Đánh giá độ tin ậy hệ thống điện

nhữngtrường hợp nhất định, những sản phẩm thiếu tin cậy trực tiếp hoặc gián tiếpgây tai hoạ cho tính mạng nhiều người, thậm chí đe doạ uy tín và sự an toàncủa một hay nhiều quốc gia Việc

NGUYỄN QUANG THUẤN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN HỆ THỐNG ĐIỆN ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN NGUYỄN QUANG THUẤN 2004 - 2006 Hà nội 2006 HÀ NỘI 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131389591000000 Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………… Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY………………… 1.1 Khái niệm hệ thống phần tử……………………………… 1.1.1 Hệ thống…………………………………………………………… 1.1.2 Phần tử………………………………………………………… 1.2 Độ tin cậy độ sẵn sàng………………………………………… 1.2.1 Độ tin cậy………………………………………………………… 1.2.2 Độ sẵn sàng……………………………………………………… 1.3 Những tiêu đặc trưng cho q trình hỏng hóc…………… 10 1.3.1 Xác suất làm việc tin cậy………………………………………… 10 1.3.2 Xác suất hỏng hóc………………………………………………… 10 1.3.3 Mật độ xác suất thời gian làm việc tin cậy 10 1.3.4 Hàm tốc độ hỏng hóc 11 1.3.5 Thời gian trung bình tới hỏng MTTF 12 1.3.6 Quan hệ hàm 13 1.4 Bảo dưỡng khả bảo dưỡng 14 1.4.1 Định nghĩa 14 1.4.2 Phân loại hình thức bảo dưỡng 15 1.5 Các luật phân bố hay gặp độ tin cậy 16 1.5.1 Phân bố nhị phân 16 1.5.2 Phân bố Poisson 17 1.5.3 Phân bố hàm mũ 19 1.5.4 Phân bố Weibull 1.5.5 Phân bố Rayleigh 20 21 1.5.6 Phân bố chuẩn 21 1.5.7 Phân bố chuẩn logarít 21 1.5.8 Phân bố Gamma 22 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp Chương PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY HTĐ 23 2.1 Phương pháp đồ thị giải tích 24 2.1.1 Sơ đồ độ tin cậy 24 2.1.2 Tính tốn độ tin cậy sơ đồ 26 2.2 Phương pháp không gian trạng thái 31 2.2.1 Trạng thái không gian trạng thái 31 2.2.2 Quá trình ngẫu nhiên Markov 31 2.2.3 Tần suất thời gian trạng thái 35 2.3 Phương pháp hỏng hóc 37 2.3.1 Khái quát chung 37 2.3.2 Phương pháp thành lập hỏng hóc 38 2.3.3 Phân tích hỏng hóc để tính tốn độ tin cậy 39 2.4 Phương pháp Monte-Carlo 41 2.4.1 Nội dung phương pháp Monte-Carlo 41 2.4.2 Mô hình hố hoạt động phần tử 42 2.4.3 Tính tốn độ tin cậy HTĐ phương pháp Monte-Carlo 46 2.5 Kết luận 48 Chương ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HTĐ PHỨC TẠP 51 3.1 Khái quát chung 51 3.2 Cơ sở đánh giá độ tin cậy hệ thống điện 57 3.2.1 Lựa chọn phương pháp đánh giá độ tin cậy HTĐ phức tạp 57 3.2.2 Mô hình biến đổi trạng thái hệ thống điện 61 3.2.3 Đánh giá trạng thái……………………………………………… 64 3.2.4 Các tiêu đánh giá độ tin cậy hệ thống điện 67 3.3 Phương pháp đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Ví dụ áp dụng 69 71 3.4.1 Đặt toán 71 3.4.2 Kết phân tích 73 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp 3.5 Nâng cao ĐTC HTĐ sử dụng TCSC/SVC/TCPAR 78 3.5.1 Đặt vấn đề 78 3.5.2 Mơ hình độ tin cậy TCSC, SVC TCPAR 80 3.5.3 Ứng dụng TCSC, SVC TCPAR ĐTC HTĐ 92 3.5.4 Ví dụ áp dụng 96 3.6 Kết luận 103 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 107 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp DANH M ỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Quan hệ hàm f(t), Q(t), R(t), λ(t) MTTF 14 Bảng 2.1 Ký hiệu định nghĩa cửa kiện lập hỏng hóc 39 Bảng 3.1 Cường độ hỏng hóc, sửa chữa máy phát máy biến áp…………………………………………………………………… 72 Bảng 3.2 Cường độ hỏng hóc, sửa chữa đường dây truyền tải………………………………………………………………… 72 Bảng 3.3 Xác suất phân bố thời gian cắt cố tc …………… 72 Bảng 3.4 Xác suất phân bố thời gian đóng trở lại tr………… 73 Bảng 3.5 Xác suất phân bố thời gian tồn cố tf……… 73 Bảng 3.6 MIOR trạng thái cố vĩnh cử thống qua…… Bảng 3.7 Thơng tin thời gian đóng trở lại……………………… 76 Bảng 3.8 Số lượng tải nguyên nhân cố vĩnh cửu tạm thời………………………………………………………………………… Bảng 3.9 Trạng thái đường dây với TCSC môđun……………………………………………………………………… 77 78 Bảng 3.10 Xác định trạng thái phần tử số ngẫu nhiên… 84 93 Bảng 3.11 Số liệu nhánh hệ thống điện lấy làm ví dụ…… 97 Bảng 3.12 Các cường độ chuyển đổi (lần/năm) mơ hình không gian trạng thái TCSC môđun………………… 97 Bảng 3.13 Ảnh hưởng việc đặt TCSC cải thiện độ tin cậy…… 98 Bảng 3.14 Giải pháp cho tập giới hạn nhiệt khác…………… Bảng 3.15 Số liệu độ tin cậy SVC gồm TSC TCR 99 100 Bảng 3.16 Giải pháp cho SVC dung lượng nhỏ……………… 101 Bảng 17 Giải pháp cho SVC dung lượng lớn Bảng 3.18 Số liệu độ tin cậy biến đổi………………… Bảng 3.19 Các giải pháp có đặt khơng đặt TCPAR……… 101 102 102 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Trạng thái làm việc trạng thái hỏng phần tử…… Hình 1.2 Đường cong tốc độ hỏng hóc Hình 1.3 Đồ thị hàm R(t) Q(t)…………………………………… 12 13 Hình 1.4 Phân loại hình thức bảo dưỡng 15 Hình 1.5 Hàm mật độ mũ với  = 20 Hình 1.6 Phân bố Weibull với  = 10  = 0,5; 21 Hình 2.1 Phân biệt sơ đồ điện sơ đồ độ tin cậy đường dây tải điện 25 Hình 2.2 Sơ đồ độ tin cậy hệ thống gồm phần tử nối tiếp 26 Hình 2.3 Sơ đồ độ tin cậy hệ thống gồm phần tử song song 28 Hình 2.4 Sơ đồ gồm m đường nối song song Hình 2.5 Sơ đồ ghép nối lát cắt tối thiểu 29 Hình 2.6 Mơ hình khơng gian trạng thái 36 Hình 2.7 Cấu trúc tổng quát cố 38 Hình 2.8 Cây hỏng hóc gồm kiện bản, kiện trung gian 40 Hình 2.9 Lịch sử đồ phần tử trạng thái 30 Hình 2.10 Sơ đồ xác định cường độ chuyển trạng thái 43 44 Hình 2.11 Lịch sử đồ phần tử trạng thái 44 Hình 3.1 Mơ hình khơng gian trạng thái phần tử hai trạng thái 53 Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản lấy làm ví dụ 54 Hình 3.3 Minh hoạ biến đổi thành phần dẫn đến biến đổi trạng thái hệ thống 61 Hình 3.4 Mơ hình biến đổi trạng thái máy phát điện 62 Hình 3.5 Mơ hình biến đổi trạng thái đường dây tải điện Hình 3.6 Sơ đồ phân biệt cố vĩnh cửu tạm thời 62 65 Hình 3.8 Kết mơ EENS 71 74 Hình 3.9 Kết mô MLLDR1 75 Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống điện gồm nút Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp Hình 3.10 Kết mơ MLLDR2 75 Hình 3.11 Kết mơ Cov 3…………………………………… 76 Hình 3.12 Sơ đồ cấu trúc TCSC gồm mơđun Hình 3.13 Đường cong khả dịng điện phản kháng mơđun TCSC 80 81 Hình 3.14 Đường cong khả dịng điện phản kháng TCSC có mơđun với số lượng môđun làm việc khác 81 Hình 3.15 Mơ hình ổn định TCSC đường dây ij 82 Hình 3.16 Mơ hình khơng gian trạng thái TCSC mơđun 83 Hình 3.17 Cấu trúc SVC điển hình gồm có ba TSC TCR 86 Hình 3.18 Sơ đồ SVC đặt đường dây ij 87 Hình 3.19 Mơ hình khơng gian trạng thái SVC gồm TSC TCR 88 Hình 3.20 Sơ đồ cấu trúc điển hình TCPAR Hình 3.21 Mạch tương đương TCPAR lý tưởng lắp đặt đường dây ij 89 90 Hình 3.22 Mơ hình khơng gian trạng thái TCPAR với hai biến đổi 92 Hình 3.23 Sơ đồ hệ thống điện dùng làm ví dụ 96 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn -5- Luận văn tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, ngành cơng nghiệp có bước tiến đáng kể Chất lượng sản phẩm ngày đặt điều kiện cốt yếu cho tồn tại, phát triển hội nhập doanh nghiệp Các tiêu chuẩn/ Quy phạm soát xét lại theo xu hướng có kể đến độ tin cậy Những sản phẩm động cơ, máy, thiết bị trình sản xuất khí hố tự động hố, máy tính điện tử, người máy, kết cấu cơng trình mặt đất biển, phương tiện giao thông vận tải viễn thông, thiết bị bay không gian, quan nhân tạo thay phận thể người vật phẩm tiêu dùng hàng ngày, đảm nhận nhiệm vụ chức ngày cao đứng trước yêu cầu hồn thiện khơng ngừng đặc tính làm việc chúng Những sản phẩm kỹ thuật thường bao gồm số lớn phần tử điện Sự hư hỏng phần tử khơng gây thiệt hại riêng cho dây chuyền sản xuất, mà gây thiệt hại cho tồn ngành Trong trường hợp định, sản phẩm thiếu tin cậy trực tiếp gián tiếp gây tai hoạ cho tính mạng nhiều người, chí đe doạ uy tín an toàn hay nhiều quốc gia Việc thu thập xử lý thông tin chất lượng, xác định độ tin cậy sản phẩm giai đoạn thiết kế, đánh giá tiêu độ tin cậy chúng giai đoạn khai thác, đề chiến lược bảo dưỡng sửa chữa, quy mô sản xuất chế tạo nước hay nhập ngoại thiết bị, phụ tùng dự trữ thay thế… nâng cao khả làm việc sản phẩm kỹ thuật điều kiện định vấn đề cấp bách cần giải quyết, nhằm nâng cao suất, chất lượng hiệu sản xuất Đặc biệt, ngành điện giới nước ta trải qua trình cấu tổ chức lại Mục đích thay đổi cấu lại làm thúc đẩy mạnh mẽ cạnh tranh, giảm giá thành cải thiện chất lượng phục vụ cho khách hàng Cấu trúc đặt yêu cầu độ tin cậy hệ thống Độ tin cậy hệ thống điện theo xu hướng bao gồm hai thành phần bản, tính đáp ứng độ an toàn Về mặt cấu trúc thời gian, độ tin cậy hệ thống điện chia thành độ tin cậy ngắn hạn độ tin cậy dài hạn Độ tin cậy ngắn hạn quan tâm nhiều vấn đề an toàn Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn -6- Luận văn tốt nghiệp độ tin cậy dài hạn tập trung vào vấn đề khả đáp ứng nhu cầu điện Các phương pháp kỹ thuật luận văn nhằm vào vài vấn đề độ an toàn liên quan đến độ tin cậy ngắn hạn vài vấn đề đáp ứng nhu cầu cung cấp điện liên quan đến độ tin cậy dài hạn hệ thống điện Với nhận thức trên, chọn đề tài: “Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện” làm luận văn tốt nghiệp Nội dung đề tài chia thành chương: Chương Cơ sở lý thuyết độ tin cậy Chương Các phương pháp phân tích độ tin cậy hệ thống điện Chương Đánh giá dài hạn độ tin cậy hệ thống điện phức tạp Cuối kết luận đề xuất Trong trình học tập trường Đại học Bách Khoa Hà Nội q trình thực luận văn tốt nghiệp, tơi nhận dạy bảo giúp đỡ nhiệt tình thày giáo mơn Hệ thống điện, Khoa điện nhà trường Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn PGS TS Lê Văn Doanh định hướng hướng dẫn suốt trình thực luận văn Cuối cùng, tơi gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp Trung tâm đào tạo bảo dưỡng công nghiệp thuộc Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ môn Hệ thống điện, Khoa điện, trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội ủng hộ, giúp đỡ chân thành trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng tìm tịi, nghiên cứu, song kiến thức hạn chế chắn luận văn tốt nghiệp tơi cịn nhiều thiếu sót, tơi mong nhận quan tâm bảo thày cô giáo Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 19 tháng 10 năm 2006 HỌC VIÊN Nguyễn Quang Thuấn Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn -7- Luận văn tốt nghiệp Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY Để đánh giá độ tin cậy hệ thống thiết bị cần xuất phát từ khái niệm Chương nêu khái niệm ch ung tiêu thường dùng để đánh giá độ tin cậy 1.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG VÀ PHẦN TỬ 1.1.1 Hệ thống Hệ thống tập hợp phần tử tương tác cấu trúc định nhằm thực nhiệm vụ xác định, có điều khiển thống hoạt động tiến tới phát triển [1] 1.1.2 Phần tử Phần tử phận cấu thành hệ thống mà trình định, xem tổng thể không chia cắt được, đặc trưng thông số độ tin cậy chung, phụ thuộc yếu tố bên ngồi mơi trường khơng phụ thuộc vào cấu trúc bên phần tử Bản thân phần tử có cấu trúc phức tạp, xét riêng hệ thống Độ tin cậy phần tử yếu tố định đến độ tin cậy hệ thống Các khái niệm độ tin cậy phần tử cho hệ thống, nghiên cứu kỹ khái niệm độ tin cậy phần tử điều cần thiết Phần tử chia thành hai loại: Phần tử không phục hồi phần tử phục hồi a Phần tử không phục hồi: Phần tử không phục hồi làm việc đến lần hư hỏng Thời gian làm việc phần tử từ lúc bắt đầu hoạt động hỏng (còn gọi thời gian phục vụ T) đại lượng ngẫu nhiên, thời điểm hỏng phần tử ngẫu nhiên trước b Phần tử phục hồi: Phần tử phục hồi phần tử làm việc đến hư hỏng, sau thời gian sửa chữa τ ≥ lại hoạt động (làm việc) trở lại bình thường Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện