ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

Аннотация. В статье рассмотрена и описана структура современной автоматизированной электроподстанции, определены основные функции системы управления подстанцией и существующие требования и стандарты к построению автоматизированной системы управления электрической подстанции.

Ключевые слова: электрическая подстанция, автоматизация, система управления, методы теории надежности, мониторинг.

Возраст высоковольтного электротехнического оборудования, эксплуатируемого в энергетической системе страны, неуклонно увеличивается, частота отказов оборудования со старением также возрастает. В подавляющем большинстве отказы возникают в результате воздействия тепловых, электрических, а также механических нагрузок [1].

Технико-экономический эффект от применения АСДМ достигается, прежде всего, благодаря переходу от периодического контроля электрооборудования при помощи переносных приборов к непрерывному автоматизированному контролю и диагностированию. Благодаря этому повышается актуальность данных, применяемых для диагностирования состояния, и улучшается достоверность полученных диагностических результатов. В итоге предотвращаются внезапные отказы диагностируемого оборудования и снижаются расходы на ремонты [2].

Для того чтобы отремонтировать неисправное оборудование, часто необходимо выводить его из эксплуатации на длительный период времени. Основные принципы, связанные с эксплуатацией и обслуживанием существующего высоковольтного электротехнического оборудования, заключаются в следующем:

- при обслуживании или замене в первую очередь следует принимать во внимание техническое состояние оборудования в данный момент, а не его возраст;

- 30 устройств мониторинга автоматических выключателей;

- 104 устройства мониторинга разъединителей;

- 22 устройства мониторинга трансформаторов тока и трансформаторов напряжения;

- 13 устройств мониторинга ограничителей перенапряжения;

- 2 системы онлайн управления качеством электроэнергии;

- системы видеомониторинга подстанции;

- сотни специальных датчиков и приёмопередатчиков; GPS-модули для синхронизации, PC-серверов и т.д.;

- онлайн и/или оффлайн мониторинг оборудования должен своевременно выявлять изменения технического состояния, для того чтобы свести к минимуму риск серьёзных отключений, сопровождающихся пожаром или другими повреждениями;

- увеличение срока эксплуатации посредством надлежащего обслуживания.

Исследования проблем мониторинга технического состояния оборудования электроподстанции [3-4] выявили:

- высокая стоимость внедрения и эксплуатации;

- отсутствие единых требований, норм и правил проектирования, разработки и эксплуатации систем диагностического мониторинга оборудования подстанции;

- необходимость развития математического аппарата и аналитических моделей для оценки и прогнозирования технического состояния оборудования подстанции;

- необходимость развития технических средств (датчики, преобразователи, контроллеры…);

- отсутствие классификаторов оборудования и единых протоколов обмена данными;

- отсутствие единого информационного поля для создания консолидированной информационно-технологической базы данных;

- требуется решение задач по информационной безопасности

Вопрос ОТС электрооборудования на ПС является одной из актуальных задач для электросетевого комплекса в России. Это связано с тем, что большая часть оборудования на ПС используется сверх своего нормативного срока эксплуатации, что приводит к ухудшению стабильности показателей качества оборудования, что требует повышенного внимания при эксплуатации и применения различных методов контроля его состояния. Это обусловило увеличение отказов энергооборудования и изменения сроков проведения ремонтных работ, несвоевременную замену устаревшего оборудования и т.д. Как следствие снижение качества электроэнергии в централизованных электросетях.[5]

Это свидетельствую об актуальности исследований автоматизации информационных процессов мониторинга технического состояния оборудования электроподстанции для определения сроков проведения внепланового технического обслуживания на основе методов теории надежности.

Отсюда, объектом исследований становится информационное и программное обеспечение автоматизированной системы мониторинга технического состояния оборудования; предметом: методы, модели и алгоритмы мониторинга технического состояния оборудования, а границей – оборудование электроподстанции.

Таким образом, целью исследования становится автоматизация информационных процессов мониторинга технического состояния оборудования электроподстанции для определения сроков проведения внепланового технического обслуживания на основе методов теории надежностей.

Теория надежности – наука, изучающая закономерности распределения отказов технических устройств и конструкций, причины и модели их возникновения.

Основными показателями методов оценки надежности являются:

1. Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в заданном интервале времени при заданных условиях работы не произойдет ни одного отказа, или вероятность того, что время безотказной работы элемента или системы будет больше или равно времени:

 ,                                                     (1)

где - исходное число работоспособных объектов;

       - число отказавших объектов за время t.

2. Параметр потока отказов (удельная повреждаемость) – число отказов в единицу времени, отнесенная к вероятности безотказной работы в данный момент времени:

                                                                (2)

где  – количество отказавших единиц оборудования;

 - число единиц оборудования, работающих в данный отрезок времени;

 – единица времени.

3. Средняя наработка на отказ – среднее значение времени работы между отказами и оборудования данного типа:

                                                             (3)

где  - время работы оборудования данного типа между (i-1) и i-м отказами;

         - число отказов j образца за время t.

Число отказов, а, следовательно, и интервалы между ними для линий электропередачи зависят от длины линий, поэтому, в этом случае интервалы между авариями должны приводиться к одной длине, (например, l = 100 км) по формуле:

                                                                 (4)

где  - фактический интервал;  – фактическая длина линии.

Среднее время наработки на отказ, или, иначе говоря, продолжительность работы между отказами, можно определить приближенно за год определяется по формуле:

                                                                    (5)

Среднее время восстановления представляет собой среднее значение времени отыскания и устранения имеющейся неисправности. При этом учитывается как среднее время проведения ремонтных работ по восстановлению повредившегося или отказавшего оборудования, так и среднее время, необходимое для проведения оперативных переключений по восстановлению нормальной схемы электроустановки или замене отказавшего оборудования резервным. Среднее время восстановления определяется на основе эксплуатационного опыта и рассчитывается по формуле:

                                                                  (6)

где – время ремонта или оперативных переключений (с учетом времени отыскания неисправности или повреждения);

 – число отказов.

Коэффициент готовности характеризует готовность электрооборудования к выполнению своих функций, определяется по формуле:

                                                         (7)

где–время работы между (i-1)-м и i-м отказами;

 – время простоя после i-го отказа;

  – число отказавших изделий.

Коэффициент вынужденного простоя — это вероятность того, что элемент будет неработоспособен в произвольно выбранный момент времени в промежутках между плановыми ремонтами, т.е. восстанавливается после отказа и определяется по формуле:

                                                     (8)

где     – время вынужденного простоя;

– время исправной работы.

Коэффициент планового ремонтного простоя, который показывает нахождение оборудования в плановом простое и определяется по формуле:

                                                   (9)

где  - частота плановых ремонтов.

Таким образом, предложена методика оценивания технического состояния оборудования на электроподстанции на основе методов теории надежности позволит скорректировать сроки проведения внепланового технического обслуживания.

Список литературы:

1. Вильданов, Р.Г. Проблемы при внедрении активно-адаптивных сетей в России / Р.Г. Вильданов, Е.И. Буланкин, Р.Р. Юсупов, А.Г. Хисматуллин // Современные тенденции развития науки и технологии: материалы XI Международной научно-практической конференции г. Белгород. – 2016. – № 2-3. – С.13-15.
2. Дарьян, Л.А. Автоматизированная система мониторинга и диагностики оборудования подстанции: общие технические требования / Л.А. Дарьян, Е.В. Ильина, Р.М. Образцов, К.Е. Сипачев // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2015. – № 1(28). – С. 82 – 88.
3. Баширова, Э.М. Проблема оценки технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса оборудования нефтепереработки / Э.М. Баширова, В.К. Яковлев // Успехи современного естествознания. – 2004. – № 4. – С. 63-64.
4. Баширов, М.Г. Метод оценки состояния металлических конструктивных элементов электроэнергетического оборудования / М.Г. Баширов, И.Г. Хуснутдинова, А.М. Хафизов // Фѐдоровские чтения – 2014: материалы XLIV Международной научно-технической конференции. – М.: изд-во МЭИ. – 2014. – С. 113-114.
5. Дарьян, Л.А. Непрерывный мониторинг состояний подстанций – опыт Румынии / А.И. Винник, Н.Г. Макаренко, А.М. Смирнов, А.А. Шаргаёв // СИГРЭ Мировой опыт. –  2016. №1-2 – С. 136-143.