韓富春 趙 珂 李春葉
(太原理工大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院,太原 030024)
電氣主接線是發(fā)電廠、變電站的重要組成部分,電氣主接線的可靠性評(píng)估是電力系統(tǒng)可靠性研究的重要內(nèi)容之一。目前電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法可分為兩大類:解析法和模擬法。文獻(xiàn)[2-8]依次提出了基于元件狀態(tài)空間的最小割集算法、基于饋線與斷路器的關(guān)聯(lián)矩陣算法、故障樹(shù)算法、時(shí)序模擬法和Petri網(wǎng)算法、基于鄰接矩陣的最小路集/割集算法進(jìn)行電氣主接線可靠性估計(jì)。這些方法多年來(lái)一直是電氣主接線可靠性評(píng)估的主要方法。
GO法于1967年由美國(guó)Kanman科學(xué)公司開(kāi)發(fā)。20世紀(jì)70年代,在美國(guó)電力研究所(EPRI)贊助下,Kanman公司對(duì)GO法進(jìn)行了深入的研究,增加了GO法的操作符用于分析傳統(tǒng)電站和核電站的安全性和可用性。20世紀(jì)80年代后期,有關(guān)學(xué)者在GO法的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了GO—FLOW方法,更適合于有時(shí)序,有階段任務(wù)的系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的可靠性分析。
本文基于GO法的基本原理,建立了一種新的電氣主接線可靠性評(píng)估的GO模型。采用該模型對(duì)變電站電氣主接線兩種接線方案的可靠性進(jìn)行了分析計(jì)算,取得了良好的計(jì)算結(jié)果。
作為一種可靠性分析方法,GO法是從事件樹(shù)理論發(fā)展起來(lái)的,它以系統(tǒng)中每個(gè)基本單元為基礎(chǔ),將可能發(fā)生的各種情況及系統(tǒng)中各部件的相互邏輯關(guān)系合并后集中到操作符上。GO法通過(guò)系統(tǒng)分析建立相應(yīng)的模型,GO模型用GO操作符來(lái)表示具體部件(例如變壓器、開(kāi)關(guān))的邏輯關(guān)系,用信號(hào)流連接操作符,表示物流或邏輯進(jìn)程,GO模型的連結(jié)邏輯采用正向工作路徑,即采用以成功為導(dǎo)向的建模方法。
GO模型中的操作符遵循特定的算法,依據(jù)模型,沿著信號(hào)流方向,按照每個(gè)操作符的算法來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)的可靠性分析或可用度計(jì)算,從而得到系統(tǒng)的多種可靠性指標(biāo)。
用來(lái)表示系統(tǒng)部件以及它們之間邏輯關(guān)系的GO符號(hào)叫GO操作碼,目前GO操作碼共有17種[9]。本文中所用操作碼如下,其中S表示輸入, R表示輸出。操作符輸入信號(hào)的正常狀態(tài)概率、停工狀態(tài)概率、等效故障率、等效維修率分別記為PS(1),PS(2),Sλ,Sμ;操作符本身的成功狀態(tài)概率、故障狀態(tài)概率、故障率、維修率分別記為PC(1),PC(2),Cλ,Cμ;操作符輸出信號(hào)的正常狀態(tài)概率、停工狀態(tài)概率、等效故障率、等效維修率分別記為PR(1),PR(2),Rλ,Rμ。
(1)兩狀態(tài)單元(如圖1)
圖1
有1個(gè)輸入信號(hào)和1個(gè)輸出信號(hào)的單元,單元本身有2個(gè)狀態(tài)。單元處于正常工作狀態(tài)時(shí),信號(hào)可以通過(guò),單元處于故障狀態(tài)時(shí),信號(hào)不能通過(guò)。
(2)或門(如圖2)
圖2
有M個(gè)輸入信號(hào),1個(gè)輸出信號(hào),表示輸入輸出的邏輯關(guān)系。
操作符數(shù)據(jù):或門表示邏輯關(guān)系,沒(méi)有數(shù)據(jù)
(3)與門(如圖3)
圖3
有M個(gè)輸入信號(hào),1個(gè)輸出信號(hào)。表示輸入輸出的邏輯關(guān)系。
操作符數(shù)據(jù):與門表示邏輯關(guān)系,沒(méi)有數(shù)據(jù)
(1)電力元件具有正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)。元件為可修復(fù)元件,不考慮計(jì)劃?rùn)z修。
(2)各元件發(fā)生故障是獨(dú)立的。
(3)只考慮單重故障,不考慮雙重故障。
圖4和圖5是兩種接線形式,在參照國(guó)內(nèi)外相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上,本文采用文獻(xiàn)[10]的可靠性參數(shù),如表1所示。λ和μ的單位為次/年,修復(fù)時(shí)間的單位為h。
表1 元件的可靠性參數(shù)
圖4 穿越變電站接線Ⅰ
圖5 穿越變電站接線Ⅱ
(1)GO模型的建立
根據(jù)兩種電氣主接線形式,分別建立GO 模型的系統(tǒng)等效圖為圖6和圖7。
圖6 接線Ⅰ的系統(tǒng)等
圖7 接線Ⅱ的系統(tǒng)
等效元件的故障率為原各元件故障率之和[10]。等效元件的元件組合及等效參數(shù)見(jiàn)表2和表3。
等效元件的故障率、修復(fù)率計(jì)算公式如下
表2 等效元件的元件組合
表3 等效元件的可靠性參數(shù)
電氣主接線方案1和2的GO模型如圖8~9所示。
按照GO模型及相關(guān)操作符的計(jì)算公式,可以得到系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)如表4所示。其中MTTR為系統(tǒng)平均維修時(shí)間。計(jì)算公式如下
以上實(shí)例分析了兩種典型變電站的可靠性,第一種是橋形,第二種是四角形。計(jì)算結(jié)果表明,角形接線可靠性優(yōu)于橋形接線,但從系統(tǒng)平均維修時(shí)間來(lái)看,橋形接線有優(yōu)于角形接線,這是由于橋形接線較為簡(jiǎn)單所致。
圖8 接線方式1的GO
圖9 接線方式Ⅱ的GO模型
表4 系統(tǒng)可靠性指標(biāo)
(1)本文提出了基于GO法的電氣主接線系統(tǒng)可靠性分析計(jì)算方法,建立了電氣主接線可靠性評(píng)估的系統(tǒng)等效圖和GO模型,通過(guò)實(shí)例計(jì)算取得了良好的計(jì)算結(jié)果。
(2)實(shí)例分析表明采用GO法用于電氣主接線可靠性分析計(jì)算具有建模方便, 指標(biāo)完整,計(jì)算快捷的特點(diǎn)。
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