Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ средств и методов повышения надежности системы электроснабжения 11
1.1 Современное состояние системы электроснабжения и распределительных сетей 0,38... 10 кВ 11
1.2.Средства и мероприятия по повышению надежности электрооборудования и систем электроснабжения 15
1.3. Организационно - технические средства и мероприятия повышения надежности системы электроснабжения 19
1.4. Цель и задачи исследования 30
Глава 2. Теоретические обоснование и аналитическое исследование влияния природно-климатических факторов на техническое состояние сельских электрических распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ 33
2.1. Объекты для получения исходных данных и методика их сбора 33
2.2. Первоначальная регистрация исходных данных 35
2.3. Классификация причин возникновения отказов электрооборудования 43
2.4. Методика статистической обработки данных 44
2.5. Определение расчетных параметров выборок отказов 46
2.6. Определение закона распределения анализируемого параметра 49
2.7. Результаты расчетов и определения законов распределения отказов электрооборудования 55
Выводы 67
Глава 3. Математическая модель отказов электрооборудования распредели тельных сетей напряжением 0,38-10 кВ 69
3.1. Определение периодов с наибольшей интенсивностью отказов 69
3.2. Расчет показателей надежности электрооборудования распределительных сетей 0,38... 10 кВ з
3.3. Исследование влияния климатических факторов, действия персонала и отказов электрооборудования распределительных сетей 0,3 8... 10 кВ 83
3.4. Проверка адекватности регрессионной модели влияния природно - климатических факторов на отказы В Л 0,3 8... 10 кВ 93
Выводы 101
Глава 4. Методика оценки комплекса средств технического обслуживания для повышения надежности систем электроснабжения 103
4.1. Методика оценки организационно - технических мероприятий по повышению надежности на основе теории массового обслуживания 103
4.1.1. Критерии оценки организационно - технических мероприятий 103
4.1.2. Методика определения периода продолжительности отказа 112
4.2. Анализ организационно - технических мероприятий на предприятиях электрических сетей 115
4.2.1. Организация технического обслуживания и текущих ремонтов 115
4.2.2. Оптимизация количества персонала 117
4.2.3 Планирование фонда запасных материалов и оборудования 118
4.2.4. Механизация монтажных и ремонтно - восстановительных работ 120
4.3. Разработка программного обеспечения для реализации методики оценки организационно - технических мероприятий повышения надежности 121
Выводы 125
Глава 5. Экономическое обоснование применения комплекса средств технического обслуживания 127
5.1. Применение методики оценки эффективности организационно - технических мероприятий повышения надежности 127
5.2 Совершенствование комплекса средств технического обслуживания электрооборудования 133
5.3. Технико - экономический анализ 137
Выводы 142
Основные выводы
- Организационно - технические средства и мероприятия повышения надежности системы электроснабжения
- Определение расчетных параметров выборок отказов
- Исследование влияния климатических факторов, действия персонала и отказов электрооборудования распределительных сетей 0,3 8... 10 кВ
- Анализ организационно - технических мероприятий на предприятиях электрических сетей
Введение к работе
Актуальность работы. Система электроснабжения сельскохозяйственных потребителей напряжением 0,38... 10 кВ характеризуется низкими показателями надежности и значительным недоотпуском электроэнергии присоединенным потребителям. Продолжительность перерывов в электроснабжении по Рязанской области составляет 90 - 130 часов в год. Это обусловлено высоким износом оборудования трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ, значительной протяженностью воздушных линий электропередачи напряжением 0,38...10 кВ, выполненных неизолированными проводами, эксплуатацией несовершенных коммутационных аппаратов, радиальным, в основном, принципом построения электрических схем.
Электрическое хозяйство Российской Федерации включает воздушные линии электропередачи напряжением 0,38...110 кВ протяженностью свыше 2,5 млн. км и трансформаторных подстанций 6...110 кВ суммарной мощностью свыше 300 MB А. Из них электрические сети сельскохозяйственного назначения напряжением 0,38...110 кВ общей протяженностью около 2,3 млн. км, напряжением 6... 10 кВ - около 1,2 млн. км, напряжением 0,38 кВ - свыше 800 тысяч километров. В Рязанском регионе эксплуатируется свыше 33 тысяч км линий электропередачи напряжением 0,38-10 кВ и около 8,5 тысяч распределительных и трансформаторных пунктов. Из общего числа отказов электрооборудования электрических сетей всех уровней напряжения на электрооборудование напряжением 0,38... 10 кВ приходится до 70-75% отказов.
Огромный вклад в развитие теории надежности внесли Гук Ю.Б., Будз-ко И.А., Гнеденко Б.В., Левин М.С., Лещинская Т.Б., Васильева Т.Н., Копылов СИ., Воробьев В.А., Сырых Н.Н., Рыбаков Л.М. и другие. Вместе с тем, существующие методы оценки технического состояния электрических распределительных сетей учитывают параметры вне их связи с природно-климатическими факторами, условиями эксплуатации, квалификацией персонала.
Важное значение приобретает прогнозирование надежности и технического состояния электрических распределительных сетей 0,38-10 кВ сельскохозяйственного назначения. Для сокращения числа отказов и повышения надежности системы электроснабжения в целом, наиболее целесообразным является совершенствование системы технического обслуживания электрооборудования, так как полная модернизация и замена электрооборудования новым потребует крупных единовременных капиталовложений. Поэтому вопросы повышения надежности системы электроснабжения за счет совершенствования комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования являются актуальными.
Цель работы - совершенствование системы технического состояния электрооборудования для повышения надежности сельских электрических распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ с учетом влияния природно-климатических факторов.
Объектом исследования является силовое электрооборудование сельских распределительных сетей напряжением 0,38... 10 кВ.
Предметом исследования является математическая модель оценки и совершенствования технического состояния электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38... 10 кВ.
Задачи исследования:
Анализ методов оценки технического состояния электрооборудования, классификация причин его отказов на основе статистической обработки данных в сельских электрических распределительных сетях напряжением 0,38... 10 кВ Рязанского региона;
Определение законов распределения аварийных отказов электрооборудования;
Теоретическое обоснование и аналитическое исследование влияния природно-климатических факторов на количество отказов электрооборудования воздушных линий электропередачи напряжением 0,38... 10 кВ;
Формирование методики и разработка математической модели оценки эффективности комплекса средств повышения надежности электроснабжения на основе теории массового обслуживания;
Имитационное моделирование надежности электроснабжения потребителей напряжением 0,38..10 кВ с помощью системы оценки эффективности комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.
Методы исследования. Исследование базируется на теории надежности, методов математического моделирования, математической статистики, корреляционно - регрессионного анализа, теории массового обслуживания. Расчеты проведены с помощью пакетов прикладных программ Statistica 6.0 корпорации STATSOFT, SYSTAT 11.00.01 корпорации SYSTAT, математический модуль Mahtcad 2001 pro. Численные результаты получены с использованием разработанного на языке программирования Delphi программного обеспечения.
Новизна работы заключается в следующем:
Определении степени влияния основных факторов на техническое состояние силового электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ;
Построении математической модели на основе корреляционно - регрессионного анализа, устанавливающей зависимость между природно-климатическими факторами, действиями обслуживающего персонала и отказами электрооборудования;
Создании с применением системы массового обслуживания математической модели оценки влияния каждого из рассматриваемых средств на повышение надежности электроснабжения;
Разработке методики, алгоритма и программного обеспечения «Эксперт 1.0» для оценки эффективности комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.
Достоверность разработанных научных положений, методик, сделанных выводов и рекомендаций обеспечивается корректным применением современных методов исследования; использованием методов математической статистики, представительным объемом статистического материала; совпадением результатов, полученных для моделей и реальных электрических сетей Рязанского региона.
На защиту диссертации выносятся следующие положения:
Обоснование разнообразия закономерностей распределения причин отказов по дням электрооборудования сельских распределительных электрических сетей напряжением 0,38... 10 кВ;
Разработка математической модели оценки влияния природно - климатических факторов на отказы электрооборудования для формирования комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования;
Метод оценки влияния природно-климатических факторов, его учет при планировании комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования для повышения надежности системы электроснабжения;
Выбор эффективной систем технического обслуживания электрооборудования сельских распределительных электрических сетей за счет оптимальной стратегии проведения ремонтных работ, определения количества специальной техники и эксплуатационного персонала, обеспечения ремонтных подразделений запасными частями и оборудованием.
Практическую значимость представляет методика оценки технического состояния и повышения эффективности сельских распределительных электрических сетей, реализованная в программном обеспечении «Эксперт 1.0», написанного на языке Delphi версии 7.0 фирмы Borland, позволяющая предприятиям электрических сетей обеспечивать нормируемый уровень надежности электроснабжения у потребителей за счет внедрения рекомендуемого комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы приняты к реализации на:
ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Сасовские электрические сети» «Пителенский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 24.05.2011 года;
ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Рязанские электрические сети» «Рыбновский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 06.06.2011 года;
ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Рязанские электрические сети» «Пронский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 14.10.2011 года.
ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Рязанские электрические сети» «Михайловский РЭС», что подтверждается актом внедрения 12.12.2011 года;
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись на международной научно - практической кон-
ференции в г. Москве (ГНУ ВНИИМ, 2010 г.), научно - практической конференции г. Троицк (ФГОУ ВПО УГАВМ, 2009 г.), научно - практической конференции г. Мичуринске (ФГОУ ВПО МичГАУ, 2011 г.), международных научно - практических конференциях и семинарах в г. Рязани (ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2009 - 2011 г.), третьем этапе Всероссийской научно - практической конференции в г. Саратове (ФГОУ ВПО СГАУ, 2011 г.), а также на семинарах по повышению квалификации и обучению эксплуатационного персонала ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго».
Личный вклад автора. Разработка математической модели оценки и совершенствования технического состояния электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38... 10 кВ, формирование на ее основе методики, построение алгоритма и создание программного обеспечения «Эксперт 1.0», апробирование результатов исследования, внедрение разработок в практику и подготовка основных публикаций по научной работе.
Публикации. Научные положения, полученные автором, опубликованы в 12 изданиях, из них 3 - по перечню ВАК.
Структура диссертации и ее объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы составляет 274 страницы. Основная часть состоит из 163 страницы, включает 68 таблицы и 67 рисунков. Библиографический список содержит 125 наименований. Приложение составляет 120 страниц.
Организационно - технические средства и мероприятия повышения надежности системы электроснабжения
Важнейшим фактором эффективного производства, как в промышленном, так и в аграрном секторе является централизованное электроснабжение. Эффективность электроснабжения характеризуется многими показателями, среди которых качество и надежность являются основными. Надежное электроснабжение может обеспечиваться только при условии безотказной и долговечной работы электроэнергетического оборудования.
От надежности системы электроснабжения зависят промышленность, быт, сельское хозяйство. Зависимость эта такая сильная, что ее нарушение приводит к огромному материальному ущербу, имеющему масштабы национального бедствия. Например, авария в энергосистеме, причиной которой стало возгорание автотрансформатора на подстанции «Чагино», произошедшая 25 мая 2005 года, привела к длительному (свыше 24 часов) перерыву в электроснабжении более половины объектов жизнедеятельности в Москве, Московской, Тульской и Калужской областях. Оценка ущерба составила 1,708 млрд, рублей [2].
Одним из важнейших элементов системы электроснабжения являются распределительные сети, которые отличаются большой протяженностью при сравнительно малой передаваемой мощности. Следовательно, сети работают с малой плотностью нагрузки [3].
По данным приведенным д.т.н, профессором Лещинской Т.Б. [65], распределительные сети напряжением 0,38... ! кВ имеют длину около 826 тыс. км, а протяженность сетей напряжением 6...10 кВ насчитывается 1184 тыс. км, что составляет 36% и 51,4% соответственно от длины всех линий электропередач сельскохозяйственного назначения. Другой отличительной особенностью рассматриваемого элемента систем электроснабжения как отмечается д.т.н., профессором Рыбаковым Л.М. [89, 90], является высокая загруженность сетей 6... 10 кВ. Количество потребительских подстанций 10/0,4 кВ может достигать 30 шт на одной линии. Общее количество подстанций 35...6(10)70,4 кВ [67, 68] достигает 500 тысяч штук. Обеспечение безотказной работы всего электрооборудования распределительных сетей является залогом надежности электроснабжения потребителей.
Впервые проблемы надежной передачи электроэнергии возникли с развитием электрификации в России и началом формирования энергосистем в конце девятнадцатого - начале двадцатого века [13]. В предвоенные и военные годы быстрыми темпами развивалась энергетика Урала, Сибири и Средней Азии. В 1942 году для координации работы трех районных энергетических систем: Свердловской, Пермской и Челябинской было создано первое Объединённое диспетчерское управление — ОДУ Урала. В 1945 году было создано ОДУ Центра, что и явилось первыми мероприятиями по повышению надежности и сокращения числа аварий в системе электроснабжения.
В энергосистемах последующие несколько десятков лет наблюдается тенденция укрупнения всех элементов, увеличение их единичной мощности. Так, например [13], в энергетике СССР за период с 1970г по 1985 год возросла степень концентрации генерирующих мощностей: количество ТЭС и АЭС мощностью 2000 МВт и более достигло 28, ГЭС мощностью 2000 МВт и более - 6; наибольшая мощность агрегата ТЭС увеличилась с 800 до 1200 МВт, АЭС - с 365 до 1500 МВт, ГЭС - с 500 до 640 МВт. Мощность наиболее крупных электростанций достигла: ТЭС - 4000 МВт, АЭС - 4000 МВт, ГЭС - 6000 МВт (против соответствующих значений 1970г - 3000, 575 и 5000 МВт) [13]. Технический прогресс в развитии генерирующих мощностей проявился также в увеличении с 1970 по 1985г доли конденсационных энергоблоков на сверхкритические параметры пара, а также доли теплофикационных агрегатов на давление пара 13-24 МПа [13]. Общая протяженность (в одноцепной исчислении) линий напряжением 220 кВ и выше - с 9,8 до 35,9 тыс. км. (в том числе 750 кВ - с 0,1 до 4,35 тыс. км, 1150 кВ с о до 0,9 тыс. км) [13].
Активное развитие теории надежности электрооборудования и электрических систем произошло с 60-70 годов двадцатого века и связано с трудами русских [10, 37, 38, 39 и другие] и зарубежных [106, 111-122] ученых и инженеров. Огромный вклад в развитие теории надежности внесли Гук Ю.Б., Будзко И.А., Гнеденко Б.В., Левин М.С., Лещинская Т.Б., Сырых Н.Н., Васильева Т.Н. Кудрин Б.И., Воробьев В.А., Дж. Эндрени и другие.
Актуальность проблемы обеспечения надежного и бесперебойного электроснабжения [2] вызвано резким увеличением спроса на электроэнергию в мире, вызванный ростом промышленного производства с начала 2000 - х годов. Однако, как не раз упоминалось в публикациях многих авторов [3,4,25,26 и другие] фактический срок службы до 60% от общего количества оборудования превышает нормативный. На протяжение последних 10-15 лет наблюдалось полное отсутствие серьезных объемов реконструкции объектов электроэнергетики, связанных с недостаточными инвестированием в отрасль [106].
Надежды на положительное изменение в электроэнергетике были связанны с реформой и реструктуризацией ОАО РАО «ЕЭС России», которая была проведена в 2001 - 2007 годах [31]. Однако, как отмечает Волькенау И.М. [28] и Воробьев СЮ. [30] заявленные цели реформирования принципиально не реализуемы и основывались на незнании авторами реформ основ технологии работы отрасли. При такой дезинформации об ожидаемых успехах и были приняты решения, позволившие менеджменту РАО «ЕЭС России» начать ликвидацию единого электроэнергетического комплекса страны с заменой его на многие сотни коммерческих фирм. В результате за короткий период произошел резкий рост стоимости электроэнергии, продолжается интенсивное старение и износ основных фондов отрасли, а непроизводственные затраты составили такую сумму, что её хватило бы для обновления практически всего основного парка электрооборудования [28, 30].
Определение расчетных параметров выборок отказов
Распределительные сети уровня напряжения 0,38... 10 кВ включают большое количество электрооборудования [25], поэтому невозможно рассмотреть весь перечень электрооборудования. Рассматривается только электрооборудование, отказ, которого приводит к перерывам в электроснабжении потребителей. Таким образом, аварийные отказы разделяются на основные элементы а также по уровням напряжения в сетях 0,38...6(10) кВ. Основной элемент элек-трооборудования в большинстве случаях представляет собой один тип электро-оборудования, но могут иметь и несколько составляющих, к примеру, отказы возникающие в комплектных распределительных устройствах. Отказы разделены по причине возникновения, классифицированы по перерывам электроснабжения и сведены в таблицу 2.7. Распределение причин отказов электрооборудования приведены на гистограмме, изображенной рисунке 2.1. для периода наблюдения с 1994 по 2007 годы включительно.
Первый этап - включает в себя построение статистического ряда или плотности распределения случайной величины в виде гистограммы. Плотностью распределения случайной величины пользуются для создания наглядности изображения при большом количестве исходных данных. Далее определяют закон распределения случайной величины. За случайную величину принимается отказ (инцидент) электрооборудования. Закономерности, наблюдаемые в массовых случайных явлениях, проявляются тем точнее и отчетливее, чем больше объем статистического материала. Теоретически при достаточном количестве опытов свойственные этим случайным величинам закономерности будут осуществляться сколь угодно точно. В нашем случае ограниченно количеством экспериментальных данных. В связи с этим результаты наблюдений и их обработки всегда содержат больший или меньший элемент случайности. К методике обработки экспериментальных данных предъявляются такие требования, чтобы она, по возможности, сохраняла типичные, характерные отказы электрооборудования и отбрасывала все несущественное, второстепенное, связанное с недостаточным объемом опытного материала. В связи с этим для решения первого этапа обработки данных решается задача сглаживания или выравнивания статистических данных, представления их в наиболее компактном виде с помощью простых аналитических зависимостей;
Второй этап - проверка правдоподобия гипотезы о законе распределения. Статистический материал может с большим или меньшим правдоподобием подтверждать или не подтверждать справедливость той или иной гипотезы. Возникает вопрос: согласуются ли результаты эксперимента с гипотезой о том, что данная случайная величина подчинена закону распределения Р(х) и существует ли зависимость между случайными величинами. На данном этапе определяется степень правдоподобия статистического материала с подобранным законом распределения. Это целесообразно осуществить при помощи критериев х квадрата Пирсона и Колмогорова. Для причин отказов имеющим нормальный закон распределения случайной величины был применен расчет с использованием t - критерия Стьюдента.
Третий этап - нахождение неизвестных параметров распределения. Этап направлен на определение числовых характеристик случайной величины по данным выборки. При не значительном объеме выборки подбирается лишь «оценка» искомых параметров, т.е. таких приближенных значений, которые при массовом применении приводили бы в среднем к меньшим ошибкам, чем всякие другие.
Анализ причин отказов электрооборудования, эксплуатируемого в распределительных сетях напряжением 0,38... 10 кВ, позволил установить значения некоторых случайных величин, которые представляет выборочную совокупность. Расчетные параметры выборок отказов включают свободную оценку дисперсии по совокупности двух выборок D2 , которая определяется:
Критерий однородности двух выборочных дисперсий основан на критической статистике, [40, 41]: F(n, - l,n2 -1) = -L - 1 (2.4) —!—ї .-х,)2 n2 -1 j=i Отношение составляется таким образом, чтобы критическая статистика F(n, -1, п2 -1) была больше единицы. В условиях справедливости выдвинутой гипотезы Н2 однородности критическая статистика подчинена закону Fa(n, - 1,п2 -1)—распределения с ki=nrl и k2=n2-l степенями свободы. Гипотеза Н2 однородности дисперсий не отвергается, если F(n1-l,n2-l) F(n,-l,n2-l), (2.5) где Fa(k„k2) является точной F - распределения с ki и к2 степенями свободы и определяется по табличным данным [40,41] при заданном уровне значимости а. В случае нескольких выборок (т 2) критерий их принадлежности к общей генеральной совокупности основан на критической статистике, [40,41]: где F (k„k2) - определяется по таблицам [40, 41]. Для примера проверки однородности выборок рассматриваем отказы элек-трооборудования, обусловленные гололедно - ветровыми нагрузками. В связи с неоднородностью потока отказов за различные месяцы на однородность проверяются выборки за различные годы. Данные по отказом собраны за тринадцать лет эксплуатации, поэтому проверяется гипотеза Но, о том что выборки за разные годы принадлежат к одной генеральной совокупности (таблица 2.8).
По статистическим таблицам [40, 41] определяется значение Г (10,64)=1,98 для доверительной вероятности сс=0,95. Таким образом 0,086 1,98 неравенство выполняется, а гипотеза Но принимается, то есть полученные выборки по отка 49 зам электрооборудования распределительных сетей напряжением 0,38... 10 кВ, причинами которых стали гололедно - ветровые нагрузки взятые за разные годы, являются однородными.
На основании статистических данных о причинах отказов электрооборудования распределительных сетей 0,38... 10 кВ, етроим гистограммы распределения по интервалам, а затем по внешнему виду гиетограммы подбираем законы распределения случайной величины. Для ряда групп данных подобрать закон распределения не удается, в этом случаем, применяем аппроксимацию или математическое сглаживание.
Исследование влияния климатических факторов, действия персонала и отказов электрооборудования распределительных сетей 0,3 8... 10 кВ
Влияние природных факторов на отказы электрооборудования распределительных сетей 0,38 ... 10 кВ рассматривалось во многих научных публикациях [89, 90, 91 и другие]. Поетавленные вопросы в указанных источниках анали-зировались объективно и достоверно, однако в качестве исходных данных для прогнозирования числа отказов или вероятности безотказной работы авторы использовали среднегодовые и среднемесячные климатические показатели, что заведомо является причиной высокой погрешности результата.
Зависимость отказов электрооборудования распределительных сетей 0,38... 10 кВ от скорости ветра, температурных колебаний, влажности и типов осадков показаны на двухмерных гистограммах, изображенных на рисунках П.3,1 -П.3.10 приложения 3. Данные гистограммы, по статистическим данным. второй главе и приложениях 1 и 2, выполнены с помощью пакета программ Microsoft Excel 2003 - 2007.
Зависимость отказов электрооборудования от влияния двух природно -климатических факторов (например, влажность и температура) показаны на ппостранственных 3D гистограммах изображенные на рисунках П.3.11 - П.3.14 приложения 3. Данные гистограммы выполнены с помощью пакета прикладной программы Statistica 6.0. Пример пространственной гистограммы изображен на 3.1. и показывает зависимость отказов, человеческого фактора и ветровых нагрузок.
За период с 1994 по 2007 годы на Муниципальном унитарном предприятии «Рязанские городские распределительные электрические сети» было зарегист рировано в целом 29232 отказа электрооборудования. Как показал анализ возникновения отказов по дням, распределение их в году неравномерно. В одни периоды число отказов достигает до 57 в сутки, в другие отказы не возникают. На рисунке 3.2 показана схема влияния природно - климатических факторов на отказы электрооборудования.
Для выявления периодов с наибольшей интенсивностью отказов двенадцать месяцев были рассмотрены поквартально, тем самым каждый квартал имеет определенный сезонный характер, а также включает межсезонные этапы. В таблице П.3.1 приложения 3 приведены для каждого квартала промежутки времени (дата) с наиболее частыми повреждениями за 1995 - 2007 годы. В нижней строке данной таблицы указываются средние значения, тем самым определяя протяженность периода интенсивных отказов.
В таблицах П3.1 - П.3.5 приложения 3 рассматриваются наиболее характерные природно - климатические причины в рамках обозначенных периодов, а также приводится их количественное и процентное отношение. Первый период, с 20 по 31 марта, характеризуется высокими ветровыми нагрузками (6,5%), большими температурными колебаниями между дневной и ночной температурой (1%), которые приводят к осадкам в виде мокрого снега (8,6%). Данные явления вызывают обрыв и схлест проводов, падение веток деревьев на воздушную линию. Возникают случаи перекрытия изоляторов электрооборудования. Увеличивается вероятность обледенения линейных разъединителей, а также вводов в здания из - за стекания талой воды и отсутствия защитных навесов. В результате влияния температурных факторов на внешнюю и внутреннею изоляцию элементов, опор и аппаратов появляются цилиндрические трещины - каналы диаметром в тысячные доли миллиметра, в которые просачивается влага. Из-за колебаний температуры они расширяются, оказывая прямое влияние на качество изоляции - ее электроизоляционные свойства, срок службы. с 1 по 16 мая начинается период высокой грозовой активности, что приводит к перенапряжениям в электрических сетях, срабатыванию разрядников и предохранителей, старению изоляции электрооборудования (1,2%). Влияние температуры снижается (0,4%). Данный фактор имеет косвенный характер на инцидент. Количество повреждений из - за ветровых нагрузок повышается незначительно (7,4 %). В период отсутствия атмосферных осадков возникает высокий уровень запыленности коммутационных аппаратов, в том числе низкого уровня напряжения, электродвигателей, устройств релейной защиты. Число отказов вызванных атмосферными осадками распределяется равномерно по годам для данного периода (5,3%). Часто возникают случаи попадания воды на электрооборудование закрытых трансформаторных подстанций из - за халатности эксплуатационного персонала. Происходит увлажнение кабельных муфт, в результате чего возникает «заплывающий пробой» [84, 85, 86 и другие], который в дальнейшем самоустраняется при нагреве кабеля. Имеются единичные случаи залития водой кабельных воронок, что приводит к пробою изоляции и длительному отключению линии. Третий период с 01 по 29 июля характеризуется высокой грозовой активностью (11,3%), большим количеством атмосферных осадков (5,8%) и сопровождающих их порывами ветра (5,9%). Для третьего периода характерен высокий уровень повреждений изоляторов, срабатываний предохранителей, разрядников. Климатические факторы ускоряют увлажнение изоляции электрооборудования (особенно для выведенного из работы), а также способствуют ее старению и разрушению вследствие высокой температуры и недостаточного охлаждения.
В период с 1 по 16 октября действие на опоры и провода воздушных линий ветровых нагрузок снижается (3,7%). Исключение составил 2003 год, в котором за период с 8 по 12 октября произошло 93 отказа, обусловленных ветровыми нагрузками. Часто происходит налипание мокрого снега, а также вследствие низких температур и высокой влажности происходит образование гололеда на проводах (1,3%), особенно в ночное время суток. Для данного периода свойственны обрывы и схлест проводов, падение деревьев на трассы воздушных линий, окисления вводов, перекрытие изоляторов КРУН, попадание воды в кабельные воронки.
Условное разделение года на периоды с высокой интенсивностью отказов позволяет заранее подготовится обслуживающему персоналу к таким ситуациям, тем самым повысить эффективность работы предприятий электрических сетей и ремонтных организаций, проводя при необходимости профилактические работы и привлекать дополнительные подразделения и спецтехнику.
Анализ организационно - технических мероприятий на предприятиях электрических сетей
На основании статистической оценки, был сделан вывод о том, что природно - климатические факторы являются причиной отказов в 50 - 55% случаях. В свою очередь до 80% отказов обусловленными в частности гололедно - ветро-выми нагрузками атмосферными осадками и температурными колебаниями, возможно, предотвратить при соответствующей системе организационно - технических мероприятий.
Оценку организационно - технических мероприятий повышения надежности воздушной линии в распределительных сетях 0,38... 10 кВ удобнее реализовать с помощью программных средств. При разработке программного цродукта учитывались рекомендации положения о технической политике холдинга «МРСК Центра и Приволжья», мнения инженерно - технического персонала филиала предприятия ОАО «Рязаньэнерго» производственное отделение «Рязанские электрические сети», а также собственные результаты, рассмотренные во второй и третьей главе настоящей работы.
Основными характеристиками надежности системы электроснабжения и электрооборудования являются единичные и комплексные показатели. К единичным относят [8]: вероятность безотказной работы, вероятность возникновения отказа, среднюю наработку на отказ, среднюю наработку до отказа, интенсивность отказов, параметр потока отказов, а также долговечность и сохраняемость. Комплексные показатели включают в себя [8]: коэффициент готовности, коэффициент технического использования, коэффициент оперативной готовно-сти а также коэффициент восстановления. Основными исходными данными для расчета перечисленных показателей является количество оборудования в начальный момент времени N0, количество отказавшего оборудования (количество отказов) n{t), время продолжительности отказа, а также продолжительность периода наблюдения.
Для разработки методики оценки организационно - технических мероприятий воспользуемся предметом теории массового обслуживания [8, 33]. Каждую составляющую организационно - технических мероприятий рассматриваем как одноканальную или многоканальную СМО с ограниченной очередью (система с потерями) для потребителей 1 категории и неограниченной очередью (система без потерь) для потребителей 2 и 3 категории по надежности электроснабжения. За один канал (систему) обслуживания принимается одна организационная единица (количество бригад, техники и т.д.). Предприятие рассматривается как многоканальная СМО.
Главная задача данного моделирования установить зависимость результирующих показателей работы системы массового обслуживания (вероятности того, что заявка будет обслужена; математического ожидания числа обслуженных заявок и т.д.) от входных показателей (количества каналов в системе, параметров входящего потока заявок и т.д.). Результирующими показателями или интересующими нас характеристиками СМО являются - показатели эффективности СМО, которые описывают, способна ли данная система справляться с потоком заявок.
Задача теории массового обслуживания носит оптимизационный характер и в конечном итоге включает экономический аспект по определению такого варианта системы, при котором будет обеспечен минимум суммарных затрат от ожидания обслуживания, потерь времени и ресурсов на обслуживание и простоев каналов обслуживания. Для задания системы массового обслуживания необходимы: 1) поток требований, его характер; 2) множество обслуживающих элементов; 3) дисциплина обслуживания (совокупность правил, задающих процесс обслуживания). Каждая СМО состоит из какого-то числа обслуживающих единиц, которые называются каналами обслуживания. В качестве каналов могут фигурировать: линии связи, лица выполняющие те или иные операции и т.п.
Всякая СМО предназначена для обслуживания какого-то потока заявок, поступающих в какие-то случайные моменты времени. Обслуживание заявок продолжается какое-то случайное время, после чего канал освобождается и готов к приему следующей заявки. Случайный характер потока заявок и времен обслуживания приводит к тому, что в какие-то периоды времени на входе СМО скапливается излишне большое число заявок (они либо становятся в очередь, либо покидают СМО не обслуженными); в другие же периоды СМО будет работать с недогрузкой или вообще простаивать.
Процесс работы СМО представляет собой случайный процесс с дискретными состояниями и непрерывным временем; состояние СМО меняется скачком в моменты появления каких-то событий (или прихода новой заявки, или окончания обслуживания, или момента, когда заявка, которой надоело ждать, покидает очередь).
