Библиографическое описание:

Султанов Н. З., Юмахин Д. Ю. Надежность схем электроснабжения наземных комплексов систем посадки воздушных судов гражданской авиации // Молодой ученый. — 2013. — №3. — С. 102-105.

В настоящее время наиболее трудным и ответственным этапом полета воздушного судна (далее ВС) является посадка и взлет, поскольку для обеспечения посадки и взлета пилоту необходимо правильно определить положение ВС в пространстве относительно ВПП [1]. Немаловажной составляющей в обеспечении безопасности полетов на данных этапах полета является надежное функционирование наземных аэродромных систем. Наиболее важными из них являются комплекс светосигнального оборудования аэродрома, радиотехнические средства посадки и системы метеорологического обеспечения полетов. От работы данных систем зависит функциональная пригодность аэродрома к производству полетов, вплоть до закрытия аэродрома. Особенно важно их бесперебойная работа в условиях недостаточной видимости в районе аэродрома.

Так как надежность является достаточно сложным и комплексным свойством, то ее полная оценка будет выходить за пределы данной статьи, поэтому мы остановимся на наиболее значимых качественных аспектах надежности, на которые можно непосредственно влиять, а, следовательно, повышать эффективность аэропортовой деятельности по электросветотехническому обеспечению полетов. К таковым можно отнести:

  • структурную надежность, или безотказность схемы электроснабжения, как способность сохранять работоспособное состояние в течении некоторого времени [2];

  • функциональная надежность, или возможность восстановления электроснабжения потребителей путем реконфигурации схемы электроснабжения, возможности исключения аварийного участка сети, резервирование наиболее важных элементов и т.д;

  • качественную надежность, или надежность связанную с качеством предоставляемой потребителям электроэнергии;

  • информационная надежность, как свойство системы предоставлять оперативному персоналу полную и достоверную и информацию о состоянии всех элементов схемы электроснабжения, на основе которых оперативно и однозначно можно определить состояние всей системы как минимум в настоящий момент времени.

Под наземными комплексами систем посадки в данной главе принимаются:

  • светосигнальное оборудование аэродрома;

  • радиотехнические средства посадки ВС.

Данные системы относятся к потребителям первой категории особой группы, по надежности электроснабжения. В нормальных режимах работы они должны обеспечиваться электроэнергией не менее чем от трех взаимно резервирующих источников питания. Наиболее распространенным вариантом является питание от двух внешних источников по двум кабельным линиям, через два трансформатора и автономного дизель-электрического агрегата, резервирующего оба внешних независимых источника [3]. Перерыв электроснабжения данных потребителей, при отказе одного из источников, может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. В случае прекращения электроснабжения данных объектов аэродрома по одному из источников питания, на срок более 5 суток, с аэродрома снимается категория, присваиваемая каждому аэродрому в соответствии с международными требованиями, что приводит к ограничению возможностей аэродрома осуществлять полеты в условиях недостаточной видимости.

Скелетная схема централизованного электроснабжения наземных комплексов систем посадки по сетям 10 кВ, на примере аэродрома Оренбург представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Скелетная схема централизованного электроснабжения наземных комплексов систем посадки по сетям 10 кВ.


В общем виде надежность схемы электроснабжения можно разделить на три компонента по структурным составляющим:

  • надежность схемы 10 кВ;

  • надежность схемы 0,4 кВ;

  • надежность резервного источника электроэнергии.

Однако применение данного разделения не очень удобно, поэтому в данном случае будет применяться функциональное разделение на следующие подсистемы:

  • схема электроснабжения по первому вводу;

  • схема электроснабжения по второму вводу;

  • схема электроснабжения от резервного источника питания.

В общем виде для нашего случая блок-схему для расчета надежности можно представить виде, представленном на рисунке 2.

Рис. 2. Блок-схема расчета надежности схемы электроснабжения


Из блок-схемы видно, что в обеспечении электроэнергией потребителей по каждому вводу необходима безотказная работа некоторого количества последовательно соединенных элементов (в нашем случае последовательно соединены ТП, на которых в свою очередь последовательно соединяются коммутационные аппараты, аппараты защиты, кабельные линии, разъединители и т. д.). При этом для обеспечения электроэнергией наземных систем посадки ВС необходимо как минимум безотказная работа хотя бы одной ветви данной сети. Произведем расчет надежности каждой ветви схемы электроснабжения в соответствии с основными формулами для последовательного (1) и параллельного (2) соединения элементов:

(1)

, (2)

где Pc(t)- вероятность безотказной работы всей системы, Pi(t)- вероятность безотказной работы i-го элемента, n- число элементов.

Выразив Pi(t)- через интенсивность отказов λi, с использованием экспоненциального закона распределения получим соответственно для последовательного (3) и параллельного (4) соединения элементов:

(3)

(4)

В таблице 1 представлены показатели надежности элементов схемы электроснабжения [4].

Таблица 1

Показатели надежности элементов схемы электроснабжения.

п/п

Наименование элемента схемы

Интенсивность отказов, λi (1/год)

Условное обозначение

1

2

3

4

1

Масляный выключатель 10 кВ

2*10–3

λ1

2

Разъединитель 10 кВ

10*10–3

λ2

3

Кабельная линия 10 кВ

5*10–3

λ3

4

Сборная секция шин 10 кВ

2*10–3

λ4

5

Плавкий предохранитель 10 кВ

3*10–3

λ5

6

Выключатель нагрузки 10 кВ

10*10–3

λ6

7

Кабельная линия 0,4 кВ

2*10–3

λ7

8

Автоматический выключатель 0,4 кВ

1*10–3

λ8

9

Сборная секция шин 0,4 кВ

2*10–3

λ9

10

Резервный дизель-генератор

20*10–3

λ10

11

Трансформатор 110/10 кВ

2*10–3

λ11

12

Трансформатор 10/0,4 кВ

2*10–3

λ12


В соответствии со схемой электроснабжения и данными из таблицы 1 по формулам 3 получаем:

Так как для функционирования систем посадки ВС необходимо как минимум бесперебойная работа хотя бы одного источника, то в соответствии с формулой 4 получаем:

Таким образом вероятность безотказной работы системы электроснабжения наземных комплексов систем посадки ВС, питание которых осуществляется от ТП-2, составляет 0,999124 в год, что является достаточно низким показателем. Таким образом вероятность возникновения ситуации, связанной с полным отключением электроснабжения аэродромных систем посадки ВС составляет 8,76х10–4 в год. Что является достаточно низким показателем. Однако практически во всех источниках, по неизвестной причине, вероятность отказа систем электроснабжения в критический момент считается крайне низкой [5]. Кроме этого в данном расчете не учитывалась:

  • надежность схемы электроснабжения вышестоящей системы распределения (сети 110 кВ, в которых довольно широко используются воздушные линии, которые обладают не самыми высокими показателями надежности);

  • надежность установленной на ТП-1 и ТП-11 аппаратуры релейной защиты;

  • надежность системы управления автоматического ввода резерва в щите TRS на ТП-2 и ТП-3, которые могут также внести свои коррективы в надежность электроснабжения;

  • зависимость числа отказов от срока эксплуатации установленного оборудования (процент оборудования, которое выработало нормативный срок эксплуатации, превышает 50 % и постоянно увеличивается);

  • зависимость числа отказов электрооборудования от метеоусловий (во время гроз, сильного ветра, снегопада, тумана и других атмосферных явлений число отказов в электроэнергетических системах сильно повышается, однако именно в плохих метеоусловиях необходимо надежное функционирование систем электроснабжения объектов аэропортового комплекса, особенно наземных систем посадки ВС).

Влияние деятельности по электросветотехническому обеспечению полетов на безопасность полетов представлена в статье [6]. Исходя из данных которой можно утверждать, что надежность схем электроснабжения наземных комплексов обеспечения посадки ВС находится на предельно допустимом уровне, требующем разработки и внедрению решений по улучшению показателей надежности. Наиболее эффективными способами повышения показателей надежности схем электроснабжения является:

  • исключение из схем электроснабжения транзитных трансформаторных подстанций и другого электрооборудования, осуществляющих электроснабжение объектов не связанных с обеспечением производства полетов ВС, что позволит снизить отказы систем электроснабжения объектов обеспечения полетов и повысить показатели надежности;

  • установка на объектах, обеспечивающих производство полетов ВС, систем бесперебойного питания с возможностью работы от химических источников тока не менее трех часов и с показателями интенсивности отказа не более 1х10–4, что позволит снизить вероятность отключения электроснабжения аэродромных систем посадки ВС до значения 8,76х10–8, что в соответствии международными требованиями [7] приемлемо, так как считается крайне маловероятным событием;

  • замена на новое электрооборудования системы централизованного электроснабжения, отработавшего более 30 лет, поскольку зависимость числа отказов от возраста оборудования подчиняется экспоненциальному закону распределения и значительно увеличивается именно после 30 лет непрерывной эксплуатации.

Выводы
  1. Определен основной показатель надежности схемы электроснабжения наземных комплексов систем посадки воздушных судов — интенсивность отказа, связанный с полным отключением электроснабжения объектов систем посадки, который составляет 8,76х10–4 в год. Данное значение, согласно международным рекомендациям, соответствует предельно допустимому.

  2. С целью повышения надежности функционирования систем посадки, необходимо разрабатывать и внедрять технические решения по улучшению показателей надежности схем электроснабжения.

  3. Рассмотрены основные способы повышения показателей надежности схем электроснабжения наземных комплексов систем посадки, которые позволят снизить вероятность отключения электроснабжения аэродромных систем посадки до значения в диапазоне 1х10–8-1х10–7.

Литература:
  1. Фрид Ю. В. — Электросветосигнальное оборудование аэродромов / Ю. В. Фрид, Ю. К. Величко, В. Д. Козлов и др. — М. Транспорт, 1988.-318 с., ил.

  2. Александровская Л. Н. — Безопасность и надежность технических систем / Л. Н. Александровская, И. З. Аронов, В. И. Круглов и др. — Учебное пособие — университетская книга, Логос, 2008.- 376 с.: ил.

  3. Нормы годности к эксплуатации в СССР гражданских аэродромов (НГЭА 92)., 94 стр., ил., 1992 г.

  4. Гук Ю. Б. — Расчет надежности схем электроснабжения / Ю. Б. Гук, М. М. Синенко, В. А. Тремясов.-Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. Отд-ние, 1990.-216 с.: ил.

  5. Международная Организация Гражданской Авиации. Руководство по проектированию аэродромов. Часть 5. Электрические системы. Издание первое. 1983. — 96с.

  6. Юмахин Д. Ю.- Электросветотехническое обеспечение безопасности полетов гражданской авиации / Д. Ю. Юмахин — Вестник ОГУ № 9 / сентябрь 2012, 203 с, ил., стр. 168–172.

  7. Международная Организация Гражданской Авиации. Руководство по управлению безопасностью полетов. Издание второе-2009. Doc 9859 AN/474., 318 с.: ил.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle