SPOLEHLIVOST V ELEKTROENERGETICE

1. SPOLEHLIVOST V ELEKTROENERGETICE Stanislav Rusek Radomír Goňo

2. Definice Spolehlivost jeobecná vlastnostobjektu, spočívajícíve schopnostech plnit požadované funkcepřizachování 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)

3. Osnova přednášky Číselné vyjádření spolehlivosti Dvě fáze řešení spolehlivosti Spolehlivostní výpočty Vstupní spolehlivostní údaje Spolehlivostně orientovaná údržba Sledování spolehlivosti dodávky (ERÚ) Analýza kalamitních stavů

4. Číselné vyjádření spolehlivosti (Klasické) • intenzita poruch  ( rok-1) • střední doba trvání poruchy  ( h ) • pravděpodobnost bezporuchového chodu R ( - )

5. Globální ukazatele spolehlivosti • Četnost výpadků • (počet výpadků/rok/odběratele) • Celková doba trvání všech výpadků • (min/rok/odběratele) • Doba trvání jednoho výpadku • (min/výpadek)

6. 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

7. Intenzita poruch: (rok-1) N počet poruch [-] Z  počet prvků příslušného typu v síti [-] X délka sledovaného období [rok]

8. Intenzita poruch vedení: (rok-1/100 km) N počet poruch [-] L délka vedení příslušného typu [km] X délka sledovaného období [rok]

9. Střední doba poruchy : (h) NP počet poruch prvku příslušného typu [-] i doba poruchy prvku příslušného typu [h]

10. Spolehlivostní výpočty • Spolehlivost jednotlivých částí sítí v období tvorby projektové dokumentace • Spolehlivost již provozovaných sítí • Spolehlivost v oblasti řízení provozu elektroenergetického systému

11. 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.

12. Základní metody výpočtu spolehlivosti Katedra elektroenergetiky VŠB-TU Ostrava Metoda spolehlivostních schémat Metoda spolehlivostních schémat (ČEZ 22/80) Markovovy procesy Simulační metody

13. 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:

14. Paralelní systém Porucha systému nastává, když všechny prvky mají poruchu Pravděpodobnost poruchy: Pravděpodobnosti bezporuchového chodu:

15. 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.

16. Definována jsou tři spolehlivostní zapojení: • -sériové zapojení, • -paralelní zapojení (horká rezerva), • -paralelní zapojení s manipulací (studená rezerva).

17. Sériové zapojení prvků (rok-1) (h; rok-1; h)

18. Paralelní zapojení prvků - horká rezerva (rok-1) (h)

19. Paralelní zapojení prvků - studená rezerva

20. Markovovy modelyjsou funkcí náhodných proměnných stavu soustavy a doby, funkce mohou být spojité i diskrétní. Markovovy modelys 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. Markovovy procesy

21. 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

22. 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. 

23. 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.

25. Maticový zápis: Počáteční podmínky: Technický předpoklad:P1 (0) = 1 a P2 (0) = 0 Řešení:

26. 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:

27. Markovovy procesy vícestavových systémů Systém se třemi stavy : stav 1 – bezporuchový stav stav 2 – částečná porucha stav 3 – úplná porucha Schéma obecného třístavového systému:

28. Diferenciální rovnice pro n-stavový systém: P je matice pravděpodobnosti stavů P’ je matice prvních derivací pravděpodobností stavů M je matice intenzit přechodů Mtje matice transponovaná

29. Pro schéma bude mít matice M tvar: Soustava diferenciálních rovnic:

30. 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

31. Matice intenzit přechodů: Výsledná soustava rovnicpravděpodobností: Stav 3 je tzv. absorpční stav.

32. 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.

33. Výpočet spolehlivosti elektrických sítí všech napěťových hladin Možnost simulace záložních prvků i záložních napájecích oblastí Možnost modelování „T“ kusů Možnost grafického výstupu Program SPOLEH

34. Aktuální rozsah dat

35. Výsledky analýz

37. 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

38. 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)

39. 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. Zachování spolehlivosti s minimem nákladů můžeme dosáhnout

40. RCMReliability 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.

41. 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 koncepcepreventivní údržby

42. 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 • nástupspolehlivostně orientované údržby

43. Kritéria výběru prvků pro RCM • Kritéria, která odráží důležitost prvků pro danou rozvodnou společnost. • Kritéria v této skupině musí vyjadřovat „úplnost“ a dostatečný počet vstupních podkladů pro zavedení systému RCM. • Třetí skupina kritérií musí brát v úvahu návratnost, tedy fakt, že u některých prvků se asi nebude měnit stávající systém údržby.

44. 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

45. Možné přístupy k aplikaci RCM

46. 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

47. Nákladová funkce

48. Aplikace metodiky na DTS SME Optimální intenzita údržby je 0,105 rok-1.

49. Rozdělení DTS podle kreditů 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

50. Optimalizace údržbového cyklu u DTS