Ufass.ru

Стройка и ремонт
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Надежность систем автоматического управления (2)

Надежность систем автоматического управления (2)

Расчеты надежности автоматизированных систем управления относятся к категории наиболее сложных расчетов. Им должны предшествовать:

Уяснение принципа работы и физической сущности явлений элемент­ной базы, используемой в системах автоматического управления. Эти вопросы изучаются в курсах промышленной электроники, электриче­ских машин и элементов систем автоматического управления.

Расчет и выбор основного оборудования, а также оптимальных систем автоматического управления. Эти вопросы изучаются в курсах автома­тизированного электропривода и систем автоматического управления.

Определение параметров и характеристик элементом и систем автома­тического управления; определения границ возможных изменений па­раметров и характеристик их влияния на работоспособность системы. Это вопросы курсов автоматизированного электропривода, систем ав­томатического управления и специальных курсов, завершающих теоре­тическую часть подготовки специалистов по автоматизации производ­ственных систем.

Только после уяснения физики явлений, свойств элементарной базы и системы автоматического управления, влияния параметров и характеристик на работу системы автоматического управления можно приступать к расчету надежности, являющимся таким образом завершающим этапом проектиро­вания.

1. Техническое задание.

1.1. Цель проектирования.

На базе основного схемного решения тиристорного преобразователя разработать преобразователь, отвечающий техническим требованиям по на­дежности, изложенным в настоящем техническом задании (ТЗ).

1.2. Задание на проектирование.

Обоснование выбора схемы выпрямления;

расчет и выбор основных элементов силовой схемы;

определение параметров силовой цепи с учетом реальных условий экс­плуатации;

формулирование понятия отказа преобразователя на основании изучения физических процессов, протекающих при его работе;

поэлементный (поблочный) расчет надежности с учетом режимов работы элементов и расчет надежности основного соединения преобразователя в целом;

повышение надежности изделия за счет применения резервирования;

разработка комплекса организационных и технических мероприятий (регламентные и восстановительные работы), направленных на предупреждение отказов при эксплуатации изделия;

разработка технических средств диагностирования работоспособного со­стояния некоторых блоков (элементов).

1.3. Основные технические требования.

1.3.1. Тиристорный преобразователь предназначен для регулирования напряжения на якоре двигателя постоянного тока.

1.3.2. Основные технические требования к основной схеме преобразо­вателя изложены в первой части настоящего пособия.

1.3.3. Условия эксплуатации изделия — внутрицеховые. Диапазон изме­нения температуры окружающей среды

1.3.4. Режим работы изделия в технологической установке — непрерыв­ный, односменный, с длительностью рабочей смены 8 часов. Выполнение профилактических и регламентных работ осуществляется вне рабочей смены.

1.3.5. Гамма-процентный срок службы изделия (время ка­лендарное с учетом рабочих и нерабочих смен) при вероятности отказа .

1.3.6. Полагаем, что конструктивное исполнение преобразователя яв­ляется блочным с временем замены вышедшего из строя блока на резервный не более 0,5 часа. Исключение составляет замена отказавших силовых транс­форматоров. Для их замены в случае отказа предусмотрены следующие нор­мы

Типовая мощность трансформатора, кВА

1.3.7. Для каждого из блоков преобразователя предусмотреть замену на резервный при выработке гамма-процентного ресурса при вероятности до­стижения своего предельного состояния и при экспоненциальном за­коне распределения времени безотказной работы.

1.3.8. Считаем, что в цехе эксплуатируется не менее 10 аналогичных тиристорных преобразователей. Необходимый годовой резерв ЗИП рассчитать для 10 изделий.

1.4. Индивидуальное задание.

Номинальная мощность ДПТ =150 кВт.

Номинальное напряжение якоря =354 В.

Напряжение питающей сети В. Возможные колебания первично­го напряжения

Схема силовой части ТП – трехфазная мостовая схема.

Способ подключения преобразователя к первичной сети — через токоограничивающие реакторы.

Схема соединение обмоток трансформатора: звезда ноль-двойная звезда (Yо/Yо-Y11).

Диапазон регулирования скорости ДПТ — 20.

Допустимые пульсации тока якоря

Допустимый граничный ток

Кратность тока якоря при срабатывании токоограничения

2. Выбор оптимальных схемных решений.

2.1. Обзор типовых схемных решений, применяемых в серийно выпус­каемых преобразователях.

Производство электроэнергии осуществляется на электростанциях на переменном токе. Однако, значительная часть производственных процессов (электротехнология, электролиз в химии и металлургии, электрифицирован­ный транспорт, автоматизированный электропривод станков, роботов и т.д.) требует электропитания на постоянном токе. Преобразование электрической энергии из первичного переменного напряжения в нерегулируемое вторич­ное постоянное напряжение осуществляется с помощью диодных выпрями­телей. Если выпрямленное напряжение постоянного тока должно регулиро­ваться, либо требуется его стабилизация с отклонениями от заданного уров­ня меньшими, чем у первичного питающего напряжения, то в современных преобразователях, как правило, используются тиристорные выпрямители. Этот вид регулируемых преобразователей вытеснил все многообразие маг­нитных или электромагнитных преобразователей, применявшихся ранее.

В последние годы в преобразователях постоянного тока малой и сред­ней мощности начали внедряться транзисторные регуляторы и регуляторы на запираемых тиристорах. Но в процентном отношении эти виды преобра­зователей составляют в настоящее время и обозримом будущем несуще­ственную долю от общего выпуска полупроводниковых преобразователей.

Читайте так же:
Индикатор для выключателя схема с двух мест

Инженеры, работающие в области автоматизации электропривода и автоматизированных промышленных установок, электротехнологии и экс­плуатации электрооборудования и средств автоматизации, в своей практи­ческой деятельности сталкиваются с широким кругом вопросов, связанных с расчетами и выбором, наладкой и эксплуатацией тиристорных преобразова­телей различного назначения.

Режимы работы тиристорных преобразователей зависят, в первую оче­редь, от характера нагрузки. Из всего разнообразия нагрузок следует выде­лить двигательную нагрузку. Работа тиристорного преобразователя на якорь машины постоянного тока является наиболее сложной с точки зрения проте­кающих физических процессов и математического описания. Работа тиристорного выпрямителя на другие виды нагрузок (активную, активно-емкостную и активно-индуктивную) может быть рассмотрена как частные случаи режимов работы системы «тиристорный выпрямитель-двигатель» (система ТВ-Д).

Поэтому целесообразно рассмотреть в курсовой работе именно систему ТВ-Д, как с позиций наиболее общего примера многообразного класса тиристорных преобразователей, так и с позиций обеспечения надежности системы, нашедшей наиболее широкое применение в промышленности.

В курсовой работе будет осуществлен расчет, связанный с надежностью нереверсивного тиристорного агрегата по трехфазной мостовой схеме с токоограничивающими реакторами. Схема приведена на рисунке 1.

Повышение быстродействия и снижение пульсаций в выпрямленном напряжении достигается за счет увеличения числа фаз (т.е. пульсности) схем выпрямления. Так в широко используемых ТП серий ПТ, ЭТ3, ЭТ6, и БТУ-3501 нашли применение трехфазные нулевые, шестифазные нулевые и трехфазные мостовые (рассматриваемые в данном курсовом проекте) схемы выпрямления. Диапазон выходных мощностей этих ТП лежит в пределах от 0,5 до 200 кВт, причем трехфазные мостовые схемы используются в диапазоне от 20 до 200 кВт. Источником первичного напряжения является сеть напряжений 380/220 В. Комплектные тиристорные устройства серий КТУ, КТЭ и тиристорные комплектные преобразовательные агрегаты серий ТРЗ, ТПЗ, ТЕРЗ, ТПРЗ, АТ, АТР выпускались на номинальные токи от 25 до 1600 А и выпрямленное напряжение 230, 345, 460, 660 В. В основу всех данных серий положена трех­фазная мостовая схема выпрямления с подключением к сети через токоограничивающий реактора (рис.1) или трехфазный согласующий трансформа­тор. Трехфазная мостовая схема положена в основу и модифициро­ванных комплектных электроприводов КТЭ с естественным охлаждением тиристоров, заменивших выпускавшиеся до этого агрегаты АТ, АТР, АТВ, АТРВ. Следующее поколение комплектных тиристорных агрегатов той же серии КТЭ расширила диапазон выходных мощностей преобразователей до 12 Мвт. Эти установки выпускаются на токи от 1,6 до 12,5 кА и напряжение 660, 825 и 1050 В.

Рис. 1. Нереверсивный тиристорный агрегат по трехфазной мостовой схеме с токоограничивающими реакторами.

2.2. Функциональная схема тиристорного преобразователя.

В настоящее время основным видом преобразователей являются управ­ляемые тиристорные выпрямители (далее УТВ). Они вытеснили все осталь­ные виды преобразователей за счет более высокого КПД, отсутствия дви­жущихся элементов, повышенной надежности и более высокой приспособ­ленности к автоматическому регулированию. На выход системы управления (рис.2) выпрямителем (СУВ) поступает управляющее напряжение Uу, где оно преобразуется в соответствующее значение угла открытия тиристоров α. Из­менение α ведет к регулированию выходного напряжения тиристорного бло­ка Ud. Кривая выпрямленного напряжения Ud(ωt) может содержать значи­тельные пульсации, что требует сглаживания выходного напряжения, осуществляемого блоком фильтрации (БФ). Согласование уровня первичного сетевого напряжения U1 и требуемого значения переменного напряжения, подаваемого на УТВ, осуществляется силовым согласующим трансформато­ром. Блок РПФ-БКА содержит коммутационную и защитную аппаратуру, осуществляющую рабочее и аварийное отключение (включение) ТП от пер­вичной сети, а также может содержать радиоподавляющие фильтры, предот­вращающие попадание высших гармоник, генерируемых преобразователем, в первичную сеть. Измерительное устройство осуществляет контроль пара­метров ТП (в частности тока и напряжения) и в случае аномальных режимов воздействует на коммутационную аппаратуру БКА и систему управления, вызывая запирание тиристоров (отключение преобразователя).

Рис. 2. Блок-схема ТП, где:

РПФ – радиоподавляющий фильтр; БКА – блок коммутационной аппаратуры; УТВ – управляемый тиристорный выпрямитель; БФ – блок фильтров; СУВ – система управления выпрямителем.

2.3. Описание работы схемы ТП.

Трехфазная мостовая схема нереверсивного ТП с токоограничивающими реакторами приведена на рис. 1.

Рис.3. Структурная схема нереверсивного агрегата (ТЕ, ТП):

БВ — блок питания обмотки возбуждения двигателя, ОВ — обмотка возбуждения, I. — токоограничивающий реактор , QF — автоматический выключатель, ТТ — трансформатор тока, БТ — тиристорной блок, Д — двигатель, ТГ — тахогенератор, БУА — блок управления агрегатом, ЗУ — задающее устройство, ДТ — датчик тока, УЗ — узел защиты, РС — регулятор скорости, УТО — узел токовой отсечки, СИФУ — система импульсно-фазового управления, ДН — датчик напряжения, * — связь для работы с обратной связью по ЭДС, ** — связь для работы с обратной связью по скорости.

Читайте так же:
Высоковольтные выключатели каталог товаров

Принцип работы агрегата основан на свойствах и характеристиках управляемых выпрями­телей, а также ведомых сетью симметрично управляемых инверторов.

Блок управления агрегатом обеспечивает регулирование частотой вращения двигателя преобразованием аналогового сигнала управления в фазу «α» импульсов управления тиристора­ми;

Зашиты предусмотренные в агрегате:

от токов короткого замыкания (кз),

от токов перегрузки (по величине и длительности),

от исчезновения принудительного охлаждения (ТП, ТПР),

от перегрева двигателя (при наличии в двигателе датчика температуры).

Зашита от токов кз осуществляется системой: «автоматический выключатель, токоограничивающий реактор (трансформатор)» и узел зашиты, переводящий угол регулирования тири­сторами в αmax.

Основу силовой выпрямительной части нереверсивного агрегата составляет трехфазный мостовой выпрямитель с одним тиристором в плече.

Нереверсивные агрегаты обеспечивают:

регулирование частоты вращения якоря двигателя,

работу на установившейся частоте вращения двигателя,

останов (на выбеге) двигателей постоянного тока.

2.4. Обоснование выбора схемы выпрямления.

Трехфазные мостовые схемы выпрямления с подключением к сети через токоограничивающий реактор рекомендуется применять при значениях выпрямленного напряжения U d — 230, 354, 460, 660 В и номинальных токах от 25 до 1600 А.

Можно приблизительно оценить КПД выпрямителя:

где — падение напряжение на тиристоре в открытом состоянии (1,5 В); n — число тиристоров, последовательно проводящих ток нагрузки и в выпрями­тельной схеме (для мостовых схем n=2).

Рассчитаем зависимость КПД как функции от для нулевых и мосто­вых схем (табл. 2).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Надежность – это способность объекта (схемы) исполнять заданные функции на протяжении времени, обусловленные требованиями эксплуатации. Если на стадии проектировании не учесть надежность, то в реальных условиях разработанная схема управления может быть неработоспособной.

Вопрос надежности работы отдельных элементов регламентируется ГОСТ 27.002-83 «Надежность в техники, термины и определении».

Основное понятие в теории надежности отказ – это потеря работоспособности (полная или частичная), нарушение нормальной работы объекта (схемы), следствии чего его характеристики не удовлетворяют требований, которые перед ним ставятся.

Соответственно ГОСТ 27.002-83 понятие надежности может включать:

– безотказность – способность объекта сохранять работоспособность на протяжении определенного промежутка времени;

– долговечность – способность объекта сохранять работоспособность до граничного состояния при существующей системе технического обслуживания;

– ремонтопригодность – приспособления изготовления до предупреждения и выявления причин отключения и отказов, поломок их устранение путем проведения ТО и ТР;

– сохранность – способность изготовления быть исправным и работоспособным во время сохранения, транспортировки и ремонта.

К численным показателям надежности относятся: вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, наработки на отказ, средний термин службы, средний термин сохранения и др.

Вероятность безотказной работы — это вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает. Вероятность безотказной работы определяем для каждого электрооборудования по формуле:

image001_44 Показатели надежности автоматических систем,

Где: k – коэффициент, который учитывает воздействия окружающей среды на работу электрооборудования и средств автоматизации; для с/х производства k = 10;

image002_44 Показатели надежности автоматических систем– общая интенсивность отказов, год-1, находим по Таблице 1.21 [1].

image003_46 Показатели надежности автоматических систем– время эксплуатации, для которого определяется вероятность безотказной работы, находим по таблице 1.20 [1].

Вероятность безотказной работы для автоматического выключателя:

P(t) = image004_43 Показатели надежности автоматических систем= 2,72-0,0066 ≈ 0,99.

Вероятность безотказной работы для магнитного пускателя:

P(t) = image005_40 Показатели надежности автоматических систем= 2,72-0,0066 ≈ 0,74.

Вероятность безотказной работы для теплового реле:

P(t) = image006_39 Показатели надежности автоматических систем= 2,72-0,0066 ≈ 0,87.

Вероятность безотказной работы для плавкого предохранителя:

P(t) = image007_37 Показатели надежности автоматических систем= 2,72-0,0066 ≈ 0,84.

Вероятность безотказной работы для терморегулятора:

P(t) = image008_38 Показатели надежности автоматических систем= 2,72-0,0066 ≈ 0,001.

Вероятность безотказной работы для реле защиты:

P(t) = image009_36 Показатели надежности автоматических систем= 2,72-0,0066 ≈ 0,93.

Вероятность безотказной работы для реле давления:

P(t) = image010_37 Показатели надежности автоматических систем= 2,72-0,0066 ≈ 0,22.

Вероятность безотказной работы для трансформатора 220/12:

P(t) = image010_37 Показатели надежности автоматических систем= 2,72-0,0066 ≈ 0,22.

Вероятность безотказной работы для переключателей:

P(t) = image011_34 Показатели надежности автоматических систем= 2,72-0,0066 ≈ 0,76.

Вероятность безотказной работы для сигнальных ламп:

P(t) = image012_35 Показатели надежности автоматических систем= 2,72-0,0066 ≈ 0,002.

Интенсивность отказов установки зависит от действия механичных сил на электрооборудования и от размещения каждого элемента схемы. Коэффициент, который учитывает механические воздействия, выбирают с таблицы 1.22 [1].

Читайте так же:
Автоматический выключатель с независимым расцепителем минимального напряжения

На интенсивность отказов также влияет температура и влажность окружающей среды, при которых работает элемент схемы или установка в целом. Коэффициент температуры, который зависит от влажности и температуры, при которых работают элементы схемы, выбирают с таблицы 1.23 [1].

Интенсивность отказов для каждого вида элементов определяем по формуле, учитывая коэффициент нагрузки и температуры, при которых данное электрооборудование используется.

Где: λ0 – интенсивность отказов в нормальных условиях, год-1 (таблица 1.21 [1]);

K – поправочный коэффициент, который учитывает коэффициент нагрузки и температуры.

Где: kH – коэффициент нагрузки, который зависит от условий, при которых работает элемент схемы, выбираем с таблицы 1.22 [1];

KT – коэффициент температуры, который зависит от температуры и влажности, в которых находится элемент схемы, выбираем с таблицы 1.23[1];

Определим интенсивность отказов для автоматического выключателя:

K = 1,07 ∙ 1,25 ≈ 1,34,

λ = 1,34 ∙ 0,22 = 0,29;

Определим интенсивность отказов для магнитного пускателя:

K = 1,07 ∙ 1,25 ≈ 1,34,

λ = 1,34 ∙ 10 = 13,4;

Определим интенсивность отказов для теплового реле:

K = 1,07 ∙ 1,25 ≈ 1,34,

λ = 1,34 ∙ 0,4 = 0,54;

Определим интенсивность отказов для плавкого предохранителя:

K = 1,07 ∙ 1,25 ≈ 1,34,

λ = 1,34 ∙ 0,6 = 0,80;

Определим интенсивность отказов для терморегулятора:

K = 1,07 ∙ 1,25 ≈ 1,34,

λ = 1,34 ∙ 23 = 30,82;

Определим интенсивность отказов для реле защиты:

K = 1,07 ∙ 1,25 ≈ 1,34,

λ = 1,34 ∙ 0,25 = 0,34;

Определим интенсивность отказов для реле давления:

K = 1,07 ∙ 1,25 ≈ 1,34,

Определим интенсивность отказов для трансформатора 220/12:

K = 1,07 ∙ 1,25 ≈ 1,34,

Определим интенсивность отказов для переключателей:

K = 1,07 ∙ 1,25 ≈ 1,34,

λ = 1,34 ∙ 0,92 = 1,23;

Определим интенсивность отказов для сигнальных ламп:

K = 1,07 ∙ 1,25 ≈ 1,34,

λ = 1,34 ∙ 20 = 26,8.

Вероятность отказов – величина по значению противоположна P(t). При этом: P(t) + q(t) = 1, откуда q(t) = 1 – P(t).

Вероятность отказа для автоматического выключателя:

Q(t) = 1 – 0,99 = 0,01;

Вероятность отказа для магнитного пускателя:

Q(t) = 1 – 0,74 = 0,26;

Вероятность отказа для теплового реле:

Q(t) = 1 – 0,87 = 0,13;

Вероятность отказа для плавкого предохранителя:

Q(t) = 1 – 0,84 = 0,16;

Вероятность отказа для терморегулятора:

Q(t) = 1 – 0,001 = 0,999;

Вероятность отказа для реле защиты:

Q(t) = 1 – 0,93 = 0,07;

Вероятность отказа для реле давления:

Q(t) = 1 – 0,22 = 0,78;

Вероятность отказа трансформатора 220/12:

Q(t) = 1 – 0,22 = 0,78;

Вероятность отказа для переключателей:

Q(t) = 1 – 0,76 = 0,24;

Вероятность отказа для сигнальных ламп:

Q(t) = 1 – 0,002 =0,998.

Таким образом, выяснилось, что наиболее вероятным может быть отказ электронного терморегулятора и сигнальных ламп. Это объясняется сложностью его конструкции и схемы. Т. к. в данном случае выбран современный терморегулятор, интенсивность отказов может значительно снизится. Данных по интенсивности отказов указанного устройства не имеется. Ресурс сигнальных ламп невелик, поэтому необходимо всегда иметь в резерве несколько штук.

Обработка статистической информации с целью выявления законов изменения параметров надежности оборудования цеховых сетей

Аннотация.Усложнение структуры и функций внутрицеховых электрических сетей, характерное для настоящего времени, предполагает более высокую степень их совершенства. Однако сложность электрических сетей увеличивает число взаимосвязанных элементов, а, следовательно, и вероятность нарушений в выполнении их функций, что вызывает прекращение подачи электроэнергии потребителям либо недопустимое снижение еекачества. В статье представленызависимости, позволяющие прогнозировать изменение технического состояния электрооборудования электрических сетей и своевременно принимать меры и корректировать сроки проведения осмотров и плановопредупредительных ремонтов соответствующего оборудования.Ключевые слова:электрические, электроснабжение, модель, надежность, напряжение, низковольтные.

На современном этапе развития техники электрические низковольтные коммутационные аппараты управления –магнитные пускатели, электромагнитные контакторы и др. получают дальнейшее развитие, несмотря на большие достижения в области электроники и быстрое развитие бесконтактной коммутационной аппаратуры на базе полупроводниковых элементов. Это вызвано такими их существенными преимуществами перед электронными коммутационными аппаратами, как полная гальваническая развязка цепей в разомкнутом состоянии, относительно большая коммутируемая мощность на единицу собственного объема, большая устойчивость к токам перегрузки и перенапряжениям, стабильные параметры при широком изменении внешних условий [1, 2]. Тенденция более широкого применения контактной коммутационной аппаратуры по сравнению с электронной вероятно сохранится длительное время.В связи с тем, что контактные аппараты управления являются массовой продукцией, которая применяется также и на особо ответственных объектах (АЭС, предприятиях с непрерывным технологическим процессом и т.д.), требования к их надежности и качеству постоянно растут. Одним из достоверных способов определения работоспособности изделия являются натурные испытания, которые включают в себя различные виды испытаний, в том числе и на коммутационную износостойкость.Результаты исследований причин отказов [3] свидетельствуют о том, что:

Читайте так же:
Авдт 32 с10 автоматический выключатель дифф тока

–4045% их происходят изза ошибок, допущенных при проектировании;–20%

изза ошибок при производстве;–30% изза ошибок при эксплуатации;–57% изза естественного износа и старения.В процессе эксплуатации оборудования систем цехового электроснабжения, одними из основных элементов которых служат коммутационных аппараты, в результате износа происходит переход с одного уровня работоспособности (функционирования) на другой, более низкий.Опыт работы и лабораторные исследования показывают, что именно контактные группы низковольтных коммутационных аппаратов являются наиболее ненадежными элементами. Быстрота износа контактов, при коммутации определяет уровень надежности работы аппаратов. Основными факторами, которые непосредственно определяют скорость износа контактов и, следовательно, возможность возникновения отказа являются:–величина тока и напряжения;–характер нагрузки (с увеличением индуктивности коммутационной цепи износ контактов увеличивается);–материал контактов, в том числе их размеры, форма, однородность структуры;–время и амплитуда вибрации контактов в момент замыкания, жесткость контактных пружин и др.Все эти факторы функционально взаимосвязаны с тепловыми, электрическими и физикотехническими параметрами материалов контактных и дугогасительных систем. Анализ функциональных взаимосвязей указанных факторов и параметров, их систематизация дают возможность обосновать правомерность принятия некоторых критериев, определяющих показатели работоспособности контактных систем электрических аппаратов. В качестве таких определяющих критериев могут быть представлены характерные зависимости изменений провала, суммарной высоты и массы контактов, сопротивления контактов от количества циклов.В результате обработки статистических данных по отказам электрооборудования ряда предприятий г.Казани получены следующие параметры надежности основного низковольтного электрооборудования (табл. 1).Целью первичной обработки экспериментальных наблюдений обычно является выбор закона распределения, наиболее хорошо описывающего случайную величину, выборкакоторой наблюдается. Проверка того, насколько хорошо наблюдаемая выборка описывается теоретическим законом, осуществляется с использованием различных критериев согласия. Некорректное использование критериев согласия может приводить к необоснованному принятию или необоснованному отклонению проверяемой гипотезы.Проведем проверкугипотезысогласия опытного распределения с теоретическим на примере автоматических выключателей серии ВА51. Вероятность безотказной работы по статистическим данным оценивается выражением[4], где N0–число изделий в начале испытания; n(t) –число отказавших изделий за время t;

–статистическая оценка вероятности безотказной работы (эмпирическая функция). При большомчисле изделий N0 статистическая оценка практически совпадает с вероятностью безотказной работы P(t).На практике иногда более удобной характеристикой является вероятность отказа Q(t). Отказ и безотказная работа

события несовместимые и противоположные, поэтому

По статистическим данным об отказах средняя наработка до первого отказа вычисляется по выражению . (1)Для определения средней наработки до первого отказа необходимо знать моменты выхода из строя всех испытуемых элементов. Имея данные о количестве вышедших из строя элементов niв каждом iм интервале времени, среднюю наработку допервого отказа лучше определять из выражения, где tсрi=ti1+ ti+1/2; m=tк/Δt; ti1–время начала iго интервала ti–время конца iго интервала; tк–время выхода из строя всех элементов; Δt=ti1+ ti+1–интервал времени наблюдений.По статистическим данным табл.1 по выражению (1) определим среднее время безотказной работы автоматического выключателя серии ВА51:

Среднеквадратическое отклонение времени безотказной работы определим по выражению. Результаты вычислений занесены в табл. 2.Проверка гипотезы о законе распределения случайных величин производится методами математической статистики спомощью, так называемых, критериев согласия.При использовании критерия Колмогорова необходимо иметь значения теоретической и опытной функции для некоторого числа nзначений аргумента. Определяется максимальное расхождение между теоретическими и опытными данными, где и F(t) –опытное и теоретическое значение интегральной функции распределения.А.Н.Колмогоров показал, что случайная величина имеет функцию распределения K(y)=1‒ p(y) [5]. Получив в результате сравнения функций и F(t) значение Dnи вычислив , можно оценить вероятность p(y) случайного получения подобного значения y. Если p(y)�0,3…0,4, то считают, что опытная и теоретическая функции хорошо согласуются между собой, если p(y)0,05…0,10 –наблюдаемое отклонение не случайно, теоретическая функция плохо согласуется с опытными данными. Необходимо отметить, что критерий согласия Колмогорова предполагает вид распределения известным из какихлибо предпосылок теоретического характера. Кроме того, в случае определения параметров теоретической функции из опыта, он дает завышенную оценку согласия. Критерием χ2пользуются при большом объеме наблюдений и, в силу его универсальности, при проверке многопараметрических распределений.

Критерий ω2, при котором расхождение между эмпирической и статической функциями распределения измеряются максимумом абсолютного значения разности этих функций, а сам критерий вычисляется как сумма взвешенных квадратов разностей, используется при малом числе наблюдений в области верхних и нижних значений случайной величины. Проверим гипотезу о нормальном распределении наработки на отказ автоматического выключателя серии ВА51.

Читайте так же:
Автоматический выключатель s201 c6a abb

Таблица 1Значения параметров потока отказов электрооборудования

Наименование электрооборудованияКоличество элементов n, штКоличество отказавших элементов m, штВремя наблюдения Т, годСредняя наработка на отказ Тср, годСреднеквадратическое отклонение наработки на отказ σ, годВремя восстановления элементов ТВ, часСредний параметр потока отказов, 1/годГраницы доверительного интервала Доверительная вероятностьα=0,90α=0,95Автоматический выключатель ВА5128321715132,540,0519,8/+9,89,8/+9,8Магнитный пускатель ПМЕ211178135861,730,09511,6/+12,613,8/+14,0Контактор марки КТ

180123761,730,09811,2/+12,214,3/+14,0Предохранитель ПН210028119016152,630,0429,5/+9,511,5/+12,4Пакетный выключатель ПВ320611621202,940,02711,1/+14,814,8/+18,5Рубильник марки Р

16314423202,930,03810,5/+10,513,0/+15,8Кабельная линия АВВГ0,4кВ (на 100м)726535303,4240,02615,4/+19,223,1/+19,2

Таблица 2Проверка гипотезы по критерию Колмогорова для автоматического выключателя серии ВА51

Год наблюдения, tТеоретическая вероятность отказа, Q(t)Статистическая вероятностьотказа, Q*(t)Расхождение, Случайная величина, Значение функции, р(yn)10,0000,0000,0000,000

Реферат: Расчет надежности электроснабжения подстанции Южная

1. На основании статистических данных определить показатели надежности отдельных элементов схемы электроснабжения подстанции "Южная".

2. Составить структурно-логическую схему, основанную на анализе функционирования системы, учете резервирования, восстановлений, контроля исправности элементов.

3. Выбрать метод расчета надежности с учетом принятых моделей и описаний процессов функционирования и восстановления.

4. Получить в общем виде математическую модель, связывающую показатели надежности с характеристиками элементов.

5. Выполнить расчет и анализ полученных результатов.

Исходные данные приведены на рис.1 и в табл. 1.

Оборудование подстанции учитываемое при расчете надежности

ЛЭП1АС185
ЛЭП2АС185
QS1РНД31-110У/1000
QS2РНД31-110У/1000
QR1ОД110т/630
QR2ОД110т/630
QK1КЗ-110т
QK2КЗ-110т
Т1ТДТН- 40000/110
Т2ТДТН- 40000/110
QF1ВМП 10э
QF2ВМП 10э
QF4ВМП 10э
QF5ВМП 10э
QF3ВМП 10к
QF3ВМП 10к
Шины 10 кВ
Шины 6 кВ

Проблема обоснования целесообразного уровня надежности систем электроснабжения на современном этапе развития имеет большое значение. Аварийные и внезапные перерывы электроснабжения потребителей вызывают большой народнохозяйственный ущерб, обусловленный поломкой оборудования, порчей сырья и материалов, затратами на ремонты, недовыпуском продукции, простоями технологического оборудования и рабочей силы, а также издержками связанными с другими факторами.

Сегодня методы анализа надежности используются уже во многих отраслях техники. Однако проблема надежности в ее количественной постановке при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения необыкновенно сложна. Так для рассмотрения вопросов надежности, при эксплуатации систем электроснабжения необходимо учесть как современные достижения современной теории надежности, так и специфику функционирования систем силового типа, подверженных в значительной степени влиянию неблагоприятных воздействий внешней среды и непосредственно связанных с электрической системой.

Целью данной работы является попытка рассмотрения надежности функционирования оборудования подстанции, и связанная с этим надежность бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией.

1. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ

Рассмотрим трансформатор как элемент, условно состоящий из двух последовательно соединенных элементов, в одном из которых могут появляться внезапные отказы, а в другом — постепенные. Внезапные отказы появляются вследствие резкого, внезапного изменения основных параметров под воздействием одного или нескольких случайных факторов внешней среды либо вследствие ошибок обслуживающего персонала. При постепенных отказах наблюдается плавное, постепенное изменение параметра элементов в результате износа отдельных частей или всего элемента в целом.

Вероятность безотказной работы представим произведением вероятностей

где Рв(t) и Ри(t) — соответственно вероятности безотказной работы условных элементов, соответствующих внезапному и постепенному отказу в следствии износа.

В теории надежности в качестве основного распределения времени безотказной работы при внезапных отказах принимается показательное распределение:

(1.2)

Постепенные отказы трансформатора происходит в основном по причине износа изоляции . Износ можно описать законом распределения Вейбулла-Гнеденко

(1.3)

где t — порог чувствительности, то есть элемент гарантировано не откажет , в интервале времени от 0 до t может быть равно нулю. Тогда окончательно имеем:

Pтр(t) = e — l t ×e -ct . (1.4)

Причинами внезапных отказов трансформатора являются повреждения вводов трансформатора вследствие перекрытия контактных соединений, утечка масла. Причинами постепенных отказов в свою очередь будут нарушения изоляции обмоток вследствие возникновения внешних и внутренних перенапряжений, сквозных токов коротких замыканий и дефектов изготовления. На основании принятых критериев выделим два статистических ряда для внезапных и постепенных отказов табл.2.

Статистический ряд внезапных и постепенных отказов силового трансформатора

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector