Оценка надежности объектов энергетики с учетом особенностей их экплуатации
На правах рукописи
Карабанов Андрей Анатольевич ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ИХ ЭКПЛУАТАЦИИ Специальность 05.14.01 – Энергетические системы и комплексы
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Нижний Новгород – 2007
Работа выполнена на кафедре Электроэнергетика и электроснабжение ГОУ ВПО Нижегородский государственный технический университет (НГТУ)
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Папков Борис Васильевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Назарычев Александр Николаевич кандидат технических наук, доцент Смирнов Олег Валерьевич
Ведущая организация: Межрегиональное территориальное управ ление технологического и экологического надзора Федеральной службы по экологи ческому, технологическому и атомному надзору по Приволжскому Федеральному округу
Защита состоится 17 мая 2007 г. в 14 часов в ауд. 1258 на заседании дис сертационного совета Д 212.165.02 при Нижегородском государственном тех ническом университете по адресу: г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского госу дарственного технического университета.
Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 603 950, ГСП-41 г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, НГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.165.02.
Автореферат разослан «16» апреля 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.165. кандидат технических наук, доцент В.В. Соколов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы диссертации. Развитие конкурентных отношений в электроэнергетике и участившиеся в мире крупные системные аварии указыва ют на необходимость повышения внимания к обеспечению надежности энерго систем и энергообъединений. Часть проблем в обеспечении надежности энер гообъектов возникают из-за хозяйственного разделения участников единого технологического процесса генерации, передачи, распределения и потребления электроэнергии.
Проявляется отставание в процессах адаптации нормативно-правовой ба зы и в развитии подходов к организации системы управления надежностью к существующим в экономике условиям.
Предотвращение аварийных ситуаций в электроэнергетических системах (ЭЭС), с учетом имеющихся приоритетов и существующих недочетов в отрасли - важная научно-техническая проблема, состоящая из множества задач. В каче стве основных выделяют: организацию систем сбора и обработки информации о функционировании ЭЭС с проведением качественного инженерного и стати стического анализа информации;
создание более совершенной системы экс плуатации оборудования и управления надежностью ЭЭС с учетом возможной ее коррекции и оценки эффективности;
построение структурно надежных схем ЭЭС.
Одним из наиболее слабоизученных методических вопросов исследова ния надежности систем энергетики остается подготовка исходной информации, получение и исследование свойств которой является основной задачей связан ной с анализом надежности, оценкой численных значений показателей и ис пользованием их при проектировании, перспективном развитии и эксплуатации в энергосистемах.
Недостатки существующей системы сбора информации о технологиче ских нарушениях и эксплуатационных характеристиках, оборудования систем энергетики приводят к частичной потере данных, снижению точности оценки надежности, невозможности выявления причин отключений и их последствий.
Увеличение надежности оборудования в ЭЭС, совершенствование систе мы его эксплуатации приводят к сокращению объемов однородных данных об отключениях и технологических нарушениях. Ошибки, допущенные при сборе информации, не могут быть исправлены никакими, даже самыми современны ми методами математической статистики. Как следствие, для расчета показате лей надежности поступают недостоверные оценки эксплуатационных характе ристик оборудования ЭЭС. Поэтому проблема разработки новых и совершенст вования существующих методов исследования характеристик оборудования и систем управления эксплуатацией ЭЭС в условиях ограниченной статистиче ской информации приобретает особую актуальность.
Цель работы – разработка и совершенствование методических основ сбора и обработки статистической информации об эксплуатационных характе ристиках оборудования ЭЭС, разработка структуры системы сбора и обработки информации о нарушениях в работе оборудования ЭЭС, моделей системы экс плуатации для повышения ее эффективности и управления надежностью обо рудования ЭЭС.
Цель работы определяет следующие задачи исследования:
• анализ существующей системы сбора и обработки информации о нару шениях в работе оборудования ЭЭС, системы управления эксплуатацией обо рудования и выявление особенностей сбора и обработки статистической ин формации о надежности работы оборудования;
• совершенствование принципов классификации оборудования ЭЭС по отношению к показателям надежности, формирование массивов однородной информации;
• выявление степени влияния статистической информации о надежности оборудования на способы ее обработки;
• оценка надежности энергооборудования на основе статистических вы водов и байесовского подхода к получению объективных оценок показателей надежности;
• разработка моделей и алгоритмов управления надежностью в энерго системах для повышения эффективности системы эксплуатации.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является электроэнергетическая система как совокупность административно независи мых субъектов, объединенных единым технологическим процессом, управ ляющих оборудованием и обслуживающих его в энергосистемах.
Предметом исследования являются принципы сбора и обработки стати стической информации, методы управления надежностью и системой эксплуа тации оборудования ЭЭС.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использова лись: методы теории множеств, теории вероятностей и математической стати стики, функционального анализа, распознавания образов, теории надежности, экономико-математического анализа, экспертного оценивания.
Достоверность полученных результатов. Достоверность предложенных моделей и обоснованность результатов исследований обеспечивается коррект ным применением теории, результатами проведенных исследований и вычис лительных экспериментов, а также данными, полученными в реальных услови ях эксплуатации электрооборудования на энергообъектах. Подтверждается по ложительным опытом использования моделей управления эксплуатацией объ ектов энергосистем.
Научная новизна и значимость полученных результатов заключается в следующем:
1. В работе получила дальнейшее развитие теория обработки ограничен ной статистической информации о надежности оборудования ЭЭС, что в усло виях несовершенной системы сбора и обработки информации, позволяет полу чать уточненные значения показателей надежности.
2. На основе системного подхода разработаны предложения по совер шенствованию математических моделей системы эксплуатации энергообъек тов, системы сбора и обработки информации о нарушениях в работе оборудо вания, которые дают возможность более точно и корректно оценить эффектив ность системы эксплуатации оборудования ЭЭС.
3. Показано, что для повышения эффективности системы эксплуатации необходима оценка возможного объема, требуемого технического обслужива ния и ремонта, что позволяет в условиях имеющихся ограничений материаль ных ресурсов выбрать и рекомендовать к проведению только те мероприятия, которые максимально снижают ущерб от технологических нарушений.
4. Предложены обобщенные математические модели, позволившие ре шить задачу выбора профилактических мероприятий и оценить эффективность системы эксплуатации оборудования ЭЭС по различным критериям.
Практическая ценность работы.
1. Результаты исследований необходимы для конкретной реализации ряда статей федеральных законов «Об электроэнергетике», «О техническом ре гулировании», «О естественных монополиях».
2. Разработанная система сбора и обработки информации позволяет по лучить оценки надежности работы оборудования ЭЭС в условиях малых объе мов однородных статистических данных. Значения эксплуатационных характе ристик и показателей надежности, являются информационным обеспечением математических моделей, позволяющих адаптировать систему эксплуатации к изменяющимся условиям при ограниченных ресурсах.
3. Рекомендуемая система сбора и обработки информации обеспечит большую достоверность, достаточность и качественное соответствие информа ции требованиям субъектов электроэнергетики и действующей нормативной документации, позволит снабдить достоверной информацией структурные под разделения и головные предприятия отрасли.
4. Предложенная классификация информации и оборудования по показа телям надежности может быть использована для подготовки стандартов обра ботки статистической информации в отрасли. Предлагаемые модели управления системой эксплуатации позволяют в рамках действующей нормативно технической документации, ограниченных финансовых, трудовых и временных ресурсах, повысить надежность ЭЭС и эффективность системы эксплуатации.
Реализация результатов работы.
1. Положения диссертационной работы использованы при оценке надеж ности работы оборудования и системы эксплуатации сетевых предприятий Ни жегородской и Ленинградской энергосистемы.
2. Результаты проведенных расчетов переданы в ФГУ ПФО «Ростехнад зор», Нижегородское представительство ПЦ «Энерго», филиал ОАО «ФСК ЕЭС» Ленинградское предприятие магистральных электрических сетей.
3. Результаты работы используются в учебном процессе Нижегородского государственного технического университета при чтении курсов «Надежность ЭЭС», «Оптимизация в ЭЭС», «АСУ ЭЭС» и в дипломном проектировании.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Исследо вание связано с работами кафедры «Электроэнергетика и электроснабжение» НГТУ, проводимыми в соответствии с Федеральной целевой программой «Ре формирование и развитие оборонно-промышленного комплекса (2002 – г.)»;
Федеральной целевой научно-технической программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на – 2006 г., блока «Поисково-прикладные исследования и разработки», раздела «Топливо и энергетика». Работа соответствует основным направлениям про граммы научных исследований и экспериментальных работ по повышению на дежности, определенных «Положением о технической политике в распредели тельном электросетевом комплексе».
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Усовершенствованная система сбора и обработки статистической ин формации об эксплуатационных характеристиках оборудования ЭЭС.
2. Принципы классификации технологических нарушений в ЭЭС.
3. Новый подход к практическому решению вопроса оценки надежности оборудования в ЭЭС в условиях ограниченности однородной статистической информации о показателях надежности энергооборудования энергосистем.
4. Модели и алгоритмы повышения эффективности системы эксплуата ции и управления надежностью оборудования ЭЭС.
Апробация результатов диссертации. Основные положения диссерта ционной работы и ее отдельные результаты представлены на двух всероссий ских научных семинарах РАН с международным участием им. Ю.Н. Руденко «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергети ки», Псков, 2005 г. Харьков, 2006 г.;
на международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития энерготехнологии». Бенар досовские чтения. Иваново, 2005 г.;
девятой международной конференции сту дентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Моск ва, 2003 г;
на второй и четвертой Всесоюзной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», Нижний Новгород, 2003 и г.г.;
на научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электро энергетики», Нижний Новгород, 2002 и 2003 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, че тырех глав, заключения, списка литературы из 106 наименований и двух при ложений. Объем диссертации составляет 129 страниц основного текста, вклю чая 19 рисунков и 28 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении определена актуальность работы, сформулированы цели и основные задачи исследования, показана научная новизна, практическая цен ность и теоретическая значимость работы, связанная с необходимостью учета показателей надежности оборудования в задачах управления эксплуатацией, указаны методы исследования, приведена структура диссертации.
В первой главе представлены выводы проведенного аналитического об зора и критического анализа основных исследований в области надежности, по организации систем сбора и обработки информации в ЭЭС, проведенного ана лиза состояния вопросов управления системой эксплуатации и надежностью оборудования энергосистем.
Существенный вклад в решение этих проблем был внесен участниками Всероссийского научного семинара РАН «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики». Развитию теории и методов обеспе чения надежности систем энергетики посвящены работы Ю.К. Беляева, В.А.
Веникова, Н.И. Воропая, Ю.Б. Гука, В.Г. Китушина, Н.А. Манова, Л.А. Мелен тьева, Б.В. Папкова, Ю.Н. Руденко, И.А. Рябинина, М.Г. Сухарева и др.
Научной основой для организации систем сбора и обработки ограничен ной статистической информации в системах энергетики являются исследования И.А. Ушакова, Ф.И., Фишбейна, Е.М. Червонного и др.
В создание теоретических основ и методов организации планирования и управления ремонтом энергооборудования, моделирования сложных энергети ческих систем большой вклад внесли отечественные и зарубежные ученые:
Е.Ю. Барзилович, Р. Барлоу, Ф.Байхельт, В.Ф. Воскобоев, А.А. Филатов, М.А Короткевич, В.А. Савельев, А.Н. Назарычев, В.А. Каштанов, Г.В. Рубальский, В.В. Калашников и др.
Однако вопросы обеспечения надежности с позиций организации эффек тивного функционирования системы технического обслуживания и ремонта оборудования энергетических систем с учетом ограниченной статистической информации о технологических нарушениях в работе энергообъектов в этих работах отражены недостаточно полно или претерпели изменения в связи с из менением экономических основ государства и отношений между предприятия ми отрасли и нуждаются в существенной доработке.
Поскольку проблема обеспечения эффективности функционирования системы эксплуатации не может быть решена без определения фактической на дежности оборудования в ЭЭС, показано, что данные о ее показателях могут быть получены только путем модернизации существующих систем сбора и об работки информации о технологических нарушениях в работе энергосистем.
Критический анализ существующей системы сбора и обработки инфор мации используемой предприятиями отрасли показал ее несоответствие многим дополнительным требованиям к энергетике в условиях рыночных отношений.
В заключительной части главы сформулированы цели, определены ис точники информации, методы ее сбора и обработки, инструменты контроля и повышения надежности оборудования энергосистем;
определены основные на правления использования информации о надежности действующего оборудова ния;
приведены обоснования необходимости совершенствования системы тех нического обслуживания и ремонта, а также обзор современных методов диаг ностики оборудования ЭЭС.
Во второй главе представлены результаты анализа надежности энерго объектов региональных сетевых компаний (РСК) ОАО «Ленэнерго» и ОАО “Нижновэнерго”. Для определения основных показателей надежности оборудо вания ЭЭС, их законов распределения проведен ретроспективный анализ стати стики внезапных отключений оборудования за 1998 – 2004 годы. Объем стати стического материала для ЛЭП 220 кВ составил 857 кмлет, а ЛЭП 110 кВ – 3809 кмлет.
Важнейшая роль в проведенных исследованиях отведена определению фактической надежности электрооборудования, работающего в широко изме няющемся диапазоне внешних воздействий на него и, следовательно, обладаю щего разными количественными характеристиками показателей надежности.
Представлен результат расчета характеристик параметра потока отказов ВЛ кВ по каждому из предприятий электрических сетей (ПЭС) и нижегородской ЭЭС в целом. Для иллюстрации возможностей увеличения объемов исходной информации приведен пример объединения выборок по ПЭС в РСК.
Представлены результаты исследования надежности энергосистем на ос нове системы показателей, характеризующих эксплуатацию оборудования энергопредприятий (энергообъектов). Формулы, используемые для расчета по казателей оценки уровня эксплуатации и ремонта приведены в табл. 1, числен ные значения показателей, оценка которых произведена на основании исходной информации о технологических нарушениях в ЭЭС представлены табл. 2, 3.
Таблица 1.
Показатели уровня эксплуатации оборудования РСК Показатель на- Формула Обозначения дежности Передачи элек- W W - недоотпуск электроэнергии, W - от К НПЭ = 1 троэнергии W -WП пуск электроэнергии в сеть и WП - потери в сетях. (тыс. кВт·ч.) ЛЭП mЛЭП - количество нарушений на ЛЭП, m ЛЭП Н.ЛЭП = L ЛЭП / 100 LЛЭП - протяженность ЛЭП в км/ mT Трансформато- - количество нарушений в работе транс Н.Т. = m ров ПС 35- T форматоров, nT - количество единиц обору nT / кВ дования.
Выключателей mQ mQ - количество нарушений на ПС 35- Н. Q = ПС 35-110 кВ кВ, nQ - количество единиц оборудования.
nQ / ТП mТП - количество нарушений в работе ТП, mТП Н. ТП = nТП - количество ТП.
nТП / Удельный пока- mРСК mРСК - количество нарушений в работе РСК = Н. РСК затель надежно- nРСК / 10000 за отчетный период, n - количество ус сти работы РСК РСК ловных единиц оборудования РСК.
Таблица 2.
Показатель Н. РСК для РСК ОАО «Ленэнерго» nРСК m РСК Н. РСК Период 2002 320950 1328 2003 316809 2117 2004 318634 2225 В диссертации поставлена и решена задача определения характерных осо бенностей статистики повреждений, ошибок и их причин, возникающих при сборе и обработке информации о надежности работы оборудования, эксплуати руемого в ЭЭС.
Таблица 3.
Данные о технологических нарушениях в РСК РСК ОАО «Нижновэнерго» РСК ОАО «Ленэнерго» Показатели 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2002 г. 2003 г. 2004 г.
Общее число инцидентов 1330 2118 2225 789 - из-за ошибочных действий 4 12 11 4 - в сетях 35 -330 кВ 236 279 244 152 - в сетях 6-10 кВ 1094 1839 1981 637 Недоотпуск электроэнергии 3375 5738 3168 609 (тыс. кВт·ч):
- из-за ошибочных действий 26 44 28 0 - в сетях 35 -330 кВ 1663 1656 833 79 - в сетях 6-10 кВ 1712 4082 2335 530 Ущерб всего (тыс. руб.): 24108 49660 27940 7165 - из-за ошибочных действий 9 257 5488 0 - в сетях 35 -330 кВ 12588 29702 9530 4069 - в сетях 6-10 кВ 11520 19958 18410 3096 Сравнение характеристик показателей надежности в РСК ОАО “Ленэнер го” и ОАО “Нижновэнерго” возможно на основе оценок объема оборудования в этих системах. Предлагаемая схема мониторинга надежности представлена на рис. 1. Результаты проведенных исследований позволили определить цели, за дачи, функции и структуру мониторинга надежности региона, с точки зрения эксплуатации объектов энергосистемы подконтрольных Ростехнадзору и мини стерству энергетики региона. На этом основании предложен вариант практиче ской реализации механизмов системы мониторинга энергобезопасности на уровне региональных энергосистем и вариант организации системы сбора и об работки статистической информации рис.1.
Сплошными линиями представлены существующие каналы передачи информации о технологических нарушениях между субъектами электроэнерге тики на уровне РЭС;
пунктирными – предполагаемая схема сбора и передачи информации в системе мониторинга надежности;
штрих- пунктирная – обозна чает систему мероприятий по повышению надежности.
Энергообъекты, в том числе ЕНС Диспетчер ПЭС ННС Отчеты по надежности и показатели эффектив ности функционирова Диспетчерские Диспетчер ния сети 6,10,35, 110 кВ службы СК ские служ бы ГК Филиалы Филиал «СО-ЦДУ МРО ФСК ЕЭС» РСК Ростехнадзора РДУ РГК ТГК Региональные от деления Ростехнадзора 1) Сбор и анализ статистической ин формации.
Сообщения, об 2)Формирование отчетной информации авариях и отказах за контролируемые.
в ОЗ ДУ Ростехнадзор, РЦТИ, ЦДУ, ОДУ, РДУ ФСК, РСК, РГК, СК Рис. 1 Система сбора информации о надежности оборудования ЭЭС Информация должна собираться региональными диспетчерскими управ лениями (РДУ), предприятиями электрических сетей региональных сетевых компаний (ПЭС РЭС), филиалами федеральной сетевой компании (ФСК) и тер риториальной генерирующей компании (ТГК). На этом же уровне формируют ся отчеты по надежности работы оборудования и эффективности функциониро вания предприятий. На основе отчетов предприятия ведомственного и государ ственного технического надзора могут рекомендовать выполнение технических мероприятий для повышения уровня надежности и повышения эффективности функционирования объектов энергетики.
В третей главе исследованы особенности сбора и обработки статистиче ской информации о надежности работы оборудования в электроэнергетических системах.
На основе анализа имеющейся информации предложено вычисление ос новных этапов формирования однородных массивов статистической информа ции о технологических нарушениях в работе ЭЭС:
1. Априорный анализ предпосылок к возможному объединению разно родных данных.
2. Инженерный анализ данных (формирование однородных массивов ин формации.
3. Проверка отсутствия противопоказаний к объединению по разным вы боркам.
4. Анализ применимости критериев проверки статистических гипотез с учетом специфики информации.
Результаты анализа действующей системы сбора и обработки информа ции, позволили разработать принципы ее классификации с учетом влияния тех нологических нарушений и отказов на показатели надежности оборудования энергосистем, по структурным признакам, по видам отказов, по отношению к показателям надежности.
Разработаны предложения по классификации информации для определе ния:
• потока отказов однотипного оборудования;
• условной вероятности развития отказов;
• времени восстановления электроснабжения при отказах;
• времени восстановления работоспособности оборудования энергосистем.
Такой подход позволил выработать предложения по вариантам задания в справочной литературе оценок показателей надежности с учетом предлагаемо го классификатора.
Приведены уточненные на основе байесовского подхода математические выражения, позволяющие использовать предложенный классификатор для объ единения статистических данных по системам электроэнергетики с разными сроками эксплуатации оборудования, когда инженерный анализ и критерии проверки однородности подтверждают возможность объединения статистиче ской информации.
Представлены результаты анализа факторов влияющих на точность оце нок показателей надежности и однородность обрабатываемого статистического материала, выявлены характерные ошибки при расчетах статистических оце нок.
В четвертой главе представлены модели, позволяющие на основе стати стической информации разработать эффективные методы управления надежно стью и эффективностью работы энергосистем.
Предложен новый принцип построения системы эксплуатации энергообъ ектов отрасли и механизм ее адаптации к изменяющимся условиям, которые представлены структурной схемой рис. 2.
В предлагаемая модель адаптивного управления системой технического обслуживания и ремонта (ТОиР), содержит информацию используемую для оценки состояния энергообъекта, из множества Х представляет функционал:
xt = x( xt 1 ;
U t ;
t ;
t ), (1) где x t – вектор текущего технического состояния оборудования энергосистемы (энергообъекта) в момент t, определяемый с учетом оценок параметров xt 1, xt 2,...x0 за интервалы времени t-1, t-2,…t0..;
U t = U ( t ;
t ) - функционал управляющего воздействия;
t – ограничения, учитывающие условия эксплуа тации оборудования в момент времени t.
Система эксплуатации оборудования энергосистем X - множество U - множество Объект управле- выходной управляющих ния (ОУ) информации воздействий Энергосистема, энер гообъекты Контролирующий блок xt (КБ) Ut Измерители, контролирующие органы, правила определения показателей и Регулятор технического оценок состояния оборудования, для состояния (Р) разработки эксплуатационных меро приятий.
Система ТОиР энергообъектов t Корректировка системы ТОиР t Адаптер (А) / Рис. 2. Структурная схема модели адаптивного управления надежностью энергосистем.
Множество параметров выходной информации Х поступает от ОУ, часть которой xt используется КБ для оценки состояния энергообъекта. КБ состоит из контрольно-измерительных органов, системы мониторинга надежности и оцен ки состояния конкретного энергообъекта или энергосистемы в целом. В резуль тате обработки информации контролирующим органом, формируются оценки состояния оборудования. Функционал оценки состояния в момент t:
t = ( t 1 ;
U t ;
t ;
t ). (2) Регулятор технического состояния осуществляет управляющие воздейст вия на изменения текущего технического состояния оборудования, полученные по результатам оценки, определяемой диагностикой оборудования и анализом технологических нарушений.
Управляющее воздействие адаптера формирует набор работ по ТОиР, противоаварийных мероприятий с учетом произошедших за интервал времени t изменений xt. Так как за время t происходит изменение текущего технического состояния оборудования, возможно изменение причин технологических нару шений, а также ограничений, накладываемых на ресурсы и требований к обес печению надежности. Коррекция управляющего воздействия зависит от резуль татов оценки состояния ТОиР и оборудования в момент времени t.
Задача минимизации функции суммарных затрат на все виды работ и сум марного уменьшения ущерба при выполнении их выглядит как:
F = Z Y = i =1 i z i j =1 k j f j ( z1 + z 2 +... + z n ) min (3) n m где k j - количество повреждений j - го вида, при ограничениях на ресур n сы: P z i Q, P, Q – ограничения на суммарные затраты;
pi, qi - ограниче i = ния по каждому виду затрат pi z i qi.
Тогда целевая функция примет вид:
( ) F = i=1ij zi j=1 i=1 k j ij zi = i=1 zi i j=1 k j ij min (4) n m n n m Предлагаемая модель позволяет составить программу ТОиР по типам оборудования и энергообъектам, осуществить планирование материальных, финансовых и трудовых ресурсов.
Показано, что выбор стратегии должен учитывать и затраты на обеспече ние надежности при всех возможных технических состояниях ВЛ. Неучет тех нического состояния ВЛ и распределение вероятностей причин их отключений приводит к излишним затратам, оценки минимальных значений которых при ведены в таблице 4.
Таблица 4.
Минимальные значения излишних затрат при проведения ТОиР в ПЭС Техническое Удельные затраты на 100 км Средние Минимальные зна состояние ВЛ ВЛ 6-10 кВ для выполнения удельные чения излишних противоаварийных мероприя- затраты, затрат на выполне тий, тыс. руб (вероятность при- тыс. руб ние противоава нимаемых мероприятий) рийных мероприя тий, тыс. руб G1 G2 G Поросль на трассе или Стратегия S узкая просека 15(0,7) 147,1(0,25) 78,2 51,2 (0,05) Стратегия S -(-) 132,1(0,5) 63,2(0,5) 97,65 46, Стратегия S -(-) 132,1(1) -(-) 132,1 80, Механическая проч- Стратегия S ность меньше норма- -(-) 132,1(0,22) 63,2(0,78) 78,36 тивных значений Стратегия S внешних воздействий, -(-) 132,1(0,5) 63,2(0,5) 97,65 19, наличие дефектов Стратегия S -(-) 132,1(1) -(-) 132,1 53, Проведенные исследования выявили, что наиболее часто используемые сетевыми предприятиями энергосистем стратегии при проведении ТОиР не со держат необходимого набора противоаварийный мероприятий, поэтому они не рациональны.
В ряде случаев, при одинаковых причинах отключений оборудования, энергопредприятия, находящиеся в одних и тех же климатических условиях, принимают разные стратегии проведения противоаварийных мероприятий.
При анализе сведений, полученных за последнее десятилетие с метеоро логических станций, выяснилось, что скорость ветра и масса отложений на проводах превышала норму только в 10-15% случаев. Вместе с тем, до 50% случаев массовых отключений ВЛ в энергосистемах происходили при скорости ветра 5-10 м/c с максимальными порывами до 15 м/с без образования гололедно - изморозевых отложений на проводах, тогда как за нормативную принята ско рость ветра не менее 21 м/с. Расследование массовых отключений ВЛ 6-10 кВ показывает, что большинство повреждений вызывается не воздействием голо леда, ветра или их сочетаний, а падением деревьев на них или перекрытием на поросль во время этих воздействий.
Если на всех отключающихся ВЛ осуществлять противоаварийные меро приятия G1, G2, G3 (таблица 4), то можно практически полностью устранить массовые отключения ВЛ. Однако при этом появятся излишние затраты, обу словленные тем, что надежность части ВЛ может быть повышена выполнением только одного из трех мероприятий.
Поставлена и решена задача оптимизации структуры системы оператив ного обслуживания и ремонта (ООиР) электрических сетей.
Для оптимизации структуры ООиР требуется минимизировать объем пе реездов оперативного и ремонтного персонала с учетом выполнения требуемых объемов работ в заданных районах, при условии минимума суммарных затрат на обслуживание энергообъектов.
Основываясь на требованиях к ликвидации аварий и формам обслужива ния, учитывая среднюю скорость передвижения транспорта, коэффициент плотности дорог в европейской части, среднее время доставки оперативного персонала на объект принято равным 20 минут.
В поставленной задаче энергосистема представляется как дискретная структура, состоящая из совокупностей конечного числа объектов. Это позво ляет применить для ее исследования методы кластерного анализа и комбинато рики. Предложен алгоритм решения задачи оптимизации структуры системы ООиР, состоящий из двух этапов:
1. Минимизация расстояний от энергообъектов до центров обслуживания.
2. Дооптимизация полученных структур в условиях ограниченных вре менных и финансовых ресурсов.
Процесс выбора центров обслуживания и объектов, входящих в зону об служивания итеративный, после каждой итерации рассчитывается значение це левой функции. На рис. 3, 4 и 5 символы « » - обозначают энергообъек ты, принадлежащие соответствующим районам с центрами обслуживания обо значенными символом « ». Расстояния между объектами даны в относитель ных единицах Рис. 3. Исходное расположение Рис. 4. Результаты оптимизации центров обслуживания. структуры ООиР методом нечетких средних.
Задача дооптимизации распределения ресурсов при организации опера тивного обслуживания и ремонта в полученных районах решена методом ли нейного программирования. Результат оптимизации распределения ресурсов в каждом отдельном энергорайоне представлен на рис. 5, где показаны зоны об служивания оперативных выездных бригад (ОВБ). Объекты вне этих зон об служиваются дежурными энергообъектов. Средняя суммарная интенсивность откл потока требований с энергообъектов при моделировании = 0.002152.
час Рис. 5. Дооптимизированные методом линейного программирования структуры системы оперативного обслуживания и ремонта.
Проведенные на модели системы оперативного обслуживания исследова ния, при различных средних интенсивностях потока требований откл 0.00015 0.007 с 10, 15, 20 объектов и одном обслуживающем час центре, с использованием метода линейного регрессионного анализа позволили выявить функциональную зависимость коэффициента готовности от потока требований с энергообъектов в относительных единицах, которые представле ны на рис. 6.
1, 1, 0, Кг о.е. 0,60000 0, 0, 0, 0,07 0,31 0,36 0,43 0,50 0,57 0,64 0,71 0,79 0,86 0,93 1, Инт. о.е.
Рис. 6. Зависимость коэффициента готовности системы ООиР от интен сивности потока требований с энергообъектов Для реализации период проведения ремонтной кампании комплексного подхода при выполнении плановых, неотложных и аварийных ремонтных ра бот на оборудовании основной сети энергосистем, разработано техническое задание и опытный вариант программного комплекса по автоматизированному формированию планов ремонта оборудования энергосистем.
Комплекс позволяет минимизировать:
1. Объемы оперативных переключений с целью минимизации количест ва отключаемых объектов и величины возможных ограничений потребителей по мощности и энергии.
2. Длительность режимов с ослабленной схемой: основной сети энерго системы, схем выдачи мощности электростанций в систему, межсистемных и внутрисистемных транзитов мощности.
3. Снижение показателей структурной надежности сети и показателей качества электрической энергии.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Проведен критический анализ существующей системы сбора и обра ботки информации о нарушениях в работе оборудования ЭЭС и существующей системы управления эксплуатацией оборудования в энергосистемах 2. Выявлены особенности сбора и обработки статистической информации о надежности работы оборудования в электроэнергетических системах в усло виях перехода отрасли к рыночным отношениям. Разработаны принципы клас сификации и формирования массивов однородной информации в ЭЭС, необхо димые для решения задач современной энергетики.
3. Сформулированы правила классификации оборудования ЭЭС по пока зателям надежности и плотности распределения параметров его надежности.
Произведена оценка влияния качества и объема статистической информации о надежности оборудования на способы ее обработки.
4. Для оценки значений параметров надежности и законов распределения случайных величин, показателей надежности применен байесовский подход, позволяющий уточнять оценки параметров надежности при появлении допол нительной статистической информации.
5. Сформулированы предложения по корректировке существующей структуры системы сбора и обработки, передачи информации об эксплуатаци онных характеристиках оборудования ЭЭС, технологических нарушениях в ЭЭС и самой системе эксплуатации.
6. Разработаны алгоритмы и модели управления надежностью в энерго системах, повышения эффективности и оптимизации структуры существующих систем эксплуатации оборудования.
7. Для реализации комплексного подхода к ремонту оборудования ЭЭС в период проведения ремонтной кампании разработан опытный вариант про граммного комплекса по автоматизированному формированию планов ремон та оборудования энергосистем.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Научные работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Васильев А.П. Адаптивное управление надежностью оборудования энергосистем / Васильев А.П., Карабанов А.А., Папков Б.В. // Приборы и Сис темы. Управление, Контроль, Диагностика. – №3. – 2006. – С. 64 – 68.
Статьи, опубликованные в других изданиях:
2. Карабанов А.А. Автоматизация формирования плана ремонтов сетевого оборудования ЭЭС / Карабанов А.А., Папков Б.В. // Радиоэлектроника, Элек тротехника и энергетика: Тез. Докл. Девятой международной науч.- техн. Конф.
Студентов и аспирантов. – Т.3. — М.: издательство МЭИ, 2003. – С. 254 – 255.
3. Карабанов А.А. Автоматизация планирования ремонтов электрообору дования энергосистем / Карабанов А.А., Папков Б.В. // II Региональная моло дежная научно-техническая конференция / Тез. Докл Будущее технической науки нижегородского региона. — Н.Новгород, 2003. – С. 71.
4. Карабанов А.А. Показатели эффективности эксплуатации оборудования в энергосистемах / Карабанов А.А., Папков Б.В. // Международная научно техническая конференция XII Бенардосовские чтения. «Состояние и перспекти вы развития электротехнологии». Тез. Докл. – Т.1.—Иваново, 2005. – С. 99.
5. Карабанов А.А. Требования к интерфейсу программ сбора и анализа статистики отключений в энергосистемах / Карабанов А.А. // Международная научно-техническая конференция. «Будущее технической науки». Тез. Докл. – Н.Новгород, 2005. – С. 69 – 70.
6. Иванов А.В. Автоматизация планирования ремонтов электрооборудо вания энергосистем / Иванов А.В., Карабанов А.А., Папков Б.В // Труды Ниже городского государственного технического университета. / Электрооборудова ния промышленных установок. – Т.49. – Н.Новгород, 2005. – С. 108 – 111.
7. Карабанов А.А. Особенности обработки статистической информации в электроэнергетике / Карабанов А.А., Папков Б.В. // Материалы международной научно-практической конференции. Молодежь и наука XXI века. – Ч.1. – Улья новск, 2006. – С. 168 – 172.
8. Карабанов А.А. Проблема определения фактической надежности обо рудования в электроэнергетических системах / Карабанов А.А. // XI Нижего родская сессия молодых ученых. Техническое науки. «Голубая Ока». – Н.Новгород, 2006. – С. 100 – 101.
9. Карабанов А.А., Папков Б.В. Особенности сбора и обработки статисти ки о повреждениях в энергосистемах / Карабанов А.А., Папков Б.В // Методи ческие вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Вып.
56. – Иркутск-Псков, 2006. – С. 287 – 295.
Личный вклад соискателя. Приведенные в диссертации результаты яв ляются составной частью НИР, выполняемых при участии автора. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит формализация поста новки задач [1, 2, 3, 4, 5, 7, 10], разработка математических моделей и методов [1,2], реализация алгоритмов, обобщение и анализ результатов [1, 2, 8].