Повышение надежности за счет резервирования оборудования. Режимы работы генераторов Холодный резерв

1. Нормальный режим

Особенность энергосистемы состоит в том что процессы выработки и потребления электрической энергии происходят одновременно, тоесть невозможно накапливать выработанную электрическую энергию в заметных количествах. Поэтому для источника питания и электрических потребителей в каждый момент должен соблюдаться баланс:

· активных мощнастей ;

· реактивніх мощнастей ,

где Р г, Q г – соответственно активная и реактивная мощность генераторов ИП;

Мощность потребляемых нагрузок;

Потери мощности в сетях;

Мощности собственных нужд.

В нормальном установившемся режиме все генераторы имеют синхронную частоту. Отключение частоты (𝜟f) – один из основных показателей качества электроэнергии (ПКЭ), в нормальном режиме допускается отклонение на ±0,2 Гц. При нарушении баланса активной мощности изменяется частота вращения генератора, а следовательно и частота переменного тока.

При ƩР Г < ƩРп - частота снижается (например при резком увеличении нагрузки в связи с включением большого числа электрических нагревателей при падении температуры воздуха).

При ƩР г > ƩР П - частота растет, при уменьшении нагрузки, ту рбины начинают разгонятся и вращаются быстрее.

Следствием больших отклонений частоты могут являться:

· выход из строя электрических станций;

· понижение производительности двигателя;

· нарушение технологического процесса;

· брак продукции.

А при недопустимых снижениях частоты происходит развал системы.

При аварийных отключениях генератора или линий с трансформаторами, допускается 𝜟f = +0,5 Гц, 𝜟f = -1 Гц, общей продолжительности на год, не более 90 часов.

Рост частоты можно ликвидировать уменьшением мощности генератора или отключением части из них, при понижении частоты:

· мобилизация резервов;

· использованием автоматического частотного регулирования (АЧР).

На электростанциях должен быть «горячий» резерв мощности (когда генератор нагружают до мощности меньшей номинальной), в таком случае они быстро набирают нагрузку при внезапном нарушении баланса мощности и « холодный » резерв (ввод нового генератора). Кроме резерва мощности на электростанциях системы необходимый резерв по энергии на ТЭС должен быть обеспечен соответствующий запас топлива, а на ГЭС - запас воды.

Если резерв электростанции исчерпан, а частота в системе не достигла номинального значения, то в действия вступают устройства АЧР, которые предназначены для быстрого восстановления, путем отключения части менее ответственных потребителей (в первую очередь отключения потребителей 3 категории надёжности).

При полной нагрузке генераторов по активному току в системе может возникнуть дефицит реактивной мощности, если же реактивная нагрузка потребителей значительно превысит возможную, реактивную мощность генераторов (при отключении части из них), то произойдет такое понижение напряжения, при котором ток потребителей значительно увеличится, что приведет к дальнейшему снижению напряжения и т.д. Такое снижение напряжения в системе называется лавиной напряжений.

В современных системах для предохранения от аварийного лавинного напряжения все генераторы снабжают автоматическим регулятором напряжения и быстродействию форсировки возбуждения, следовательно в системе всегда должен быть определенный резерв реактивной мощности, для этого делают компенсацию реактивной мощности.

2. Использование генератора в режиме синхронного компенсатора

Синхронный компенсатор – это генератор без нагрузки на валу.

Турбогенераторы и гидрогенераторы могут работать в режиме синхронного компенсатора.

3. Аномальные режимы:

· перегрузка (работа с током статора и ротора больше номинального);

· асинхронный режим;

· несимметричный режим.

Кратковременная перегрузка по току статора и ротора обычно бывает вызвана:

· внешними короткими замыканиями;

· выпадом генератора из синхронизма;

· форсированным возбуждением.

При этом повышается температура обмоток генератора, а при коротком замыкании возможно и механическое повреждение, поэтому допускается только кратковременная перегрузка, которая зависит от системы охлаждения.

Асинхронный режим работы генератора возникает при:

· потери возбуждения генератора в следствии повреждения в системи возбуждения;

· выпадения генератора из синхронизма из-за КЗ в сети;

· резкого сброс или наброса нагрузки.

Несимметричные режимы работы генератора могут быть вызваны обрывами и отключениями одной фазы сети, однофазной нагрузки в виде электрической тяги и плавильных печей и др.

При вариантах «холодного» резервирования резервное оборудование находится в выключенном состоянии и включается только при подключении резерва в работу. До включения резервного оборудования его ресурс не расходуется, и «холодное» резервирование дает самую большую ВБР.

Недостаток холодного резервирования – включение резервной аппаратуры проходит за некоторое время, в течение которого система не управляется или неработоспособна. На этом интервале ввода в строй «холодной» резервной аппаратуры источники питания выходят на режим, аппаратура тестируется, прогревается. В нее загружается необходимая информация.

В случае «горячего» резервирования все резервные элементы включены и готовы сразу после команды включиться в работу. Это может обеспечить меньшее время переключения на резерв. Однако ресурс включенной резервной «горячей» аппаратуры расходуется и достижимая ВБР в этом методе меньше, чем в случае «холодного» резервирования. Время переключения на резерв – важный параметр, и допустимые его значения определяются конкретной прикладной задачей.

Для системы дублированной замещением с холодным резервом ВБР равна:

Данное приближение справедливо для ВБР . Для системы троированной замещением с холодным резервом ВБР равна:

Для системы дублированной замещением с горячим резервом ВБР равна:

Для системы троированной замещением с горячим резервом ВБР равна:

На графике приведены изменения Р(t) для трех случаев:

1) нерезервированная система

2) система дублированная с холодным резервом

3) система дублированная с горячим резервом

Изменение ВБР представлены в относительном времени . Это удобно, так как графики справедливы для любого . Здесь – интенсивность отказов системы

Для последовательной надежностной схемы.

Интенсивность отказа элементов, составляющих систему.

Иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на .
Эта отметка установлена 20 марта 2014 года .

Горячий резерв (англ. Hot Spare ), иногда жаргонно хотспара - технология резервирования электронного оборудования, в которой резерв подключен к системе и подменяет вышедший из строя компонент в автоматическом режиме, или, хотя бы, без прерывания работы системы. Чаще всего применяется в системах автоматизации технологических процессов (контроллеры, модули ввода-вывода, системы электропитания) и в IT-сфере (жёсткие диски, оперативная память компьютеров). В контексте некоторых систем может называться просто "spare" (подразумевая, что устройства с холодной заменой просто в системе не видны и особого термина не требуют).

Горячий резерв для систем хранения данных

Чаще всего диски горячей замены используются в сочетании с RAID -массивами. В этом случае выделяют несколько видов hotspare дисков:

• локальные (англ. local , англ. array-owned ) - диск принадлежит к конкретному массиву и используется для подмены вышедшего из строя диска только в заданном массиве, если в системе несколько массивов и диск выходит из строя в соседнем массиве, то локальный для другого массива диск не используется для подмены.
• глобальные, общие (англ. global , англ. shared ) - диск не принадлежит ни к одному массиву и может быть использован для подмены вышедшего из строя диска в любом из массивов. В сочетании глобальных и локальных хотспар бывает два алгоритма использования: либо сначала локальные, а потом глобальные, либо сначала глобальные, а потом локальные. Второй вариант позволяет формировать массивы с чуть большей надёжностью у выбранных массивов, первый - у всех.
• групповые (англ. group ) - в этом случае некоторые массивы объединяются в группу, в пределах которой может использоваться резервный диск. Массивы не в группе этот диск не получают (такой вариант, например, использует linux-raid).

Индикация

Некоторые системы и raid-контроллеры могут использовать специфическое обозначение светодиодом (либо особым видом мигания светодиода) для указания на хотспару.

Контроль состояния горячего резерва

Многие системы осуществляют периодическую проверку состояния hostspare-дисков (с помощью чтения или записи) - это позволяет убедиться, что диск для подмены находится в нормальном состоянии, и защитить от ситуации, когда диск, добавляемый в массив вместо вышедшего из строя, сам оказывается сбойным.

Аварийное перестроение массива

Часто жёсткие диски выходят из строя не полностью, а частично (в пределах нескольких секторов). Некоторые системы способны выполнять предварительное копирование данных с частично пострадавшего массива на резервный диск до того момента, когда извлекается пострадавший диск. Сбойные места перестраиваются согласно алгоритмам RAID, нормальные просто копируются с полусбойного диска. Это минимизирует время, когда массив находится в degraded состоянии и снижает нагрузку (так как не нужно пересчитывать контрольные суммы для всего массива).

До сих по мы рассматривали только случай, когда надежность каждого дублирующего элемента не зависит от того, когда включился в работу этот элемент. Этот случай, который мы условно назвали «горячим резервированием», самый простой из всех возможных. Гораздо сложнее случай, когда резервный элемент до своего включения в работу вообще не может отказывать («холодное» резервирование) или может отказывать, но с другой, меньшей плотностью вероятности, чем после включения («облегченное» резервирование).

При рассмотрении задач, связанных с холодным или облегченным резервированием, нам недостаточно будет вводить надежности системы и элементов для одного, заранее фиксированного, значения времени т; необходимо будет проанализировать весь случайный процесс функционирования системы.

Рассмотрим несколько задач, относящихся к холодному и облегченному резервированию.

Задача 1. Общий случай расчета надежности резервированной системы («облегченный» или «холодный» резерв). Система (блок) состоит из «параллельно» включенных элементов (основного и резервного). Интенсивность потока отказов первого элемента при отказе первого элемента происходит автоматическое и безотказное переключение на резервный Интенсивность потока отказов резервного элемента до его включения в работу (элемент работает в «облегченном» режиме).

После его включения в работу, в момент отказа первого элемента, интенсивность мгновенно подскакивает (рис. 7.30) и становится равной интенсивности которую естественно предполагать зависящей не только от текущего времени но и от того срока в течение которого элемент работал в облегченном режиме:

Требуется найти надежность системы

Рассмотрим совокупность двух случайных величин:

Момент отказа основного элемента,

Момент отказа резервного элемента.

Событие А - безотказная работа системы до момента t - состоит в том, что хотя бы одна из величин примет значение, большее, чем t (хотя бы один элемент будет работать к моменту ). Вероятность противоположного события - отказа системы до момента t - будет

Найдем совместную плотность распределения случайных величин обозначая ее Случайные величины зависимы, и

где - безусловная плотность распределения величины - условная плотность распределения величины (при условии, что величина приняла значение ).

Найдем обе плотности. По формуле (3.4) § 3

где - надежность элемента в силу формулы (3.6) равная

Найдем условную плотность Условная интенсивность отказов резервного элемента при условии, что будет:

При этой интенсивности найдем условную плотность распределения времени безотказной работы резервного элемента:

Таким образом, совместная плотность распределения системы случайных величин найдена:

Зная эту совместную плотность, можно найти вероятность отказа системы до момента

откуда искомая надежность системы:

При вычислении по формулам (6.5) - (6.6) необходимо иметь в виду, что выражение функции неодинаково по одну и другую сторону от прямой - биссектрисы первого координатного угла (рис. 7.31). Области интегрирования на рис. 7.31 отмечены разной штриховкой. В области I функция выражается первой из формул (6.5), в области II - второй; следовательно,

(6.7)

При заданном конкретном виде функций интеграл (6.7) может быть вычислен, в простейших случаях аналитически, чаще - численно.

Заметим, что найденное нами решение задачи оценки надежности для случая «облегченного» резерва относится и к случаю «холодного» резерва - при этом так что в формуле (6.7) остается только один интеграл - второй, да и тот тоже упростится.

Мы видим, что в случае даже одного резервного элемента, работающего в облегченном (или холодном) резерве задача оценки надежности системы довольно сложна. Если же число резервных элементов более одного, задача еще больше усложняется.

Однако задача может быть сильно упрощена, если предположить, что потоки неисправностей, действующие на все элементы (основной и резервные), представляют собой простейшие потоки, интенсивность каждого из которых постоянна (это допущение равносильно тому, что закон надежности каждого элемента - экспоненциальный, а включение элемента в работу меняет только параметр этого закона). При таком допущении надежность системы S может быть найдена путем решения дифференциальных уравнений для вероятностей ее состояний.

Задача 2. Система с холодным резервом и простейшими потоками отказов. Резервированная система (блок) 5 состоит из основного элемента Э, и двух резервных: При отказе элемента Э] в работу включается при отказе (рис. 7.32).

До включения каждый из резервных элементов находится «холодном» резерве и отказать не может. Интенсивность потока отказов основного элемента интенсивность потока отказов каждого из резервных элементов, когда они работают, одинакова и равна Все потоки отказов простейшие. Требуется определить надежность системы

Представим процесс, протекающий в системе S, как марковский случайный процесс (см. гл. 4) с непрерывным временем и с дискретными состояниями:

Работает основной элемент

Работает резервный элемент

Не работает ни один элемент.

Граф состояний системы показан на рис. 7.33. Так как восстановления элементов не происходит, все стрелки на графе ведут в одну сторону.

Система уравнений Колмогорова для вероятностей состояний будет:

К ним надо прибавить нормировочное условие:

Из первого уравнения выражаем как функцию

(начальное условие, при котором мы проинтегрировали это уравнение, ) . Подставляя (6.10) во второе уравнение, получим:

Проинтегрируем это уравнение с начальным условием получим:

Эту функцию подставим в третье уравнение (6.8); получим:

Уравнение (6.13) нужно проинтегрировать тоже при начальном условии получим:

Для нахождения функции не нужно интегрировать последнее уравнение (6.8) - ее можно найти из условия (6.9):

Задача 3. Система с облегченным резервом и простейшими потоками отказов. Резервированная система (блок) S состоит из основного элемента и трех резервных: (рис. 7.34). Основной элемент подвергается ростейшему потоку отказов с интенсивностью каждый из резервных до своего включения подвергается потоку отказов с интенсивностью после включения резервного элемента эта интенсивность мгновенно подскакивает до значения При отказе основного элемента Э, включается в работу резервный при отказе и т. д.

Заказчики, которые приобретают Software Assurance для серверных продуктов Microsoft , бесплатно получают дополнительную лицензию на использование сервера холодного резервирования (cold backup server) для целей аварийного восстановления в случае отказа. — это сервер, который выключен до момента возникновения аварии. Нельзя использовать этот сервер для работы приложений или сетевых сервисов.

Преимущества для клиента

• Снижение рисков и времени простоя в непредвиденных ситуациях.
• Экономия на количестве лицензий при резервировании.

Активация и использование преимущества

• Активация не требуется.
• Установка с тех же носителей, что и серверное ПО.

Условия

Данное преимущество предоставляется заказчикам с действующим Software Assurance , приобретенным для серверных продуктов Microsoft и для лицензий клиентского доступа к серверу. Использование серверного программного обеспечения по регулируется следующими условиями:

• Сервер холодного резервирования должен всегда находиться в выключенном состоянии и может включаться только:

1. для целей ограниченного тестирования и управления обновлениями;
2. при аварии.

• Копии программного обеспечения для аварийного восстановления не могут устанавливаться на сервер в одном кластере с сервером приложений.
• В случае аварии ПО может использоваться одновременно и на резервном и на основном сервере только в течение времени, необходимого на восстановление основного сервера. После восстановления основного сервера, сервер холодного резервирования должен быть выключен.
• Бесплатные серверные лицензии аварийного восстановления являются временными и истекают по окончании срока действия Software Assurance для соответствующего сервера или клиентских лицензий . В случае прекращения срока действия Software Assurance необходимо удалить любые копии программного обеспечения, установленные по лицензии аварийного восстановления.

Версия, редакция и тип серверного продукта, который используется для целей аварийного восстановления, должны соответствовать основной лицензии на серверный продукт (например, если право Software Assurance закуплено для лицензии Microsoft SQL Server 2000 Standard per processor , бесплатная лицензия на сервер холодного резервирования также будет лицензией Microsoft SQL Server 2000 Standard per processor ).

• Лицензии Software Assurance должны быть закуплены как для серверного продукта, так и для всех клиентских лицензий CAL (если применимо). Действие лицензии на сервер холодного резервирования истекает с окончанием срока действия Software Assurance .
• Данное преимущество не требует активации на сайте MVLS . Для каждой серверной лицензии с действующим Software Assurance заказчик получает право установить копию этого программного обеспечения на сервер холодного резервирования .
• Количество лицензий для аварийного восстановления, которые предоставляются клиенту, соответствует количеству закупленных лицензий Software Assurance .
• Заказчики могут установить программное обеспечение с носителей, предоставляемых по программам корпоративного лицензирования .
• Использование любого программного обеспечения по лицензии на сервер холодного резервирования регулируется соответствующими правами на использование продукта и условиями предоставления данного преимущества.
• Лицензии License & Software Assurance , приобретенные для серверного ПО и соответствующих клиентских лицензий , а также информация, которая содержится в Volume License Product List (EN) , будет являться подтверждением прав заказчика на использование серверного программного обеспечения по лицензии холодного резервирования .