Analiza niezawodności wybranych urządzeń stacji transformatorowo-rozdzielczych SN/nn

Andrzej Ł. Chojnacki ) Politechnika Świętokrzyska Analiza niezawodności wybranych urządzeń stacji transformatorowo-rozdzielczych SN/nn Analysis of reliability of selected devices in MV/LV substations Poprawna i niezawodna praca stacji SN/nn jest możliwa w przypadku niezawodnej pracy poszczególnych urządzeń sieciowych. Szyny zbiorcze, izolatory oraz głowice kablowe są jednymi z najbardziej rozpowszechnionych elementów stacji elektroenergetycznych SN. Uszkodzenia tych urządzeń wpływają w zdecydowanym stopniu na awaryjność stacji i sieci, w których są one zainstalowane. W celu zapewnienia wysokiej niezawodności należy monitorować ich pracę oraz zbierać dane na temat ich eksploatacji. Powyższe dane powinny być wykorzystane do analizy możliwych stanów eksploatacyjnych. Według analiz wykonanych przez autora artykułu awaryjność szyn zbiorczych w stacjach wynosi w stosunku rocznym około,3%, natomiast awaryjność izolatorów i głowic kablowych po,% ich całkowitej zainstalowanej liczby. Jest to dość znaczna liczba awarii, która determinuje konieczność zbierania oraz analizy danych dotyczących uszkodzeń tych urządzeń w stacjach SN/nn. Oceny zawodnościowej szyn zbiorczych, izolatorów oraz głowic kablowych SN autor dokonał poprzez analizę przyczyn awarii, określenie sezonowej zmienności częstości awarii, analizę czasu odnowy, czasu trwania wyłączeń awaryjnych, czasu przerwy w zasilaniu odbiorców oraz wartości energii elektrycznej niedostarczonej do odbiorców. Autor dokonał weryfikacji parametrycznej oraz nieparametrycznej badanych wielkości niezawodnościowych na poziomie istotności α =,. Analizy dokonano na podstawie obserwacji zawodności stacji średniego napięcia w ciągu dziesięciu lat, na terenie dwóch dużych zakładów energetycznych w kraju. Szyny zbiorcze Liczba obserwowanych systemów szyn zbiorczych wzrastała z na początku obserwacji do 9 w ostatnim dziesiątym roku obserwacji. Statystyka uszkodzeń szyn zbiorczych stacji obejmuje 7 przypadków. W tabeli przedstawiona została liczba uszkodzeń szyn zbiorczych w kolejnych miesiącach roku. Na rysunku przedstawiony został histogram uszkodzeń szyn zbiorczych w poszczególnych miesiącach roku. Wzmożoną zawodność szyn zbiorczych zaobserwowano w trzech okresach roku. W miesiącach marzec kwiecień, lipiec październik oraz grudzień styczeń. W okresach tych wystąpiło odpowiednio 9, 3 oraz awarii, co stanowi,%,,3% oraz,9% wszystkich uszkodzeń. Przyczyną awarii występujących w pierwszym okresie są przede wszystkim procesy starzeniowe, a także na przemian występujące ocieplenie oraz ochłodzenie przy dużej wilgotności powietrza. Główną przyczyną uszkodzeń systemów szyn zbiorczych w miesiącach lipcu i sierpniu są wyładowania atmosferyczne, natomiast w miesiącach styczniu i grudniu oblodzenie i sadź. W miesiącach lutym, maju, czerwcu oraz listopadzie zawodność szyn zbiorczych kształtuje się poniżej średniej intensywności uszkodzeń, która wynosi,33%. Tabela Zestawienie liczby awarii systemów szyn zbiorczych średniego napięcia w poszczególnych miesiącach roku 3 7 9 Liczba awarii 9 9 9 7 % Wartości empiryczne ) Dr inż. Andrzej Ł. Chojnacki, Politechnika Świętokrzyska w Kielcach, Zakład 3 7 9 Podstaw Energetyki, Aleja Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, -3 Kielce, e-mail: a.chojnacki@tu.kielce.pl Rys.. Sezonowa zmienność empirycznej częstości uszkodzeń szyn zbiorczych, % lipiec www.energetyka.eu strona 399

Najpoważniejszą przyczyną awarii szyn zbiorczych w ciągu roku są zwierzęta (ptaki, szczury, kuny, koty), które spowodowały około,3% wszystkich awarii szyn zbiorczych. Czynnikami sprzyjającymi powstawaniu uszkodzeń są również wyładowania atmosferyczne (3,79% wszystkich uszkodzeń). Procentowy udział przyczyn awarii szyn zbiorczych z uwzględnieniem sezonowości, został zamieszczony w tabeli oraz przedstawiony graficznie na rysunku. Procentowy udział poszczególnych przyczyn awarii szyn zbiorczych w całkowitej liczbie awarii przedstawia rysunek 3. Awarie szyn zbiorczych polegają najczęściej na zwarciach doziemnych i międzyfazowych, upaleniu szyn oraz uszkodzeniu izolatorów. Procentowy podział wszystkich uszkodzeń przedstawia rysunek. Inne i nieznane,% Upalone szyny 7,9% Uszkodzone izolatory 9,% Zwarcia doziemne i międzyfazowe,7% Rys.. Procentowy udział skutków awarii szyn zbiorczych % 9 7 3 Procesy starzeniowe Wyładowania atmosferyczne Zwierzęta 3 7 9 Szyny zbiorcze należą do grupy urządzeń odnawialnych. W przypadku uszkodzeń przewiduje się ich renowację oraz naprawę. Tylko w przypadkach bardzo poważnych uszkodzeń (bardzo rzadko) są złomowane w całości. o logarytmiczno-normalnym rozkładzie czasu odnowy szyn zbiorczych. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: t a =, h, s = 7,7 h oraz przedział ufności dla średniej,3 h < t a < 9, h. m =,3 oraz σ =,. czasu trwania odnowy szyn zbiorczych średniego napięcia, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie za pomocą testów λ Kołmogorowa i χ Pearsona przedstawia rysunek. Rys.. Przyczyny uszkodzeń szyn zbiorczych w ciągu roku, % 3,79% Procesy starzeniowe 7,9% 7 3 Zwierzęta,3% Wyładowania atmosferyczne 3,79% 33 77 99 Czas trwania awarii, h Rys. 3. Procentowy udział przyczyn awarii szyn zbiorczych Rys.. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu trwania awarii szyn zbiorczych (χ =,9 < 3, = χ α ; λ =,3 <,3 = λ α ) Przyczyny uszkodzeń szyn zbiorczych w poszczególnych miesiącach, % Tabela Przyczyna 3 7 9 Procesy starzeniowe 3,,,,3,,,,9,3,3, 3, Wyładowania atmosferyczne,,,,,,3,7 3,,,,, Zwierzęta,,,7,,7,,3,3 3,,,3,,,,,,,,3,,,3,, Suma 3,,,,3,,3,7,3,3 3,, 3, strona www.energetyka.eu lipiec

Znając liczbę zainstalowanych systemów szyn zbiorczych na początku oraz na końcu okresu obserwacji, a także uwzględniając parametry otrzymane we wcześniejszych obliczeniach, można obliczyć średnią intensywność uszkodzeń szyn zbiorczych, średnią intensywność odnowy oraz współczynnik zawodności. Otrzymane z próby średnie parametry zawodnościowe wynoszą: λ = 3,7 -, μ =, oraz q =,3 -. o wykładniczym rozkładzie czasu wyłączeń awaryjnych. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: t wa = 3, h, s =,9 h oraz przedział ufności dla średniej 9,9 h < t wa < 7, h. Wyznaczony parametr rozkładu wykładniczego λ =,7. czasu wyłączeń awaryjnych, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie przedstawia rysunek. W rozważanym okresie obserwacji wystąpiło 79 wyłączeń awaryjnych szyn zbiorczych. Otrzymane z próby średnie parametry zawodnościowe dotyczące wyłączeń awaryjnych wynoszą: λ wa =,3 -, μ wa =,3 oraz q =,3 -. m =, oraz σ =,. czasu trwania przerwy w zasilaniu odbiorców, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie przedstawia rysunek 7. W rozważanym okresie obserwacji szyny zbiorcze spowodowały przerw w zasilaniu odbiorców energii elektrycznej. Otrzymane z próby średnie parametry zawodnościowe dotyczące przerw w zasilaniu odbiorców energii elektrycznej wynoszą: λ p = 3, -, μ p = 7, oraz q =,9 -. 3 7 3... 33.7.. 7. 7.7 9. Czas wyłączeń awaryjnych, h Rys.. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu wyłączeń awaryjnych szyn zbiorczych (χ = 3, <,99 = χ α ; λ =,37 <,3 = λ α ) Wyznaczone wartości udziału intensywności wyłączeń awaryjnych (u) oraz udziału wyłączeń awaryjnych (k), wyrażone zależnościami: oraz u = k = λ wa λ q wa q wynoszą: u =,9 oraz k =,79. Oznacza to, że w 9 na przypadków awarii szyn zbiorczych następuje wyłączenie awaryjne szyn, natomiast w 9 przypadkach na awaria nie powoduje wyłączenia urządzenia oraz jest usuwana bez konieczności jego wyłączenia przez obsługę. Współczynnik k wskazuje, że łączny czas wyłączeń awaryjnych szyn zbiorczych stanowi średnio około 79% całkowitego czasu trwania awarii tych urządzeń w rozważanym okresie. o rozkładzie logarytmiczno-normalnym czasu przerwy w zasilaniu odbiorców. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: t p =,7 h, s =, h oraz przedział ufności dla średniej, h < t p <, h. () () 3 7 9 3 Rys. 7. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu przerwy w zasilaniu odbiorców w przypadku awarii szyn zbiorczych (χ = 3, <,99 = χ α ; λ =,7 <,3 = λ α ) o logarytmiczno-normalnym rozkładzie funkcji gęstości prawdopodobieństwa wartości niedostarczonej energii. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: ΔA =,97 MW h, s =, MW h oraz przedział ufności dla średniej,7 MW h < ΔA <,3 MW h. m =,7 oraz σ =,3. wartości niedostarczonej energii, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie przedstawia rysunek. 7 3 Czas przerwy w zasilaniu odbiorców, h 3 7 9 Wartość niedostarczonej energii, MWh Rys.. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa wartości niedostarczonej energii w przypadku awarii szyn zbiorczych (χ = 3,7 < 3, = χ α ; λ =, <,3 = λ α ) lipiec www.energetyka.eu strona

Izolatory Liczba obserwowanych izolatorów ulegała zmianie z 7 na początku obserwacji do 7 w ostatnim, dziesiątym roku obserwacji. Statystyka uszkodzeń izolatorów obejmuje przypadki. W tabeli 3 zostały przedstawione uszkodzenia izolatorów w poszczególnych miesiącach roku. Na rysunku 9 przedstawiony został histogram empirycznej częstości uszkodzeń izolatorów w kolejnych miesiącach roku. Najwięcej awarii izolatorów zaobserwowano w miesiącach od maja do sierpnia. W okresie tym wystąpiły 9 awarie, co stanowi 3,9% wszystkich uszkodzeń. W rozpatrywanym okresie siedmiu miesięcy najpoważniejszą przyczyną awarii były burze, które spowodowały około,% wszystkich awarii izolatorów. Czynnikami sprzyjającymi powstawaniu uszkodzeń w miesiącach letnich są również wysokie temperatury oraz zmiany wilgotności powietrza. Kolejnym okresem podwyższonej zawodności jest okres zimowy (styczeń, grudzień). Główną przyczyną awarii w tym okresie są niskie temperatury oraz oblodzenie i sadź. W okresie tym wystąpiło 7 awarii, co stanowi 9,% wszystkich uszkodzeń. W miesiącach lutym, marcu, kwietniu oraz wrześniu, październiku i listopadzie zawodność izolatorów kształtuje się poniżej średniej intensywności uszkodzeń. Tabela 3 Zestawienie liczby awarii izolatorów w poszczególnych miesiącach roku 3 7 9 Liczba awarii 3 9 3 3 7 7 3 Należy zwrócić uwagę na fakt, iż udział różnego rodzaju izolatorów w całkowitej liczbie awarii nie jest jednakowy. Najczęściej uszkadzają się izolatory wsporcze oraz przepustowe. Najmniej uszkodzonych było izolatorów odciągowych. Liczba zaobserwowanych awarii w poszczególnych grupach jest bardzo ściśle związana z liczbą zainstalowanych izolatorów danego rodzaju. Dlatego też na podstawie przeprowadzonej analizy można uznać, że pod względem niezawodnościowym wszystkie izolatory należą do tej samej jednorodnej grupy. Udział poszczególnych grup w całkowitej liczbie awarii oraz w całkowitej liczbie izolatorów zainstalowanych w stacjach zawiera tabela. Procentowy udział przyczyn awarii izolatorów, z uwzględnieniem sezonowości, został zamieszczony w tabeli oraz przedstawiony graficznie na rysunku. Procentowy udział przyczyn awarii izolatorów w całkowitej liczbie awarii przedstawia rysunek. Tabela Procentowy udział grup izolatorów w całkowitej liczbie awarii izolatorów oraz w całkowitej liczbie izolatorów zainstalowanych w stacjach Lp. Rodzaj Typ Procentowy udział grupy w całkowitej liczbie awarii izolatorów w całkowitej liczbie izolatorów zainstalowanych w stacjach --- --- --- % % LSP,3,7 Wsporcze LWP, 7,9 3 VHD,9,3 Przepustowe LP7 3,3 7,9 LPU,, Odciągowe LPG 9,9 7, 7 Inne 3, 3,79 % Wartości empiryczne 3 7 9 Rys. 9. Sezonowa zmienność empirycznej częstości uszkodzeń izolatorów, % % 9 7 3 Procesy starzeniowe Wyładowania atmosferyczne Oblodzenie, sadź i burze śnieżne Zwarcia Zawilgocenie Wady fabryczne 3 7 9 Rys.. Przyczyny uszkodzeń izolatorów w ciągu roku, % Przyczyny uszkodzeń izolatorów w poszczególnych miesiącach, % Tabela Przyczyna 3 7 9 Procesy starzeniowe,,7 3, 3,39,9,,3,,3,3,9 3, Wyładowania atmosferyczne,,,,,7, 7,9,,7,,, Oblodzenie, sadź i burze śnieżne,,,,,,,,,,,3 3, Zwarcia,,3,,,9,9,,3,3,3,, Zawilgocenie,3,,,,,,3,,3,,3, Wady fabryczne,3,,3,,,3,,,,,, Inne,9,,,,3,3,3,3,9,,, Suma 9,73, 7,,79,,3, 7,9,33,3,7 9,9 strona www.energetyka.eu lipiec

,% Wady fabryczne,3% Zawilgoczenie,7% Zwarcia w systemie,3% Oblodzenie i sadź,37% Procesy starzeniowe 3,9% Wyładowania atmosferyczne 9,% Rys.. Procentowy udział przyczyn awarii izolatorów Uszkodzenie izolatorów polega najczęściej na ich zniszczeniu mechanicznym lub też wypaleniu ścieżki przewodzącej na powierzchni, co powoduje zwarcia doziemne lub międzyfazowe. Często w wyniku działania łuku elektrycznego następuje tzw. metalizowanie powierzchni izolatora, co powoduje, iż traci on częściowo lub całkowicie właściwości izolacyjne. Izolatory należą do grupy urządzeń nieodnawialnych. W razie uszkodzenia są złomowane. o wykładniczym rozkładzie funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu awarii izolatorów. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: t a = 9,9 h, s =,99 h oraz przedział ufności dla średniej, h < t a <,7 h. Wyznaczony parametr rozkładu wykładniczego λ =,3. czasu trwania awarii izolatorów, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie przedstawia rysunek. Znając liczbę zainstalowanych izolatorów na początku oraz na końcu okresu obserwacji, a także uwzględniając parametry otrzymane we wcześniejszych obliczeniach, można obliczyć średnią intensywność uszkodzeń izolatorów oraz współczynnik zawodności. Otrzymane z próby średnie parametry zawodnościowe wynoszą: λ = 3,7 -, μ =, oraz q =,3 -. Na podstawie danych empirycznych została założona hipoteza o wykładniczym rozkładzie czasu wyłączeń awaryjnych. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: t wa = 7, h, s =, h oraz przedział ufności dla średniej,7 h < t wa < 7,3 h. Wyznaczony parametr rozkładu wykładniczego λ =,39. czasu wyłączeń awaryjnych, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie przedstawia rysunek 3. W rozważanym okresie obserwacji wystąpiło wyłączeń awaryjnych izolatorów. Otrzymane z próby średnie parametry zawodnościowe dotyczące wyłączeń awaryjnych wynoszą: λ wa =,9 -, μ wa =,9 oraz q wa =, -. Wyznaczone wartości współczynników u () i k () wynoszą: u =,9 oraz k =,7. Oznacza to, że w 9 na przypadków awarii izolatorów następuje wyłączenie awaryjne, natomiast w przypadkach na awaria nie powoduje wyłączenia oraz jest usuwana bez konieczności wyłączenia układu przez obsługę. Współczynnik k wskazuje, że łączny czas wyłączeń awaryjnych w wyniku awarii izolatorów stanowi średnio około 7% całkowitego czasu trwania awarii tych urządzeń w rozważanym okresie czasu. 3 3 3 3 3 Czas wyłączeń awaryjnych, h Rys. 3. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu wyłączeń awaryjnych izolatorów (χ =,9 <, = χ α ; λ =, <,3 = λ α ) 3 3 3 3 7 7 9 9 Czas trwania awarii, h Rys.. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu trwania awarii izolatorów średniego napięcia (χ =,9 <, = χ α ; λ =, <,3 = λ α ) o wykładniczym rozkładzie czasu przerwy w zasilaniu odbiorców energii elektrycznej. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: t p =, h, s =, h oraz przedział ufności dla średniej, h < t p <, h. Wyznaczony parametr rozkładu wykładniczego λ =,. czasu przerwy w zasilaniu, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie przedstawia rysunek. W rozważanym okresie obserwacji wystąpiło 379 przerw w zasilaniu odbiorców energii elektrycznej. Otrzymane z próby średnie parametry zawodnościowe dotyczące przerw w zasilaniu odbiorców energii elektrycznej wynoszą: λ p =,9 -, μ p = 3, oraz q p =, -. lipiec www.energetyka.eu strona 3

Rys.. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu przerwy w zasilaniu odbiorców w przypadku awarii izolatorów (χ = 9, <, = χ α ; λ =, <,3 = λ α ) o logarytmiczno-normalnym rozkładzie wartości niedostarczonej energii. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: ΔA =, MW h, s =, MW h oraz przedział ufności dla średniej, MW h < ΔA <, MW h. m =,37 oraz σ =,9. wartości niedostarczonej energii, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie przedstawia rysunek. 3 3 3 7 9 3 7 9 7 3 Czas przerwy w zasilaniu odbiorców, h Rys.. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa wartości niedostarczonej energii w przypadku awarii izolatorów (χ =,3 <, = χ α ; λ =, <,3 = λ α ) Głowice kablowe.. 3... 7. 9... 3.... Wartość niedostarczonej energii, MWh Liczba obserwowanych głowic kablowych w stacjach wzrastała z 9 na początku obserwacji do 93 w ostatnim, dziesiątym roku obserwacji. Statystyka uszkodzeń głowic kablowych obejmuje przypadków. W tabeli zostały przedstawione uszkodzenia głowic kablowych w poszczególnych miesiącach roku. Na rysunku przedstawiony został histogram empirycznej częstości uszkodzeń głowic kablowych w kolejnych miesiącach roku. Najwięcej awarii głowic kablowych zaobserwowano w miesiącach od kwietnia do października. W okresie tym wystąpiło 3 awarii, co stanowi 7,33% wszystkich uszkodzeń. W rozpatrywanym okresie siedmiu miesięcy najpoważniejszą przyczyną awarii były procesy starzeniowe, które spowodowały około 3,% oraz burze około 3,9% wszystkich awarii głowic kablowych. Czynnikami sprzyjającymi powstawaniu uszkodzeń w miesiącach wiosenno letnich są: duża wilgotność oraz wysokie temperatury, a także przepięcia wynikające ze zwarć przemijających oraz związane z nimi działanie automatyki zabezpieczeniowej. Bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na zawodność głowic kablowych w miesiącach letnich są duże amplitudy zmian temperatury w ciągu doby (wysokie temperatury w dzień, niskie w nocy), powodujące uszkodzenia głowic w wyniku nierównomiernej rozszerzalności temperaturowej poszczególnych elementów. W pozostałych miesiącach zawodność głowic kablowych kształtuje się poniżej średniej intensywności uszkodzeń. Tabela Zestawienie liczby awarii głowic kablowych w poszczególnych miesiącach roku 3 7 9 Liczba awarii 7 3 7 3 3 3 7 % Wartości empiryczne 3 7 9 Rys.. Sezonowa zmienność empirycznej częstości uszkodzeń głowic kablowych, % Procentowy udział przyczyn awarii głowic kablowych z uwzględnieniem sezonowości został przedstawiony graficznie na rysunku 7 oraz zamieszczony w tabeli 7. Procentowy udział poszczególnych przyczyn awarii głowic kablowych w całkowitej liczbie awarii przedstawia rysunek. 7 3 % Procesy starzeniowe Wyładowania atmosferyczne Oblodzenie, sadź i burze śnieżne Zwarcia Zawilgocenie Wady fabryczne 3 7 9 Rys. 7. Przyczyny uszkodzeń głowic kablowych średniego napięcia w ciągu roku, % strona www.energetyka.eu lipiec

Przyczyny uszkodzeń głowic kablowych w poszczególnych miesiącach, % Tabela 7 Przyczyna 3 7 9 Procesy starzeniowe 3,,93 3,,,,9,79, 3,3 3,3,93,93 Wyładowania atmosferyczne,,,,93,,, 3,,,93,, Zawilgocenie,,3,9,93,93,,9,,7,9,7, Zwierzęta,,,,7,,,3,3,3,,,3 Oblodzenie,,,,,,,,,,,,3 Drzewa i gałęzie,,,,,,,,,,,3,,,,,3,,,,,,,, Suma, 3,3,79,37,9,3 3, 9,,,7,9 3, Procesy starzeniowe,7%,7% Zwierzęta,% Zawilgoczenie,% Wyładowania atmosferyczne,7% Drzewa i gałęzie,9% Oblodzenie,% Rys.. Procentowy udział przyczyn awarii głowic kablowych Uszkodzenie głowic kablowych polega najczęściej na ich całkowitym zniszczeniu w wyniku wybuchu. Znaczna liczba awarii polega na uszkodzeniu izolatorów głowic kablowych, co powoduje zwarcia doziemne i międzyfazowe. W wielu przypadkach przyczyną awarii jest upalenie mostków. Procentowy podział wszystkich uszkodzeń przedstawia rysunek 9. Uszkodzone izolatory,% Zwarcie międzyfazowe 7,% Spalanie głowicy,% Zwarcie doziemne,9% Uszkodzenia mechaniczne 3,% Wybuch głowicy 39,9% Upalone mostki 3,9% Rys. 9. Procentowy udział skutków awarii głowic kablowych Głowice kablowe należą do grupy urządzeń nieodnawialnych. W zasadzie nie przewiduje się ich renowacji lub naprawy. W razie uszkodzenia są złomowane. Wyjątek stanowi tu uszkodzenie osprzętu głowic kablowych, jak na przykład uszkodzenie mostków. o logarytmiczno-normalnym rozkładzie funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu awarii głowic kablowych. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: t a = 7, h, s =, h oraz przedział ufności dla średniej,3 h < t a < 9,3 h. m =,3 oraz σ =,3. czasu trwania awarii głowic kablowych średniego napięcia, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie przedstawia rysunek. Znając liczbę zainstalowanych głowic kablowych na początku oraz na końcu okresu obserwacji, a także uwzględniając parametry otrzymane we wcześniejszych obliczeniach, można obliczyć średnią intensywność uszkodzeń głowic kablowych w stacjach, średnią intensywność odnowy oraz współczynnik zawodności. Otrzymane z próby średnie parametry zawodnościowe wynoszą: λ =, -, μ = 3,7 oraz q =, -. 3 3 33 77 99 3 3 7 7 9 9 Czas trwania awarii, h Rys.. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu trwania awarii głowic kablowych (χ =,9 <, = χ α ; λ =, <,3 = λ α ) o logarytmiczno-normalnym rozkładzie funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu wyłączeń awaryjnych. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: t wa =, h, s =,3 h oraz przedział ufności dla średniej 3,7 h < t wa <,3 h.. m =, oraz σ =,9. lipiec www.energetyka.eu strona

czasu wyłączeń awaryjnych, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie przedstawia rysunek. wartości niedostarczonej energii, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie przedstawia rysunek 3. 7 3 3 7 9 3 7 9 Czas wyłączenia awaryjnego, h Rys.. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu wyłączeń awaryjnych głowic kablowych (χ =,3 <, = χ α ; λ =,39 <,3 = λ α ) W rozważanym okresie obserwacji wystąpiło wyłączeń awaryjnych głowic kablowych. Otrzymane z próby średnie parametry zawodnościowe dotyczące wyłączeń awaryjnych wynoszą: λ wa =,7 -, μ wa =,7 oraz q wa =, - Wyznaczone wartości współczynników u () oraz k () wynoszą: u =,97 oraz k =,9. Oznacza to, że w 97 na przypadków awarii głowic kablowych następuje wyłączenie awaryjne układu, natomiast w trzech przypadkach na awaria nie powoduje wyłączenia oraz jest usuwana bez konieczności wyłączenia układu przez obsługę. Współczynnik k wskazuje, że łączny czas wyłączeń awaryjnych w wyniku awarii głowic kablowych stanowi średnio około 9% całkowitego czasu trwania awarii tych urządzeń w rozważanym okresie. o logarytmiczno-normalnym rozkładzie czasu przerwy w zasilaniu odbiorców energii elektrycznej. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: t p =,3 h, s = 3, h oraz przedział ufności dla średniej, h < t p <,7 h. m =,3 oraz σ =,9. czasu przerwy w zasilaniu, a także wyniki weryfikacji hipotezy o rozkładzie przedstawia rysunek. W rozważanym okresie obserwacji wystąpiły 3 przerwy w zasilaniu odbiorców energii elektrycznej. Otrzymane z próby średnie parametry zawodnościowe dotyczące przerw w zasilaniu odbiorców energii elektrycznej wynoszą: λ p = 7, -, μ p = 37,3 oraz q p =, -. o logarytmiczno-normalnym rozkładzie funkcji gęstości prawdopodobieństwa wartości niedostarczonej energii. Wyznaczone wartości parametrów wynoszą: ΔA =,9 MW h, s =,7 MW h oraz przedział ufności dla średniej, MW h < ΔA <,97 MW h. m =,7 oraz σ =,33. 3 3 3 7 9 3 7 9 3 7 Rys.. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa czasu przerwy w zasilaniu odbiorców w przypadku awarii głowic kablowych (χ = 3,3 < 3,7 = χ α ; λ =, <,3 = λ α ) 9 7 3 Czas przerwy w zasilaniu odbiorców, h 3 3 3 3 3 Wartość niedostarczonej energii, MWh Rys. 3. Przebiegi empiryczne i teoretyczne funkcji gęstości prawdopodobieństwa wartości niedostarczonej energii w przypadku awarii głowic kablowych (χ =,7 < 7, = χ α ; λ =,3 <,3 = λ α ) Podsumowanie Niezawodność stacji elektroenergetycznych SN/nn zależy od struktury układu połączeń wewnętrznych stacji oraz własności niezawodnościowych poszczególnych elementów (urządzeń) stacji. W związku z powyższym, znajomość parametrów i właściwości niezawodnościowych urządzeń stacyjnych umożliwia właściwą ich eksploatację i niedopuszczenie do powstawania stanów awaryjnych. W krajowej literaturze technicznej można znaleźć w zasadzie jedynie współczynniki niezawodnościowe urządzeń wysokiego napięcia. W odniesieniu do urządzeń SN pojawiają się pewne fragmentaryczne analizy i współczynniki. Bardzo często autorzy publikacji strona www.energetyka.eu lipiec

powołują się też na nieaktualne parametry niezawodnościowe urządzeń sprzed wielu lat. Istnieje więc konieczność dokonania oceny niezawodnościowej urządzeń znajdujących się obecnie w eksploatacji. W artykule przedstawiono analizę awaryjności szyn zbiorczych, izolatorów oraz głowic kablowych zainstalowanych w stacjach dwóch dużych zakładów energetycznych w kraju. Na jej podstawie wyznaczono średni czas trwania odnowy: szyn zbiorczych t a =, h, izolatorów t a = 9,9 h, głowic kablowych t a = 7, h, średni czas trwania wyłączeń awaryjnych: szyn zbiorczych t wa = 3, h, izolatorów t wa = 7, h, głowic kablowych t wa =, h, a także średni czas przerwy w zasilaniu odbiorców w przypadku uszkodzenia: szyn zbiorczych t p =,7 h, izolatorów t p =, h oraz głowic kablowych t p =,3 h. Wyznaczono także średnią wartość energii elektrycznej niedostarczonej do odbiorców w wyniku awarii: szyn zbiorczych ΔA =,97 MW h, izolatorów ΔA =, MW h oraz głowic kablowych ΔA =,9 MW h. Wyznaczono funkcje gęstości prawdopodobieństwa czasów odnowy, czasów trwania wyłączeń awaryjnych i przerw w zasilaniu oraz wartości energii elektrycznej niedostarczonej do odbiorców, a także dokonano ich weryfikacji. Zaproponowane rozkłady prawdopodobieństwa są rozkładami logarytmiczno-normalnymi lub wykładniczymi. Dokonano także analizy sezonowości awarii. Na jej podstawie można wyciągnąć wniosek, iż przeglądy, remonty oraz pomiary eksploatacyjne analizowanych urządzeń powinny być wykonywane w miesiącach luty oraz listopad. Są to bowiem miesiące o najmniejszej intensywności awarii wszystkich analizowanych urządzeń. Okresem zwiększonej intensywności uszkodzeń są natomiast miesiące wiosenno letnie. LITERATURA [] Bełdowski T., Markiewicz H.: Stacje i urządzenia elektroenergetyczne. WNT, Warszawa 99 [] Chojnacki A.Ł., Analiza kosztów awaryjności urządzeń elektroenergetycznych eksploatowanych w stacjach wnętrzowych i napowietrznych SN/nN. Przegląd Elektrotechniczny Nr /9, s. - 3 [3] Chojnacki A.Ł., Analiza skutków gospodarczych niedostarczenia energii elektrycznej do odbiorców indywidualnych. Wiadomości Elektrotechniczne Nr 9/9, s. 3-9 [] Chojnacki A.Ł.: Analiza niezawodności stacji transformatorowo- -rozdzielczych SN w warunkach eksploatacji. Archiwum Energetyki, tom XXXVII (/), s. 7- [] Dobosz M.: Wspomagana komputerowo statystyczna analiza wyników badań. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa [] Kowalski Z.: Niezawodność zasilania odbiorców energii elektrycznej. Wydawnictwa Politechniki Łódzkiej, Łódź 99 [7] Paska J.: Niezawodność systemów elektroenergetycznych. Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa [] Popczyk J.: Modele probabilistyczne w sieciach elektroenergetycznych. WNT, Warszawa 99 [9] Sozański J.: Niezawodność i jakość pracy systemu elektroenergetycznego. WNT, Warszawa 99 [] Sozański J.: Niezawodność urządzeń i układów elektroenergetycznych. PWN, Warszawa 97 [] Sozański J.: Niezawodność zasilania energią elektryczną. WNT, Warszawa 9 [] Stobiecki A., Własności niezawodnościowe transformatorów SN/nN eksploatowanych w krajowych sieciach rozdzielczych, Energetyka Nr /9, s. 7 7 Krystian Leonard Chrzan Politechnika Wrocławska Przebicia izolatorów napowietrznych i osłon aparaturowych spowodowane zabrudzeniem ich powierzchni Breakdowns of outdoor insulators and housings caused by surface contamination Przeskok zabrudzeniowy powoduje zwarcie w sieci elektroenergetycznej i wyłączenie napięcia przez układy zabezpieczeń. Jeśli wyłączenie jest dostatecznie szybkie, łuk zwarciowy nie uszkadza izolatorów i zasilanie może zostać przywrócone przez układ samoczynnego ponownego załączania (SPZ). Wyładowania elektryczne przed przeskokiem zazwyczaj nie powodują degradacji izolatorów ceramicznych (z porcelany lub szkła), mogą jednak prowadzić do utworzenia przewodzącego śladu pełznego lub erozji materiałów polimerowych. Okazuje się jednak, że nierównomierny rozkład napięcia oraz wyładowania elektryczne na zabrudzonych izolatorach mogą w rzadkich, ekstremalnych wypadkach spowodować przebicia i zniszczenia izolatorów porcelanowych. lipiec www.energetyka.eu strona 7