РАЗРАБОТКА  МЕТОДИКИ  ПРОГНОЗИРОВАНИЯ  ОТКАЗОВ  СЛОЖНЫХ  ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ  СИСТЕМ  НА  ПРИМЕРЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  СЕТЕЙ

Кондрашова  Юлия  Николаевна

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  «Электроснабжения  промышленных  предприятий»  Федерального  государственного  бюджетного  образовательного  учреждения  высшего  профессионального  образования  «Магнитогорский  государственный  технический  университет  »

РФ,  г.  Магнитогорск

E-mail :rotjuil720@mail.ru

Николаев  Артемий  Андреевич

студент  5  курса  «Электроснабжения  промышленных  предприятий»  Федерального  государственного  бюджетного  образовательного  учреждения  высшего  профессионального  образования  «Магнитогорский  государственный  технический  университет  »  РФ,  г.  Магнитогорск

Николаев  Андрей  Андреевич

аспирант  «Электроснабжения  промышленных  предприятий»  Федерального  государственного  бюджетного  образовательного  учреждения  высшего  профессионального  образования  «Магнитогорский  государственный  технический  университет  »  РФ,  г.  Магнитогорск

Гладышева  Мария  Михайловна

канд.  пед.  наук,  доцент  «Электроснабжения  промышленных  редприятий»  Федерального  государственного  бюджетного  образовательного  учреждения  высшего  профессионального  образования  «Магнитогорский  государственный  технический  университет  »  РФ,  г.  Магнитогорск

DEVELOPMENT  OF  THE  TECHNIQUE  OF  FAILURE  PREDICTION  OF  DIFFICULT  ELECTROTECHNICAL  SYSTEMS  ON  THE  EXAMPLE  OF  ELECTRICAL  NETWORKS

Kondrashova  Yulia

cand.  tech.  sci.,  associate  professor  of  Industrial  power  Federal  State  Educational  Institution  of  Higher  Education  of  the  Russian  Federation  «Magnitogorsk  State  Technical  University»,  Russia  Magnitogorsk

Nikolaev  Artemy

Student  of  the  5th  course  of  Industrial  power  Federal  State  Educational  Institution  of  Higher  Education  of  the  Russian  Federation  «Magnitogorsk  State  Technical  University»,  Magnitogorsk

Nikolaev  Andrey  Andreevich

graduate  student  of  Industrial  power  Federal  State  Educational  Institution  of  Higher  Education  of  the  Russian  Federation  «Magnitogorsk  State  Technical  University»,  Russia  Magnitogorsk

Gladysheva  Maria

band.  ped.  sciences,  associate  professor  of  Industrial  power  Federal  State  Educational  Institution  of  Higher  Education  of  the  Russian  Federation  «Magnitogorsk  State  Technical  University»,  Russia  Magnitogorsk

АННОТАЦИЯ

Цель  исследования  оценка  остаточного  ресурса  эксплуатируемого  оборудования,  которая  позволяет  установить  предельно-допустимый  срок  эксплуатации  или  назначить  срок  очередного  контроля  исследуемого  объекта.  Проводить  инструментальное  обследование  элементов  ВЛЭП,  эксплуатируемых  более  30  лет,  с  целью  определения  необходимых  объемов  реконструкции  или  проведения  своевременного  ремонта  ВЛЭП  и  корректировка  графика  ППР  в  зависимости  от  изменения  нагрузки,  что  снизит  расходы  на  стоимость  выполнения  работ  и  время  восстановления  электрооборудования  для  предотвращения  аварийных  ситуаций. 

ABSTRACT

The  purpose  of  research  evaluation  of  residual  life  of  equipment  in  operation,  which  allows  you  to  set  the  maximum  permissible  period  of  use  or  assign  another  term  control  of  the  object.  Conduct  instrumental  examination  elements  VLEP  operated  for  over  30  years,  in  order  to  determine  the  necessary  scope  of  reconstruction  or  repair  of  overhead  lines  and  timely  adjustment  of  the  schedule  outage  depending  on  load  changes  that  reduce  the  cost  of  cost  of  works  and  the  recovery  of  electrical  equipment  to  prevent  accidents.

Ключевые  слова:   прогнозирование;  отказы  сложных  систем;  электрические  сети

Keywords:   prediction;  failures  of  difficult  systems;  electrical  networks.

Цель  исследования  оценка  остаточного  ресурса  эксплуатируемого  оборудования.  На  основе  полученной  оценки  установить  предельно-допустимый  срок  эксплуатации  оборудования  или  назначить  срок  очередного  контроля  состояния  исследуемого  объекта. 

Задачи  исследования  оценить  текущее  состояние  воздушных  линий  находящихся  на  балансе  цеха  сетей  и  подстанций  города  Магнитогорска  (ЦЭСиП)  путём  прогнозирования  их  состояния  с  помощью  разработанного  программного  модуля,  а  также  оценить  вероятность  наступления  отказов. 

Аналитический  обзор  прогнозирования  остаточного  ресурса  компонентов  ВЛЭП  возможен  на  основе  следующих  методов:  математического  моделирования  опор  ВЛЭП,  проводов  и  грозозащитных  тросов;  лабораторных  испытаний  демонтированных  с  ВЛЭП  образцов  компонентов  (проводов,  грозозащитных  тросов,  изоляторов  и  линейной  арматуры);  статистической  оценки  и  параметра  потока  отказов  отдельных  компонентов  (изоляторов  и  др.).

1.  Математическое  моделирование  ВЛЭП. 

Аварийный  режим  ВЛЭП  характеризуется  совокупностью  электрических  параметров  режима:  токами  и  напряжениями  в  начале  линии,  в  конце  линии  и  в  месте  повреждения.  Для  участка  линии  токи  и  напряжения  по  его  концам  связаны  между  собой  через  продольные  и  поперечные  параметры  линии,  которые  для  однородной  линии  равномерно  распределены  по  ее  длине.  При  отсутствии  повреждения  на  линии  и  известных  токах  и  напряжениях  на  одном  ее  конце  можно  найти  значения  токов  и  напряжений  в  любой  другой  точке  линии,  в  том  числе  и  на  противоположном  конце.

В  данном  методе  необходимо  для  определения  места  повреждения  необходимо  иметь  12  замеров.  Поэтому  определение  места  повреждения  по  токам  и  напряжениям  в  фазных  координатах  АВС  не  нашло  широкого  применения.

2.  Лабораторные  испытания  демонтированных  с  ВЛЭП  образцов  и  компонентов.

Данный  метод  требует  специальной  лаборатории  и  существенные  затраты  на  эксперименты,  но  дает  надежные  рекомендации  о  проведении  ремонтных  работ  ВЛЭП  по  срокам  и  объемам.

3.  Статистическая  оценка  и  нахождение  параметра  потока  отказов  отдельных  компонентов.

Надежность  работы  ВЛЭП  обусловлена  совокупностью  ряда  факторов.  Выявить  истинные  причины  отказов  ВЛЭП  и  наметить  пути  их  совершенствования  можно  только  на  основании  статистических  данных  о  повреждаемости  элементов  ВЛЭП.  Отказы  являются  единственным  критерием  проверки  правильности  практических  решений  и  теоретических  предпосылок.  Оценка  и  расчет  производится  по  полученным  данным  по  отказам  и  отключениям  оборудования  не  менее  5  лет  для  объективного  исследования  и  точности  данных.

Остаточным  ресурсом  называют  запас  возможной  наработки  после  момента  контроля  технического  состояния  (или  ремонта)  оборудования,  в  течение  которой  обеспечивается  соответствие  требованиям  норма­тивно-технической  документации  его  основных  техни­ко-эксплуатационных  показателей  и  показателей  без­опасности  [1].  Выбор  метода  прогнозирования  остаточного  ресурса  зависит  от  характера  преобладающего  процесса  деградации  (изнашивания,  коррозии,  усталости,  ползу­чести  или  других  процессов),  а  также  требуемой  точ­ности  и  достоверности  прогноза.  При  отсутствии  вы­соких  требований  к  точности  и  достоверности  приме­няют  упрощенные  методы,  при  необходимости  гаран­тированных  оценок  применяют  уточненные  методы,  в  том  числе  базирующиеся  на  теории  надежности.

О  ремонтопригодности  судят  по  номенклатуре  и  количественному  составу  запасных  частей,  необходимых  для  планового  и  оперативного  ремонта  электрооборудования. 

Рассмотрим  причины  возникновения  отказов  в  элементах,  на  примере,  системы  электроснабжения  ОАО  «Магнитогорский  Металлургический  Комбинат»  за  период  с  2007—2013  год  на  рисунке  1.  В  состав  которой  входят  узловые  подстанции  30,60,77,86,90  и  основные  электростанции  ТЭЦ,  ЦЭС,  ПВЭС-1  и  ПВЭС-2,  связанные  по  уровню  напряжения  110  кВ  и  220  кВ.  На  рисунке  1  к  причинам  возникновения  отказов  относят:  человеческий  и  природный  фактор,  не  выясненные  причины  и  кз-короткие  замыкания,  рз-срабатывание  релейной  защиты,  а  также  наложение  нескольких  факторов.  Более  подробный  анализ  отказов  за  период  с  2007—2013  год  показан  на  рисунке  2  для  различных  уровней  напряжения.  Из  которого  видно,  что  преобладание  отказов  приходится  на  ВЛЭП  10  кВ  —  51,51  %.  Это  объясняется  разветвленностью  схемы  СЭС  металлургического  предприятия  на  уровне  10  кВ  и  наличия  мощных  электроприемников  резкопеременной  нагрузки.

Рисунок  1.  Причины  возникновения  отказов  в  элементах  СЭС  ОАО  «ММК»  за  период  с  2007—2013  год

Рисунок  2.  Процентное  соотношение  количества  отказов  для  ВЛЭП  на  различных  уровнях  напряжения  за  период  с  2007—2013  год

Далее  были  выделены  две  подстанции  в  пределах  данного  исследования  ПС60  и  ПС  77.  На  рисунке  3  приведена  статистика  отключений  за  период  с  2008—2013  г.  соответственно.  Характер  изменения  графиков  связан  с  составом  потребителей  и  загрузкой  электрооборудования  в  определенный  период  2008—2009,  связанный  с  ростом  объемов  производства,  в  последующем  приводящее  к  росту  отказов. 

Рисунок  3.  Статистика  отключений  ПС60  и  ПС77  за  2008—2013  г.  по  напряжению

Используя  разработанную  программу  [3],в  которой  применен  алгоритм  [2]  были  получены  следующие  данные  таблица  1:

Таблица  1.

Результаты  расчета  отказоустойчивости  ВЛЭП  и  трансформаторов

При  обработке  исследуемых  данных  через  программный  модуль  расчета  отказоустойчивости  и  ресурса  электрооборудования  получили,  что  на  подстанции  60  подвержены  старению  и  износу  от  коррозии  ВЛЭП  напряжением  110  кВ  и  из-за  наличия  знакопеременных  нагрузок  потребителей,  количество  отказов  растет  каждый  год.  Наработка  на  отказ  одного  км  линии  составляет  25  лет,  если  учесть,  что  срок  службы  ВЛЭП  50—60  лет,  значит  старение  одного  километра  ВЛЭП  подстанции  60  равно  42—50  %.  Предельно-допустимый  срок  использования  ВЛЭП  равен  34  годам.  Текущее  состояние  ВЛЭП  находящихся  на  балансе  60  подстанции  оценивается  как  удовлетворительное.  Необходимо  отметить  следующие  предложения  по  повышению  устойчивости  при  проектировании:  использовать  конструктивные  решения  на  основе  арматуры  с  улучшенными  электромеханическими  характеристиками  и  повышенной  надежностью  (не  менее  95  %  от  разрывной  прочности  провода);  при  эксплуатации:  проводить  инструментальное  обследование  элементов  линий  электропередачи,  эксплуатируемых  более  30  лет,  с  целью  определения  необходимых  объемов  реконструкции  или  ремонта;  проводить  своевременно  ремонт  элементов  ВЛЭП  и  корректировать  график  ППР  в  зависимости  от  изменения  нагрузки  и  загрузки  электрооборудования,  что  сократит  расходы  на  стоимость  выполнения  работ  и  время  восстановления  электрооборудования  и  предотвращение  аварийных  ситуаций.

Список   литературы:

1.Анализ  надежности  оборудования  тепловой  электростанции  при  внедрении  преобразователей  частоты  /А.С.  Карандаев,  Г.П.  Корнилов,  О.И.  Карандаева,  Ю.Н.  Ротанова  (Ю.Н.  Кондрашова),  В.В.  Ровнейко,  Р.Р.  Галлямов  //  Вестник  Южно-Уральского  государственного  университета.  Серия:  Энергетика.  Вып.  12.  Челябинск:  ГОУ  ВПО  «ЮУрГУ»,  —  2009.  —  №  34(167).  —  С.  16—22. 

2.Методика  прогнозирования  остаточного  ресурса  электрооборудования  при  эксплуатации  /  К.Э.  Одинцов,  Ю.Н.  Ротанова  (Ю.Н.  Кондрашова),  О.И.  Карандаева,  С.Е.  Мостовой,  П.В.  Шиляев  //  Известия  ТулГУ.  Технические  науки.  Вып.  3:  в  5  ч.  Тула:  Изд-во  ТулГУ,  —  2010.  —  Ч.  1.  —  С.  192—198.

3.Расчет  показателей  надежности  электрооборудования  //Свидетельство  об  официальной  регистрации  программы  для  ЭВМ  №  2011611133  /  А.С.  Карандаев,  Ю.Н.  Кондрашова,  К.Э.  Одинцов,  О.И.  Карандаева  //  ОБПБТ.  —  2011.  —  №  2.  —  С.  275.