Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор моделей и методов оценки надежности и эффективности капиталовложений 11
1.1. Обзор моделей и методов оценки надежности схем электроснабжения предприятий 11
1.2. Оценка эффективности капиталовложений и рисков при модернизации оборудования питающих сетей 18
1.3. Состояние базы современных технико-экономических расчетов . 22
1.4. Цель работы и задачи исследования 24
Глава II. Формирование методики и алгоритмов расчета КПН и критериев оценки эффективности инвестиций 25
2.1. Типовые объекты исследования 25
2.2. Комплексные показатели надежности схем электроснабжения. Учет КНЭ и временных интервалов моделирования 27
2.3. Основные соотношения для определения недоотпусков ЭЭ и ущербов питающих схем потребителей 30
2.4. Критерий эффективности схем электроснабжения 31
2.5. Критерий экономической целесообразности реконструкции схем . 33
2.6. Формирование программ реконструкции питающих схем 35
2.7. Выводы по главе 2 40
Глава IIІ. Модели надежности питающей сети на основе однородных цепей Маркова 41
3.1. Общие положения методики формирования модели состояний 41
3.2. Модель без восстановления отказавших элементов (Модель I) 46
3.3. Модель с восстановлением отказавших элементов (Модель II) 48
3.4. Определение коэффициентов систем уравнений моделей 50
3.5. Расчет комплексных показателей надежности 57
3.6. Выводы по главе 3 62
Глава IV. Информационная база исследования 64
4.1. Концепция формирования электронных баз данных по эксплуатационной надежности электрооборудования 64
4.2. Методика сбора и обработки информации о надежности оборудования на электронных носителях 67
4.3. Проверка предпосылок о законах распределения потоков событий плановых ремонтов, отказов и восстановлений оборудования 78
4.4. Исходная информация для проведения расчетов 84
4.5. Методика сбора и обработки данных об удельных ущербах на предприятиях (объединениях) 91
4.6. Выводы 96
Глава V. Анализ эффективности инвестиций по программам реконструкции питающих сетей 98
5.1. Временные и стационарные показатели состояний схем питающей сети 98
5.2. Оценка КПН и эффективности вариантов питающих схем 102
5.3. Методика расчета инвестиционной составляющей от снижения ущербов у потребителя 105
5.4. Оценка экономической целесообразности программ реконструкций СЭ 108
5.5. Выводы по главе 5 116
Заключение 118
Приложение 121
Список литературы 131
- Обзор моделей и методов оценки надежности схем электроснабжения предприятий
- Комплексные показатели надежности схем электроснабжения. Учет КНЭ и временных интервалов моделирования
- Общие положения методики формирования модели состояний
- Концепция формирования электронных баз данных по эксплуатационной надежности электрооборудования
Введение к работе
В условиях современного этапа развития отечественной рыночной экономики количественная оценка- комплексных показателей> надежности (ПН)' питающих схем крупных промышленных предприятий сводится к решению следующих задач:
взаиморасчетов между сетевыми предприятиями и потребителями электроэнергии* при оценках ущербов от недоотпуска электроэнергии последним, равно как и недополученной поставщикомшрибыли;
обоснование необходимых, резервов-; в системе, питающих и распределительных сетей; выражающихся; в том числе и в достаточной пропускной способности линии и оборудования подстанций;
-обоснование объемов инвестиций: в: реконструкцию и замену устаревшего: оборудованиям сетевых предприятий с целью повышения надежности их функционирования.
Вышеперечисленные задачи; оценки надежности приобретают важное экономическое, содержание, так как назрела* необходимость учитывать фактор, надежности, в том. числе и при; заключении договоров на, поставку электроэнергии с обоснованием соответствующих нормативов;и-тарифов [1.]; Решение этих задач;предусматривает: наличие* не только адекватных моделей оценки комплексных* ГЩ но і и достоверной* инф ормационной базы \ расчетов ГШ; электротехнического оборудования? .
Реструктуризация энергетики РФ-начатая в конце 90-х годов прошлого века w заканчивающаяся в. наши дни, повышает роль рыночных механизмов регулирования; усиливает конкуренцию^ между сетевыми и распределительными компаниями. С одной; стороны, это должно приводить к снижению цены за отпущенную конечному потребителю, электроэнергию, но,
с другой стороны, может привести; к новым техническим и финансовым рискам. Последнее связано с проблемой обеспечения надежности электроснабжения, потребителей, что, в свою очередь, требует серьезных финансовых вложений* в: условиях высокой изношенности питающих сетей и необходимостью обеспечения требуемых (нормированных) показателей надежности. Параллельно с надежностью в последние годы серьезно обозначилась проблема обеспечения качества отпускаемой электроэнергии, которая^ проявляется; как при перерывах или ограничениях в электроснабжении, так и при возмущениях в;питающей*сети, обусловленных короткими замыканиями; перенапряжениями и= другими кратковременными нарушениями электроснабжения (КНЭ) [2].
По оценкам некоторых экспертов; прямой и косвенный ущербы, от плановых и?внеплановыхперерывов в электроснабжении в развитых странах, в несколько раз превышает ущерб от стихийных бедствий. Величина ущерба при этом существенно зависит от структуры генерирующих^ мощностей: и питающих сетей, категориишотребителещ длительности перерывов питания, времени года и многих других факторов.
В- связи? с вышеотмёченным; можно выделить две категории: задач; по определению величины; ущерба; Первая1 задача. — оценка; ущерба от произошедшего отключения потребителей; и снижения: показателей' качества электроэнергии; что позволит произвести расчет' затрат на ликвидацию последствий от произошедших инцидентов и аварий, а также оценить .размер' страхового возмещения;
Вторая;задача;— это прогнозная оценка сумм ущербов-и предъявляемых исков на основе прогнозной оценки надежности электроснабжения потребителей. . Эти оценки могут быть, использованы; для^ обоснования тарифов; на электроэнергию, формирования приемлемого уровня затрат с целью обеспечения- допустимого (нормированного)' уровня* надежности электроснабжения,.обоснования страховых тарифов и решения ряда других задач.
В мировой практике, особенно в наиболее промышленно развитых странах, используются различные нормативно-правовые и организационные механизмы создания' гарантий возмещения ущерба. Выбор наиболее эффективных механизмов' зависит от социально-экономического уровня страны, степени совершенства законодательной базы и особенностей текущего этапа развития рынков электроэнергетики.
Отключения потребителей электроэнергии являются достаточно частыми случайными событиями с различными последствиями и ущербом. Они могут быть вызваны как случайными внешними (КЗ, асинхронный режим, лавинообразные процессы и др.), так и внутренними причинами (внезапные отказы, ложные срабатывания и др.), а также плановыми (преднамеренными) отключениями [2,3], такими как планово-предупредительные ремонты.
Последствия отключений потребителей наиболее изучены в случаях их массовых проявлений, вызванных системными авариями. Основным методом качественной и количественной оценки последствий в каждом, случае являются социологические опросы экспертов; так называемые экспертные оценки [4].
В соответствии с вышеизложенным нами поставлена задача разработать методические основы для расчетов как единичных и средних значений ущербов отдельных узлов нагрузок промышленных потребителей, так и прогнозных оценок комплексных ПН, включая ущербы, применительно. к схемам электроснабжения (СЭ) в целом, с учетом критериев принятияп решений относительно реализации программ инвестиций в объекты различного уровня управления. Для повышения-эффективности инвестиций в объекты электрических сетей необходим критерий принятия решений, позволяющий обеспечить необходимый, экономически обоснованный уровень надежности электроснабжения и качества электроэнергии у потребителя.
7 Актуальность темы* обусловлена необходимостью формирования правил, регулирующих финансовую ответственность субъектов электроэнергетики в части надежности электроснабжения. Разработка методов оценки эффективности инвестиций в схемы электроснабжения промышленных предприятий с учетом факторов КНЭ — необходимое условие создания сбалансированных отношений между потребителями электрической энергии и инфраструктурными организациями.
Для потребителей, имеющих производства со сложными непрерывными технологическими процессами, показатели надёжности электрической части технологического цикла определяются не только надежностью сетей энергосистемы и электрических сетей, находящихся на балансе предприятия, а такжег степенью их электрической зависимости. Провал напряжения длительностью до 30 с (ГОСТ 13109-97) - это кратковременный перерыв электроснабжения, который на предприятиях с непрерывными малоинерционными технологическими- процессами (нефтехимия; металлургия, нефтепереработка, машиностроение* и др.) приводит к остановке производства. Это объясняется причинами технологического характера. В" трудах отечественных и зарубежных специалистов по созданию моделей надежности решены задачи для энергосистем, однако методология и теория надежности не в полной мере применяется для оценки надежности электроснабжения с учетом всего комплекса факторов.
Необходимо выполнение научно-практической работы по обоснованию резервов в системе питающих и распределительных сетей, в том числе и в достаточной пропускной способности линий и оборудования подстанций; объемов инвестиций в реконструкцию и замену устаревшего оборудования сетевых предприятий с целью повышения надежности их функционирования и снижения факторов КНЭ; по созданию моделей надежности; ш> выбору критериев эффективности питающих схем и экономической целесообразности их реконструкции с учетом фактора КНЭ; по
формированию^ электронных, базі данных филиалов сетевых компаний; и крупных? промышленных предприятий? для . получения! достоверных эксплуатационных показателей . надежности электротехнического оборудования.
Цели исследования заключаются в; разработке методики формирования моделей; надежности функционирования; схем электроснабжения промышленных предприятий с учетом* факторам КНЭ1 и критериев эффективности- w экономической: целесообразности! мероприятий по модернизации оборудования питающих схем предприятий (объединений).
При этом решаютсяшижеследующие задачи:
определение выражений? для? расчетов, комплексных ПНІ (КПН), характеризующих работу ЄЗ предприятий* в целом,, включая? коэффициент эффективности;;.выражений?для*критериев эффективности питающих схем; и экономической целесообразности их реконструкции;
разработка методики формирования единых электронных баз: данных показателей надежности* электротехнического оборудования сетевых компаний и крупных;промышленных предприятий (объединений);
разработка методики* по формированию моделей надежности питающей сети;, позволяющей' учесть.как вынужденные отказы» и плановые-преднамеренные) отключения оборудования, так- и возмущения во*внешней сети,.приводящие к событиям КНЭ;
сопоставление КПН, типовых*, схем; с учетом названных влияющих факторов;
оценка мероприятий по модернизации объектов- питающей сети (вариантов схем и прилегающей сети) по'предложенным критериям.
Объекты исследования - объекты электросетевого хозяйства; РФ участников рынка электрической энергии всферах передачи и распределения электрической энергии.
Предметом; исследования выступает надежность и ее показатели; эффективность схем* электроснабжения промышленных предприятий; влияние факторов КНЭ на программы по реконструкции- и модернизации электрических сетей.
Теоретическая и методологическая основа исследования.
Исследование основано на использовании; системного подхода и математического^ моделирования. Методы', данного исследования определялись поставленными задачами и основаны на теории электрических цепей:, теории вероятностей и математической статистики, теории надежности'технических систем; методах экономической оценки инвестиций,
В энергетике;.
Информационная базаисследованияшключает данные, содержащиеся в отраслевых; периодических изданиях и статистических сборниках,: Федеральных . законах ш других нормативно-правовых документах, регулирующих взаимоотношения . субъектов* . электроэнергетики: Использована: информация; размещенная? наг специализированных тематических и отраслевых: web-сайтах, внутренняя? информация сетевых компаний; и конкретных.промышленных предприятий.
Научная»новизна?диссертационного-исследования состоит:
в показателе и*. критерии эффективности- функционирования. СЭШ-Г; включающего техническое использование: оборудования, нормативные: требования к технологическому расходу электроэнергии* и показателям^ надежностное учетом факторов КНЭ;:
в: методике: определения* инвестиционной составляющей» от снижения: ущербов с целью определения экономическое целесообразности реконструкции СЭ1Ш;;
в методике формирования: моделей надежности СЭИЕГ с учетом факторов КНЭ и взаимного влияния центров питания;
в концепции: вертикально-интегрированной системы контроля надёжности электрооборудования (СКНЭ);
10 в методике формирования программ реконструкции с учетом влияющих факторов КНЭ.
Практическая ценность работы определяется: возможностью применения полученных результатов в части обоснования и корректировки инвестиционных программ предприятий нефтехимического комплекса Республики Татарстан; определением условий разделения финансовой ответственности между электроснабжающими организациями и потребителями за поддержание допустимого уровня надежности электроснабжения; созданием единой электронной базы данных показателей надежности электрооборудования питающих и распределительных сетей.
Обзор моделей и методов оценки надежности схем электроснабжения предприятий
СЭ крупных промышленных предприятий и объединений состоят из питающих линий электропередач (ЛЭП) высокого напряжения (ВН) 1КН-220 кВ и подстанций проходного или тупикового типа, выполняемых, как правило, по блочно-модульной схеме. Высоковольтные питающие ЛЭП редко бывают подключены к- независимым центрам питания (ЦП). Чаще между ЦП в пределах всей прилегающей сети имеется связь» через кольцующую (кольцующие) ЛЭП. Это обстоятельство может приводить и на практике часто приводит, к возникновению КНЭ в узлах нагрузки потребителя при КЗ на смежных присоединениях в ЦП [3,5]. КНЭ, проявляющие себя в виде провалов напряжений различной глубины у потребителя, усугубляются отсутствием быстродействующей автоматики (АПВ), позволяющей снизить длительность воздействия провалов.
Прилегающая питающая сеть 110+220 кВ, включая ЦП и линии связи между ними, имеет небольшую размерность (на этом этапе расчетов исключается внутренняя распределительная сеть 6+35 кВ), содержит, как правило; десятки — сотню элементов. Анализ надежности такой не сложнозамкнутой сети, казалось бы, можно выполнить.многими известными методами-путем декомпозиции (расчленения) сети на связанные фрагменты «источник — нагрузка». Однако предварительно- необходимо произвести расчет режимов сети и выявить степень влияния- КЗ на смежных присоединениях в ЦП на узлы нагрузок исследуемой СЭ предприятия (объединения). Необходимо рассчитать напряжение на шинах узлов нагрузок при различных видах и расчетных точках приложения КЗ (на соответствие
Правилам технического присоединения), соизмеряя расстояния до места КЗ с «граничной-длиной электропередачи» [3].Теоретические и методические основы расчетов надежности схем электроэнергетических систем и сетей были заложены во второй половине прошлого века в трудах отечественных и зарубежных ученых, таких как Ю.Н. Руденко, И.А. Ушаков, М.Н. Розанов, Ф.И. Синчугов, В.Г. Китушин, Ю.А. Фокин. Дж. Эндрени, И.А. Рябинин, Р. Аллан, Р: Биллинтон, Ю.Б. Гук и других.
К 70-80-м годам прошлого века были разработаны основные методы и сформированы на их основе модели надежности-функционирования объектов электроэнергетических систем. В 80-90-х годах в печати публикуются статьи, в.которых содержатся обзоры разработанных моделей и выполняется анализ- используемых методов и алгоритмов расчета с точки зрения их вычислительной эффективности- [6, 7, 8; 9, 10, 11]. Причем в [11] дана относительно полная классификация существовавших на то время методов расчета надежности технических систем и приведен обзор основных моделей, применяемых к системам энергетики. Ниже рассмотрим модели применительно к схемам питающих электрических сетей и схемам электроснабжения промышленных предприятий.
В- 70-х годах прошлого века основными инструментами- расчета надежности электрических схем в нашей стране были методы блок-схем, расчетных групп, таблично-логический, направленных графов [12 13, 14, 15]. Эта группа методов-относится к логико-вероятностным на основе основных теорем теории вероятностей. В то же время, в зарубежной и отечественной литературе при анализе сложных технических систем (энергоустановки АЭС, ТЭС) использовались также другие методы структурной надежности: деревья отказов и событий, цепи Маркова, сетевые методы с использованием теории графов [16, 17, 18, 19], которые позволяли формализовать расчет, максимально исключить ручной счет и ошибки, доверив операции ЭВМ.
Так в трудах Ю.А. Фокина, публиковавшихся в 80-е и 90-е годы, были разработаны модели надежности СЭ на основе методов минимальных путей и сечений [20, 21, 22], которые позволяли рассчитывать надежность сетей, состоящих из нескольких тысяч элементов. При этом параллельно производился учет пропускной способности ветвей элементов схемы (минимальных путей), а также работа системной автоматики и релейной защиты элементов. Это позволяло оценивать так называемую структурно-функциональную надежность, сети относительно исследуемых узлов нагрузок. В этих же работах представлены модели узла нагрузок относительно остальной части сети на основе цепей Маркова, при этом надежностная схема замещения содержит лишь два элемента, а граф переходов-содержал четыре состояния. Достоинством этой модели являются полученные автором аналитические выражения для вероятностей состояний, однако полученные результаты расчетов не отображают реальные показатели функционирования узлов нагрузок, при этом граф переходов симметричен и аналитические решения получаются относительно несложно.
В работах Дж-. Эндрени [8] аппарат марковских случайных процессов используется применительно к схемам электроснабжения, причем производится учет как состояний отказов схем, так и плановых ремонтов в моделях с восстановлением отказавших элементов. Автор1 применяет прием расчленения (декомпозиции) сети для анализа надежности отдельных её фрагментов. При этом граф переходов модели содержит до полутора-двух десятков состояний, что позволяет более детально учесть состояния и условия функционирования схемы. При этом решения систем- уравнений, полученные численными методами, имеют установившиеся значения вероятностей состояний и могут быть использованы как прогнозная оценка на определенный длительный период, кратный, например, году. Также автор использует модели на основе теорем теории вероятностей,, аналогичные по сути методам блок-схем и расчетных групп (путей и сечений). Схожие модели демонстрируют известные авторы Р:Алан и Р. Биллинтон [19], однако их модели ориентированы на оценку надежности простейших систем и не учитывают такие актуальные вопросы, как 1) формирование условий неработоспособности схем, 2) оценка параметров режимов в отдельных состояниях, включая послеаварийные, и др. Следует отметить также, что модели оценки состояний; не получили должного развития; в работах этих авторов.
Комплексные показатели надежности схем электроснабжения. Учет КНЭ и временных интервалов моделирования
В условиях сохранения темпов ежегодной инфляции и необходимости производить переоценку стоимости основных фондов, оборудования и услуг по его монтажу, пуско-наладке и последующей эксплуатации, все же основную трудность при проведении технико-экономических расчетов составляет учет фактора надежности. Если стоимость основных фондов, нового оборудования и услуг можно учесть некоторыми поправочными коэффициентами, то надежность функционирования оборудования и степень риска при эксплуатации сетей носит вероятностный и при этом явно нелинейный характер [20]. Причем накопленные дефекты эксплуатации, отсутствие должной диагностики могут приводить к серьезным авариям, примеры которых мы все хорошо знаем. Причем ущербы, при авариях могут многократно превышать стоимость превентивных мер.
Отсутствие полноценной достоверной информации о показателях надежности эксплуатируемого электротехнического оборудования делает невозможным проведение оценочных расчетов? с приемлемой инженерной точностью как на стадии проектирования, так и в условиях эксплуатации. Существовавшая в СССР и позже система учета отказов и аварий с отображением в ежегодных отчетах «Союзтехэнерго» (позже «фирма ОРГРЭС») вряд ли может претендовать на объективность и достоверность, так как не содержит большого количества «скрытых» отказов, не приведших к серьезным авариям. Между тем оборудование, находящееся с 60-70-х годов в эксплуатации, нуждается в постепенной модернизации, планы которой должны формировать эксплуатирующие организации в лице сетевых компаний.
Сетевые компании — наиболее заинтересованные организации в существовании полноценной базы данных о показателях надежности эксплуатируемого оборудования, так как именно они планируют мероприятия по реконструкции и новому строительству в филиалах компании и в питающих сетях крупных предприятий и объединений. Последнее необходимо- для учета уровней ТКЗ, влияния КНЭ и необходимости установки и настройки современных устройств защиты, и автоматики и др.
Следует отметить, что эта работа проводилась и продолжает осуществляться некоторыми энергокомпаниями и отдельными, авторскими коллективами и довольно успешно, находя свое отражение в источниках [36, 42, 43, 44, 45, 46, 47]. В [48] авторами предложен статистический подход к анализу и прогнозированию аварийности в ЭЭС на основе ретроспективной информации посредством приемов и методов среднеквадратичной аппроксимации табличных функций, статистических методов анализа, временных рядов.
Авторами [49 , 50, 51] разработаны системы комплексного управления надежностью электрических сетей, основанных на современных методах анализа, отработки больших массивов данных об оборудовании и его состоянии, режимах работы с учетом- квалификации персонала.
Из всего вышесказанного следует, что наиболее- актуальным на этапе решения задач количественной оценки надежности и безопасности, оценок рисков, ущербов является организация региональных банков данных о эксплуатационной надежности электротехнического оборудования, включая-как оборудование сетевых компаний и их филиалов, так и аналогичное оборудование крупных предприятий и объединений. Весь парк однотипного оборудования с учетом сроков и условий его эксплуатации может быть представлен в виде локальной генеральной совокупности по видам, типам, классам напряжения, конструктивному исполнению, метеоусловиям региональных филиалов и прочим признакам в единую базу данных. Там, где из перечня оборудования региональной СК не удается сформировать представительной выборки, можно обменяться информацией с базами других регионов, данными производителя, воспользоваться оценками экспертов. Основываясь на вышеприведённом анализе существующих моделей; ш методов оценки показателей надежности, оценках рисков5 и эффективности-капиталовложений с учетом состояния информационной базы современных технико-экономических расчётов, применительно к СЭ крупных предприятий и объединений, сформулируем; цель и задачи настоящей; диссертационной работы; Цель настоящей работы, состоит в разработке методики формирования моделей надежности- Є3 промышленных предприятий и критериевч для оценки эффективности инвестиций в-;реконструкцию и модернизацию схем оборудования последних. Для реализации поставленной цели необходимо? разработать. нижеследующие положения применительно к СЭПП в целом: комплексные показателю надежности и эффективности! ЄЗПП с учетом факторов КНЭ;, технического-использования, нормативных требований? к технологическому расходу электроэнергии и?надежности;: методику определения инвестиционной составляющей от снижения ущербов с целью определения экономической; .. целесообразности-реконструкции СЭШЩ методику формирования моделей надежности Є31Ш с учетом факторов КНЭ и взаимного влияния центров питания; концепцию вертикально-интегрированной структуры информационного обеспечения электронных баз данных эксплуатационной надежности электрооборудования» и алгоритм обработки» статистической-информации ЄКНЗ;
Общие положения методики формирования модели состояний
В предыдущем разделе на рис. 2.2 представлены варианты питающей сети 110 кВ и дано краткое их описание. В дальнейшем будем рассматривать формирование моделей надежности на примере вариантов 1 и 2 фрагментов питающей сети. При этом будем полагать, что три подстанции фрагмента сети питают некоторое объединение одноименных или профильных узлов нагрузок предприятия (объединения), причем радиус их территориального разброса невелик и составляет несколько километров (длина линий W3,W4 не более пяти). С целью упрощения последующих расчетов предположим равную общую протяженность линий Wl, W2 (около 10—15 км) от центров питания. Данное предположение соответствует реальному положению вещей (см. главу IV).
Учитывая особенности элементов схем, выделим в них укрупненные блоки линий и подстанций, так как элементы этих блоков имеют не только конструктивные отличия, но и обусловленные ими разницу вг пропускной способности. Короткие воздушные линии 110 кВ имеют значительно большую пропускную способность, чем перегрузочная способность трансформаторов. На основании этого выделим полную группу состояний СЭ, с точки зрения узлов нагрузок потребителя, соответствующих уровням функционирования сети (мощности транзита электроэнергии): состояние 1 — отказ, или плановый ремонт одной из цепей блока . линий, при этом пропускной способности оставшейся в работе цепи, как правило, должно быть достаточно для удовлетворения потребителя (см. 2.1); состояние 2 — отказ или плановый ремонт одной из цепей блока трансформаторов, при этом пропускная способность оставшегося в работе трансформатора соответствует его перегрузочный способности.
Полную группу событий (состояний) схемы дополняют полностью исправное состояние всех основных элементов блоков, включенных в работу, — состояние "О и полностью отказавшее состояние транзита электроэнергии через блоки схемы по причине наложения отказов оборудования одной цепи на отказ или ремонт оборудования другой цепи блоков - состояние 3. Сюда же входит наложение на ремонт или отказ в цепях блоков линий или трансформаторов внешних воздействий — КЗ, провалов напряжений и, как следствие, выход из строя технологических установок потребителя узла.
Следует отметить, что в случае сложнозамкнутой структуры городских питающих сетей, когда оба ЦП могут быть связаны не одной, а несколькими линиями (через промежуточные подстанции), протяженность которых невелика, внешнее КЗ на смежном присоединении часто приводит к существенной посадке напряжения со стороны обоих ЦП. Последнее обстоятельство, при глубине посадок напряжений превышающих допустимое (например лицензиаром продукции), приводит к неминуемому отключению нагрузки основного технологического цикла на-время его восстановления Гв.
Разделение схемы питающей сети на блоки очевидно по той причине, что наложение отказа, например; одной, из питающих линий на плановый ремонт другой приведет к более тяжелым последствием для потребителя, так как останутся без питания все подстанции узлов нагрузок по стороне ПО кВ. Статистика таких событий опубликована в источнике [47] для двухцепных линий, подвешенных на одной опоре.
С учетом состава вышеизложенных задач и инженерных условий функционирования оборудования схем (относительно- редкие отказы), считаем возможным и обоснованным применение аппарата случайных процессов — цепей Маркова с дискретными состояниями и непрерывным временем. Причем для определения показателей коммутационной надежности применим модель без восстановления отказавших элементов, а для расчета показателей стратегической (установившейся) и оперативной надежности — модель с восстановлением отказавших элементов.
Применение однородной цепи Маркова накладывает ряд известных ограничений на потоки событий, отказов и восстановлений, длительностей ремонтов и преднамеренных отключений при моделировании процессов функционирования электроустановок. Причем, наибольшим ограничениям подвергается, модель с восстановлением отказавших элементов. Модель без восстановления отказавших элементов может использовать нестационарные потоки событий путем представления одного, реального распределения как суперпозицию экспоненциальных [17]. Итак, при формировании моделей надежности СЭ принимаем нижеследующие допущения: - потоки событий отказов- и восстановлений электрооборудования СЭ простейшие - стационарные, ординарные с отсутствием последействия; - времена между КЗ на смежных присоединениях питающих линий сети в ЦП (шинах подстанций) распределены по экспоненциальному закону; - при- формировании моделей и определении коэффициентов систем уравнений используется «схема двух отказов» — рассматривается наложение не более двух отказов в разноименных блоках или отказ в цепи одного блока, наложенный на ремонт в цепи другого блока.
Концепция формирования электронных баз данных по эксплуатационной надежности электрооборудования
Как было отмечено в 1.3, наиболее заинтересованными организациями в наличии достоверных показателей надежности работы электрооборудования питающих сетей являются сетевые компании (GK), так как одна из важнейших задач, стоящих перед ними на современном, этапе, состоит в выборе правильной стратегии реконструкции объектов - сетей и модернизации оборудования.
Учитывая ограниченное финансирование как из. собственных средств, так и из финансовых источников крупных потребителей (софинансирование проектов), следует рассматривать каждый случай инвестирования в основные и прилегающие сети потребителей как оптимизационную задачу с минимальными затратами финансовых средств при- сохранении, допустимого (нормативного) уровня надежности электроснабжения. Причем последний показатель — уровень нормативной надежности, должен являться критерием принятия решений при возникающих противоречиях между сетевыми компаниями и собственниками предприятий (объединений).
На сегодняшний день в, филиалах ОАО «Сетевая компания» внедрена сетевая версия программного комплекса «е—net», выполненная как распределённая, вертикально-интегрированная информационная база данных. Предлагаем концептуально выстроить базу данных по надежности электрооборудования на основе «e-net» с использованием корпоративной сети передачи данных (КСПД).
На рис. 4.1 представлена концепция организации иерархической трехуровневой системы контроля за надежностью электрооборудования (СКНЭ) сетей 6-ь500 кВ. В- системе представлены три уровня: низший 65 уровень РЭС, средний - уровень филиала СК, верхний - уровень управления, - собственно СК, При этом, учитывая наличие крупных промышленных потребителей - предприятий и объединений со своими собственными сетями 0,4-И 10, 220 кВ, целесообразно концентрировать информацию от последних на среднем уровне.
Таким образом, в соответствии со структурой СКНЭ, посредством КСПД ответственный персонал уровня РЭС через Web-интерфейс оформляет и передает утвержденный документ — бланк отказа (дефекта) оборудования или системы в виде форматированного макета формата XLS на Web-сервер филиала СК со встроенной базой данных. Здесь информация с указанием вида отказа (дефекта), характера повреждения узла или системы конкретного оборудования сортируется и на основе классификаторов-навигаторов помещается в соответствующие разделы базы (например — воздушные линии на металлических опорах ПОкВ одноцепные или трансформаторы типа ТРДН-25000/ПОит.д.). На средний уровень — уровень филиала, по территориальной принадлежности, поступает аналогичная информация от крупных потребителей (например ОАО «НКНХ», ОАО «Казаньоргсинтез», ОАО «Камаз» и др.) через-модули приема данных также в виде макетов XLS. При этом вся содержащаяся информация на среднем уровне синхронизируется (поверяется) модулями нормативно-справочной информации (НЄИ) центрального сервера. Далее информация, собранная по запросу со всех серверов филиалов, в соответствии с заданными критериями поступает на верхний уровень управления. На центральном сервере в СК содержатся расчетные программные модули, включая модули статистической обработки дискретных и непрерывных случайных величин; позволяющие на основе сформированных баз данных и сгруппированных в них однородных выборок оборудования определять- единичные показатели его надежности (А,, (й,„ Гв, \х, Тр) и выстраивать диаграммы изменения этих показателей за календарные периоды (с момента ввода в эксплуатацию). При работе с базами данных программные модули, построенные на основе известных статистических методов, должны позволять: - формировать выборки однотипного оборудования, находящегося в. эксплуатации и представленного в БД; - сортировать в выборках однородное оборудование (с одинаковыми сроками и условиями эксплуатации) в виде таблиц с эксплуатационными показателями; - определять на основе последних единичные ПН электрооборудования с последующей проверкой информации на однородность данных (например по критерию Фишера [52]; - определять комплексные ПН оборудования прямыми методами; - формировать группированные статистические ряды непрерывных случайных величин (СВ): наработок на отказ Гн, длительностей восстановления, ремонтов Гв, Гр с целью последующей проверки предпосылок о законах распределения. Последнее позволяет ответить на вопрос относительно характерного периода эксплуатации оборудования однородных выборок (приработки, нормальной эксплуатации или интенсивного старения). Теоретическим доказательством однородности обработанной информации- и полученных достоверных данных являются одномодальные совокупности группированных статистических рядов СВ. Ниже остановимся более подробно на методиках и процедурах сбора и обработки информации в СКНЭ. Проведенная в филиалах СК паспортизация оборудования на основе программного комплекса «e-net» позволяет длительно хранить полную информацию об эксплуатации оборудования основной сети, обновлять данные в ней, а также дополнять отдельные разделы. В связи с поставленной задачей формирования единой базы, данных СКНЭ считаем целесообразным ввести в электронные формы разделы по надежности функционирования! оборудования» и вести их параллельно с разделами по плановым ремонтам. Например, помимо плановых ремонтов (текущих, капитальных) дополнительно включить раздел (форму) вынужденных ремонтов с указанием даты, времени суток, сущности (дефект, отказ), содержания ремонта (восстановления) и его длительности. То же относится и к серьезным авариям, в результате которых произошло отключение оборудования основной сети.
