Spolehlivost Kosice09st by GvsmUBG

VIEWS: 9 PAGES: 77

									   SPOLEHLIVOST
        V
ELEKTROENERGETICE
     Stanislav Rusek
     Radomír Goňo
Definice
Spolehlivost je obecná vlastnost objektu,
spočívající ve schopnostech plnit požadované
funkce při zachování hodnot stanovených
provozních ukazatelů v daných mezích a v čase
podle stanovených technických podmínek.


Spolehlivost je pravděpodobnost, že činnost
zařízení bude během určené doby a v daných
provozních podmínkách přiměřená účelu zařízení.
                    EIA (Sdružení elektronického průmyslu USA)
 Osnova přednášky
Číselné vyjádření spolehlivosti

Dvě fáze řešení spolehlivosti

Spolehlivostní výpočty

Vstupní spolehlivostní údaje
Spolehlivostně orientovaná údržba

Sledování spolehlivosti dodávky (ERÚ)

Analýza kalamitních stavů
Číselné vyjádření spolehlivosti
(Klasické)


 – intenzita poruch  ( rok-1)


 – střední doba trvání poruchy  ( h )


 – pravděpodobnost bezporuchového chodu R ( - )
Globální ukazatele spolehlivosti

– Četnost výpadků
 (počet výpadků/rok/odběratele)


– Celková doba trvání všech výpadků
 (min/rok/odběratele)


– Doba trvání jednoho výpadku
  (min/výpadek)
             Dvě fáze řešení spolehlivosti

1. Získávání vstupních údajů pro spolehlivostní výpočty


 Apriorní spolehlivost - určení     spolehlivostních   veličin   přímo z údajů
 výrobce.

 Empirická   spolehlivost   -   sledování    poruchovosti    elektroenergetické
 soustavy.




2. Samotný spolehlivostní výpočet
Intenzita poruch:




                                         (rok-1)



N    počet poruch [-]

Z    počet prvků příslušného typu v síti [-]

X    délka sledovaného období [rok]
Intenzita poruch vedení:




                                          (rok-1/100 km)


N    počet poruch [-]
L    délka vedení příslušného typu [km]
X    délka sledovaného období [rok]
 Střední doba poruchy :



                                                (h)




NP    počet poruch prvku příslušného typu [-]
i    doba poruchy prvku příslušného typu [h]
Spolehlivostní výpočty

1. Spolehlivost jednotlivých částí sítí v období
   tvorby projektové dokumentace


2. Spolehlivost již provozovaných sítí


3. Spolehlivost v oblasti řízení provozu
   elektroenergetického systému
Metody výpočtu spolehlivosti

    Určení vhodné metody:


-   jaký systém je řešen,

-   jaké jsou k dispozici vstupní hodnoty spolehlivosti,

-   v jakém tvaru je požadován výsledek výpočtu,

-   hodnoty spolehlivosti ustálené nebo závislé na čase.
Základní metody výpočtu spolehlivosti

Katedra elektroenergetiky VŠB-TU Ostrava




  Metoda spolehlivostních schémat

  Metoda spolehlivostních schémat (ČEZ 22/80)

   Markovovy procesy

   Simulační metody
        Metoda spolehlivostních schémat
  Pravidlo o násobení pravděpodobností:



 P(A)             pravděpodobnost výskytu jevu A
 P(B)             pravděpodobnost výskytu jevu B


  Sériový systém

 Porucha jediného prvku vede k poruše celku




Pravděpodobnost bezporuchového chodu:
 Paralelní systém

Porucha systému nastává, když všechny prvky mají poruchu




Pravděpodobnost poruchy:




Pravděpodobnosti bezporuchového chodu:
Metoda spolehlivostních schémat ČEZ 22/80

Výhody


–uvažuje údržbové prostoje,
umožňuje do výpočtu zahrnout i manipulace, uvažuje tedy s
 tzv. studenými rezervami.

Při výpočtu se uvažují tyto provozní stavy :
provoz,
poruchový prostoj,
údržbový prostoj.
    Definována jsou tři spolehlivostní zapojení:


    sériové zapojení,


    paralelní zapojení (horká rezerva),


    paralelní zapojení s manipulací (studená rezerva).
Sériové zapojení prvků




                         (rok-1)




                                   (h; rok-1; h)
Paralelní zapojení prvků - horká rezerva




                      (rok-1)




                        (h)
Paralelní zapojení prvků - studená rezerva
                Markovovy procesy
Markovovy modely jsou funkcí náhodných proměnných stavu
soustavy a doby, funkce mohou být spojité i diskrétní.


Markovovy modely s diskrétními stavy a spojitým časem
přechodu jsou


Markovovy procesy - pravděpodobnost přechodu z
výchozího stavu do následujícího je závislá pouze na těchto
dvou stavech a je nezávislá na všech stavech minulých. V
oblasti techniky se pracuje s diskrétními stavy (provoz,
porucha) a se spojitým časem přechodu z jednoho stavu do
druhého.
  Základní schéma dvoustavového Markovova procesu:




,    pravděpodobnosti přechodů ze stavu 1 do stavu 2 a naopak
       (intenzita poruch, intenzita oprav)


P1 (t) - pravděpodobnost stavu 1 (bezporuchového stavu) v čase t
P2 (t) - pravděpodobnost stavu 2 (poruchy) v čase t
Intenzita oprav

                                                  (h-1)




  N          počet poruch za sledované období
  i         doba trvání i-té poruchy (opravy)


 Za předpokladu malého časového intervalu dt:

e-dt = 1 -  dt   je pravděpodobnost, že objekt nepřejde ze stavu 1 do stavu 2
                   během času dt,

1 - e-dt =  dt   je pravděpodobnost, že objekt přejde ze stavu 1 do stavu 2
                   během času dt,

e-dt = 1 -  dt   je pravděpodobnost, že objekt nepřejde ze stavu 2 do stavu 1
                   během času dt,

1 - e-dt =  dt   je pravděpodobnost, že objekt přejde ze stavu 2 do stavu 1
                   během času dt.
P1(t + dt)       pravděpodobnost, že objekt bude ve stavu 1 v době (t + dt)


P2(t + dt)       pravděpodobnost, že objekt bude ve stavu 2 v době (t + dt)




   Je-li objekt v provozu v čase t + dt, pak byl v provozu v čase t a za dobu
   dt nedošlo k poruše nebo byl v čase t v poruše a v době dt došlo k opravě.




 Je-li objekt v poruše v čase t + dt, pak byl v poruše v čase t a za dobu dt
 nedošlo k opravě nebo byl v čase t v provozu a v době dt došlo k poruše.
Maticový zápis:




Počáteční podmínky:



Technický předpoklad:   P1 (0) = 1 a P2 (0) = 0

 Řešení:
Ustálené hodnoty

Činitel pohotovosti kP



Činitel prostoje kV



V průběhu činnosti objektu se střídá čas provozu tS a opravy .


Celkový časový cyklus T:



Frekvence cyklu:


Pro ustálené spolehlivosti:
Markovovy procesy vícestavových systémů

Systém se třemi stavy :

stav 1 – bezporuchový stav
stav 2 – částečná porucha
stav 3 – úplná porucha

                  Schéma obecného třístavového systému:
         Diferenciální rovnice pro n-stavový systém:



P je matice pravděpodobnosti stavů

P’ je matice prvních derivací pravděpodobností stavů

M je matice intenzit přechodů

Mt je matice transponovaná
Pro schéma bude mít matice M tvar:




 Soustava diferenciálních rovnic:
Případ neopravitelného systému o dvou stejných prvcích, kdy nastanou tři stavy:


1. oba prvky v provozu (plný výkon)

2. jeden prvek v provozu (poloviční výkon)

3. oba prvky v poruše (nulový výkon)

neopravitelný systém  = 0.



                              Stavový diagram
 Matice intenzit přechodů:




Výsledná soustava rovnic pravděpodobností:




 Stav 3 je tzv. absorpční stav.
Simulační metody výpočtu spolehlivosti

Nutno znát intenzitu výpadků a střední doby výpadku všech prvků soustavy.

Simulace - numerická metoda, která spočívá v experimentování s matematickými
modely reálných systémů na číslicových počítačích.


Výhody:
- studovaný systém může být příliš složitý pro použití analytických postupů,
- simulace umožňuje studium chování systémů v reálném,               zrychleném či
  zpomaleném čase. Druhá možnost je v tomto případě nejdůležitější, protože
  procesy výpadků prvků a jejich opětného uvádění do provozu jsou značně
  pomalé. Studovat je jinak než ve zrychleném čase by bylo značně neefektivní,
- simulací lze ověřit výsledky získané jinými nezávislými postupy,
- je možno modelovat odbočky typu „T“,
- je provedena jednoduchá výkonová bilance schématu, u přetížených prvků je
  vždy simulován výpadek.
                Program SPOLEH


• Výpočet spolehlivosti elektrických sítí všech napěťových
  hladin

• Možnost simulace záložních prvků i záložních napájecích
  oblastí

• Možnost modelování „T“ kusů

• Možnost grafického výstupu
Aktuální rozsah dat
                     Výsledky analýz


                                                                        -1
                             Kabel 22 kV           (h)      (rok )

        300                                                             9
                                                                        8
        250
                                                                        7
        200                                                             6




                                                                             (rok -1)
                                                                        5
 (h)




        150
                                                                        4
        100                                                             3
                                                                        2
        50
                                                                        1
         0                                                              0
              2000    2001   2002   2003   2004      2005      celkem
                                         Kabel 22 kV
              16

              14

              12




   rok )
-1
              10

               8

               6

               4

               2

               0
                   22/80   2000   2000 - 2001 2000 - 2002 2000 - 2003 2000 - 2004 2000 - 2005




                                         Kabel 22 kV
          250


          200


          150
 (h)




          100


              50


               0
                   22/80   2000   2000 - 2001 2000 - 2002 2000 - 2003 2000 - 2004 2000 - 2005
Spolehlivostně orientovaná údržba
              (RCM)

   Vztah mezi spolehlivostí a údržbou

   Historie údržby

   Kritéria prvků pro RCM

   Možné přístupy pro aplikaci RCM

   Software pro aplikaci RCM

   Dosažené výsledky v rámci RCM
 Vliv údržbových prostojů na
         spolehlivost


intenzita poruch       P   (rok-1)
střední doba poruchy   P   (h)
intenzita údržby       U   (rok-1)
střední doba údržby    U   (h)
Zachování spolehlivosti s minimem nákladů
           můžeme dosáhnout


• Prováděním koordinované údržby, tj.: Provádí-li se
  údržba na několika prvcích, které jsou z hlediska
  spolehlivosti v sérii (např. jednotlivé přístroje vývodu
  rozvodny), provádí se zpravidla v jednom údržbovém
  prostoji, nedochází tedy ke sčítání intenzit údržby.

• Zavedením      principu   spolehlivostně   orientované
  údržby.
RCM        Reliability Centered Maintenance



Cílem spolehlivostně orientované údržby je vytvořit
takovou strategii údržby, aby se minimalizovaly
celkové provozní náklady při zachování nezbytné
míry spolehlivosti, bezpečnosti a ohleduplnosti
k životnímu prostředí provozovaných zařízení.
Historie údržby

do 50. let 20. století
                             •   zařízení jednoduchá a ve většině případů
                                 předimenzovaná
                             •   nepříliš vysoká mechanizace
                             •   korektivní údržba




50. – 70. léta 20. století

                             •   poválečné období
                             •   rozvoj průmyslu, složitější zařízení
                             •   první koncepce preventivní údržby
80. léta 20. století

                                 •   rozvoj měřicích a diagnostických metod
                                 •   podřizování údržby skutečným potřebám
                                     zařízení – údržba podle stavu




90. léta 20. století

•   snaha o co nejvyšší efektivitu údržby
•   přihlíží se k tzv. důležitosti zařízení
•   nástup spolehlivostně orientované údržby
         Kritéria výběru prvků pro RCM



1. Kritéria, která odráží důležitost prvků pro danou rozvodnou
   společnost.
2. Kritéria v této skupině musí vyjadřovat „úplnost“ a
   dostatečný počet vstupních podkladů pro zavedení
   systému RCM.
3. Třetí skupina kritérií musí brát v úvahu návratnost, tedy
   fakt, že u některých prvků se asi nebude měnit stávající
   systém údržby.
   Důležitost zařízení
  Důležitostí se rozumí významnost daného zařízení z hlediska dopadu jeho
  výpadku.
  Důležitost zařízení tedy nesouvisí se samotnou spolehlivostí zařízení, ale
  závisí výhradně na jeho umístění v soustavě.


   TR 22/0,4 kV                                          TR 22/0,4 kV




                                důležitost
                    nižší                        vyšší




maloodběr domácností                                     průmyslový závod
Možné přístupy k aplikaci RCM
        Stanovení prvků pro aplikaci RCM
                   (střednědobý horizont)

optimalizace údržbového cyklu
 − distribuční trafostanice (DTS) vn/nn,
 − venkovní vedení vn (vyjma spínacích prvků)

stanovení optimálního pořadí prvků do údržby
 – transformátory 110 kV/vn
 – vývodová pole 110 kV
 – vedení 110 kV,
 – spínací prvky ve venkovních vedeních vn
Nákladová funkce
                          Aplikace metodiky na DTS SME

                                      Graf závislosti nákladů - 2002
                                          (DTS s údržbovými prostoji)

               6000
                                                                                    Celk. nákl.
               5500
                                                                                    Nákl.údrž.
               5000                                                                 Nákl. výp.
                                                                                    Nákl. na údržb. prostoj
               4500
                                                                                    Nákl. opr.
               4000
Náklady [Kč]




               3500

               3000

               2500

               2000

               1500

               1000

                500

                  0
                      0       0,05            0,1                      0,15   0,2                         0,25
                                                    Intenzita údržby


                           Optimální intenzita údržby je 0,105 rok-1.
                 Rozdělení DTS podle kreditů

     Kredit  (NMOO  kMOO  NMOP  kMOP  NVO  kVO )  T  P  kP

NMOO     počet maloodběratelů domácností připojených k dané DTS
NMOP     počet maloodběratelů podnikatelů připojených k dané DTS
NVO      počet velkoodběratelů připojených k dané DTS
kMOO     koeficient maloodběratelů domácností s hodnotou 1
kMOP     koeficient maloodběratelů podnikatelů s hodnotou 5
kVO      koeficient velkoodběratelů s hodnotou 50
T        typ DTS - 2 pro kioskové a zděné, 1 pro ostatní
P        zatížení DTS (kW)
kP       váhový koeficient zatížení zatím s hodnotou 0
Optimalizace údržbového cyklu u DTS
Stanovení optimálního pořadí prvků do údržby
  Aplikace na výkonové vypínače 110 kV


U každého prvku se stanoví identifikace, stav a důležitost prvku
             Software RCM

                  TIS                        FIS

                                Regulace



                                Důležitost


                Program
Kritéria
                 RCM



               Souřadnice
                zařízení
           Optimální údržbový
                 cyklus
DTS
Venkovní vedení 22 kV
Vypínače 110 kV ELF
Transformátory 110 kV/vn
Sledování spolehlivosti dodávky (ERÚ)
        Globální ukazatele spolehlivosti


– Četnost výpadků


– Celková doba trvání všech výpadků


– Doba trvání jednoho výpadku
     Vstupní údaje pro globální ukazatele

T0      Datum a čas začátku události (poruchy).
T1      Datum a čas začátku manipulací.
T2      Datum a čas konce manipulací pro vymezení poruchy.
T3      Datum a čas obnovení dodávky v úseku ovlivněném
        událostí.
T4      Datum a čas konce události, tj. čas obnovení schopnosti
        zařízení plnit svou funkci.
Tz      Datum a čas zemního spojení
P1   Výkon v čase T0 v kVA.
     Pro výpočet nedodané energie se P1 považuje za
     výkon nedodávaný (instalovaný) v čase od T0 do T1.
P2   Výkon v čase T2 v kVA.
     Pro výpočet nedodané energie se P2 považuje za
     výkon nedodávaný (instalovaný) v čase od T2 do T3,
     v čase od T1 do T2 se uvažuje střední hodnota z P1 a
     P2.
D1   Počet distribučních stanic bez napětí v čase T0.
D2   Počet distribučních stanic bez napětí v čase T2.
Z1   Počet zákazníků bez napětí v čase T0.
Z2   Počet zákazníků bez napětí v čase T2.
 Tři základní přístupy ke stanovení globálních
 ukazatelů spolehlivosti:

důsledky výpadku se      vztahují   na   počet   odběratelů
 postižených výpadkem,


důsledky výpadku se vztahují        na   nedodaný    výkon
 (instalovaný nebo deklarovaný),


–důsledky výpadku se vztahují na počet postižených stanic
 nebo transformátorů.
     Varianta omezení odběratelů


Četnost výpadků G

                                          (výpadek . rok-1)



nj   počet odběratelů ve skupině postižených odběratelů j (-)
tj   střední doba trvání výpadku pro odběratele skupiny j (min)
Ns   celkový počet zásobovaných odběratelů (-)
Souhrnná doba trvání všech výpadků vztažena na jednoho
odběratele GV



                                 (min . rok-1)


Doba trvání jednoho výpadku G



                                  (min . výpadek-1)
Střední doba tj je určena následujícím vztahem :
Vztah mezi globálními ukazateli spolehlivosti
    Vztah klasických a globálních
       ukazatelů spolehlivosti
Pro četnost výpadků je možno napsat :




                            (výpadek . rok-1)
Souhrnná doba trvání všech výpadků vztažena na
 jednoho odběratele GV může být také vyjádřená
                   vztahem :




                            (min . rok-1)
     Globální spolehlivostní ukazatel G může být vyjádřen
                    následujícím vztahem :




                                     (min . výpadek-1)




i      intenzita výpadků v bodě „i“ sítě (rok-1)
ti      střední doba výpadku v bodě „i“ sítě (min)
Ni      počet připojených odběratelů v bodě „i“ sítě (       )
          Analýza kalamitních stavů
    Standardy dodávky elektrické energie
                  (vyhl. 540/2005 ERÚ)
Srovnání jednotlivých souvisejících legislativních podkladů :

–   Zákon č. 458/2000 Sb. (Energetický zákon)
–   Vyhláška MPO č. 219/2001 Sb. (Vyhláška o postupu v případě
    hrozícího nebo stávajícího stavu nouze v elektroenergetice)
–   Vyhláška č. 540/2005 Sb. (Vyhláška o kvalitě dodávek elektřiny a
    souvisejících služeb v elektroenergetice)
–   ČSN EN 50160 (Charakteristiky napětí elektrické energie dodávané
    z veřejné distribuční sítě)
–   Pravidla provozování distribučních soustav (DS)
–   Nařízení vlády 362/2005 Sb.
–   Oborová norma PNE 330000
       Definice „kalamitního“ stavu

Analýza kalamitních stavů :

–   Celkem bylo analyzováno (prozatím) 117184 událostí, z toho bylo 2153
    událostí označených jako kalamitní (1,84 %).

–   Pouze u 1380 kalamitních událostí byly údaje o události kompletní a
    bylo možné úplné vyhodnocení.

–   Analyzovány byly poruchové databáze oblastí „Sever“, „Střed“ a
    „Západ“ skupiny ČEZ (SČE, STE a ZČE).

–   Jako časové okno vyhodnocování bylo stanoveno období leden 2004 –
    červen 2006 (včetně).
Ukázka vyhodnocovací tabulky
Návrh metodiky pro stanovení kalamitního stavu



           S1       S2      S3                 SN
  K  V1 .     V2 .  V3 .     ......  VN .
           L1       L2      L3                 LN


  K     koeficient kalamity
  VX    váha kritéria X
  LX    limitní stav kritéria X
  SX    skutečný stav kritéria X
Návrh metodiky pro stanovení kalamitního stavu


  Pro první návrh funkce bylo použito pouze čtyř kritérií :

  –   Doba trvání události

  –   Výkon P2

  –   Počet postižených zákazníků (Z2)

  –   Vliv počasí (teplota a rychlost větru)
Návrh metodiky pro stanovení kalamitního stavu
Děkujeme Vám za pozornost

								
To top