автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительная система мониторинга надежности воздушных линий электропередач

На правах рукописи

Доронина Ольга Ивановна

Информационно-измерительная система мониторинга надежности воздушных линий электропередач

05.11.16 - «Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 3 С.\Г 2014

Волгоград-2014

005553638

005553638

Работа выполнена на кафедре «Электротехника» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет».

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Шшшн Александр Николаевич.

Вахнина Вера Васильевна,

доктор технических наук, профессор, Тольяттинский государственный

университет, кафедра «Электроснабжение и электротехника», заведующий;

Ведущая организация

Чернов Александр Викторович,

доктор технических наук, профессор, Волгодонский инженерно-технический институт - филиал ФГОАУ ВПО «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» в г.Волгодонске, кафедра «Информационно - управляющие системы», профессор.

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», г. Саратов.

Защита состоится 19 декабря 2014 г. в 10.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.028.05 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, пр-т им. В.И. Ленина, 28.

Автореферат разослан октября 2014 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте www.vstu.ru Волгоградского государственного технического университета.

Ученый секретарь диссертационного совета

Авдеюк Оксана Алексеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Энергетическая система России характеризуется высокой степенью морального и физического износа, а, следовательно, и низким уровнем надежности. Поэтому вопрос о повышении надежности энергетической системы России является весьма актуальным. В настоящее время во многих странах мира ведутся работы по созданию интеллектуальных электрических сетей, представляющих собой комплекс технических средств, которые в автоматическом режиме выявляют наиболее слабые и аварийно опасные участки сети, а затем изменяют схему сети с целью предотвращения аварии и соответственно повышения надежности.

Основным критерием, по которому осуществляется управление в интеллектуальных системах, является оценка надежности всех элементов системы. Вопросы обеспечения надежности электроснабжения, включая анализ причин его нарушения, прогноз показателей, обоснование и разработку мероприятий и средств повышения надежности, сохраняют актуальность на всех этапах развития энергосистем и объединений. Из статистики надежности энергосистем следует, что самыми ненадежными элементами энергосистем являются воздушные линии электропередачи.

Особенностью определения показателей является то, что на надежность работы электрических сетей влияет большое количество различных факторов: конструкции опор, типы проводов, сроки эксплуатации, климатические условия т.д. В настоящее время для оценки надежности энергетических сетей используются показатели надежности из справочников и книг. Однако эти показатели слишком усреднены по регионам, временам года и т.д. Поэтому результаты расчета не могут достоверно отображать реальную ситуацию и соответственно обоснованно проводить мероприятия по повышению надежности энергообеспечения и снижению аварийных режимов. Очевидно, что определения достоверной информации о надежности электрических сетей необходимо внедрять информационно-измерительные системы, позволяющие регистрировать аварийные режимы системы и осуществлять передачу информации о координатах места и видах аварии, накапливать статистических данные о видах и месте аварий и вычислять показателей надежности.

Одной из основных задач создания информационно-измерительных систем мониторинга электрических сетей является оперативная и точная регистрация видов и места аварий. В настоящее время выпускаются различные технические средства для определения мест повреждения воздушных линий (ОМП), работа которых основана на разных физических эффектах. Средства ОМП подразделяются на две основные группы:

- средства, основанные на изменении при аварии сопротивлений линии или скорости бегущей волны;

топографические средства контроля, которые используют датчики электрических величин, подключенные к линии через определенный интервал расстояния. Результаты контроля электрических величин передаются по каналам связи на диспетчерский пункт.

)

Приборы первой группы не обеспечивают необходимой достоверности, точности и оперативности контроля аварийных режимов. Топографические средства позволяют более точно определять место повреждения и поэтому в настоящее время в связи с широким развитием систем телекоммуникации имеют наибольшие перспективы использования. На основе топографического метода была разработана информационно-измерительная система (ИИС), позволяющая определять вид аварии по изменению электромагнитного поля, создаваемого проводами воздушных линий электропередачи и передавать результаты о виде и месте аварии на диспетчерский пункт. Разработанная ИИС контроля аварийных режимов может быть использована в качестве прототипа для создания ИИС мониторинга воздушных линий электропередачи. Для дальнейшего усовершенствования ИИС необходимо решить следующие задачи: разработать алгоритмы обработки информации с учетом влияния различных факторов; предложить методику для определения координат установки датчиков аварийных режимов на опорах.

Таким образом, разработка и исследование информационно-измерительной системы мониторинга воздушных линий электропередачи является весьма актуальной задачей.

Степень разработанности темы исследования. Первые работы по вопросам надежности в нашей стране были выполнены в 50-е годы академиками АН СССР А. И. Бергом, Н.Г. Бруевичем и членом-корреспондентом АН СССР В.И. Сифоровым. В этот же период появились работы ведущих специалистов в области надежности А. М. Половко, Г. В. Дружинина, Н. А. Шишонка и др. Крупнейший вклад в математические вопросы теории надежности сделан Б.В. Гнеденко. А.Д. Соловьевым, Ю.К. Беляевым, И.А. Ушаковым, Ю.А. Фокиным. Следует отметить, что вопросы надежности интенсивно исследовались и за рубежом, например такими специалистами, как Д. Нейман, А. Пирс, К. Барлоу, С. Прошан и др. Однако изучение влияния внешних факторов на показатели надежности воздушных линий, как известно из обзора литературы, практически отсутствует.

Объектом исследования является ВЛЭП 6-35 кВ и системы определения мест повреждений ВЛЭП.

Предметом исследования является оценка надежности системы электроснабжения при воздействии на систему внешних климатических факторов.

Цель работы - разработка методов оценки надежности воздушных линий, обеспечивающих контроль аварийных режимов, обработку измерительной информации и вычисление показателей надежности при воздействии внешних климатических факторов.

Задачи исследования:

1. Провести анализ существующих методов и средств оценки надежности воздушных линий, выявить недостатки и сформулировать задачи дальнейший исследований.

2. Получить математическую модель анализа надежности воздушных линий по топологическим схемам с учетом функциональных зависимостей

влияния погодных факторов по временным и пространственным переменным для реализации в информационно-измерительных системах.

3. Получить методику для компьютерной обработки результатов измерений в реальном режиме времени.

4. Разработать структуру информационно-измерительной системы оценки надежности с учетом влияния погодных условий

5. Разработать методику определения оптимального количества датчиков аварийных режимов воздушных линий, учитывающую непостоянство показателя надежности по длине линии.

Методы и средства исследований.

При выполнении исследований и решении поставленных в работе задач использовались методы теории вероятности и математической статистики, методы математического моделирования, системного анализа, теории надежности и теоретических основ электротехники.

Достоверность результатов исследования основана на корректных теоретических построениях и строгих математических выводах, подтверждена сравнением методов.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа надежности систем электроснабжения, факторов, оказывающих влияние на надежность систем электроснабжения и методов анализа и оценки надежности систем электроснабжения.

2. Математические модели для исследования влияния различных внешних климатических факторов на показатели надежности воздушных линий электропередачи и для расчетов этих показателей.

3. Методики определения показателей надежности топологических схем систем электроснабжения с учетом разбиения линии на участки с различными уровнями влияния внешних факторов.

Научная новизна работы.

1. Предложен метод оценки надежности для любой заданной точки линии по топологическим схемам с учетом влияния погодных условий для реализации информационно-измерительной системы.

2. Предложен алгоритм обработки измерительной информации об аварийных режимах воздушных линий с учетом пространственных и временных переменных, позволяющий корректировать границы климатических зон с заданными уровнями нагрузок, а, следовательно, более точно выполнять оценку надежности по ограниченному числу исходных данных об авариях.

Практическая ценность работы.

1. Разработана методика определения оптимального количества датчиков аварийных режимов воздушных линий, с учетом непостоянства показателя надежности по длине линии, удовлетворяющей компромиссным требованиям, а именно точности определения места аварии и стоимости датчиков и затрат на эксплуатацию.

2. Предложена методика оценки надежности различных путей передачи электроэнергии в схеме электроснабжения с учетом влияния внешних факторов, что позволяет обоснованно принимать решения при выборе

различных мероприятий по повышению надежности электроснабжения и выбору трасс проектируемых резервных линий.

3. Разработан алгоритм обработки информации об авариях на воздушных линиях электропередачи, позволяющий на основе критерия согласия Колмогорова вносить коррекцию в размеры участков линии с заданной дисперсией и соответственно в карту климатических факторов.

Апробация результатов. Основные положения и материалы осуждались на следующих научных конференциях: V всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 4-6 декабря 2008 г.), VI всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 15-16 декабря 2009 г.), VII всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 22-23 декабря 2010 г.), межрегиональной научно-практической конференции «Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий» (г. Волжский, 22-25 сентября 2009 г.), международной научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» ( г. Тольятти, 12-15 мая 2009 г.), V международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» ( г. Казань, 28-29 апреля 2010 г.), IX тегтаг. Vedecko-prakticka копП «Мо<Зепн уутогепоБи уес!у - 2013» (РгаЬа ,27 1е<1па - 05 ипога 2013 г.), IV региональной научно-практической студенческой конференции «Городу Камышину -творческую молодежь» (г. Камышин, 14-16 апреля 2010), V региональной научно-практической студенческой конференции «Городу Камышину -творческую молодежь» (г. Камышин, 14-15 апреля 2011), третьей всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов» (г. Волжский, 28-30 сентября 2010 г.)

Внедрение результатов работы.

1) Результаты работы приняты для использования в технических проектах по модернизации систем электроснабжения в Камышинском филиале ОАО «МРСК Юга» - «Волгоградэнерго».

2) Результаты исследования использовались в учебном процессе Камышинского технологического института (филиала) Волгоградского государственного технического университета в курсе «Надежность электроснабжения» для подготовки бакалавров по направлению 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника».

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное и основное участие в разработке методов определения оптимального количества датчиков аварийных режимов воздушных линий, с учетом непостоянства показателя надежности по длине линии [3, 6], оценки надежности различных путей передачи электроэнергии в схеме электроснабжения с учетом влияния внешних факторов [5, 7, 8, 10, 13, 14-21, 24, 25], алгоритма обработки информации об авариях на воздушных линиях электропередачи [1,2, 4, 9, 11, 12, 22,23].

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 25 научных журналах и сборниках трудов международных, всероссийских, региональных и межрегиональных конференциях, из них 5 работ в журналах по списку ВАК РФ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии. Включает 137 страниц, 33 рисунка, 18 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель работы, представлены основные положения. Выносимые на защиту, изложена научная новизна и практическая ценность работы.

Первая глава посвящена анализу существующих методов расчета показателей надежности систем электроснабжения, позволившему определить задачи исследований. Выявлены основные проблемы оценки надежности интеллектуальных сетей.

Из проведенного анализа надежности систем электроснабжения следует, что самым ненадежным элементом системы электроснабжения являются воздушные линии электропередачи, поскольку на надежность их работы оказывает влияние большое количество различных факторов. Причем это не только постоянные факторы (конструкции, материалы, срок эксплуатации, состояние и т.д.), но и переменные факторы (гололедные и ветровые нагрузки, лесные насаждения, повреждение транспортными средствами, вандализм и т.д.).

Анализ надежности технических систем производится, как правило, на основе известных методов с привлечением данных об отказах и восстановлениях элементов, полученных в результате эксплуатации или испытаний систем и их элементов. На практике обычно используют аналитические методы, а также методы имитационного и статистического моделирования. Математический аппарат теории надежности сложных систем состоит из большого числа аналитических методов.

Существующие методы анализа сложных топологических схем являются довольно громоздкими и сложноформализуемыми, а значит и реализация программ на их основе тоже сложна. Также они не учитывают информацию о внешних климатических факторах, влияющих на надежность линий, и поэтому не могут быть получены показатели надежности, учитывающие влияние всех переменных факторов, поскольку отсутствует дифференциация влияния факторов, что отрицательно влияет на дисперсию результатов обработки информации.

Одной из основных проблем обеспечения надежной работы систем электроснабжения является оперативное определения мест повреждения воздушных линий (ВЛ) электропередачи и проведение ремонтно-восстановительных работ. Для этого сети должны в своем составе содержать современные датчики аварийных режимов и оперативные системы передачи информации. Для решения проблемы внедрения интеллектуальных сетей необходимо на первом этапе внедрить информационно-измерительную систему, которая должна обеспечить адаптивную реакцию энергосистемы (в

том числе в реальном режиме времени) на различные виды возмущений и отклонений от заданных параметров при автоматизированном управлении.

В настоящее время число производителей приборов для определения мест повреждений, как в России, так и за её пределами более ста. Если учесть, что каждый из них производит линейку устройств различного назначения, то обзор существующих приборов контроля мест повреждений ВЛ составит очень большой объем. Такое большое количество выпускаемых приборов указывает на то, что существуют физические пределы возможностей для этих методов. Поэтому в настоящее время в связи с развитием измерительной техники и систем передачи информации начинают внедряться системы контроля, основанные на топографических методах.

Нейрокомпьютерная ИИС может быть использована для мониторинга надежности воздушных линий электропередач. Одной из основных задач проектирования распределенной ИИС мониторинга надежности является методика определения оптимальной частоты установки датчиков аварийных режимов по линиям. От надежности участков линий электропередач зависит выбор мест установки и количества датчиков аварийных режимов на этих участках. Это связано с тем, что с увеличением числа датчиком увеличивается точность определения координат мест аварий, но в тоже время увеличивается стоимость системы. Кроме того, участки линий электропередачи имеют различные уровни надежности и поэтому методика расчета должна это учитывать. Для того, чтобы решить эту задачу необходимо сравнить затраты на датчики и экономический эффект от их внедрения.

Во второй главе определена методика расчета показателей надежности с учетом влияния внешних факторов. Проведен обзор методов повышения достоверности при обработке статистических данных. Приведены основные эксплуатационные показатели надежности и плановых ремонтов электрооборудования линий электропередач.

Необходимо отметить, что в энергетике не известны методы оценки надежности воздушных линий электропередачи с учетом влияния внешних факторов. В тоже время в системах автоматического управления используются методы определения интенсивности отказов первичных элементов от внешних факторов. Из сравнительного анализа этих методов следует, что для решения предложенной задачи целесообразно использовать метод поправочных коэффициентов. При использовании этого метода интенсивности отказов первичных элементов умножаются на поправочный коэффициент, значение которого определены в зависимости от погодных условий и времени года. Из источников и документов, содержащих информацию об авариях воздушных линий и факторах, оказывающих влияние на аварии, выявлено, что основная информация о влиянии внешних факторов содержится картах ветровых гололедных нагрузок и их комбинациях, а также в журналах регистрации метеослужб. В качестве исходной информации целесообразно использовать карты климатических условий. Так, например, у энергетиков имеются карты ветровых нагрузок, гололедных нагрузок и гололедно-ветровых нагрузок (рис.

1), на которых различными цветами выделяются области с различными уровнями нагрузок.

,____________Ш _______§рав!

Рисунок 1 - Карта нормативных районов гололедно-ветровых нагрузок Волгоградской

области

Показатели надежности воздушных линий зависят от большого числа влияющих внешних, зачастую независимых, факторов. Дифференциация влияющих факторов позволит более точно и с меньшим количеством статистических данных определять показатели надежности. Весь случайный процесс можно представить, как сумму случайных процессов.

Очевидно, что у каждой составляющей меньше квадратичное отклонение и соответственно требуется меньшее число выборки. Математически это соотношение описывается неравенством Чебышева. Для сколь малого числа е, можно определить число п, чтобы выполнялось неравенство

^<8< О)

где 3 - сколь угодно малое число.

Следовательно, увеличить точность анализа надежности можно двумя способами: увеличивая число выборок и уменьшая дисперсию. Поскольку число выборок, а именно число аварийных режимов ограничено, то дисперсию можно уменьшить, разбив процесс на отдельные составляющие по внешним факторам.

При обработке статистических данных и определении основных показателей надежности элементов схем ЭС необходима проверка однородности выборок, так как данные об отказах оборудования получены на различных объектах электроэнергетики и с различными условиями эксплуатации. Достоверный вывод о соответствии эмпирической функции распределения какому-либо закону при малых выборках можно сделать с помощью критерия проверки, например критерия Колмогорова-Смирнова.

Контрольной величиной является

^ = (2)

Основанием для выбора В в качестве меры расхождения является простота ее вычисления. Вместе с тем она имеет достаточно простой закон распределения. Критерий А. Н. Колмогорова своей простотой выгодно

отличается от критерия х 2\ поэтому его часто применяют на практике. Этот критерий можно применять для линий электропередач, потому что гипотетическое распределение отказов известно заранее - это экспоненциальный закон распределения.

Из анализа методов статистической обработки информации следует, что для повышения точности оценки показателей надежности при ограниченном количестве выборок необходимо общее количество выборок разбивать на группы с большей однородностью. На основе этого положения предложена методика определения надежности воздушных линий, учитывающая дифференциацию влияния различных факторов и позволяющая при ограниченном объеме информации об авариях повысить ее однородность и уменьшить дисперсию результатов обработки информации.

Предлагается дифференциация линии по времени и пространству. Линия разбивается на зоны по гололедным, гололедно-ветровым и ветровым нагрузкам. Каждой зоне присваивается свой коэффициент парциональности (рис. 3). Например, зона Э! имеет IV район по ветру, II район по гололедно-ветровым нагрузкам, II район по толщине стенки гололеда, зона 82 имеет IV район по ветру, II район по гололедно-ветровым нагрузкам, IV район по толщине стенки гололеда и т.д. Также учитывается время года, когда произошла авария (зима, лето, осень и весна). В модели корректируются коэффициенты в зависимости от времени года и тех нагрузок, которые испытывает линия.

Рисунок 2 - Разбиение линии электропередачи на участки Интенсивность отказов для ключевых объектов сети можно представить в виде суммы нескольких парциальных коэффициентов отключений, которые определяются различными весовыми коэффициентами. Параметр потока отказов определяют индивидуально для каждого компонента, основываясь на факторах окружающей среды и данных о надежности участка сети и рассчитывается как сумма парциальных весовых коэффициентов отключений.

ш = к, г„.-к„ га>\ + к, /■■■■к„ 2'<й2 + -■■ + к, „■...■ к„уазп, (3) где: соь а2, со,, — парциальные коэффициенты отключений компонентов,

1/год;

кI /, к2 I, к„ , — веса г'-тых парциальных коэффициентов отключений; со — общий параметр потока отказов моделируемого компонента, Угод.

Парциальные коэффициенты вычисляются в зависимости от длины участка линии электропередачи, от параметр потока отказа на этом участке и от срока эксплуатации линии.

Алгоритм обработки данных представлен на рисунках 3, 4.

Начало

Вычисление параметра потока отказов для нормальных условий и для различных зон по гололедным, гололедно-ветровым н ветровым нагрузкам

Вычисляются еса парциальных коэффициентов

отключений

Л-й.

Вычисление параметра потока отк иов с учетом

дифференциации на зоны по внеш им факторам

V-

Вычисляется вероятность безотказной работы а

Р-е"

* -

Построение эмпирической функции

_£40_

Построение теорети'»есуон функции

РСО

Вычисление контрольной

Вычисление 1кры рОСЛОЖДенИЛ у о-:'г.

Рисунок 3 - Расчет параметров

Рисунок 4 - Структура обработки данных В третьей главе рассматриваются методики оценки надежности топологических схем воздушных линий электропередачи по критериям надежности.

На основе анализа методов оценки надежности топологических схем (электрических и информационных сетей) следует, что для оценки надежности воздушных линий электропередачи целесообразно использовать методы аналоговых (сигнальных) графов, поскольку структура сигнальных графов полностью совпадает со схемой электрической сети, а передача пути линии с различными показателями равна произведению передач участков.

Поскольку сигнальный граф был разработан для детерминированных линейных систем, а при преобразовании параллельных ветвей случайных процессов результат операции содержит кроме суммы вероятностей еще и разность их произведения и поэтому на основе анализа операций линейный сигнальный граф был модифицирован для моделирования случайных процессов, а именно были модернизированы эквивалентные преобразования. Модифицированный метод сигнального графа Мезона позволил значительно упростить операцию оценки надежности сетей, что подтверждено сравнением результатов анализа с результатами другого более сложного метода (метод минимальных путей и сечений).

На основе модернизированного метода сигнальных графов была разработана методика оценки надежности всех возможных путей передачи электроэнергии в схеме электроснабжения с учетом влияния внешних факторов, что позволяет обоснованно принимать решения при выборе различных мероприятий по повышению надежности электроснабжения.

Для решения задач анализа и расчета надежности воздушных линий электропередачи целесообразно использовать графы Мэзона по следующим соображениям:

1) современная теория графа Мэзона достаточно полно развита и нашла широкое применение при анализе топологических схем в различных областях науки и. техники и схема графа полностью совпадает с топологической схемой сети;

2) графы Мэзона удобны для изображения передаточных функций анналоговых, цифровых и импульсных динамических систем, что особенно важно для моделирования динамических процессов в интеллектуальных энергетических системах;

3) методы графа Мэзона, а именно метод экивалентных преобразований и формула Мейсона позволяют сравнительно просто определять причинно-следственные связи между двумя любыми переменными графа.

4) аппарат графа Мэзона удобен для анализа надежности топологических схем систем электропередачи передачи при использовании в качестве параметра надежности - интенсивность отказов.

Основные операции эквивалентных преобразований сигнальных графов в предлагаемой методике приведены в таблице 1. В качестве передачи ветви графа в методике использована вероятность безотказной работы системы, которая через параметр потока отказов зависит от длины линии. Для удобства расчетов используется параметр потока отказов без влияния внешних факторов, а внешние воздействия учитываются введением коэффициентов. В каждой зоне индекс коэффициента соответствует номеру зоны. Однако аппарат теории

графа Мэзона в полном объеме в задаче анализа надежности использовать не представляется возможным, поскольку аппарат разработан для детерминированных линейных систем. В теории вероятности при сложении вероятностей результат операции содержит кроме суммы вероятностей еще и разность их произведения. Поэтому если при суммировании учитывать и разность этих произведений, то операции эквивалентных преобразований последовательно или параллельно соединенных элементов можно использовать в задаче определения вероятностей безотказной работы системы (таблица 2).

Таблица 1 - Формулы эквивалентных преобразований и вероятности безотказной работы системы

№ п/п Наименование структурного преобразования Формула преобразования Вероятность безотказной работы системы

1 Замена последовательно соединенных ветвей одной ветвью °=rWХп=х° 'а í=i <=| /«=1

2 Замена параллельно соединенных ветвей одной ветвью a = ¿a,' х2 =°-дг1 i-1 Ь.1

3 Исключение простого узла х3 = ab-xl, х4 =ас■ x¡ х4 =ac-x¡ +bc-x2 р =р р ' 1 г12г21 Р -Р Р 1 3 12 24 Р = Р Р +Р Р 1 4 ' 13' 34 ^ 1 23 34

В четвертой главе представлена техническая реализация ИИС мониторинга и методики расчета показателей надежности.

Представленная активно-адаптивная модель расчета надежности находит решение с учетом оценки каждой единицы всего парка физических активов и оценки электрической сети в целом как системы. Источником оперативных данных служат статистические данные об авариях и восстановлениях. Данные по оборудованию вводятся посредством диалогов с обеспечением проверки на достоверность. Расчётная схема и справочная информация хранятся в базе данных, имеющей открытый интерфейс.

Применяемая системная платформа предлагает пользовательский интерфейс. При анализе надежности сети применяются различные параметры. Интерфейс (диалоговые окна) позволяет настраивать эти параметры, изменять их для улучшения возможностей изучения сети. В результате анализа сети (например, за годичный период) определяются наиболее важные с точки зрения надежности участки сети. На основе полученной информации принимаются решения, например, о техническом обслуживании или ремонте. Т.к. в средах для разработки программного обеспечения стандартная функция для генерирования случайных чисел имеет равномерный закон распределения, то в предлагаемой модели предусмотрен генератор случайных чисел показательного распределения на основе равномерного.

Входными параметрами анализа надежности являются значения частот отключений компонентов сети. Частоту отключений определяют

индивидуально для каждого компонента, основываясь на факторах окружающей среды и данных о надежности участка сети. Справочные показатели надежности адаптивно уточняются с помощью оперативной информации. Оценка надежности выполняется численными методами.

Результатами являются частота, вероятность и средняя продолжительность перерывов подачи электроэнергии, недопоставленная и недоотпущенная электроэнергия, стоимость перерывов электроснабжения.

Предложенная адаптивная система позволяет более точно отражать процессы работы системы с оценкой их надежности. Из которой следует первоочередность и порядок ремонта и модернизации системы, введение дополнительных резервных сетей и устройств, обоснование и снабжение информационно-измерительным системами (датчиками, сенсорами аварийных режимов и каналами передачи данных).

Одной из основных задач проектирования информационно-измерительных систем контроля воздушных линий (ВЛ) является определение оптимального количества датчиков аварийных режимов воздушных линий, учитывающую непостоянство показателя надежности по длине линии. Это связано с тем, что с увеличением числа датчиком увеличивается точность определения координат мест аварий, а следовательно сокращается время ликвидации аварии. Однако, при этом увеличивается и стоимость системы. Для решения этой оптимизационной задачи необходимо сравнение затрат на оснащение линии датчиками и экономического эффекта от их внедрения. Необходимо отметить, что оценка надежности протяженных линий является довольно сложной задачей, поскольку показатели надежности для различных участков воздушных линий могут значительно отличаться. Это обусловлено с тем, что на надежность воздушных линий оказывают влияния эксплуатационные нагрузки, условия окружающей среды, срок службы, маршрут и т.д.

При внедрении системы, содержащей N датчиков, приведенные затраты изменяться, а именно возрастут капитальные затраты на ак, а издержки уменьшатся на ДИ. Уменьшение текущих издержек определяется суммой двух составляющих

АИ = АИ„„+АИсу, (4)

Выражение для уменьшения издержек при повышении надежности энергоснабжения

^=(9.-9,)^"-. (5)

где - средняя вероятность отказов системы при аварийных отказах на 100 км ВЛ до внедрения мероприятий; д^- средняя вероятность отказов системы при внедрении мероприятий по повышению надежности; /м -расчетная длина ВЛ; И^- среднее значение капиталовложений на восстановление поврежденных участков ВЛ.

Ч = \-Р(а1,Ьи) (6)

Выражение для уменьшения издержек от снижения ущерба от аварийных ограничений потребителей электроэнергии

^с.у.Ль -ЧгУ^авУуд, (7)

где среднее значение аварийного недоотпуска

электроэнергии для данного класса напряжения ВЛ на одно повреждение; осрез - коэффициент, учитывающий возможности электроэнергетической системы по резервированию ВЛ; Рср - средняя мощность передаваемая по ВЛ; - среднее

время восстановления поврежденного участка; ууд - удельный ущерб от аварийного недоотпуска электроэнергии, руб/(кВт-ч).

Из полученной зависимости определяется пространственная частота установки датчиков. Необходимо отметить, что при проектировании системы показатели надежности определяются из статистического анализа для конкретного района. И чем выше параметр потока отказов для данной зоны, тем больше должна быть частота установки.

Структура представления данных рассчитана на ручную обработку. Эта форма не позволяет выполнить анализ текущего уровня надежности и прогноз последующего состояния системы. Кроме того, эта информация практически закрыта и даже в такой форме недоступна для анализа. Очевидно, что для решения этой проблемы необходимо внедрение автоматизированной системы сбора и обработки информации. Для расчета показателей надежности необходимо с существующей информации регистрировать климатическую зону, в которой произошла авария. Для предварительных расчетов делать это можно по климатическим картам. В таблице 3 представлен модифицированный журнал учета аварий и отказов в работе.

Таблица 3 - Модифицированный журнал учета аварий и отказов в работе

Дата откл. Время откл. Дата включен. Время включен. РЭС Л'о клима тичес кой зоны Подстанция Отключившаяся ВЛ Отключившееся оборудование «3 3 Работа РЗА, ПА АПВ ш С о, Откл. нагрузка (А) I Причина 1 Потребитель Результаты осмотра Недоотпуск, кВт.ч

Ветровые нагрузки По толщине стенки Гололедно-ветровые нагрузки

Заключения н выводы по диссертации

1. Проведен анализ надежности систем электроснабжения, из которого следует, что самым ненадежным элементом системы являются воздушные линии электропередачи, поскольку на надежность их работы оказывает влияние большое число различных факторов, а для оценки надежности воздушных линий используются интегральные показатели надежности, в которых отсутствует дифференциация влияния факторов.

2. Проведен анализ источников и документов, содержащих информацию об авариях воздушных линий и факторах, оказывающих влияние на аварии, следует, что основная информация о влиянии внешних факторов содержится картах ветровых гололедных нагрузок и их комбинациях.

3. Выполнен анализ методов статистической обработки информации, которого следует, что для повышения точности оценки показателей надежности необходим дифференцированный учет влияния различных факторов.

4. Разработана математическая модель анализа надежности воздушных линий по топологическим схемам с учетом функциональных зависимостей влияния погодных факторов по временным и пространственным переменным для реализации в информационно-измерительных системах.

5. Разработана методика для компьютерной обработки результатов измерений в реальном режиме времени.

6. Разработана структура информационно-измерительной системы оценки надежности с учетом влияния погодных условий

7. Разработана методика определения оптимального количества датчиков аварийных режимов воздушных линий, учитывающую непостоянство показателя надежности по длине линии.

Список работ, в которых опубликованы основные положения диссертации:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Доронина, О.И. Разработка методики оценки надежности в интеллектуальных электроэнергетических системах / О.И. Доронина // Современные проблемы науки и образования - 2012. - № 6 - URL: http:/ www.science-education.ru/106-7737.

2. Шилин, А.Н. Анализ надежности электрической сети / А.Н. Шилин, О.И. Доронина // Известия ВолгГТУ. / ВолгГГУ. - Волгоград, 2009. - №7. - С. 36-39.

3. Шилин, А.Н. Автоматизированная система анализа надежности работы системы электроснабжения потребителей / А.Н. Шилин, О.И. Доронина // Известия ВолгГТУ. Серия «Процессы преобразования энергии и энергетические установки» Вып. 3: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - №8. - С. 99-103.

4. Шилин, А.Н. Оперативная оценка надежности в интеллектуальных электроэнергетических системах / А.Н. Шилин, О.И. Доронина // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2013. -№ 5. - С. 42—45.

5. Шилин, А.Н. Расчёт надёжности воздушных линий электропередачи с учётом влияния погодных условий / Шилин А.Н., Доронина О.И. // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. -2014,-№4.-С. 18-22.

Статьи, свидетельства и материалы конференций:

6. Шилин, A.A. Методика определения координат установки датчиков аварийных режимов / A.A. Шилин, О.И. Доронина // Электрика - 2013. - № 5 - с. 4245.

7. Доронина, О.И. Анализ аварийных режимов линий электропередач / О.И. Доронина, C.B. Галочкин // Нижнему Поволжью - творческую молодежь: матер. VI регион, науч.-практич. студ. конф., Камышин, 17-18 мая 2012 г. В б т. Т. 3 / ФГБОУ ВПО ВолгГТУ КТИ (филиал) ВолгГТУ. - Камышин, 2012. - С. 24-28.

8. Доронина, О.И. Обзор моделей расчета надежности систем передачи и распределения электроэнергии / О.И. Доронина, Ю. Шмальц // Городу Камышину -творческую молодежь: матер. IV регион, науч.-практич. студ. конф. 14-16 апреля 2010. Т. 4 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2010. - С. 199-102.

9. Доронина, О.И. Надежность конфигурации подстанций / О.И. Доронина, Ю. Шмальц // Городу Камышину - творческую молодежь: матер. V регион, науч.-практич. студ. конф. 14-15 апреля 2011. В 6 т. Т. 4 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. -Волгоград, 2011.-С. 106-110.

10. Доронина, О.И. Активно-адаптивная модель расчета надежности распределительных сетей / О.И. Дорошгаа // Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов: сб. матер, третьей всерос. науч.-практич. конф. (г. Волжский, 28-30 сент. 2010 г.) / Филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжский [и др.]. - Волжский, 2010. - С. 268-270.

11. Доронина, О.И. Анализ показателей надежности систем передачи и распределения электроэнергии / О.И. Доронина, И. Глоденко // Городу Камышину -творческую молодежь: матер. IV регион, науч.-практич. студ. конф. 14-16 апреля 2010. Т. 4 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2010. - С. 28-31.

12. Доронина, О.И. Адаптивная система анализа надежности элестроснабжения потребителей / О.И. Доронина, К.Н. Бахтиаров // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. VII всерос. науч.-практич. конф., Камышин, 22-23 дек. 2010 г. В 5 т. Т. 4 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Камышин, 2011. - С. 66-69.

13. Шшшн, А.Н. Пути повышения надежности системы электроснабжения / А.Н. Шилин, О.И, Доронина // Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов: сб. матер, второй всерос. науч.-практич. конф. (г. Волжский, 23-26 сент. 2008 г.) / Филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжский [и др.]. -Волжский, 2008. - С. 54-59.

14. Шилин, А.Н. Надежность электроснабжения в условиях реформирования электроэнергетики / А.Н. Шилин, О.И. Доронина // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. V всерос. науч.-практич. конф., Камышин, 4-6 дек. 2008 г. В 3 т. Т. 1 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Камышин, 2008. - С. 239-241.

15. Шилин, А.Н. Использование имитационного моделирования при расчетах надежности систем электроснабжения / А.Н. Шилин, О.И. Доронина // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. VI всерос. науч.-практич. конф., Камышин, 15-16 дек. 2009 г. В 3 т. Т. 2 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2009. - С. 115-117.

16. Шилин, А.Н. Методика имитационного моделирования систем электроснабжения / А.Н. Шилин, О.И. Доронина // Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий: сб. матер, межрегион, науч.-практич. конф. (г. Волжский, 22-25 сент. 2009 г.) / Филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжском. -Волжский, 2009. - С. 90-93.

17. Шилин, А.Н. Анализ надежности систем передачи и распределения электроэнергии ! А.Н. Шилин, О.И. Доронина, А.Г. Сошинов // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: сб. трудов междунар. науч,-техн. конф. 12-15 мая 2009 г. / ТГУ - Тольятти, 2009. - С. 174-177.

18. Шилин, А.Н. Использование имитационного моделирования при расчетах надежности систем электроснабжения / А.Н, Шилин, О.И. Доронина // Тинчуринские

чтения: сб. трудов V междунар. молодеж. науч. конф. 28-29 апреля 2010 г. / КГЭУ -Казань, 2010.-С. 76.

19. Шилин, А.Н. Анализ надежности воздушных линий электропередачи с дифференциацией влияющих факторов / А.Н. Шилин, О.И. Доронина // Moderni vymozenosti vedy - 2013: mater. IX mezinar. Vedecko-prakticka konf. (27 ledna- 05 unora 2013 r.) Dil 76. Technicke vedy / - Praha, 2013. - S. 3-6.

20. Шилин, A. H. Алгоритмы оптимизации топологии электроэнергетических сетей / А. Н. Шилин, И.А. Коптелова, О. И. Доронина // Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов: сб. матер. 4-й всерос. науч.-практич. конф. (г. Волжский, 25-28 септ. 2012 г.) / Филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжском. - Волжский, 2013. — С. 77-82.

21. Шилин, А.Н. Применение автоматизированных систем для анализа надежности / А.Н. Шилин, О.И. Доронина // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. VIII всерос. науч.-практич. конф., Камышин, 23-25 нояб. 2011 г. В 3 т. Т. 1 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2012. - С. 185-188

22. Шилин, А.Н. Алгоритм оперативной оценки надежности в интеллектуальных электроэнергетических системах / А.Н. Шилин, О.И. Доронина, C.B. Галочкин // Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий: сб. матер, межрегион. науч.-практич. конф. (г. Волжский, 20-23 сент. 2011 г.) / Филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжском. - Волжский, 2012. - С. 223-226.

23. Шилин, А. Н. Проблемы повышения надежности работы воздушных электрических сетей / А. Н. Шилин, А. А. Шилин, О. И. Доронина // Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий: сб. матер, межрегион, науч.-практич. конф. (г. Волжский, 20-23 сент. 2011 г.) / Филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжском. - Волжский, 2011. - С. 227-229.

24. Шилин, А.Н. Оценка надежности воздушных линий электропередачи с дифференциацией влияния климатических факторов / Шилин А.Н., Доронина О.И. // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий: Материалы междунар. науч.-практич. конф. / Научн. ред. А.Н. Тихонов; Общ. ред. С.У. Увайсов; Отв. ред. И.А. Иванов -М.: НИУ ВШЭ, 2014 - 660 с. - с. 150-161.

25. 'Шилин, A.A. Анализ топологии электрических сетей по критерию надежности / A.A. Шилин, С.С. Проскуряков, О.И. Доронина // Повышение надежности и энергоэффективности электротехнических систем и комплексов: межвузовский сборник научных трудов / редкол.: В.А. Шабанов и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2014. - 205с. - 111-118с.

Подписано в печать 2014 г. Заказ №_. Тираж 100 экз. Печ. л. 1,1

Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005, г. Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28, корп. № 7