Введение к работе
Актуальность проблемы. Электрические сети и системы электроснабжения (ЭССЭ) работают в условиях непрерывного потока воздействий окружающей среды и, в первую очередь, эксплуатационных физических воздействий (ЭФВ). При этом у электрооборудования (ЭО) ЭССЭ спорадически и кумулятивно ухудшаются внутренняя стойкость по отношению к ним, характеристики и эксплуатационные свойства, что является отражением известного в физике второго начала термодинамики. В значительной мере нежелательные последствия названных изменений компенсируются корректной организацией эксплуатации и, прежде всего, обслуживания, ремонтов, диагностики, контроля и других мероприятий по поддержке технического состояния на нормальном уровне, отвечающем требованиям стандартов, правил и регламентов.
Изменения работоспособности в условиях названных разнонаправленных процессов реализуются конечным множеством этапов, состояний, режимов и др., определение которого - жизненный цикл (ЖЦ) (SMART GRID Life Cycle сформулировано в стандарте КОЛЕС 15288:2008) как «эволюция системы, продукта, услуги или иной созданной человеком сущности от замысла и до изъятия из обращения» в контексте работы ЭССЭ и их элементов. Необходимое условие при этом целенаправленное обеспечение работоспособности ЭО, технически и экономически обоснованной стандартами и нормами. Его основной проблемой на всех этапах от разработки проекта до утилизации является управление ЖЦ и эффективное прогнозирование ресурсов комплексов и отдельных электроустановок с разными сроками и условиями эксплуатации, обслуживания, изготовления и др.
В составе ЭССЭ широко используются электроустановки и аппараты новых поколений, принципиально отличающиеся в ряде случаев от существующих, но с условием полномасштабного контроля обеспечения совместной технико-экономической работоспособности.
К сожалению, это условие не всегда реализуется и, кроме того, темпы кардинальной замены и плановой реновации отстают от интенсивности износа ЭО, который сейчас достигает 70 % и более. Отметим, что рост изношенного ЭО в течение ЖЦ отражается в физическом ослаблении противостояния ЭССЭ внешним и внутренним ЭФВ, в отрицательной динамике изменений технического состояния ТС и ресурсов, а также в ухудшении характеристик ЭО, что и сейчас, и в обозримом будущем обусловлено известными финансовыми причинами. Это определяет еще одну важную составляющую управления ЖЦ - оптимальный выбор между продлением эксплуатации или заменой старого (не выработавшего полностью свой технический ресурс) на новое ЭО.
Для решения проблем прогнозирования и управления ЖЦ целесообразно применение теории рисков на основе системной оценки остаточного ресурса ЭО и его работоспособности под воздействием интенсивного потока ЭФВ.
Сказанное выше определяет актуальность проблемы и выбранной темы диссертации. В ней формулируется и предлагается система уточнения, совершенствования и коррекции традиционных, а также, детального научного обоснования, внедрения и развития новых методов и положений управления ЖЦ ЭО 6 + 35 кВ.
Целью диссертации является разработка принципов и рекомендаций по стратегии, тактике и повышению эффективности управления ЖЦ парка ЭО 6 -^ 35 кВ как производственных активов ЭССЭ. Реализация этой цели основана на теории рисков, анализе аварийной статистики, математическом моделировании и оценке технического состояния.
Для достижения поставленной цели для ЭО 6-^35 кВ, как объектов исследований, формулируются и решаются следующие задачи.
-
Сопоставительный анализ аварийности оборудования ЭССЭ 6 + 35 кВ и обеспечения ЭМС в процессах их ЖЦ при характерных на сегодняшний день условиях (интенсивные потоки ЭФВ, износ ЭО, наличие и состояние средств защиты и диагностики и др.).
-
Совершенствование математической модели ЖЦ ЭО на основе теории рисков и оценке технического состояния.
-
Комплексное исследование и оценка рисков отказов и технических ресурсов ЭО на основе математических и статистических моделей ЭО и компьютерных экспериментов.
-
Научное обоснование рекомендаций и технических решений по эксплуатации реального парка ЭО.
Объектом исследования являются существующие электротехнические комплексы ЭССЭ 6 + 35 кВ и их элементы: ЭО, диагностические и измерительные комплексы (ТТ, ТН), коммутационные (КА) и защитные аппараты (ОПН), силовые трансформаторы (СТ) 6 + 35 кВ, находящиеся в эксплуатации и проектируемые, инновационные в составе ЭССЭ.
Основными методами научных исследований при решении поставленных задач являлись методы мат. анализа, математического моделирования технического состояния ЭО ЭССЭ 6 + 35 кВ на основе ЭМС, теории вероятностей и статистической обработки информации.
Научная новизна.
1. Моделирование ЖЦ элементов ЭССЭ на основе теории рисков, данных по
реальной аварийности ЭО 6 + 35 кВ и оценке их технического состояния.
-
Построение стратегии прогнозирования ЖЦ ЭО на основе системы управления рисками.
-
Уточненная, репрезентативная математическая модель технического состояния ЭО ЭССЭ 6 + 35 кВ и их ресурсов на основе системы оценки риска.
-
Научное обоснование решений и технических рекомендаций по прогнозированию ЖЦ реального парка ЭО в условиях реальной эксплуатации.
Достоверность полученных результатов определяется корректным использованием соответствующих разделов математического аппарата, обоснованностью принятых допущений и подтверждается удовлетворительным совпадением расчетных и экспериментальных результатов.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Научное обоснование прогнозирования ЖЦ ЭО на основе теории рисков, обеспечения ЭМС и методологии построения комплексной оценки технического
состояния и диагностики, классификации ЭФВ, возникающих при этом дефектов и повреждений ЭО 6 + 35 кВ.
-
Совершенствование стратегии управления ЖЦ ЭО, основанная на системе управления рисками, способствующей повышению качества техобслуживания и замены оборудования, оптимизирующей процессы финансирования и подготовки те хнико-экономических обоснований бизнес-проектов, определения приоритетов реновации оборудования.
-
Построение статистических и детерминированных математических моделей технического состояния ЭО и их ресурсов на основе анализа данных эксплуатации, компьютерных и натурных экспериментов.
-
Математическая модель оптимизации сроков межремонтных периодов ЭО и разработка рекомендаций и технических решений по эксплуатации, учитывающих его конкретный износ по данным оценки технического состояния и рисков отказов.
Практическая ценность.
-
Даны практические оценки возможности аварийных повреждений объектов ЭССЭ по результатам анализа аварийности оборудования и технического состояния.
-
Дано технико-экономическое обоснование применения существующих моделей стратегий прогнозирования ЖЦ.
-
Разработаны принципы и методы минимизации погрешностей при проведении натурных диагностических исследований.
-
Разработана система рекомендаций и принятия решения для прогнозирования ЖЦ.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на XV-ой, XVI-ой и XVII-ой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва 2009, 2010, 2011); Международной научно-технической конференции «Перенапряжения и надежность эксплуатации электрооборудования» (ПЭИПК, Санкт-Петербург, 2008); VIII Международной молодежной научно-технической конференции (НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород, 2009); V международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2010); XXXI и XXXII сессия семинара «Кибернетика энергетических систем» по тематике «Электроснабжение» и «Диагностика энергооборудования» (Новочеркасск, 2009, 2010), автор является победителем областного конкурса Министерства Образования и науки Самарской области «Молодой ученый» в номинации «Аспирант» в 2011 г. с циклом научных исследований вошедших в основу данной работы, работа поддержана грантом Ученого Совета СамГТУ в 2012 г.
Результаты работы используются при составлении планов ремонта и технического обслуживания ЭО ЭССЭ 6 + 35 в условиях их эксплуатации на предприятиях электрических сетей ЗАО «Самарские городские электрические сети», ОАО «Самаранефтегаз», Филиал ОАО «МРСК Волги» - «Самарские распределительные сети». Разработанные методы прогнозирования и расчета эксплуатаци-
онного ресурса ЭО электрических сетей используются в учебном процессе на кафедре «Автоматизированные электроэнергетические системы» Самарского государственного технического университета.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 17 печатных работах (7 по списку ВАК), опубликованных автором лично и в соавторстве.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 2 приложений, содержит 121 стр. основного текста, списка использованной литературы из 113 наименований.
