VII. Dane i systemy testowe do obliczeń niezawodnościowych (J. Paska)

Transkrypt

1 Zbieranie i obróba informacji statystycznej o niezawodności obietów eletroenergetycznych Informacje o niezawodności urządzeń mogą być uzysiwane albo na odstawie secjalnych badań niezawodności albo na odstawie obserwacji urządzeń w czasie ich esloatacji. Informacje taie owinny zawierać dane o: o warunach esloatacyjnych (narażeniach środowisowych i uładowych) urządzeń, o sosobie użytowania urządzeń, o uszodzeniach i ewentualnych obsługach urządzeń. Rozróżnia się nastęujące rodzaje danych: zgruowane, ełne, ucięte, srócone. Zgruowane dane o uszodzeniach (obsługach) zawierają dane o długościach odrzedziałów zmiennej losowej i liczbie uszodzeń (obsług) rzyadających na ażdy odrzedział. Dane ełne o uszodzeniach zawierają informacje o chwili ojawienia się uszodzenia (zaończenia obsługi) dla wszystich badanych urządzeń. Dane ucięte o uszodzeniach (obsługach) zawierają informacje o chwili ojawienia się uszodzenia m sośród n urządzeń badanych (m < n). Dane srócone o uszodzeniach (obsługach) zawierają informacje o liczbie r i/lub o czasach ojawienia się uszodzeń (wyonania obsługi) w ciągu zadanego oresu badania t B. Badania (obserwacje) niezawodności urządzeń eletroenergetycznych wyonuje się na zbiorze rerezentującym oreśloną lasę urządzeń i zwanym róbą. Próba ma ustaloną liczebność n urządzeń. Rozróżnia się badania wyonywane na róbce: ełnej (dane zgruowane lub ełne), uciętej w uncie m (dane ucięte), sróconej w czasie t B (dane srócone). Ilość informacji o niezawodności zależy od liczebności róbi n, tzn. jest tym więsza, im liczniejsza jest róba. Ze względów technicznych i eonomicznych liczebność róbi nie może być zbyt duża. Przy ustalonej liczebności róbi n najwięcej informacji dostarczają w olejności dane ełne, ucięte, srócone i zgruowane. Przy analizie niezawodności złożonych uładów eletroenergetycznych (energetycznych) najistotniejsze źródło błędów stanowią nieadewatne modele niezawodności elementów wchodzących w sład uładu rostych obietów eletroenergetycznych (elementów). Stosowany zwyle dwustanowy, tzw. rosty roces awarii, nie odowiada rzeczywistym rocesom esloatacji urządzeń eletroenergetycznych, w tórych wystęują stany remontów lanowych, rezerwy, ostoju zależnego; uzuełniające stany funcjonowania i remontu awaryjnego (awarii). W eletroenergetyce, w odróżnieniu od innych dziedzin technii, często bra jest ratycznej możliwości otrzymania danych o niezawodności rostych obietów eletroenergetycznych (elementów) rzy omocy rzyśieszonych badań laboratoryjnych. Dlatego też więszość informacji o niesrawnościach, odnowach, wyłączeniach oeracyjnych, it., jest zbieranych w rocesie esloatacji. Uzysane w ten sosób dane są nastęnie obrabiane metodami statystycznymi, uierunowanymi na otrzymanie estymatorów oszuiwanych arametrów niezawodnościowych. W Polsce obecnie bra jest omlesowego systemu zbierania i rzetwarzania danych, wymaganych rzez bardziej rozbudowane modele niezawodności urządzeń eletroenergetycznych istniejące systemy nie dostarczają otrzebnych informacji 1. ymczasem na świecie funcjonują taie systemy. Można tu wymienić, między innymi: o Prowadzony od oczątu lat sześćdziesiątych XX wieu (od 1982 rou rzy użyciu atualnego formatu srawozdań) System Danych Dysozycyjności Urządzeń Wytwórczych (GADS Generating Availability Data System). System ten utrzymuje Północno-Ameryańsa Rada ds. Niezawodności w Eletroenergetyce (NERC North American Electric Reliability Council). o Uruchomiony rzez NERC w rou 2008 system zbierania i rzetwarzania danych o niezawodności elementów systemu rzesyłowego w Ameryce Północnej - ransmission Availability Data System (ADS). o System Informacji o Niezawodności Urządzeń (ERIS - Equiment Reliability Information System) Kanadyjsiego Stowarzyszenia Eletryów (CEA). System ten oracowano w celu zasoojenia otrzeb anadyjsich rzedsiębiorstw energetycznych odnośnie jednolitej metody rejestrowania osiągów urządzeń wytwórczych i rzesyłowych oraz dla scentralizowanego rzetwarzania taich danych. System srawozdawczości dla urządzeń wytwórczych zainaugurowano w rou 1977 i od tego czasu co rou są oracowywane roczne srawozdania rzy użyciu rogramu stworzonego secjalnie do tego celu. Zbieranie informacji dotyczących niezawodności elementów sieci rzesyłowej rozoczęto w 1978 rou a elementów sieci rozdzielczych w 1993 r. (tutaj zaawansowanie jest stosunowo najmniejsze). o System Informacji o Reatorach Energetycznych (PRIS - Power Reactor Information System) IAEA 2. PRIS zasadniczo dostarcza informacji nt. dysozycyjności eletrowni jądrowych i w ewnym stoniu ich luczowych arametrów eonomicznych. Poczynając od rou 1973 zawiera on taże informacje o głównych rzyczynach niedysozycyjności eletrowni. 1 2 Wyjąte w tym zaresie stanowi utrzymywany w Agencji Rynu Energii S.A. system AWARYJNOŚĆ dla dużych bloów energetycznych ( MW). Dane dotyczące niezawodności elementów sieciowych są rozroszone i trudne do uzysania. Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej. 1

2 Dane niezbędne do obliczeń i dane niezawodnościowe elementów SEE Dane do obliczeń niezawodnościowych są zależne od zastosowanego modelu niezawodnościowego i metody obliczeniowej. Dla rzyładu metoda i rogram RELSS wymaga rzygotowania nastęujących zbiorów danych: Pli rogramu sterującego. Pli rozływu mocy w formacie IEEE albo PI. Pli danych generatorów. Pli danych charaterysty węzłów. Pli danych niezawodnościowych gałęzi. Pli danych niezawodnościowych generatorów. Pli danych dotyczących wyłączeń jednoczesnych. Pli danych dotyczących wyłączeń obligatoryjnych. Na dane niezawodnościowe generatorów sładają się: rawdoodobieństwo wymuszonego odstawienia (FOR), Pli danych dotyczących modyfiacji sieci. Pli danych dotyczących rzełączeń gałęzi. Pli danych dotyczących lanowo wyłączonych gałęzi. Pli danych dotyczących boczniów regulowanych. Pli danych dotyczących symulacyjnych stanów wyłączeń. Pli danych całorocznego obciążenia (chronologiczne wartości godzinowe). czas trwania wymuszonego odstawienia t a (h). Na dane niezawodnościowe gałęzi sładają się: 1. Liczba burz (1/ro). 7. Średni czas odizolowania gałęzi odczas złej 2. Średni czas trwania burzy (h). ogody (h). 3. Średni czas trwania samoliwidujących się 8. Częstość wyłączeń awaryjnych gałęzi (1/ro). załóceń (min.). 9. Średni czas trwania wyłączenia awaryjnego (h). 4. Częstość wyłączeń z owodu 10. Częstość wyłączeń awaryjnych gałęzi odczas samoliwidujących się załóceń (1/ro). złej ogody (1/ro). 5. Częstość wyłączeń z owodu 11. Średni czas trwania wyłączenia awaryjnego samoliwidujących się załóceń odczas złej odczas złej ogody. ogody (1/ro). 12. Prawdoodobieństwo remontu lanowego 6. Średni czas odizolowania gałęzi (h). (względny roczny czas wyłączeń lanowych). 13. Średni czas trwania remontu lanowego (h). Ja już wsomniano w Polsce najłatwiej jest uzysać dane niezawodnościowe dużych bloów energetycznych ( MW). Utrzymywany w Agencji Rynu Energii S.A. system AWARYJNOŚĆ, rzez ubliowane coroczne raorty dostarcza informacji o wartościach nastęujących wsaźniów niezawodnościowych i esloatacyjnych: Wsaźni Wzór Wsaźni dysozycyjności gdzie: - czas racy blou lub gruy bloów w rozatrywanym oresie, r - czas ostojów blou + r lub gruy bloów w rezerwie w rozatrywanym oresie, AF = - czas oresu, za tóry wyonywane są obliczenia (wartość ta jest w systemie obliczana ale służy tylo do obliczenia wsaźniów, nie jest więc nigdzie druowana) Wsaźni udziału czasu awarii w czasie alendarzowym gdzie: a - czas ostojów blou lub gruy bloów w remoncie awaryjnym a FOF = 100 Wsaźni awaryjności a FOR = + a Wsaźni wyorzystania mocy zainstalowanej GCF = An 100 z Wsaźni użytowania mocy osiągalnej A gdzie: P os - moc osiągalna n GOF = 100 Wsaźni remontów lanowych gdzie: - czas ostojów blou lub gruy bloów w remoncie aitalnym, s - czas ostojów blou lub gruy bloów w remoncie średnim, b - czas ostojów blou lub gruy bloów w remoncie bieżącym Wsaźni wyorzystania czasu alendarzowego Średni czas ruchu (obliczeniowy) gdzie: L w - liczba wszystich ostojów P SOF = SF = AR = L P os + w s + b A zatem, wymagany w metodyce RELSS arametr FOR jest dany bezośrednio, zaś arametr t a można wyznaczyć na odstawie dostęnych w systemie informacji. W tablicy 7.1 odano zbiorcze 2

3 zestawienie arametrów niezawodnościowych i esloatacyjnych rajowych bloów energetycznych z lat Wsaźnii ablica 7.1. Wsaźnii niezawodnościowe rajowych bloów energetycznych w latach Gruy bloów AF FOF FOR GCF GOF SOF SF AR MR MF % h Węgiel brunatny - bloi ondensacyjne (35 bloów) 86,8 2,9 3,5 69,9 87,1 10,3 78,1 340,5 44, , MW (7 bloów) 88,5 4,3 5,9 59,6 87,9 7,2 67,8 281,9 61,10 968, MW (16 bloów) 85,2 3,8 4,6 67,8 84, ,2 338,6 43,53 898, MW (12 bloów) 87,8 0,8 1 73,5 88,8 11,4 82,8 380,9 25, ,98 Olej oałowy bloi ondensacyjne 200 MW (2 bloi) Węgiel amienny - bloi ondensacyjne (67 bloów) 89,2 1,9 2,9 50,3 74,3 8,9 63,2 235,9 35, , MW (16 bloów) 88,2 2,6 4,5 44,7 76,8 9,1 56,3 289,4 58, , MW (45 bloów) 89,7 1,8 2,7 48,9 73,4 8,6 63,9 216,1 33, , MW (4 bloi) 87,4 0,5 0,7 65,0 80,9 12,1 78,2 331,9 8, , MW (2 bloi) 87,4 0,5 0,7 65,0 80,9 12,1 78,2 331,9 19,58 785,07 Węgiel amienny - bloi ciełownicze (8 bloów) 69,6 5,3 8,3 44,2 77,7 25,1 58,1 353,5 77,25 849,42 RAZEM BLOKI KONDENSACYJNE I CIEPŁOWNICZE (112) 85,4 2,4 3,5 56,2 79,6 12,2 66,3 271,7 42, , MW (32 bloi) 83,5 3,7 5,9 47,9 79,8 12,8 59,4 301,1 64, , MW (63 bloi) 85,7 2,2 3,3 52,1 76,7 12,1 65,6 241,6 36, , MW (16 bloów) 87,7 0,7 0,9 71,3 86,8 11,6 81,6 367,9 19, , MW (2 bloi) 89,1 1,8 2,4 52,3 67,5 9,1 73,1 246,6 19,58 785,07 Pogrubiono wartości arametrów wyorzystywanych w rogramie RELSS. W racach IEn PW doonano analizy niezawodności odstawowych elementów olsiej sieci rzesyłowej w latach Pozwoliło to wyznaczyć wsaźnii niezawodności zestawione w tablicy 7.2. ablica 7.2. Wsaźnii niezawodnościowe elementów sieci 400, 220, 110 V w Polsce Wsaźni 400 V Szyny zbiorcze ransformatory Linie naowietrzne 220 V 110 V 400/220 V 400/110 V 220/110 V 400 V 220 V 110 V Częstość wyłączeń awaryjnych [1/a] 0,0329 0,041 0,025 0,0124 0,0124 0,0942 0,0059 0,0146 0,029 Średni czas wyłączenia awaryjnego [h] 5,0 6,0 6,0 12,0 12,0 9,0 15,0 13,0 8,0 Średnia częstość wyłączeń awaryjnych odczas złej ogody [1/a] Średni czas wyłączenia awaryjnego odczas złej ogody [h] Średni czas trwania remontów lanowych w rou [h/a] 0,0017 0,0041 0,0025 0,0337 0,031 0,0057 0,0013 0,0023 0,005 7,0 8,0 8, ,16 20,57 4,5 30,0 30,0 30,0 100,0 100,0 50,0 56+0,4L 40+1,1L 40+1,1L Średni czas trwania rzełączenia [h] 0,3 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 L długość linii w m. Dane burzowe są oza zaresem statysty awaryjności urządzeń eletroenergetycznych. Można je uzysać w Instytucie Meteorologii i Gosodari Wodnej. Uzysanie orelacji omiędzy stanami ogodowymi a awaryjnością urządzeń eletroenergetycznych jest atualnie możliwe jedynie na odstawie dodatowych badań własnych. Wystęowanie burz na terenie Polsi nie jest jednaowe, mianowicie można rzyjąć: w rejonie ółnocnym - 25 burz/ro o średnim czasie 2 h/burzę, w rejonie wschodnim - 20 burz/ro o średnim czasie 1,5 h/burzę, w rejonie centralnym - 25 burz/ro o średnim czasie 2 h/burzę, w rejonie zachodnim - 20 burz/ro o średnim czasie 1,5 h/burzę, w rejonie ołudniowym - 30 burz/ro o średnim czasie 2,5 h/burzę. Przeciętne dane dla gru zabezieczeń i sterowania (PCG) oszacowano na odstawie badań własnych. Są one nastęujące: całowita liczba wyłączeń z owodu samoliwidujących się załóceń [1/ro] = 5. liczba wyłączeń z owodu samoliwidujących się załóceń w czasie złej ogody [1/ro] = 2. średni czas odizolowania gałęzi [h] = 0,5. średni czas odizolowania gałęzi odczas złej ogody [h] = 1,0. 3

4 Systemy testowe IEEE: RS-79/86 i RS-96 Mimo, że niezawodność jest uważana za jeden z istotnych elementów branych od uwagę rzy rojetowaniu i lanowaniu racy systemu eletroenergetycznego, do 1979 rou nie było zgodności, zarówno co do systemu, ja i danych, tórych można byłoby użyć do rezentacji i testowania różnych metod obliczeniowych. W onsewencji, trudne a czasem nawet niemożliwe było orównywanie uzysiwanych wyniów. Doiero oubliowanie w 1979 r. rzez Podomitet IEEE ds. Stosowania Metod Probabilistycznych danych systemu RS (Reliability est System) rozwiązało ten roblem. BUS 17 BUS 18 C BUS 21 BUS 22 G A B BUS 23 BUS V D BUS 19 BUS 20 BUS 15 Synchronous Condenser BUS 13 Rys Schemat systemu RS-79/86 i jednego obszaru w systemie RS-96: A G linie mające wsólny orytarz (ROW Right-Of-Way) lub te same słuy (CS Common Structure) BUS 24 BUS 14 BUS 11 E BUS 12 BUS 3 BUS 4 BUS 9 BUS 10 cable F BUS 6 BUS 5 BUS V BUS 1 BUS 2 BUS 7 W 1979 rou została rzedstawiona ierwsza wersja systemu IEEE system RS-79. W 1986 rou jego dane zostały uzuełnione można zatem mówić o systemie RS-79/86. Ma on 24 węzły i 38 gałęzi (rys. 6.1). W systemie są dwa naięcia: 138 V (dolna część rys. 7.1) i 230 V (górna część rys. 6.1) a stacjami srzęgającymi są węzły 11, 12, 24. Urządzenia do regulacji naięcia (mocy biernej) rzewidziano w węzłach: 14 (omensator synchroniczny) i 6 (dławi). Łączna moc zainstalowana jednoste wytwórczych systemu RS-79/86 wynosi 3405 MW, obciążenie szczytowe systemu jest równe 2850 MW, a zatem margines mocy wynosi 19,5%. System RS-79/86 sełnił (i nadal sełnia) swoje zadania i rzyczynił się do rozwoju metodyi obliczeń niezawodnościowych systemu eletroenergetycznego na oziomach HL I i HL II (systemu wytwórczego i rzesyłowego). Ma on jedna ewne wady: do nietórych zastosowań jest zbyt mały; część sieciowa jest zbyt mocna ; ojawiły się nowe asety ja, dostę do sieci (PA hird Party Access), ograniczenia emisji zanieczyszczeń. Dlatego też oracowano nową jego wersję. 4

5 Linia rądu stałego (ocjonalna) Obszar 3 Obszar 1 Obszar 2 Rys Powiązania obszarów systemu RS-96 Nowy system IEEE RS-96 w swej ełnej ostaci (3 obszary) ma 73 węzły, 120 gałęzi i 96 jednoste wytwórczych o łącznej mocy MW (o 3405 MW w ażdym obszarze). Obciążenie systemu wynosi 8550 MW (o 2850 MW w ażdym obszarze). Każdy z obszarów jest identyczny ja RS-79/86, z wyjątiem odobszaru 32 (w tórym wrowadzono nowy węzeł 325 ołączony za ośrednictwem rzesuwnia fazowego z węzłem 323). Powiązanie obszarów systemu RS-96 rzedstawiono na rys Obszary 1 i 3 oraz 2 i 3 są ołączone ojedynczymi liniami rądu rzemiennego (węzły 121 i mil (107,8 m), węzły 223 i mile (115,9 m)), natomiast obszary 1 i 2 trzema liniami (linią 230 V o długości 51 mil (82,1 m), łączącą węzły 123 i 217; linią 230 V o długości 52 mile (83,7 m), łączącą węzły 113 i 215; linią 138 V o długości 42 mile (67,6 m), łączącą węzły 107 i 203). Dodatowo omiędzy obszarami 1 i 3 może wystąić ołączenie rądu stałego (omiędzy węzłami 113 i 316). 5