Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ технического состояния и условий эксплуатации воздушных линий электропередачи 9
1.1. Актуальность задачи 9
1.2. Состояние вопроса оценки надежности систем электроснабжения... 11
1.3. Методология оценки надежности 14
1.4. Методология расследования технологических нарушений на В Л 18
1.5. Выводы по первой главе 36
ГЛАВА 2. Вероятностное моделирование уровней эксплуатационной готовности воздушных линий электропередачи 38
2.1. Показатели надёжности В Л 38
2.2. Статистическая обработка данных по эксплуатации В Л 41
2.3. Прогнозирование эксплуатационного ресурса и количественных показателей надежности ВЛ 50
2.4. Моделирование уровней эксплуатационной готовности с использованием Марковских случайных процессов 53
2.5. Выводы по второй главе 57
ГЛАВА 3. Разработка и исследование математической модели надежности воздушных линий электропередачи на основе свойств их конструкции 58
3.1. Классификация элементов воздушной линии электропередачи как сложной технической системы 58
3.2. Методика формирования структурных схем и математических моделей воздушных линий электропередачи 61
3.3. Оценка параметров постулируемых законов распределения постепенных отказов деталей в процессе эксплуатации 78
3.4. Методика определения рациональных уровней надежности элементов В Л при различных законах их распределения 84
3.5. Выводы по третьей главе 91
ГЛАВА 4. Анализ и методология управления рисками технологичеких нарушений в электрических сетях и системах электроснабжения 92
4.1. Формирование системы управления рисками технологических на рушений на ВЛ 92
4.2. Анализ и оценка рисков в ЭЭС 101
4.3. Обобщенные показатели РТН в ЭЭС Ю4
4.4. Расчет рисков технологических нарушений ЭЭС 110
4.5. Выводы по четвертой главе і л л
Заключение
Библиографический список
- Методология оценки надежности
- Прогнозирование эксплуатационного ресурса и количественных показателей надежности ВЛ
- Оценка параметров постулируемых законов распределения постепенных отказов деталей в процессе эксплуатации
- Расчет рисков технологических нарушений ЭЭС
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение надежности и качества электроснабжения узлов нагрузки (отдельных потребителей или их групп) и устойчивость передачи мощностей из частей энергосистем с избытком электрических мощностей в части с дефицитом в значительной мере связано с техническим состоянием и условиями эксплуатации воздушных линий электропередачи (ВЛ).
Связь между эксплуатацией ВЛ и внешней средой носит стохастический характер и можно говорить лишь о вероятности полного достижения назначения ВЛ - передачи электроэнергии потребителю. Поэтому надежность работы энергосистемы всегда включает также понятие отказа (технологического нарушения). Снижение надежности ВЛ дает потери выходного эффекта их работы, на практике - недоотпуск электроэнергии потребителям или нарушение устойчивости функционирования энергосистемы, приводящее к делению энергосистем на части и/или возникновению асинхронного хода или перегрузке по току шунтирующих ВЛ.
В условиях недостаточного притока инвестиционных средств в поддержание основных фондов обеспечение надежности действующих ВЛ стало ключевой проблемой современной электроэнергетики.
По данным на 2010 г. общая протяженность ВЛ 35 – 500 кВ в ОЭС СВ составляет 71217км., физический износ которых 40%. Удельная повреждаемость ВЛ с большим сроком эксплуатации существенно возрастает.
Задача повышения надежности работы ВЛ является средством достижения стратегической цели инновационной и научно-технической политики в энергетике - поддержание энергетической безопасности страны, обозначенной в «Энергетической стратегии России на период до 2030 года». Сказанное выше определяет актуальность диссертационной работы.
Объектом исследования являются действующие воздушные линии электропередачи (ВЛ), работающие на номинальных классах напряжения 35 - 500 кВ, как основной элемент электроэнергетических систем и систем электроснабжения, обеспечивающий выдачу мощности, транспорт и распределение электроэнергии от узлов генерации (источников питания) к узлам нагрузки.
Предметом исследования является теоретические и практические аспекты системы оценки надежности и предотвращения технологических нарушений на ВЛ, начиная от факта возникновения технологического нарушения в работе действующих ВЛ до выработки научно обоснованных мероприятий по снижению рисков технологических нарушений.
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является повышение надежности и эксплуатационной готовности воздушных линий электропередачи на основе оценки надежности и разработанных рекомендаций по срокам организации капитальных ремонтов и снижению рисков технологических нарушений.
Для достижения поставленной цели в работе формулируются и решаются следующие научно-технические задачи:
анализ технического состояния и условий эксплуатации ВЛ, построение вероятностно-статистической модели технологических нарушений на ВЛ по данным эксплуатации, позволяющая получить оценку текущего технологического ресурса ВЛ;
формулирование методических положений к определению эксплуатационной готовности ВЛ, базирующих на методе пространства состояний, теоретическую основу которого составляют Марковские случайные процессы;
построение структурно-функциональной модели ВЛ на основе анализа их параметров, конструкций, узлов с учетом межэлементных функциональных связей и происходящих электромагнитных процессов;
определение методологических основ системы управления рисками технологических нарушений ВЛ: идентификация, анализ, классификация, оценка и разработка мер по снижению и оптимизации рисков с учетом экономического эффекта.
Основные положения, выносимые на защиту.
Вероятностно-статистическая модель технологических нарушений на ВЛ по данным эксплуатации.
Математическая модель эксплуатационной готовности ВЛ на основе теории Марковских случайных процессов.
Математическая модель и методика оценки надежности ВЛ, основанные на построении структурно-функциональных схем и учитывающие функциональные связи между узлами и элементами.
Научное обоснование системы управления рисками технологических нарушений на ВЛ.
Основные методы научных исследований. При проведении работы использованы методы математического анализа, математической статистики, теории вероятностей, теории графов, теории надежности и математического моделирования, теории рисков. Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях эксплуатации действующих ВЛ с обобщением многолетних наблюдений.
Научная новизна.
Получена вероятностно-статистическая модель технологических нарушений на ВЛ, позволяющая получить оценку технического состояния и текущего технологического ресурса ВЛ.
Усовершенствован метод пространства состояний на основе теории Марковских случайных процессов, определяющий эксплуатационную готовность ВЛ.
Разработан метод формирования структурно-функциональных моделей ВЛ на основе свойств конструкции, электромагнитных связей и установочных геометрических параметров.
Разработана система управления рисками технологических нарушений на ВЛ.
Практическая ценность.
Получены данные, необходимые для организации ремонтов, технического обслуживания, комплексной реализации технической политики электросетевых организаций и комплектования аварийного резерва, в части эксплуатации ВЛ, на основе анализа технологических нарушений.
Получены комплексные показатели оценки надежности ВЛ, учет которых позволяет прогнозировать объем транспорта электроэнергии и годовые потери электроэнергии на ВЛ, задавать эксплуатационную готовность ВЛ при долгосрочном планировании электрических режимов электроэнергетических систем.
Разработан метод расчета надежности ВЛ на основе определения вероятности отказа отдельных конструктивных элементов, нарушения связей и отклонения от установочных геометрических параметров.
Разработаны рекомендации по продлению срока эксплуатации ВЛ с учетом технологического ресурса.
Достоверность полученных результатов исследований определяется корректным использованием соответствующего математического аппарата, подробной оценкой и научным обоснованием принятых допущений и подтверждается совпадением результатов расчетов и экспериментальных данных.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «АЭЭС» СамГТУ, на XI-ой, XVI-ой и XVII-ой Всероссийских научно – технических конференциях с международным участием «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (Томск; 2005, 2010 и 2011 гг.), на IV Всероссийской научной конференции с международным участием «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2007 г.), на Международной конференции «Современные средства защиты электрических сетей предприятий нефти и газа от перенапряжений» (Самара, 2007 г.), на XVI-ой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2010г.), на V-ой международной научно-технической конференции «Электрическая изоляция» (Санкт – Петербург, 2010 г.).
Реализация результатов работы. Результаты диссертации используются филиалом ОАО «ФСК ЕЭС» - МЭС Волги, филиалом «СО ЕЭС» ОДУ Средней Волги и ОАО «МРСК Волги» при составлении планов технического обслуживания и ремонтов ВЛ, а также для прогнозирования и управления рисками технологических нарушений, что в свою очередь позволяет реализовать техническую политику данных организаций в части эксплуатации и надежности ВЛ.
Разработанные методы оценки надежности используются в учебном процессе на кафедре “Автоматизированные электроэнергетические системы” Самарского государственного технического университета и Петербургского энергетического института повышения квалификации.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 печатных работах, опубликованных автором лично и в соавторстве, 2 из которых в периодических изданиях рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 128 наименований и содержит 130 страниц основного текста и 3 приложений.
Методология оценки надежности
Решению рассматриваемой в данной диссертационной работе задачи оценки и обеспечения надежности, оптимизации технического обслуживания, ремонта и диагностики электрооборудования и электроустановок посвящены фундаментальные работы научных школ: ФГУП «Всероссийского электротехнического института им. В.И. Ленина», ОАО «Научно-технического центра электроэнергетики», ОАО «Энергетического института имени Г. М. Кржижановского», «Институт систем энергетики имени Л.А. Мелентьева» Сибирского отделения Российской академии наук. Национального исследовательского университета «Московского энергетического института». Ивановского государственного энергетического университета имени В.И. Ленина, Казанского государственного энергетического университета. Национального исследовательского Томского политехнического университета. Самарского государственного технического университета, Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Новосибирского государственного технического университета, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Петербургского энергетического института повышения квалификации, а также других профильных научных организаций и учреждений.
Не оценимый вклад в решение вопросов обеспечения и повышения надежности ЭЭС и СЭС внесли следующие известные советские и российские ученые, исследователи и изобретатели:
По вопросам расчетов режимов работы энергосистем - Жданов П.С., Веников В.А., Ульянов С.А. Систематизация в решении этих вопросов явилось действенным инструментом для исследования вопросов устойчивости сложных электроэнергетических систем и кибернетического управления работой таких систем [22, 23, 24]. Исследованию вопросов электромагнитной совместимости, оптимиза ции изоляционных конструкций и защите от перенапряжений на ВЛ - Костенко М.В., Тиходеев Н.Н., Кадомская К.П., Халилов Ф.Х., Гольдштейн В.Г., Подпоркин Г.В. Решение данных задач позволило полноценно установить природу электромагнитных воздействий атмосферных и внутренних перенапряжений на эксплуатацию ВЛ, определить комплекс мероприятий по защите от этих воздействий и снижению автоматических отключений ВЛ [25 - 28]. Общим вопросам применения теории надежности в электроустановках - Мелентьев Л. А., Ушаков И.А., Руденко Ю.Н., Воропай Н.И., Гук Ю.Б., Идиятуллин Р.Г. Необходимо также отметить вклад классиков теории надежности в электроэнергетике - канадских профессоров Джорджа Эндрени, Роя БилЛинтона и Роланда Аллана. Проведено изучение методов обеспечения эффективности функционирования ЭЭС и СЭС в процессе их эксплуатации а также в определении и изучении количественных характеристик надежности (безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости, ус-тойчивоспособности, режимной управляемости, живучести и безопасности) и их связи с показателями экономичности [29 - 37].
Вопросам контроля, оценки технического состояния и продления срока службы основного электрооборудования энергосистем - Таджибаев А.И., На-зарычев А. Н., Хренников А.Ю. Решен комплекс научных и технических проблем по созданию методов контроля и совершенствованию систем оценки технического состояния, обеспечивающих более совершенную организацию технического обслуживания и ремонтов, в целях продления срока службы электрооборудования энергосистем [38 - 39].
Теоретическим и практическим вопросам определения мест поврежде-ний на ВЛ - Шалыт Г.М., Мисриханов М.Ш., Куликов А.Л., Качесов В.Е. Разработана методология, средства и приборы, позволяющие дистанционно определять места повреждений на ВЛ с минимальными погрешностями от фактического эпицентра [40 - 43, 115, 116].
Вопросам моделирования и оптимизации режимов, повышению энергоэффективности и снижению потерь на В Л - Жежеленко И.В., Степанов В.П., Аюев Б.И., Гусев А.С., Кротков Е.А., Ведерников А.С. Разработаны математические модели, методы и алгоритмы, позволяющие произвести расчет режимов сложных энергосистем с учетом оптимизации электрических сетей по уровням напряжения, потерям мощности, распределению реактивной мощности и величин нагрузки потребителей, оценить влияние этих режимов на качество электроэнергии [44 - 47, 117, 118].
Вопросам диагностики, эксплуатации и режимам работы ВЛ переменного и постоянного тока - Засыпкин А.С, Левченко И.И., Дьяков А.Ф., Зиль-берман СМ., Барг И.Г., Сацук Е. И., Овсянников А.Г., Рыжов Ю.П., Арбузов Р.С [10, 48 - 52]. Рассматриваются теоретические и практические вопросы эксплуатации ВЛ, в различных режимах, вопросы анализа надежности ВЛ, рассмотрены способы определения технического состояния ВЛ и оценки влияющих на него факторов, вопросы планирования ремонта линий, а также мероприятиям по предотвращению и ликвидации технологических нарушений на ВЛ (диагностике технического состояния ВЛ, плавке гололеда и др.).
Экономическим аспектам обеспечения надежности энергосистем и систем электроснабжения, а также теоретическим аспектам тарифообразо-вания - Непомнящего В.А. и Овсейчука В.А [77].
Проанализировав работы вышеуказанных авторов, а также существующую систему противоаварийной работы в предприятиях электрических сетей РФ необходимо отметить, что на данный момент не существует чётко структурированной актуальной системы оценки надежности и предотвращения технологических нарушений на действующих ВЛ, начиная от факта возникновения технологического нарушения в нормальных условиях эксплуатации до выработки научно обоснованных мероприятий о способах определения технического состояния ВЛ, оценки влияющих на него факторов, вопросов рационального планирования технического обслуживания и ремонтов, общей тенденции по снижению рисков отказов и оценке экономической эффективности инвестиций в эти мероприятия.
Авторское видение вопроса системы оценки надежности и анализа тех нического состояния ВЛ по многим позициям пересекается со взглядами Барга И.Г. Отмечу не актуальность указанных в [4] методов обследования и объектов исследования ввиду морально устаревших (прошло 26 лет с момента опубликования) статистических сведений, сведений о конструкциях основных элементов ВЛ, средствах защиты от перенапряжений, методах диагностики, анализа надежности и технического состояния ВЛ и т.д. Задачи, решаемые в главах 1, 2 и3 диссертационной работы, не противоречат вышеуказанным, и являются их актуальным совершенствованием и углублением, при этом логически продолжая исследования, указанные в [4].
Напрашивается вывод о том, что практика эксплуатации остро нуждается в теории и методах оценки надежности, анализе технического состояния элементов ВЛ (провод, грозозащитный трос, опора и т.д.), учитывающих структурно-функциональные свойства и разнообразие режимов работы, что позволит в процессе эксплуатации обеспечить надежность путем рационального построения системы технического обслуживания и ремонта на основании использования адекватных оценок вероятностно-статистических характеристик отказов элементов ВЛ. В связи с этим целесообразно провести анализ методов оценки надежности и расчета параметров режимов ВЛ (моделирования эксплуатационной готовности ВЛ) с учетом, способствующих возникновению технологических нарушений, сопутствующих обстоятельств -факторов воздействий.
Прогнозирование эксплуатационного ресурса и количественных показателей надежности ВЛ
Воздушные линии электропередачи по классификации [53] относятся к ремонтируемым изделиям и характеризуются основным показателями надежности - параметр потока отказов со й) = [1/год] (2.1) где п - количество ВЛ в группе находящихся в периоде нормальной эксплуатации и работающих в идентичных условиях; Т- время наблюдения (лет); m - количество технологических нарушений. Параметр потока отказов, характеризующий частоту отказов изменяется в процессе эксплуатации. На графике изменения параметра потока отказов (рис. 2.1) выделяется три периода - приработочный, нормальной эксплуатации и деградационный. Приработочные нарушения надежности характерны для ранней стадии эксплуатации ЭУ, когда проявляется влияние дефектов, необнаруженных и не устраненных в процессе изготовления, приёмосдаточных или пусковых испытаний, выходного и (или) приемочного контроля, в принципе можно полностью исключить нарушения надежности этой категории, если до передачи ЭУ в эксплуатацию провести приработку, обкатку, технологический прогон и т. п. Для большинства ЭУ массового производства из технико-экономических соображений целесообразнее переносить приработочный период на стадию эксплуатации. При этом скрытые дефекты и последствия приработочных нарушений надежности устраняют, как правило, в рамках гарантийного обслуживания, поэтому продолжительность гарантийного срока (гарантийной наработки) должна быть не меньше, чем прогнозируемая и подтвержденная результатами испытаний продолжительность приработочного периода. К деградационным нарушениям надежности относят все те, которые обусловлены естественными процессами в изоляции ЭУ, их механических элементах за счёт старения, износа, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и (или) норм проектирования, изготовления и эксплуатации. Деградационные нарушения надежности характерны для поздней стадии эксплуатации ЭУ, когда вследствие естественных процессов старения, износа и т. п. ЭУ или её составные части приближаются к предельному состоянию по условиям физического износа. Вероятность возникновения деградационных нарушений надежности в пределах планируемого полного или межремонтного срока службы (ресурса) должна быть достаточно мала. Это обеспечивается расчетом на долговечность с учетом физической природы деградационных нарушений надежности, а также надлежащей системой технического обслуживания. Второй показатель надежности - время восстановления - есть среднее время вынужденного простоя, необходимого для отыскания и устранения одного технологического нарушения. Если на отыскание и устранение т технологических нарушений было затрачено время tu t2, ..., tm, то время восстановления (ч) определялось: 1 J71 Ts= Yjr (2.2)
Поскольку технологические нарушения являются случайными событиями, то и число т является случайной величиной. Поэтому целесообразно оценить достоверность найденного параметра потока отказов, т. е. определить доверительные границы, в которых находится действительная величина параметра потока отказов для ВЛ. Для их расчёта задаются доверительной вероятностью или коэффициентом доверия. Доверительные границы определялись для нескольких значений доверительной вероятности {J3 = 0,8; 0,9; 0,95; 0,99). Границы доверительного интервала вычисляются по формулам: со со нижняя сон -—; верхняя сов =—, Л Г2 где коэффициенты г\ и гг определяются по соответствующим таблицам при соответствующей доверительной вероятности а.
Также для анализа надежности, принимаются дополнительные показатели: наработка на отказ Тн, коэффициент готовности Ктг, коэффициент вынужденного простоя Кв, вероятность безотказной работы. Наработка на отказ - это среднее время наработки (ч) или, иначе говоря, продолжительности работы элемента между отказами: По Тн определяется наработка на отказ за год; по (2.3) - за со несколько лет. Тн _ отр , (2.3) отк где t - суммарное время (в годах) отработанное В Л за исследуемый пе риод эксплуатации (учитывается отработанное время независимо от того, находилась ли ВЛ в ремонте или продолжала работать); У и “ суммарное число технологических нарушений в работе В Л за этот i—i отк J г г J г период. Коэффициент технического использования К, характеризует долю времени нахождения ВЛ в работоспособном состоянии относительно рассматриваемой продолжительности эксплуатации и учитывает затраты времени на все виды простоя ВЛ в процессе эксплуатации после технологических нарушений и в результате плановых отключений:
Оценка параметров постулируемых законов распределения постепенных отказов деталей в процессе эксплуатации
Изучение статистических данных наработки на отказ ВЛ являются основополагающими для принятия решений по проведению капитальных ремонтов и о готовности линий к дальнейшей эксплуатации (эксплуатационной готовности).
Для моделирования комплексных коэффициентов оценки надежности ВЛ использован аппарат Марковских дискретных случайных процессов [60-62] с непрерывным временем. ВЛ представлена как некоторая система S с дискретными состояниями So, Si,..., Sh ...,Sm которая переходит из одного состояния в другое состояние под действием внешних эксплуатационных физических воздействий (ЭФВ). Под состоянием понимается электрический режим работы ВЛ, а под переходом - переходный процесс, воздействующий на ВЛ, в т.ч. и при производстве оперативных переключений.
На стадии планирования работы ВЛ 500 кВ целесообразно рассматривать следующие состояния, в которых ВЛ может находиться в процессе эксплуатации: 5 0 - ВЛ исправна, в работе, транзит замкнут; Si - ВЛ в преднамеренном ремонте (плановое и неотложное ТОиР); S2 - автоматическое отключение В Л с успешным ОАПВ или ТАПВ; 63 - ВЛ в аварийном ремонте после автоматического отключения с неуспешным ОАПВ или ТАПВ и/или РПВ; S4 -ВЛ в резерве, к примеру при отключении по режиму одной из двух ВЛ транзита; S5 - ВЛ в ремонте и находится под наведенным напряжением более 25 В, в сторону В Л на энергообъектах не заземлена (на 12-ти В Л 500 кВ в ОЭС СВ имеют место такие режимы); Sв - В Л переведена в консервацию. [71].
Также в расчетах следует учитывать следующие режимы ВЛ: несимметричный режим (при пофазном ремонте) и разомкнутый транзит (под напряже нием с энергообъекта №1 или энергообъекта №2); но для ОЭС СВ такие режимы либо очень редко встречаются, либо вовсе не характерны, поэтому ими пренебрегаем. Также для ВЛ, работающих в сетях с изолированной нейтралью, можно учитывать режимы с однофазными замыканиями на землю.
Для наглядного анализа процесса эксплуатации ВЛ как случайного процесса построен граф состояний и переходов ВЛ (рис. 5).
Рассматриваемые состояния ВЛ St характеризуются средним числом дней Д. пребывания ВЛ за год в каждом из состояний. Тогда вероятность нахождения ВЛ Pt в г-том состоянии можно определить как отношение Д/Д где D - число дней в Рис. 2.4. Граф состояний и переходов ВЛ. r W (3 65 дней).
Для определения вероятностей Р0, Ph...,Ph..., Рп как функции времени t в случае непрерывных Марковских цепей составлена система уравнений (дифференциальных уравнений А.Н. Колмогорова): /=1 /= dP,(t) dt dP.if) dt = KPo(t)-VioPt{t\ i = hn-l; КШ (2.35) где P,{t) - вероятность нахождения ВЛ в / -том состоянии; Хо, - интенсивность перехода ВЛ из нулевого в z -тое состояние; ц.ю - интенсивность перехода ВЛ из /-того в нулевое состояние, п = 6.
Интенсивности переходов из состояния в состояние ВЛ 500 кВ и обрат но (Ао/ и (хг0) определяются как отношение 7/Tt, где Т( - это время пребывания В Л 500 кВ до перехода в следующее z -тое состояние.
Вероятность нахождения ВЛ в состоянии «исправна, в работе, транзит замкнут» Ро(0 представляет собой коэффициент технического использования Кти, а сумма вероятностей P0(t) + P4(t) - коэффициент технической готовности Ктг Согласно расчётам, проведённым на основе статистических данных эксплуатации ВЛ, все потоки, переводящие ВЛ из состояния в состояние, являются пуассоновскими и независимыми или сводятся к ним путём рассмотрения процесса эксплуатации на малых интервалах времени и корректировки исходного потока отказов для исключения последействия. Таким образом, процесс, протекающий в системе, является Марковским (процесс без последействия).
По результатам анализа данных эксплуатации В Л 500 кВ в ОЭС СВ определены средние интенсивности перехода (с исчислением времени в сутках): Ао1 = 1/182,5 = 0,00548 (вывод в ремонт ВЛ 2 раза в 365 суток), 02 “ 0,0001383 (значение определено на основании вычисления параметра экспоненциального закона при отключении В Л 500 кВ с успешным ОАПВ или ТАПВ, см. рис. параграф 2.1. и рисунок 2.1), А,оз = 0,0001326 (значение определено на основании вычисления параметра экспоненциального закона при отключении В Л 500 кВ с неуспешным ОАПВ или ТАПВ, см. рис. параграф 2.1. и рисунок 2.1), ХОА = 1/91,25 = 0,010959 (имеется в виду, что в сети имеются 2 транзитные линии - одна из которых выводится в ремонт, а другая в резерв для исключения повреждения изоляции измерительных трансформаторов напряжения, установленных в вводе ВЛ на ПС и так в течении календарного года каждая выводится 2 раза в ремонт и 2 раза в резерв), А-05 = 1/182,5 = 0,00548 (вывод в ремонт ВЛ под наведенным напряжением 2 раза в 365 суток), Хоб “ 1/21900 = 0,0000457 (вывод ВЛ 500 кВ в консервацию по истечению срока службы - 60-ти лет); щ0= 1/7 = 0,14286 (пребывание ВЛ 500 кВ в состоянии Sx - 7 суток), ц20 = о (допускаем, что включение ВЛ 500 кВ с успешным ОАПВ или ТАПВ происходит мгновенно, пренебрегаем временем срабатывания РЗА и выключателей около 5 секунд), ц-зо = 2,82353 (значение определено на основании анализа среднего времени аварийно-восстановительных работ на ВЛ 500 кВ согласно актов расследования технологических нарушений, которое составляет 8 часов 29 минут), Р40 = 0,14286 (пребывание ВЛ 500 кВ в состоянии S4 - 7 суток), Рзо = 0,14286 (пребывание ВЛ 500 кВ в состоянии S5 - 7 суток).
Расчет рисков технологических нарушений ЭЭС
Таким образом, можно отметить следующие основные задачи, ре-шаемые в данной главе. Первая, сформулировать основные принципы построения структурной модели ВЛ, положив в основу конструктивные связи между элементами. Вторая, построить математические модели надежности подсистем и системы ВЛ в целом. Третья, обосновать постулируемые законы распределения параметров надежности элементов, уровни параметров распределений. Решение этих задач даст возможность создать единую структурно-функциональную модель, на основании которой станет возможным оценивать надежность как отдельных элементов так и ВЛ в целом в процессе эксплуатации.
Однако, все конструктивные элементы ВЛ выполняют свои функции, что также подтверждает необходимость построения структурной схемы на базе конструктивных параметров. Тогда схемы будут представлять собой замкнутые или разомкнутые не ориентированные контуры. В этом заключается принципиальное отличие от существующих структурных схем, которые, как правило, имеют направленные структуры элементов.
В конструкции ВЛ имеются различные сопрягаемые элементы, к которым относятся всевозможные соединения деталей: сварные, опрессовочные, болтовые и др. [67, 68], состояние которых существенным образом может влиять на надежность системы.
Специфической особенностью конструкции ВЛ является то, что её функциональные параметры в значительной мере зависят от заданного расположения узлов и деталей [73, 74, 75]. Они регламентируются геометрическими размерами и их отклонения вызывают нарушения в работе (см. Главу 1).
Проведенный анализ позволяет выделить в структуре три основные класса элементов. К первому можно отнести все детали. Ко второму - различные соединения между собой. К третьему - различные установочные гео метрически параметры, учитывающие взаимное соответствие узлов и деталей (рис. 3.1). Установочные геометрические параметры (Г, Электромагнитное соединение Цементо-бетон-ное соединение
Для построения модели ВЛ на базе конструкции введем некоторую формализацию с целью дальнейшего облегчения процедуры ее построения. На основании классификации, приведенной в табл. 3.1 примем условное обозначение: Д - деталь машины; С,- - соединения; Гк - установочные геометрические параметры [68].
Построения структуры можно производить двумя путями: от элемента к системе или от системы к элементам. Здесь принципиальной разницы нет, т.к. результат в обоих случаях должен быть одинаковый, используя терминологию теории графов детали, соединения, геометрические установочные параметры (Д, Cj, Гк) будут вершинами графа, а конструктивные связи, обозначаются ребрами. Таким образом, мы имеем множество элементов, соединенных между собой определенным образом.
Если обозначить множество элементов Д + С, + Гк через V тогда его элементы есть V = Ъ(У), а система может быть выражено в виде графа G = G(V) с множеством вершин, представляющие семейство любых возможных пар элементов вида Е = (Д, Cj), указывающих какие вершины соединены между собой. Следует отметить важное положение, которое было указано ранее. Это то, что традиционные схемы, как правило, являются двухполюсными. Следовательно, и ребра графа, будут ориентированы. В данном случае они не ориентированы. Тогда выражение для любого ребра будет иметь следующий вид: Е = (Д, Cj) = (Су, Д). В этом заключается принципиальное отличие графа, построенного на основании конструктивно-функциональной базы от графа построенного лишь на функциональной базе.
На рис 3.2. а приведена структурная схема соединения элементов (Д; Д+і) в узлы [69]. Между элементами могут быть функциональные связи и внешние воздействия. На рис. 3.2. б приведена структурная схема для случая, когда элементы (Д; С/, Д+і) соединяются между собой при помощи сварки, опрессовки, болтового соединения и др. (Cj). На рис. 3.2. в приведена структурная схема, где показана связь между деталями Д; Д+1 посредством установочного геометрического параметра. Наиболее общим случаем формирования узла является, когда используются детали Д, соединения Cj и установочные геометрические параметры, на рис. 3.2. г в качестве примера приведена структурная схема такого узла. а
В соответствии с ранее проведенной классификацией и с учетом конструктивных взаимосвязей, разработана структурно-функциональная схема ВЛ. Для примера, как наиболее общий случай, выбран двухцеп-ный участок ВЛ 110 кВ Воздвиженка (промежуточный пролет опор № і о - 11) с совместным подвесом отпайки от В Л ПО кВ ЧС-2 (на балансе Чапаевского производственного отделения Самарских распределительных сетей ОАО «Межрегиональной распределительной сетевой компании Волги»). Тип опор: № 10 - У110-2 (унифицированная двухцепная металлическая анкерно-угловая опора с цинковым покрытием); №11 и №12 - ПБ110-8 (железобетонная двухцепная промежуточная опора) (см. Приложение №3). Год ввода в эксплуатацию: 1987г. Длина пролетов -142,9 м. Марка провода: АС 120/19. Марка грозотроса: С-50 (заземлён на каждой опоре). Территориальные признаки расположения ВЛ: местность - степная. Район климатических условий: по ветру - III, по гололёду -III, по степени загрязненности атмосферы - II, по интенсивности пляски проводов и тросов - II, по среднегодовой продолжительности гроз - И.
На рис. 3.3 приведена блок-схема ВЛ на базе основных подсистем: системы заземления ВЛ, фундамента опоры, тела опоры, траверсы, тро-состойки, узла линейной изоляции и арматуры, фазных проводов и грозозащитного троса.
Приведены основные внутренние связи между подсистемами: механические, электромагнитные, а также различные виды соединений существующие между ними. Такое представление позволяет производить дальнейшее структурно-функциональное дробление подсистем на элементы [68].
Исходя из базы основных подсистем (системы заземления ВЛ, ствола опоры, траверс, тросостойки, узла линейной изоляции и арматуры, фазных проводов и грозозащитного троса) и основных внутренних связей между ними (механические, электромагнитные, а также различные виды соединений) построена (рис. 3.3.) структурно-функциональная схема двухцепной ж/б опоры ПО кВ и элементов пролета, позволяющая учесть детали, конструктивные и функциональные связи между ними и другими подсистемами [66].
