停电持续时间，单位为h。停电频率fS：是指系统一年内发生停电故障的平均次数，单位是次／a。期望故障受阻电力(EPNS)：是指系统一年中由于发生停电故障而无法送出的电力数。各个指标的含义如下：