Введение к работе
Актуальності» темы. Вопросы эффективного функционирования систем электроснабжения крупных объектов всегда остаются актуальными. В настоящей работе в качестве объекта электроснабжения рассматриваются города, хотя многие выводы и рекомендации справедливы и для других объектов, например, промышленных предприятий, агропромышленных комплексов, шахт, собственных нужд электростанций и др.
Современный этап развития цивилизации характеризуется сосредоточением большого числа людей в городах, многие из которых превратились в мегаполисы. В 1997 году доля городского населения России составила более 73 % и продолжает увеличиваться. Созданы и развиваются соответствующие системы жизнеобеспечения, важнейшим компонентом которых являются системы электроснабжения. В настоящее время через них передается более 40 % вырабатываемой в стране электроэнергии. Такие системы становятся самостоятельной областью энергетики и вопросы их эффективного функционирования приобретают важное народнохозяйственное значение.
Сосредоточение большого числа людей в городах увеличивает зависимость качества их жизни от надежности и экономичности искусственных техногенных систем, в том числе систем электроснабжения. Зависимость становится такой жесткой, что аварии в системах электроснабжения могут парализовать нормальную жизнедеятельность города, стать причиной гибели людей. Так Нью-йоркская авария в 1977 году в США привела к тому, что на 25 часов была парализована жизнь одного из крупнейших городов мира с ущербом более 1 млрд. долл. Печальным примером служит авария в городской системе электроснабжения Прокопьевска (Россия) в марте 1999 года, унесшая жизни трех человек, находящихся в больнице с подключенными аппаратами искусственного дыхания (сообщение центрального телевидения, программа «Сегодня», март 1999 года). Имеются случаи гибели больных людей в лифтах в домах многоэтажной застройки при их аварийном отключении. Серьезно расстраивается работа городских очистных сооружений при перерывах электроснабжения с возникновением угрозы инфекции. Серьезные последствия могут иметь нарушения электроснабжения городского электрифицированного транспорта, отказы работы светофоров и т.д. Из изложенного видно, что ущерб от аварий в городских системах электроснабжения может быть не только экономическим, но и социальным. Он может быть огромным, вплоть до чрезвычайной ситуации.
Очевидной становится тенденция роста техногенного риска от нарушений электроснабжения с ростом и развитием городов. Проблема
снижения техногенного риска, в частности, риска возникновения аварии системах электроснабжения, приводит к ужесточению требований надежности и экономичности городского электроснабжени удовлетворить которые становится все сложнее.
Поддержание требуемого уровня надежности и экономичное! введенных в работ}' систем электроснабжения осуществляете выполнением работ по техническому обслуживанию и ремонт Существующая в настоящее время технология техническої обслуживания и ремонтов базируется на периодическолі проведени плановых профилактических работ и является системой обслуживания і времени наработки (календарному принципу). Выбор объекта, д; обслуживания осуществляется без учета его фактического состояния представляет по существу лотерею. Такая технология имеет мної недостатков и уже не может считаться удовлетворительной по следующи причинам.
Во-первых, она высокозатратна. Затраты на технически обслуживание городских систем электроснабжения составляют около ' % от эксплуатационных расходов, что очень много.
Во-вторых, она малоэффективна. Из практики известно, ч~ относительная частота выявления дефектов составляет юлько 2 - 5 % [1 что недопустимо мало. В то же время, столько же дефектов оказывают* не выявленными и заканчиваются авариями [2J.
В-третьих, существующая технология устарела морально практически исчерпала свои потенциальные возможности. Оі разработана давно и была ориентирована на экстенсивный путь развития широким применением дешевого ручного труда; се результаты зависят < добросовестности исполнителей; она не позволяет автоматизирова процесс технического обслуживания.
В-четвертых, с ростом и развитием городов ситуация продолжа' обостряться и существующее положение оставаться без изменения уже і может.
Таким образом, имеется дшблем^ состоящая
неудовлетворительной эффективности существующей технолоп технического обслуживания и ремонтов систем электроснабжеш городов. Решение данной проблемы отражается на благосостояш большой части населения, поэтому исследования в этой облас актуальны.
В соответствии с изложенным, целью данной диссертациошн работы является повышение эффективности технического обслуживаш систем электроснабжения городов напряжением 6-10 кВ за счет создан; новой технологии обслуживания, удовлетворяющей современнь требованиям к надежности и экономичности электроснабжения.
Таким образом, объектом исследования в данной работе являются истемы электроснабжения городов напряжением 6-10 кВ, предметом ісследования - технология их технического обслуживания.
Объект исследования имеет особенности, заключающиеся в том, что ородские системы электроснабжения выполняются подземными абельными, несмотря на то, что стоимость их сооружения выше тоимости воздушных ЛЭП. Связано это с особенностями планировки и астройки современных городов, прежде всего с ограниченностью вободного пространства и большой плотностью застройки, а также аботой об экологии. Часто применение кабельных линий оказывается динственно возможным решением вопроса электроснабжения. Рабочее ;ысшее напряжение принимается в основном равным 6-10 кВ. Ремонтные іаботьі на кабельных линиях всегда трудоемки, требуют больших затрат татериалов и могут быть продолжительными по времени. Последнее ребует увеличения объемов резервирования в кабельных сетях, что ведет : усложнению схемы электрической сети и ее удорожанию. При этом читывается, что согласно ПУЭ для потребителей третьей категории допустимы перерывы в электроснабжении не более, чем на одни сутки. С четом местных условий, особенно в зимний период, выполнение казанных требований ПУЭ не всегда возможно, так как ремонт кабельной инин в ряде случаев может продолжаться более указанного времени.
Исследования показывают, что в действующих городских системах лектроснабження постоянно происходит воспроизводство дефектов [3], ремя и место возникновения которых заранее неизвестно. Имеет место ак бы блуждающая во времени и пространстве цель (дефект).
Большие резервы повышения эффективности технического бслуживания систем электроснабжения заключены в переходе на бслуживание по реальной потребности с автоматизацией этого процесса. Іри этом необходимость в обслуживании и ремонте определяется исходя :з действительного состояния объекта. Переход к обслуживанию по отребности невозможен без использования надежных методов выявления ! оценки технического состояния объекта. Это определяет необходимость азработки соответствующих методов технической диагностики.
Напряженные режимы работы городских систем электроснабжения ребуют осуществлять диагностику без вывода оборудования из работы, .е. под рабочим напряжением. Максимальный эффект может быть .остигпут, если диагностика будет непрерывной.
Из практики известно, что надежная работа городских систем лектроснабження определяется в основном надежностью электрической [золяции [4]. Поэтому в данной диссертационной работе рассматривается ехническое обслуживание изоляции действующих кабельных лектрических сетей напряжением 6-10 кВ.
Впервые техническое обслуживание рассматривается как процесс управления состоянием систем электроснабжения. При этом решаются, в соответствии с поставленной целью, следующие задачи:
-
всесторонний анализ предметной области и моделирование процесса эксплуатации систем электроснабжения,
-
моделирование и исследование существующей технологии технического обслуживания по календарному принципу как составной части процесса эксплуатации с целью выявления се потенциальных возможностей и сопоставления их с достигнутыми результатами,
-
разработка концепции технического обслуживания как процесса управления состоянием систем электроснабжения. Моделирование и исследование процесса управления с целью его оптимизации,
-
исследование свойств системы электроснабжения как объекта управления,
-
разработка новой технологии технического обслуживания по реальной потребности как способа управления состоянием систем электроснабжения,
-
оценка эффективности рекомендуемой технологии технического обслуживания.
Рассмотрение технического обслуживания как процесса управления обнаруживает главное условие эффективности обслуживания достаточное информационное обеспечение. В данном случае требуется информация о времени и месте возникновения дефекта, чтобы эффективно устранить его. Задача своевременного обнаружения дефекта решается организацией непрерывной диагностики электрической изоляции систем электроснабжения под рабочим напряжением.
По нашим исследованиям в действующих городских системах электроснабжения напряжением 6-10 кВ большая часть дефектов (около 80 %) развивается до пробоя в течение нескольких суток или месяцев [5]. Именно постепенность развития дефектов делает возможным успешную реализацию технологии обслуживания по реальной потребности.
При решении поставленных задач в данной работе в качестве методологической и теоретической основы исследования приняты труды отечественных и зарубежных ученых и различные нормативно-технические документы. Обзор трудов показывает, что имеется мировая тенденция постепенного перехода к техническому обслуживанию по реальной потребности, реализуемая пока на крупном электротехническом оборудовании: генераторах, силовых трансформаторах, высоковольтных конденсаторных вводах. Применительно к кабельным системам электроснабжения эти вопросы наиболее интенсивно разрабатываются в Японии, но все они пока не предполагают непрерывной диагностики электрической изоляции под рабочим напряжением. Имеются сообщения об аналогичных работах в Великобритании и Германии.
Используемые в данной диссертационной работе методы сследования заключаются в применении системного анализа, атематического и семантического моделирования, математической гатистики, теории вероятностей, дифференциального исчисления, теории ножеств, математического анализа и экспериментальных исследований.
Научная новизна данной работы состоит в:
1) разработке новой технологии технического обслуживания
абельных систем электроснабжения городов по реальной потребности,
-
результатах исследования поведения изоляции в действующих ка-ельных системах электроснабжения 6-10 кВ,
-
результатах исследования процесса эксплуатации систем электроснабжения при помощи разработанных автором информационных юделей,
-
способе непрерывного диагностирования изоляции под рабочим апряжением.
-
технических средствах, реализующих предложенный способ непрерывного диагностирования изоляции под рабочим напряжением,
-
программном обеспечении для сбора, хранения и использования :нформаиик о текущем состоянии систем электроснабжения при помощи ЭВМ.
Практическая значимость работы выражается в:
-
повышении надежности и экономичности электроснабжения,
-
снижении аварийности в системах электроснабжения,
-
увеличении срока службы элементов систем электроснабжения,
-
снижении эксплуатационных расходов,
-
упрощении технического обслуживания,
-
экономии электроэнергии. Апробация работы.
-
Основные положения диссертационной работы доведены до ведения научно-технической общественности путем их опубликования в іткрьгтой печати, а также выступлений с докладами на научно-ірактическом семинаре «Состояние и перспективы энергетики Алтайского края» в 1997 году, конференции «Наука -городу Барнаулу в іелях интеграции науки, образования, производства» в 1999 году, іаучньїх семинарах в Новосибирском государственном техническом -тшверситете в 1998 году, Омском государственном техническом университете в 1998 году, научно-исследовательском институте высоких іапряжений при Томском государственном политехническом университете в 1998 году, на заседаниях технического совета інергетического объединения «Алтайкрайэнерго».
-
Обоснованная нами временная пониженная величина іспьітательного напряжения для кабельной изоляции согласована с Региональным управлением «Востокгосэнергонадзор» (г.Кемерово) и
принята к исполнению г. энергетическом объединении «Алтайкрайэнерго», а также в городских электрических сетях г.Омска.
-
Разработанные нами регистраторы импульсов внутренних перенапряжений внедрены в городских электрических сетях г.Барнаула.
-
Комплекс аппаратуры для непрерывного группового диагностирования изоляции под рабочим напряжением внедрен на ГПП-1 Центральных электрических сетей Акционерного общества «Алтайэнерго».
-
Получен патент на изобретение на способ диагностирования изоляции под рабочим напряжением.
На защиту выносятся следующие основные результаты работы.
I. Целесообразно и возможно повышение эффективности технического обслуживания систем электроснабжения городов и других объектов на основе получения и использования информации о текущем состоянии эксплуатируемой системы.
2.Информационные модели, характеризующие процесс эксплуатации систем электроснабжения 6-10 кВ, а также полученные с их помощью результаты.
-
Аппаратура для исследования поведения изоляции в действующих системах электроснабжения 6-10 кВ, а также полученные с ее помощью результаты.
-
Методы и технические средства диагностирования изоляции под рабочим напряжением.
5.Г1роіраммное обеспечение, предназначенное для сбора, хранения, переработки и использования информации о текущем состоянии систем электроснабжения при помощи ЭВМ.
Публикации. По теме диссертационной работы получено три авторских свидетельства и один патент на изобретение, опубликовано более 50 статей, в том числе 22 статьи в центральной печати.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав основной части, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы составляет 274 страницы текста и 64 иллюстрации.
Основной вклад автора состоит в разработке новой ресурсосберегающей технологии технического обслуживания систем электроснабжения, реализованной на примере городских кабельных систем электроснабжения напряжением 6-10 кВ.
