Совершенствование технического состояния сельских электрических распределительных сетей на- пряжением 0,38…10 кв (на примере рязанского региона)
На правах рукописи
Лопатин Евгений Игоревич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ НА-
ПРЯЖЕНИЕМ 0,38…10 кВ
(НА ПРИМЕРЕ РЯЗАНСКОГО РЕГИОНА)
Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование
в сельском хозяйстве (по техническим наук
ам)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012 1
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агро технологический университет имени П.А. Костычева»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Васильева Татьяна Николаевна
Официальные оппоненты: Копылов Сергей Игоревич, доктор технических наук, старший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный заочный университет», профессор кафедры «Электротехники и автоматики»
Олин Дмитрий Михайлович кандидат технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костром ская государственная сельскохозяйственная академия», доцент кафедры «Электроснаб жение»
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мос ковский государственный агроинженер ный университет им. В.П. Горячкина».
Защита состоится « 18 » апреля 2012 года на заседании диссертационного совета Д220.056.03 при Российском государственном аграрном заочном университете по адресу:
143900 Московская область, г. Балашиха, ул. Юлиуса Фучика, д.1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета ФГБОУ ВПО РГАЗУ, и на сайте: www.rgazu.ru.
Автореферат разослан « 15 » марта 2012 года.
Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент Мохова О.П.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Система электроснабжения сельскохозяйствен ных потребителей напряжением 0,38…10 кВ характеризуется низкими пока зателями надежности и значительным недоотпуском электроэнергии присое диненным потребителям. Продолжительность перерывов в электроснабже нии 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 напряже нием 0,38…10 кВ, выполненных неизолированными проводами, эксплуата цией 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 мощно стью свыше 300 МВА. Из них электрические сети сельскохозяйственного на значения 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 – свы ше 800 тысяч километров. В Рязанском регионе эксплуатируется свыше 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 элек трооборудование 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., Копы лов С.И., Воробьев В.А., Сырых Н.Н., Рыбаков Л.М. и другие. Вместе с тем, существующие методы оценки технического состояния электрических рас пределительных сетей учитывают параметры вне их связи с природно климатическими факторами, условиями эксплуатации, квалификацией пер сонала.
Важное значение приобретает прогнозирование надежности и техниче ского состояния электрических распределительных сетей 0,38-10 кВ сельско хозяйственного назначения. Для сокращения числа отказов и повышения на дежности системы электроснабжения в целом, наиболее целесообразным яв ляется совершенствование системы технического обслуживания электрообо рудования, так как полная модернизация и замена электрооборудования но вым потребует крупных единовременных капиталовложений. Поэтому во просы повышения надежности системы электроснабжения за счет совершен ствования комплекса средств по техническому обслуживанию электрообору дования являются актуальными.
Цель работы – совершенствование системы технического состояния электрооборудования для повышения надежности сельских электрических распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ с учетом влияния природ но-климатических факторов.
Объектом исследования является силовое электрооборудование сель ских 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:
1. Анализ методов оценки технического состояния электрооборудования, классификация причин его отказов на основе статистической обработки дан ных в сельских электрических распределительных сетях напряжением 0,38…10 кВ Рязанского региона;
2. Определение законов распределения аварийных отказов электрообо рудования;
3. Теоретическое обоснование и аналитическое исследование влияния природно-климатических факторов на количество отказов электрооборудо вания воздушных линий электропередачи напряжением 0,38…10 кВ;
4. Формирование методики и разработка математической модели оценки эффективности комплекса средств повышения надежности электроснабжения на основе теории массового обслуживания;
5. Имитационное моделирование надежности электроснабжения потре бителей напряжением 0,38..10 кВ с помощью системы оценки эффективно сти комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудова ния.
Методы исследования. Исследование базируется на теории надежно сти, методов математического моделирования, математической статистики, корреляционно – регрессионного анализа, теории массового обслуживания.
Расчеты проведены с помощью пакетов прикладных программ Statistica 6. корпорации STATSOFT, SYSTAT 11.00.01 корпорации SYSTAT, математи ческий модуль Mahtcad 2001 pro. Численные результаты получены с исполь зованием разработанного на языке программирования Delphi программного обеспечения.
Новизна работы заключается в следующем:
1. Определении степени влияния основных факторов на техническое состояние силового электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ;
2. Построении математической модели на основе корреляционно – рег рессионного анализа, устанавливающей зависимость между природно климатическими факторами, действиями обслуживающего персонала и отка зами электрооборудования;
3. Создании с применением системы массового обслуживания матема тической модели оценки влияния каждого из рассматриваемых средств на повышение надежности электроснабжения;
4. Разработке методики, алгоритма и программного обеспечения «Экс перт 1.0» для оценки эффективности комплекса средств по техническому об служиванию электрооборудования.
Достоверность разработанных научных положений, методик, сделан ных выводов и рекомендаций обеспечивается корректным применением со временных методов исследования;
использованием методов математической статистики, представительным объемом статистического материала;
совпа дением результатов, полученных для моделей и реальных электрических се тей Рязанского региона.
На защиту диссертации выносятся следующие положения:
1. Обоснование разнообразия закономерностей распределения причин отказов по дням электрооборудования сельских распределительных электри ческих сетей напряжением 0,38…10 кВ;
2. Разработка математической модели оценки влияния природно - кли матических факторов на отказы электрооборудования для формирования комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования;
3. Метод оценки влияния природно-климатических факторов, его учет при планировании комплекса средств по техническому обслуживанию элек трооборудования для повышения надежности системы электроснабжения;
4. Выбор эффективной систем технического обслуживания электрообо рудования сельских распределительных электрических сетей за счет опти мальной стратегии проведения ремонтных работ, определения количества специальной техники и эксплуатационного персонала, обеспечения ремонт ных подразделений запасными частями и оборудованием.
Практическую значимость представляет методика оценки техниче ского 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 на дежности электроснабжения у потребителей за счет внедрения рекомендуе мого комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудова ния.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной рабо ты приняты к реализации на:
- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» произ водственное объединение «Сасовские электрические сети» «Пителенский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 24.05.2011 года;
- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» произ водственное объединение «Рязанские электрические сети» «Рыбновский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 06.06.2011 года;
- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» произ водственное объединение «Рязанские электрические сети» «Пронский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 14.10.2011 года.
- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» произ водственное объединение «Рязанские электрические сети» «Михайловский РЭС», что подтверждается актом внедрения 12.12.2011 года;
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертацион ной работы представлялись на международной научно - практической кон ференции в г. Москве (ГНУ ВНИИМ, 2010 г.), научно - практической конфе ренции г. Троицк (ФГОУ ВПО УГАВМ, 2009 г.), научно - практической конференции г. Мичуринске (ФГОУ ВПО МичГАУ, 2011 г.), международ ных научно - практических конференциях и семинарах в г. Рязани (ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2009 - 2011 г.), третьем этапе Всероссийской научно - практи ческой 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 ос нове методики, построение алгоритма и создание программного обеспечения «Эксперт 1.0», апробирование результатов исследования, внедрение разра боток в практику и подготовка основных публикаций по научной работе.
Публикации. Научные положения, полученные автором, опубликова ны 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 стра ницы, включает 68 таблицы и 67 рисунков. Библиографический список со держит 125 наименований. Приложение составляет 120 страниц.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованна актуальность темы диссертации, сформули рованы цели и задачи, излагаются положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Анализ средств и методов повышения надежности сис темы электроснабжения» выполнен анализ существующих методов оценки технического состояния электрооборудования. Рассмотрено современное со стояние системы электроснабжения промышленных, сельскохозяйственных и коммунально - бытовых потребителей распределительных сетей напряжени ем 0,38…10 кВ. При этом обоснованна необходимость повышения надежно сти системы электроснабжения и совершенствования системы технического обслуживания электрооборудования.
Система технического обслуживания включает в себя комплекс средств:
1) повышение требований к эксплуатационному персоналу, к производ ственной дисциплине и росту квалификации;
2) рациональная организация текущих и капитальных ремонтов;
3) механизация ремонтных работ;
4) обеспечение аварийных запасов материалов и оборудования;
5) совершенствование методов и сокращение времени поиска отказов электрооборудования;
6) проведение работ под напряжением.
Применение комплекса средств технического обслуживания позволит поддержать работоспособное состояние изношенного электрооборудования, поскольку его полная модернизация потребует значительных единовремен ных капиталовложений, что в данное время для энергоснабжающих компа ний не представляется возможным.
Кроме того, существующие методы оценки технического состояния электрических распределительных сетей учитывают параметры вне их связи с природно-климатическими факторами, условиями эксплуатации, квалифи кацией персонала.
Во второй главе «Теоретические обоснование и аналитическое иссле дование влияния природно-климатических факторов на техническое состоя ние сельских электрических распределительных сетей напряжением 0,38- кВ» выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, направленных на оценку числа и причин отказов силового электрооборудова ния, их классификации, определения законов распределения, а также степени влияния основных факторов на его техническое состояние.
Рассмотрены статистические данные по причинам отказов электрообо рудования, полученные в ходе его эксплуатации в период с 1994 по 2007 год на энергоснабжающих предприятиях Рязанского региона.
Проанализированы также ежедневные природно-климатические факто ры, полученные в результате многолетних наблюдений по Рязанскому регио ну с 1994 по 2000 год и информация, принятая с сервера «Погода России» за период с 2001 по 2007 годы включительно.
Условно все отказы по причине возникновения были классифицированы на четыре группы:
Природно-климатические;
1.
Эксплуатационные;
2.
Внешние независимые;
3.
Прочие.
4.
Природно-климатические факторы являются причиной отказов элек трооборудования в 50 – 55 % случаях (рисунок 1). При детальном изучении установлено, что предпосылками в 80% случаях отказов электрооборудова ния является его высокий износ, и их возможно предотвратить при соответ ствующей системе технического обслуживания и текущего ремонта.
Рисунок 1. Гистограмма распределения причин отказов Обработка статистических данных, полученных в ходе эксплуатации электрооборудования распределительных сетей напряжением 0,38…10 кВ, а также природно-климатических факторов, произведена в три этапа.
На первом этапе выполнено построение статистического ряда в виде гистограммы (рисунок 2) для создания наглядности изображения при боль шом количестве исходных данных.
Число попаданий - Интервалы 100- 90- 10- 20- 30- 40- 50- 60- 70- 80- 0- Рисунок 2. Гистограмма кумулятивных частот попадания в интервалы Определен закон распределения случайной величины, за которую был принят отказ электрооборудования. Закономерности, наблюдаемые в мас совых случайных явлениях, проявляются тем точнее и отчетливее, чем больше объем статистического материала. Теоретически при достаточном количестве опытов свойственные этим случайным величинам закономерно сти будут осуществляться сколь угодно точно. К методике обработки экс периментальных данных были предъявлены требования, чтобы она, сохра няла типичные, характерные черты отказов электрооборудования и отбрасы вала все несущественное, второстепенное, связанное с недостаточным объе мом опытного материала. На первом этапе обработки решена задача сгла живания или выравнивания статистических данных, представления их в наиболее компактном виде с помощью простых аналитических зависимо стей.
Второй этап включал проверку правдоподобия гипотезы о законе рас пределения. Была определенна степень правдоподобия статистического ма териала с подобранным законом распределения при помощи критериев Пирсона и Колмогорова.
(m Np ) к 2 i i, (1) i Np i D max | F ( x) F ( x, ) |. (2) 0 x.
Для причин отказов с нормальным законом распределения применен расчет по критерию Стьюдента.
На третьем этапе произведено нахождение неизвестных параметров распределения путем расчета числовых характеристик случайной величины по данным выборки. Результаты расчета были сведены в таблицы частот и кумулятивных частот попадания данных в интервалы разбиения (таблица 1) и построены гистограммы.
Выявлено, что значение фактических критериев согласия Пирсона, Колмогорова, Стьюдента теоретических и экспериментальных величин ко личества отказов электрооборудования не превышает табличного. Для всех законов распределения доверительная вероятность расчета равна = 0,95, относительная ошибка - =0,1, уровень значимости принят = 0,01.
Таблица 1. Таблица частот и кумулятивных частот попадания данных в интервалы разбиения ния в интервал, % паданий в интер число попаданий Частота попада Количество по Кумулятивные Кумулятивное частоты, % Интервалы вал 0x=10 11 11 8,2512 8, 10x=20 71 82 46,512 54, 20x=30 33 115 22,153 76, 30x=40 16 131 10,253 87, 40x=50 17 148 10,877 98, 50x=60 3 151 1,9221 99, 60x=70 1 152 0,0064 99, 70x=80 2 154 0,0128 99, 80x=90 1 155 0,0064 99, 90x=100 0 155 0 99, 100x=110 1 156 0,0064 100, Установлено, что в течение года количество отказов, обусловленных различными причинами, распределено неравномерно (рисунок 3).
На основании статистического расчета выявлено, что преобладающими законами распределения случайной величины являются экспоненциальный (68%), нормальный (13%), равномерный (5%), логонормальный (5%).
Рисунок 3. Среднее годовое распределение отказов обусловленных атмо сферными осадками по месяцам за рассматриваемый период с 1994 по 2007 гг. выраженное в процентах Преимущественно это отказы, обусловленные гололедно–ветровыми на грузками, влажностью, прочими причинами, которые можно описать выра жениями:
f ( х) e x, (3) ( xM ) f ( x) 2 e 2, (4) 1 ln х m 1 ( ( )) f ( х) e 2 х, (5) f ( x) ba. (6) В третьей главе «Математическая модель отказов электрооборудования распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ» на основе корреляцион но-регрессионного анализа установлена зависимость между природно климатическими факторами, действиями обслуживающего персонала и отка зами электрооборудования.
Выявлены периоды с наибольшей интенсивностью отказов за двена дцать месяцев года. При этом отказы рассмотрены поквартально и оценен се зонный характер каждого квартала.
Статистически определенны четыре периода года с наибольшей интен сивностью возникновения отказов: с 20 по 31 марта, с 1 по 16 мая, с 1 по июля, с 1 по 16 октября (рисунок 4).
Рисунок 4. Гистограмма распределения отказов, обусловленных гололедно – ветровыми нагрузками Изучение влияния природно – климатических факторов и действий (без действий) персонала осуществлено на примере электрооборудования воз душных линий напряжением 0,38…10 кВ, которое по статистике (рисунок 6) и анализу показателей надежности (таблица 2) является самым повреждае мым элементом системы электроснабжения.
При решении данной задачи был использован метод множественного корреляционного и регрессионного анализа. Влияние природно климатических причин и действия (бездействия) персонала рассматриваются как факторные признаки xi,, xj, а отказы электрооборудования как результи рующий признак yi,, yj.
Таблица 2. Показатели надежности электрооборудования за рассмат риваемый период Р(t), 1/год Т, год Тв, ч Кг Тп, ч Кп Кпо Q(t) Наименование Распределительные пункты 0,83 0,17 0,2 5 2,82 0,639 0,235 0,361 0, Трансформатор 0,92 0,08 0,07 14,2 2,88 0,83 0,83 0,17 0, 10/0,4 кВ Кабельные линии 0,98 0,02 0,02 50 1,3 0,97 0,1 0,03 0, 6 – 10 кВ Кабельные линии 0,98 0,02 0,02 50 1,3 0,97 0,1 0,03 0, 0,38 кВ 0,95 0,05 0,05 20 0,04 0,99 0,99 0,01 0, Воздушные линии 0,38 кВ Ввод (воздушный) 0,91 0,09 0,09 11,1 0,675 0,94 0,94 0,06 0, Масляный 0,93 0,07 0,07 14,2 0,91 0,91 0,1 0,09 0, выключатель Автоматические 0,91 0,09 0,06 15 0,75 0,98 0,05 0,02 0, воздушные выключатели до 1 кВ Вакуумный 0,98 0,02 0,02 50 1,3 0,97 0,1 0,03 0, выключатель Вентильный 0,94 0,06 0,06 20 2,275 0,89 0,175 0,11 0, разрядник Для типичной схемы Рязанского региона сельской электрической рас пределительной сети потребителей напряжением 0,38…10 кВ (рисунок 5), рассчитана повреждаемость воздушных линий (таблица 3).
ВЛЭП 10 кВ АС 35/6, 16 км ВЛЭП 0,38 кВ ВЛЭП 0,38 кВ А - А - ТП 10/0,4 кВ ТП 10/0,4 кВ 10 км ВЛЭП 0,38 кВ ВЛЭП 0,38 кВ А - А - ВЛЭП РТП 35/10 кВ 10 кВ ВЛЭП 0,38 кВ ВЛЭП 0,38 кВ ВЛЭП «Поздное» А - А - 35 кВ ВЛЭП 0,38 кВ А - ТП 10/0,4 кВ О- ВЛЭП 0,38 кВ 8 км ВЛЭП А - О- 10 кВ АС 35/6, ВЛЭП 0,38 кВ ВЛЭП 0,38 кВ О- ВЛЭП 0,38 кВ А - А - ТП 10/0,4 кВ ТП 10/0,4 кВ О- ВЛЭП 0,38 кВ 14 км ВЛЭП 0,38 кВ А - ВЛЭП А - О-N 10 кВ ВЛЭП 0,38 кВ ВЛЭП 0,38 кВ А - 16 А - 18 км ВЛЭП 10 кВ АС 35/6, Рисунок 5. Схема электроснабжения сельскохозяйственных потребителей напряжением 0,38…10 кВ Таблица 3. Показатели надежности воздушных линий напряжением 0,38 ….10 кВ Частота отказов, Напряжение, № Наименование линии Длина, L, км Uном, кВ 1/год Поздное - Грязное 1 10 16 Поздное - Осовец 2 10 10 2, Поздное – Щегалево 3 10 8 Поздное - Половнево 4 10 14 3, Поздное - Александрово 5 10 18 4, н.п. Александрово 6 0,38 1,4 1, 7 - // - // - 0,38 2,2 1, 8 - // - // - 0,38 2,3 1, 9 - // - // - 0,38 1,9 1, Рисунок 6. Гистограмма распределения числа отказов электрооборудо вания, обусловленных ветровыми нагрузками Определен коэффициент корреляции Браве - Пирсона r1 для отказов электрооборудования обусловленных природно-климатическими факторами:
n n n n x y x y i i i 1 i i 1 i i r 2 2 2 n n n n x x n y y i i i i 1 i i 1 i. (7) Если распределение случайной величины происходит по нормальному закону распределения, или предположение о том, что двумерная выборка (xi, yi) получена из двумерной нормальной генеральной совокупности принимает ся, то применен коэффициентом ранговой корреляции Спирмена ( ):
(8) Предполагая, что между переменными x1, x2, y существует линейная корреляционная зависимость, найдено ее аналитическое выражение (т.е.
уравнение регрессии y по x1 и x2).
Оценка значимости коэффициента корреляции r проведена с использо ванием t-критерия Стьюдента. Полученное значение t-критерия составляет tфакт=4,33, что больше табличного (tтабл=2,750), и свидетельствует о значимо сти коэффициента корреляции и существенной связи между отказами обору дования воздушной линии 0,38…10 кВ и природно – климатическими факто рами. Получены уравнение однофакторной (парной) линейной корреляцион ной связи, которые имеют вид:
= a0 + a1x (9) Используя вышеуказанные формулы для вычисления параметров ли нейного уравнения регрессии и расчётные значения, получаем:
(10) Уравнение множественной регрессии для различных природных явле ний, влияния человека и отказов электрооборудования на примере 2007 года по Рязанскому региону имеет вид, приведенный в таблице 4.
Таблица 4. Уравнения множественной регрессии для отказов электро оборудования Природное явление Уравнение регрессии Степень взаимосвязи r 1 2 3 Гололедно - ветровые высокая y=45,4+0,45 x1 0, нагрузки Температурные слабая y=-9,55+0,13x1 0, колебания Атмосферные заметная y=-3,4+0,35x1 0, перенапряжения Влажность умеренная y=-4,59+0,5x1 0, Атмосферные весьма высокая y=-3,56+0,62x1 0, осадки Определен множественный коэффициент корреляции r1 для отказов электрооборудования за 1994 - 2007 гг. по Рязанскому региону, которые про изошли из – за бездействия эксплуатационного персонала и по шкале линей ной корреляционной зависимости признаков Чеддока была установлена сте пень взаимосвязи. Коэффициент корреляции r для генеральной совокупно сти, как правило, неизвестен, поэтому оценивается по экспериментальным данным, представляющим собой выборку объема n пар значений (xi, yi), по лученную при совместном измерении двух признаков х и y.
Уравнение множественной регрессии вида y = n1 + n2x1 + n3x2 показыва ет, что при увеличении x1 (при неизменном x2) на одну единицу количество отказов увеличивается на n2, а при увеличении x2 (при неизменном x1), на ве личину n3.
Корреляционный анализ подтвердил значительное влияние человече ского фактора на отказы, причинами которых первоначально считались при родно-климатические факторы. Таким образом, из общего числа отказов электрооборудования распределительных сетей 0,38…10 кВ природно климатический фактор, хоть и является преобладающим, но имеет прямое влияние лишь на 20-22%.
Зависимость отказов оборудования воздушных линий 0,38…10 кВ от гололедно – ветровых нагрузок и человеческого факторов, по данным опера тивно – диспетчерской службы на примере 2007 года, показана на трехмер ной гистограмме, изображенной на рисунке 7.
Количественные критерии для оценки тесноты связи (шкала Чеддока) приводится в таблице 5.
Таблицы 5. Количественные критерии оценки тесноты связи (шкала Чеддока) Величина коэффициента 0,1 – 0,3 0,3 – 0,5 0,5 – 0,7 0,7 – 0,9 0,9 – 1, корреляции весьма Характеристика силы связи слабая умеренная заметная высокая высокая Рисунок 7. Зависимость отказов электрооборудования воздушных ли ний 0,38…10 кВ от гололедно – ветровых нагрузок и человеческого фактора Проведена оценка тесноты связи по шкале Чеддока, которая в виде гис тограммы изображена на рисунке 8.
Весьма Заметная высокая 12% 13% Высокая 65% Слабая Умеренная 6% 4% Рисунок 8. Гистограмма распределения оценка тесноты связи отказов электрооборудования с природно климатическими факторам Построена графическая зависимость отказов элементов распредели тельных сетей напряжением 0,38…10 кВ от каждого природно - климатиче ского фактора для всего периода наблюдения.
В четвертой главе «Методика оценки комплекса средств технического обслуживания для повышения надежности систем электроснабжения» создана на основе системы массового обслуживания модель оценки влияния каждого из рассматриваемых средств на повышение технического состояния сель ских электрических распределительных сетей. Разработана методика, алго ритм и программное обеспечение «Эксперт 1.0» для реализации эффективной системы технического обслуживания электрооборудования за счет оптималь ной стратегии проведения ремонтных работ, определения количества специ альной техники, запасных частей и оборудования, персонала.
Для разработки методики оценки и повышения эффективности приме нения комплекса средств технического обслуживания системы электроснаб жения напряжением 0,38…10 кВ применен метод теории массового обслу живания. Каждая составляющую комплекса средств технического обслужи вания рассматривалась как одноканальная или многоканальная система мас сового обслуживания (СМО) с ограниченной очередью (система с потерями) для потребителей 1 категории и неограниченной очередью (система без по терь) для потребителей 2 и 3 категории по надежности электроснабжения. За один канал (систему) обслуживания принята одна организационная единица (количество бригад, техники и т.д.). Энергоснабжающее предприятие в целом рассмотрено как многоканальная СМО. Возникновение отказа, представлено как поток однородных заявок (пуассоновский поток), появляющихся в слу чайные моменты времени.
Для систем с ограниченной очередью заявка, поступившая в СМО в мо мент, когда все каналы обслуживания заняты, получает отказ и уходит в дру гую обслуживающую систему (например, подрядную организацию).
Схема возможных переходов системы обслуживания из одного состоя ния в другое показана в виде схемы, изображенной на рисунке 9.
… S0 Sк-1 Sк Sк+ S1 S … n (к) 2 n (к-1) (к+1) Рисунок 9. Схема возможных переходов системы из одного в другое состояния На основании разработанной методики построен алгоритм с использова нием стандартных блок-схем (рисунок 10).
Начало Стартовое окно Выбор стартовой Помощь позиции Выбор дочерней позиции Планирование Оптимизация Механизация Проведение численности расхода ремонтных ТО и ТР персонала склада работ Ввод Ввод Ввод Ввод данных данных данных данных Вывод Вывод Вывод Вывод Помощь Помощь Помощь Помощь результатов результатов результатов результатов Выход Рисунок 10. Общий алгоритм программы «Эксперт 1.0»
Практической реализацией разработанной методики стала программа под названием «Эксперт 1.0», которая написана на языке Delphi версии 7. фирмы Borland.
Для начала работы пользователю необходимо выбрать одну из четырех составляющих средств системы технического обслуживания электрообору дования в стартовом окне (рисунок 11).
Рисунок 11. Стартовое окно программы «Эксперт 1.0»
Далее необходимо заполнить все значения в дочерних окнах программы.
Для удобства выбора некоторые исходные данные представлены в виде рас крывающегося списка. Все действия пользователя сопровождаются коммен тариями, которые расположены в кнопке «Помощь». В случае ввода букв вместо цифр, или дробного числа программа выдаст предупреждение о недо пустимом действии.
При расчете программа «Эксперт 1.0» выдает значение следующих по казателей (рисунок 12): вероятность того, что СМО свободна, вероятность отказа в обслуживании, относительная пропускная способность системы об служивания, вероятность обслуживания заявки, абсолютная пропускная спо собность системы, среднее число занятых каналов и другие.
Рисунок 12. Окно результатов программы «Эксперт 1.0»
Программа «Эксперт 1.0» ориентирована на Рязанский регион, но по сле внесения некоторых корректировок может быть использована для пред приятий электрических сетей других областей.
В пятой главе «Экономическое обоснование применения комплекса средств технического обслуживания» представлены экономические расчета, показывающие, что применение разработанного комплекса средств повыше ния эффективности работы сельских электрических распределительных сетей позволяет повысить надежность системы электроснабжения потребителей до нормируемого уровня и получить значительный экономический эффект На примере производственного объединения «Рязанские электрические сети» филиал «Михайловский РЭС» проведен технико-экономический рас чет. В настоящее время предприятия электрических сетей обеспеченны под разделениями, спецтехникой, запасными частями и материалами, проводят стратегии технического обслуживания или ремонта не в полной мере, и лишь для устранения отказов электрооборудования и их последствий (табли ца 6). При этом высказываются претензии со стороны потребителя на надеж ность электроснабжения, снижается прибыль энергосбытовых компаний из – за недоотпуска электроэнергии и выплату штрафов за невыполнение условий надежности электроснабжения.
Таблица 6. Результаты оценки эффективности организации технического ос мотра и текущих ремонтов Количество 1 2 3 4 СМО Стратегия План План План План План Факт Факт Факт Факт Факт ремонта р0 0,9 0,88 0,92 0,91 0,94 0,93 0,95 0,94 0,95 0, рк 0,04 0,05 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0, робс - - 0,94 0,93 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0, рожд - - 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0, pn+m - - 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0, Q 0,12 0,14 - - - - - - - Кз - - 0,13 0,14 0,13 0,12 0,12 0,11 0,11 0, Кпр - - 0,64 0,62 0,71 0,75 0,83 0,85 0,87 0, Nсв - - 1,95 1,94 2,95 2,94 2,95 2,94 2,95 2, Nсист 0,25 0,26 0,23 0,24 0,22 0,23 0,21 0,22 0,2 0, Nоч 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0, Тсист 6,42 6,42 6,2 6,09 5,93 5,94 5,87 5,9 5,85 5, Точ 4,02 4,2 3,84 4,01 3,82 3,95 3,79 3,93 3,72 3, В связи с этим рекомендовано привлечение подрядных организаций, приобретение спецтехники для выполнения профилактических работ и пре дупреждения отказов (рисунок 13).
Рисунок 13. Зависимость вероятности обслуживания заявки от числа подразделений предприятия электрических сетей Установлено, что для предприятия «Михайловские РЭС» достаточно привлечение 1 – 2 бригад и одной единицы специальной техники на периоды с высокой интенсивностью отказов электрооборудования, обусловленных природно - климатическими факторами (рисунок 13).
Расчет показал, что экономический эффект на предприятии при проведении ремонтных работ основного электрооборудования напряжением 0,38…10 кВ может быть достигнут за счет применения нескольких стратегий обслуживания, а также за счет возможности обеспечения равномерности входного потока заявок. Годовой эко номический эффект от применения разработанной методики оценки эффективности комплекса средств технического обслуживания для повышения надежности системы электроснабжения по отношению к принятому на предприятиях ОАО «МРСК Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» составляет 760,6 тыс. рублей в год для «Ми хайловский РЭС».
В заключении приводятся основные результаты, полученные в дис сертационной работе.
В приложении представлены основные и промежуточные результаты диссертационной работы, графические материалы, а также акты внедрения на предприятии ОАО «МРСК Центра и Приволжья».
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ В диссертационной работе рассмотрено повышение надежности сель ских распределительных сетей напряжением 0,38…10 кВ за счет совершен ствования системы технического обслуживания электрооборудования.
Основные результаты теоретических и экспериментальных исследова ний сводятся к следующему:
1. При проведении системы технического обслуживания электрического оборудования распределительных сетей напряжением 0,38…10 кВ необхо димо учитывать надежность оборудования, характер воздействующих при родно-климатических факторов, особенности функционирования и построе ния системы электроснабжения, а также уровень оснащенности электро снабжающего предприятия запасными частями электрического оборудова ния, специальными машинами и механизмами, количество персонала.
2. Анализ технического состояния электрооборудования сельских элек трических распределительных сетей по Рязанскому региону показал, что оно не удовлетворяют требованиям потребителей по надежности электроснаб жения.
3. Выявлены и обоснованны признаки, характеризующие отказы основно го силового оборудования распределительных электрических сетей, класси фицированы причины отказов по воздействующим факторам, определенны основные характеристики генеральной совокупности отказов силового элек трооборудования, подобранны законы распределения причин отказов электрообо рудования и рассчитаны их параметры, позволяющие оценить надежность электриче ского оборудования и систем электроснабжения.
4. Установлено, что преобладающей причиной отказов электрооборудо вания являются ветровые нагрузки (40-42% отказов) и температурные коле бания (14-16%), которые входят в группу природно-климатических факторов.
В группе эксплуатационных факторов преобладающей причиной являются перегрузки по току и несимметрия напряжения (45%), в группе внешних не зависимых факторов значительную часть составляют попадание под напря жение животных и птиц (78%). Определено, что наиболее низкие показатели на дежности (Р = 0,87;
Q = 0,13) наблюдаются у воздушных линий электропередачи, при этом наиболее повреждаемым элементом являются неизолированные провода (до % всех отказов).
5. Созданы теоретические положения управления системой технического обслу живания электрооборудования распределительных сетей на базе теории массового обслуживания, предложенных в качестве математических моделей функционирова ния электрооборудования и систем электроснабжения, с учетом динамических взаи мосвязей между ними, характера природно – климатических факторов. Основными законами распределения количества отказов электрооборудования напряжением 0,38…10 кВ являются экспоненциальный (68%), нормальный (13%), равномер ный (5%), а также логарифмический нормальный (5%).
6. Разработанная методика, позволяет достоверно определять степень тесноты взаимосвязи между природно-климатическими факторами, отказами электрооборудо вания и человеческим фактором. В 65% случаях теснота связи отказов с природно-климатическими факторам является высокой, в 13% - весьма высокой, в 12% - заметной, в 4% - умеренной, в 6% случаях - слабой. Уста новлено, что 62% общей вариации отказов обусловлено вариацией природ но-климатического фактора.
7. Предложена методика и разработан алгоритм оценки эффективности и со вершенствования комплекса средств технического обслуживания для повышения на дежности, в котором каждая составляющая рассматривается как одноканальная или многоканальная система массового обслуживания с ограниченной очере дью (система с потерями) для потребителей первой категории и неограни ченной очередью (система без потерь) для потребителей второй и третьей ка тегории по надежности электроснабжения.
8. Идеальная эффективность удовлетворения заявки (устранения отказа электро оборудования), равная 0,97…0,99, получена при входящем пуассоновском потоке (одинарный равномерный поток) и выходящем потоке Пальма (поток без по следствий). Она позволяет планировать систему технического обслуживания на любой период времени.
9. Разработано программное обеспечение «Эксперт 1.0» в среде про граммирования Delphi версии 7.0 фирмы Borland, позволяющее проводить оценку эффективности комплекса средств технического обслуживания для повышения надежности электрооборудования воздушных линий напряжени ем 0,38…10 кВ по Рязанскому региону.
10. Произведена оценка экономической эффективности от реализации разрабо танного комплекса средств технического обслуживания электрооборудования систе мы электроснабжения на предприятиях ОАО «МРСК Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго». Ожидаемый экономический эффект составил 760,6 тыс. рублей для филиала «Михайловский РЭС».
11.Результаты исследования внедрены в учебный процесс по дисципли не «Надежность электрического оборудования и систем электроснабжения»
для студентов специальности 110302.65 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» и направлению подготовки бакалавров 110800.62 «Аг роинженирия», профиль подготовки «Электрооборудование и электротехно логии в сельском хозяйстве» в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Ря занский государственный агротехнологический университет имени П.А. Кос тычева», а также на курсах повышения квалификации сотрудников ОАО «МРСК Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго». Предприятию дана рекомендация о необходимости оснащения служб программным обеспечени ем «Эксперт 1.0».
Основные положения диссертационной работы отраженны в следующих публикациях:
I. Издания по перечню ВАК:
1. Лопатин, Е.И. Использование программного обеспечения для оценки мероприятий по повышению надежности воздушных линий / Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2011, №6. – С. 22 – 24.
2. Лопатин, Е.И. Оценка организационно – технических мероприятий по вышения надежности электроснабжения / Е.И. Лопатин // Вестник Мичурин ского государственного аграрного университета. - 2011, №1. - часть 1. – С. – 224.
3. Лопатин, Е.И. Анализ надежности электрооборудования распредели тельных сетей напряжением 0,38…10 кВ /Е.И. Лопатин // Сельский механиза тор,- 2011, №6. – С. 30 – 31.
II. Прочие публикации:
1. Лопатин, Е.И. Стратегии обслуживания электрооборудования / Т.Н. Ва сильева, Е.И. Лопатин // Сборник статей XIV международная научно практическая конференции молодых учёных и специалистов «Молодость, та лант, знания агропромышленному комплексу России», Троицк: УГАВМ, 2009.
- С. 245 – 248.
2. Лопатин, Е.И. Дистанционный контроль технического состояния опор воздушных линий 0,4…10 кВ/ Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Сборник науч ных докладов Международной научно – практической конференции «Ресур сосберегающие технологии и техническое обеспечение производства зерна»
(5-6 октября 2010 г., Москва).
3. Лопатин, Е.И. Оценка периодов интенсивных отказов оборудования распределительных сетей 0,38 …10 кВ / Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Сборник статей международной научно-практической конференции студен тов, аспирантов и молодых ученых «Модернизация АПК в контексте обеспе чения продовольственной безопасности государства», Курск: КГСХА, 2010. С. 44 - 48.
4. Лопатин, Е.И. Исследование корреляционной связи климатических факторов, действия персонала и отказов электрооборудования распредели тельных сетей 0,38…10 кВ / Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин //Сборник науч ных статей 63 – международной научно – практической конференции студен тов, аспирантов и молодых ученых, Мичуринск: МичГАУ, 2011. – С. 34 – 37.
5. Лопатин, Е.И. Анализ надежности электрооборудования распредели тельных сетей в сельском хозяйстве /Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Сбор ник статей международной научно – практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых посвященный 70 – летию профессора Некра шевича В.Ф., Рязань: РГАТУ, 2011. – С.45 – 48.
6. Лопатин, Е.И. Использование программного обеспечения для оценки комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования для повышения надежности электроснабжения /Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Сборник работ III этапа Всероссийской научно – практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Саратов: СГАУ, 2011. – С.145 – 148.
7. Лопатин, Е.И. Использование программного обеспечения для оценки организационно - технических мероприятий повышения надежности элек троснабжения/Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Вестник РГАТУ. – 2011, №2.
8. Лопатин, Е.И. Анализ причин отказов электрического оборудования распределительных сетей 0,38…10 кВ /Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Вест ник РГАТУ. – 2011, №3.
9. Лопатин, Е.И. Надежность счетчиков электрической энергии при их эксплуатации /Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Вестник РГАТУ. – 2012, №1.
Подписано в печать _ 2012 года. Заказ № Формат 6090/16. Усл. печ. л. 1 Тираж 100 экз.
Типография Рязанского государственного агротехнологического университета