автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Исследование надежности систем электроснабжения угольных разрезов на примере ОАО "УК "Кузбассразрезуголь"

На правах рукописи

Шаулева Надежда Михайловна

ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ НА ПРИМЕРЕ ОАО «УК «КУЗБАССРАЗРЕЗУГОЛЬ»

Специальность 05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□03458474

Кемерово - 2008

003458474

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Научный руководитель -

доктор технических наук, доцент Захарова Алла Геннадьевна Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Матвеев Виктор Николаевич кандидат технических наук Гришин Михаил Викторович

Ведущая организация: ОАО «УК «Кузбассразрезуголь»

Защита состоится 22 января 2009 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.01 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28. Факс: (3842) 36-16-87

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет».

Автореферат разослан а декабря 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Г. Захарова

Актуальность работы. В угольной промышленности Кузбасса в настоящее время происходит наращивание добычи угля. На угольных полях 25 действующих разрезов Кузнецкого угольного бассейна сосредоточено 11 % всех запасов угля России (117,2 млрд. т), пригодных для разработки открытым способом. В состав ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» входит 11 разрезов с объемом добычи в 2007 году более 45 млн. т угля.

Рост добычи угля требует увеличения парка горнодобывающих машин, особенно мощных экскаваторов и буровых станков. В связи с этим особенно актуальным является обеспечение бесперебойности электроснабжения всех звеньев технологических процессов разрезов. Отказы в системах электроснабжения (СЭС) открытых горных работ снижают эффективность работы горных машин, технологических звеньев и угольного разреза в целом вследствие уменьшения объема добычи, увеличения себестоимости, снижения уровня промышленной безопасности.

Высокий уровень надежности СЭС и их элементов - один из решающих факторов, обеспечивающих эффективность использования горной техники в условиях повышенной концентрации, комплексной механизации и автоматизации открытых горных работ. Развитие горнодобывающей техники разрезов на основе повышения мощности и производительности машин еще более усиливает значение вопросов их надежности и улучшения использования во времени.

В настоящее время, по некоторым оценкам, коэффициент использования календарного времени экскаваторов на разрезах Кузбасса составляет 0,57-0,68. Такие относительно низкие показатели объясняются, главным образом, большим числом и длительностью простоев, основная часть которых связана с необходимостью выполнения аварийных ремонтов. Около 10 % простоев экскаваторного парка обусловлена отсутствием напряжения, что в результате приводит к снижению годовой производительности только одного экскаватора на величину от 30 до 50 тыс. м3 горной массы.

Таким образом, низкая надежность распределительных сетей разрезов и их элементов снижает производительность горнодобывающего оборудования и уровень безопасности ведения горных работ, что подтверждает актуальность данной темы исследования.

Цель работы: установление зависимостей, определяющих надежность СЭС открытых горных работ, для выбора рациональных параметров, обеспечивающих повышение надежности СЭС.

Идея работы заключается в оценке надежности СЭС угольных разрезов и их элементов с помощью статистических моделей показателей, учитывающих их связь с воздействующими факторами.

Задачи исследований.

1. Установить факторы, определяющие надежность систем электроснабжения угольных разрезов и их элементов и дать их обобщенные характеристики.

2. На основе обработки статистической информации за длительный период времени установить количественные оценки степени влияния основных воз> ' ) \ У

действующих факторов на надежность СЭС угольных разрезов Кузбасса.

3. Провести статистический анализ надежности СЭС угольных разрезов и выявить зависимости, характеризующие связь надежности СЭС и их элементов с основными влияющими факторами.

4. Разработать математические модели надежности СЭС угольных разрезов.

5. На основе выполненных исследований разработать рекомендации по повышению надежности систем электроснабжения угольных разрезов на этапах проектирования и эксплуатации.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Зависимости в виде математических статистических моделей характеризуют степень влияния технико-эксплуатационных, конструктивных, погодно-климатических и прочих влияющих факторов на надежность систем электроснабжения разрезов и их элементов.

2. Зависимости в виде математических статистических моделей отражают количественные соотношения между числом отказов СЭС и основными влияющими факторами, что позволяет использовать их при проектировании систем электроснабжения, выборе схем трассировки, для оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭС, при прогнозировании надежности СЭС и планирований графиков технического обслуживания и планово-предупредительного ремонта.

3. Разработанные многофакторные математические модели надежности СЭС угольных разрезов учитывают влияние совокупности различных факторов.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Впервые установлены вероятностные проявления факторов, оказывающих влияние на надежность СЭС разрезов, и получены законы их распределения.

2. Установлены статистические связи между показателями надежности воздушных линий электропередачи (ВЛ) и их основными характеристиками, отличающиеся тем, что в них учитывается влияние технико-эксплуатационных, конструктивных, погодно-климатических и прочих влияющих факторов на повреждаемость линий электропередачи в зависимости от значений коэффициента автономности.

3. Установлены зависимости в виде математических статистических моделей, отражающие количественные соотношения между числом отказов СЭС и их элементов и основными влияющими факторами, отличающиеся тем, что к учету приняты все виды перерывов питания.

4. Разработаны многофакторные математические модели надежности СЭС угольных разрезов Кузбасса с использованием статистического моделирования, отличающиеся тем, что они основываются на данных, полученных за длительный период времени, что повышает точность моделирования и расширяет диапазон рассматриваемых факторов.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается применением апробированных научных методов на основе математической статистики, теории вероятностей и математического анализа для обработки информа-

ции, осуществляемой на персональном компьютере (ПК) с использованием программного обеспечения Microsoft Excel и Statistica; представительным объемом наблюдений в течение трех лет на четырех угольных разрезах ОАО «УК «Кузбассразрезуголь», позволившим получить результаты исследований с достаточной степенью точности (погрешность не превышает 10 %); учетом взаимосвязи факторов, определяющих надежность СЭС и их элементов; адекватностью полученных математических моделей, которая подтверждается расчетными значениями критериев Фишера, значительно превышающими табличные значения.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты могут быть использованы:

- при разработке прогнозных моделей отказов СЭС;

- при проектировании систем электроснабжения, выборе схем трассировки линий;

- для оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭС;

- для расчета экономического ущерба от ненадежности СЭС и их элементов;

- для рациональной организации технического обслуживания и ремонта электрооборудования стационарных подстанций и распределительных сетей разрезов.

Реализация результатов работы.

На основе приведенных в диссертационной работе результатов исследования разработаны рекомендации по повышению надежности систем электроснабжения угольных разрезов, которые приняты к практическому использованию в филиале ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Кедровский угольный разрез».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на VII Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах» (г. Кемерово, 2007 г.); I Всероссийской научно-технической конференции «Современные пути развития машиностроения и автотранспорта Кузбасса» (г. Кемерово, 2007 г.); X Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (г. Кемерово, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы из 82 наименований и приложений. Основной текст изложен на 199 машинописных страницах и содержит 24 рисунка и 44 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено общей характеристике работы, обоснованию актуальности темы, постановке цели и задач исследования.

В первой главе проводится анализ существующего состояния исследуемой проблемы. Отмечается, что угольные разрезы Кузбасса являются крупными механизированными предприятиями с высокой энергетической насыщенностью и современной высокопроизводительной техникой для выполнения работ по всему технологическому циклу.

Характерной особенностью систем электроснабжения разрезов является рассредоточенность их на значительной площади и глубине. Электрооборудование в процессе эксплуатации подвержено влиянию колебаний температуры окружающего воздуха, повышенной влажности, запыленности. На надежность и безопасность функционирования систем электроснабжения и их элементов существенное влияние оказывают факторы горного производства - передвижной характер горных работ, буровзрывные работы, трудности, связанные с проведением технического обслуживания и др. Вопросам исследования надежности систем электроснабжения и электрооборудования горнодобывающих предприятий, в том числе открытых горных разработок, посвящены работы ученых С.А. Алаторцева, В.И. Щуцкого, Б.П. Белых, С.А. Волотковского, Л.В. Гладилина, Г.И. Разгильдеева, В.П. Муравьева, И.К. Буйного, Б.И. Заславца, А.Г. Захаровой, М.В. Крутько, В.А. Котлярчука, В.И. Филиппова, В.В. Школя-ренко, Н Ю. Жадаева и других. В этих работах приводятся результаты обработки статистики аварийных отключений и на этой основе разрабатываются рекомендации по повышению надежности и безопасности СЭС открытых горных работ.

Анализ выполненных раннее исследований показал, что особенностью систем электроснабжения разрезов является неравномерное распределение повреждаемости по отдельным ее составным частям. Наибольшее число аварийных отключений СЭС (84,3%) приходится на конечные элементы - передвижные линии электропередачи, приключательные пункты, гибкие высоковольтные кабели и электрооборудование экскаваторов. На долю отключений конечных элементов СЭС обслуживающим персоналом приходится 84,2%, а на гибкие кабели и электрооборудование экскаваторов - соответственно 47% и 56,4%. Анализ данных об отключениях линий 6 кВ позволяет разделить отказы: 72,6% из общего их числа приходится на самоустраняющиеся КЗ, а из общего числа преднамеренных отключений 62% приходится на ремонт и обслуживание. Из этого следует, что при исследовании необходимо уделять основное внимание поиску путей, позволяющих повысить надежность систем электроснабжения и их элементов при их проектировании и при эксплуатации.

Вторая глава посвящена методике исследования эксплуатационной надежности систем электроснабжения и электрооборудования угольных разрезов. Здесь рассматриваются методы сбора, обработки и анализа статистической информации. Исходные данные для исследования надежности СЭС открытых горных разработок были получены при анализе журналов оперативных и аварийных отключений на подстанциях, от которых осуществляется питание потребителей разрезов. Полученные массивы данных были использованы для определения законов распределения изучаемых случайных величин.

На основании факторного анализа по результатам опроса специалистов-энергетиков были определены следующие основные факторы, влияющие на аварийность СЭС угольных разрезов ОАО «УК "Кузбассразрезуголь": количество высоковольтных потребителей, присоединенных к одному фидеру, протяженность ВЛ, количество отпаек на фидере, число экскаваторов подключенных к одному фидеру, суммарная нагрузка фидера, количество угловых опор, сечение участка провода, срок службы фидера, длины стационарных и передвижных ВЛ, погодно-климатические факторы (скорость ветра и т.д.), угол встречи ВЛ с преобладающими ветрами.

Здесь приведена методика применения парного и множественного линейного регрессионного и корреляционного анализа. Наиболее удобной для решения рассматриваемых в диссертации вопросов формой представления статистических связей между аварийностью и различными факторами, влияющими на работу В Л, являются парные регрессионные зависимости вида у = Ьо±Ь у х, которые позволяют установить тесноту связей и получить математические модели (уравнения регрессии), с определенной точностью прогнозирующие характер изменения аварийности ВЛ в зависимости от исследуемых факторов. При необходимости учета действия сразу нескольких факторов используется множественный анализ

п

У = Ъ0 + I Ьуху •

1=1 -

где ¿о, Ь]1 Ьу — коэффициенты регрессии.

Методика обработки статистической информации включает: проверку принадлежности выборок к одной генеральной совокупности; проверку гипотезы о согласии опытного распределения с теоретическим с помощью стандартных программ для ПК; расчет параметров законов распределения наработки на отказ и времени восстановления; определение доверительных интервалов для средней наработки на отказ и среднего времени восстановления; проведение парного и множественного регрессионного и корреляционного анализа.

Третья глава посвящена исследованию эксплуатационной надежности систем электроснабжения угольных разрезов. Показано, что принятая классификация распределительных сетей разрезов по принципу построения (радиальные, магистральные или комбинированные), либо в зависимости от расположения относительно фронта горных работ (продольно-фронтальные, поперечно-фронтальные и комбинированные) не отражает главную особенность систем электроснабжения разрезов - зависимость срока их службы от влияющих факторов. Между тем, срок службы электрической сети определяет расходы на ее содержание и оказывает значительное влияние на показатели надежности. Поскольку срок службы ВЛ определяется, главным образом, факторами горного производства - скоростью подвигания забоя и уступов, схемой вскрытия, расположением ВЛ относительно направления подвигания забоя и уступов и др., то для учета влияния данных факторов на процесс функционирования электро-

оборудования и электрических сетей разрезов предложено ввести коэффициент автономности

и - 1ф

I расч

где 1ф - фактический срок службы ВЛ; Трасч - расчетный срок службы В Л. По значению Ка можно судить в известной мере о степени независимости воздушных линий электропередачи разрезов от факторов горного производства. При значении Ка > 1 ВЛ обладает полной автономностью по отношению к действующим факторам горного производства, а при Ка < 1 проявляется отсутствие автономности.

В результате анализа схем электроснабжения четырех угольных разрезов, входящих в ОАО «УК "Кузбассразрезуголь" установлено, что одной из характеристик, наиболее сильно влияющих на показатели надежности, является длина передвижной части ВЛ. Установленные корреляционные зависимости между показателями надежности и длиной передвижной ВЛ позволили разделить распределительные сети разрезов на две группы: забойные и распределительные линии электропередачи, на срок службы каждой из которых горные факторы действуют по-разному. В табл. 1 приведены значения коэффициентов корреляции и уравнения линейной регрессии для каждой группы.

Таблица 1

Пределы срока службы, ¡ф, лет Длина ВЛ /, м Коэффициент автономности Ка Коэффициенты корреляции г Уравнение регрессии

0,6-3,0 100-500 0,12-0,6 0,84 = 0,0065/ + 0,0469

3,0-7,0 150-2050 0,8-1,4 0,76 /¿=0,00167 + 3,5026

Полученные статистическим путем зависимости, приведенные в табл. 1 показывают, что ВЛ группы 1 - распределительные В Л - имеют длину 100-500 м и срок службы 0,6-3,0 лет и характеризуются полным отсутствием автономности системы электроснабжения от факторов горного производства (показатель автономности Ка~ 0,12-0,6).

Линии электропередачи группы 2 - забойные ВЛ - имеют большую длину и больший срок службы (/ = 150-2050 и п (ф =3,0-7,0 лет), чем ВЛ группы

1, а показатель Ка = 0,8—1,4 указывает на сильно выраженную автономность. В эту группу входят фронтальные и поперечные линии электропередачи, расположенные на бортах карьеров.

На надежность стационарных ВЛ разрезов оказывают влияние в основном погодные условия и некоторые факторы горного производства: случайные повреждения опор и проводов большегрузными самосвалами, бульдозерами и

экскаваторами при перемещении в пределах горного отвода, а также автотранспортом при перевозке крупногабаритных грузов - стрел мехлопат и драглайнов, больших ковшей и др.

В табл. 2 приведено распределение наиболее характерных отказов стационарных ВЛ угольных разрезов «Кедровский», «Краснобродский», «Сарта-кинский» и «Осинниковский», входящих в ОАО «УК "Кузбассразрезуголь".

По стационарным В Л напряжением 35 и 6 кВ за период наблюдений (три года) было зарегистрировано соответственно 7 и 30 отключений, вызванных разными причинами. В результате обработки статистических данных по стандартным программам для ПК было установлено, что распределение наработки на отказ стационарных ВЛ 6 кВ согласуется с законом Вейбулла-Гнеденко с

функцией плотности распределения /(/)= ехр{~а(Ь^, где а = 4161,6 -

параметр масштаба; Ь = 1,2 - параметр формы распределения.

Таблица 2

Виды повреждений. Количество отказов, %, к общему числу

ВЛ на железобетонных опорах

Разрушение изоляторов 21,9

Обрывы проводов 39,0

Падение опор 8,7

Отгорел провод 8,7

Схлестывание проводов 8,7

Падение деревьев на ВЛ 13,0

Наработка на отказ ВЛ 35 кВ, полученная с использованием метода малых выборок, соответствует экспоненциальному закону с функцией плотности

распределения

/(0=7-ю

ехр

о]

, где ¡д = 6479 ч - наработка на отказ. На

показатели надежности влияют отключения ВЛ из-за неселективности действия защиты и повреждений электросетевых устройств, присоединенных к линиям. В табл. 3 приведены значения относительного числа отключений по длительности к общему числу отключений, откуда следует, что вероятность длительных простоев стационарных ВЛ 6 кВ более чем в 30 раз выше, чем при напряжении 35 кВ.

Таблица 3

Напряжение стационарных ВЛ, кВ Относительное число отключений по длительности, %, к общему числу отключений

время действия АПВ до 1 ч 1 -2ч 2 - 4 ч более 4 ч

6 - 16 37 27 20

35 71 29 - - -

Таким образом, на основе выполненных исследований можно сделать следующие выводы:

- основная часть отключений стационарных В Л 35 кВ вызвана повреждениями, не требующими проведения восстановительных работ. Напряжение на линиях восстанавливается либо после отключения неисправных потребителей, либо за счет действия АПВ;

- время безотказной работы стационарных В Л 35 и 6 кВ между повреждениями, требующими проведения восстановительных работ, имеет экспоненциальное распределение и распределение Вейбулла-Гнеденко, а данные события могут рассматриваться как редкие.

Эксплуатационная надежность высоковольтной системы электроснабжения разреза определяется надежностью ее отдельных элементов: воздушных линий электропередачи 6 кВ, экскаваторных высоковольтных кабелей, приклю-чательных пунктов, передвижных карьерных трансформаторных подстанций и т.п.

Показано, что время безотказной работы и время восстановления питающих фидеров имеют экспоненциальный закон распределения. Математическое ожидание времени безотказной работы фидеров угольного разреза «Кедров-ский» составило 453 ч, разреза «Краснобродский» - 498 ч. На разрезе «Сарта-кинский» наработка на отказ фидеров с экскаваторной нагрузкой равна 274 ч, что почти в два раза меньше, чем по разрезам «Кедровский» и «Краснобродский». Это объясняется большим числом подключенных к одному фидеру экскаваторов, превышающим рекомендации, изложенные в соответствующих нормативно-технических документах. Наибольшее время восстановления /в (время перерыва питания потребителей фидера при аварийных отключениях по разным причинам) отмечено на разрезе «Сартакинский» (75 мин). Это обусловлено большой протяженностью питающих ВЛ. С увеличением длины ВЛ длительность отключения возрастает из-за дополнительных затрат времени на поиск причин отказов и проезд персонала по трассам линии до мест возможных повреждений и обратно.

На рис. 1 в качестве примера приведены гистограммы и графики плотности распределения времени безотказной работы г0 и времени восстановления 1в питающих фидеров угольного разреза «Сартакинский».

Для расчетов экономического выражения надежности в виде математического описания убытков был использован критерий вероятности простоя (аварийного простоя), которая для любого элемента СЭС определяется как произведение средней интенсивности отказов Лср на среднее время простоя ?Я С/А

~ Я i

~ /1ср}а.ср. ■

Показано, что наибольшую вероятность простоя Р(Э) = 8,06 • 10"4 имеют воздушные линии электропередачи, а наименьшую Р(Э) = 0,92 • 10"4 - кабельные линии.

Среднее время восстановления элементов распределительных сетей разрезов изменяется от 0,53 ч для подстанционных масляных выключателей до 2,5 ч для изоляторов на ВЛ в рабочей зоне. Математическое ожидание времени безотказной работы элементов СЭС составляет от 2053 до 6066 ч на единицу электрооборудования. Математическое ожидание времени восстановления элементов СЭС при отказах составляет от 0,41 до 2,50 ч. Показатели надежности элементов распределительных сетей разрезов 6 кВ, полученные на основе обработки статистических данных, представлены в табл. 4.

а)

ап)

б)

ям

Рис. 1. Гистограммы и графики плотности распределения времени безотказной работы и и времени восстановления питающих фидеров угольного разреза «Сартакинский»

Таблица 4

Показатели надежности элементов распределительных сетей разрезов б кВ

Наименование электроустановок 6 кВ Средняя наработка на отказ ¡0, Ч Интенсивность отказов Я, 10"4 1/ч Среднее время восстановления *в>4 Параметр потока восстанавливаемости ц, 1/ч Вероятность простоя 10"4 Закон распределения

Воздушные линии, км 2053 4,90 1,65 0,6044 8,06 экспоненциальный

Экскаваторные кабели, км 4491 2,23 0,41 2,4242 0,92 экспоненциальный

При ключательные пункты (ПП) Я К МО, ЖУ, КРУПЭ 5239 1,91 1,37 0,7300 2,62 экспоненциальный

Передвижные КТП 5415 1,85 2,20 0,4602 4,01 экспоненциальный

Масляные выключатели подстанционные 5574 1,79 0,53 1,8800 0,953 экспоненциальный

Разъединители линейные 43957 0,23 0,99 1,0100 0,287 экспоненциальный

Разъединители на ПП 5522 1,81 1,39 0,7200 2,28 экспоненциальный

Изоляторы на ВЛ в рабочей зоне, км 6066 1,64 2,50 0,4023 4,09 экспоненци альньга

На эксплуатацию распределительных сетей угольных разрезов значительное влияние оказывают климатические условия - колебания температуры окружающего воздуха, относительная влажность среды и скорость ветра. В результате обработки данных получены уравнения регрессии и установлено, что связь между числом отказов и максимальной температурой окружающего воздуха описывается уравнением линейной регрессии вида у ~ 0,4873 /тал - 17,6 с коэффициентом корреляции 0,71.

Надежная работа электрических сетей разрезов зависит от целого ряда факторов, в числе которых квалификация и стаж работы обслуживающего персонала, своевременное техническое обслуживание и ремонт СЭС и их элементов. Эти факторы были учтены с помощью среднего квалификационного балла КСр. Обработка статистических данных на ПК известными методами позволила выявить зависимость аварийных отключений карьерных распределительных сетей 6 кВ от уровня квалификации персонала, обслуживающего эти сети. Наиболее тесная связь выявлена между числом отказов систем электроснабжения разрезов, отнесенная к одному километру воздушной и кабельной линий (коэффициенты корреляции Г = 0,574 и г = 0,573 соответственно). На рис. 2 в качестве примера приведены корреляционное поле и линия регрессии, характеризующие количество отказов системы электроснабжения в зависимости от квалификации обслуживающего персонала (отнесенных на один километр ВЛ).

4 СО 2

а О

а

в

о о

5

к Р

3,2

у =-6,645Жф - 31,312 г - 0,5741

3,4

3,6

3,:

4 Кср, балл

Рис. 2. Корреляционное поле и линия регрессии, характеризующие связь числа отказов системы электроснабжения и квалификацию обслуживающего персонала на один километр ВЛ

Относительно низкие значения коэффициентов корреляции (от г = 0,497 до г = 0,574) указывают на то, что аварийность СЭС угольных разрезов Кузбасса зависит не только от квалификации обслуживающего эти сети персонала, но и от ряда других факторов, оказывающих влияние на надежность СЭС.

При разработке мероприятий, направленных на повышение надежности СЭС, необходимо располагать результатами анализа факторов, оказывающих влияние на безаварийную работу распределительных сетей разрезов. В работе установлено, что наибольшее число аварийных отключений приходится на воздушные линии. Наибольшее число отказов произошло из-за неблагоприятных погодных условий, а именно, 107 отказов из-за воздействия ветровых нагрузок и 55 отказов из-за грозовой активности. Захлест и обрыв проводов под действием погодных условий происходит, как правило, вследствие низкого качества конструктивного исполнения и содержания ВЛ, слабого натяжения проводов, т.е. проявляются отступления от требований ПУЭ к сооружениям ВЛ.

По причине коротких замыканий воздушных линий электропередач 6 кВ (сработала максимально-токовая защита) произошло 97 отключений. Значительное количество отказов - 53 - произошло из-за механических повреждений воздушных линий. Существенный вес имеют отключения по таким причинам, как одновременный запуск электродвигателей и электрический пробой кабелей - по 32 отказа. Полученные значения вероятностей безотказной работы Р(1) свидетельствуют о низкой эксплуатационной надежности СЭС и их элементов, которая оказывает влияние на эффективность работы питающих ответвлений потребителей.

Анализ статистических данных отключений передвижных ВЛ 6 кВ разреза «Кедровский» за 2006-2007 гг. показал, что основные причины - это аварийные отказы (45,4 %) и преднамеренные отключения (54,6 %) для проведения технического обслуживания или ремонта ВЛ и для переустройства передвижных участков линий. Рассмотренные воздушные линии характеризуются большим числом отказов и отключений оперативным персоналом и большой общей длительностью простоя, обусловленной принятой технологией ведения открытых горных работ.

Вероятность аварийных отключений стационарных ВЛ 6 кВ почти в 40 раз меньше по сравнению с передвижными, но средняя длительность одного отключения (152 мин) существенно превышает аналогичные показатели передвижных ВЛ (50 мин). Это обусловлено большей протяженностью стационарных ВЛ, при этом длительность отключения возрастает из-за дополнительных затрат времени на поиск причин отказов и проезд выездной бригады вдоль линий до места повреждения и обратно.

Отмечено, что повышение надежности воздушных линий электропередачи возможно за счет реализации нескольких технических решений, а именно:

- путем сооружения стационарных линий электропередачи до борта карьера, а в забое - кабельных линий;

- за счет использования воздушных линий, выполняемых самонесущими изолированными проводами для ВЛ до 1 кВ, и проводами с защитной изолирующей оболочкой для ВЛ 3-20 кВ;

- повышением качества монтажа воздушных линий, улучшением технического обслуживания передвижных ВЛ.

Повышение надежности электроснабжения мощных экскаваторов возможно за счет применения отдельных фидеров для их питания.

В четвертой главе приводятся результаты парного и множественного линейного корреляционного и регрессионного анализа. На основе анализа статистических данных об отказах СЭС в зависимости от конструктивных и технико-эксплуатационных факторов, определённых при помощи метода экспертных оценок в главе 2, за три года эксплуатации были получены уравнения регрессии, корреляционные отношения и остаточные среднеквадратические отклонения для всех эксплуатационных факторов.

Исходя из величины корреляционного отношения R2 = 0, 2313 установлено, что наибольшее влияние на аварийность ВЛ оказывает количество экскаваторов, присоединенных к одному питающему фидеру. Относительно большие

2 2 значения R получены для количества отпаек (R = 0, 2294), длин передвижных ВЛ (R2-0,1814) и количества передвижных угловых опор (R' = 0,2171).

Для факторов, характеризующих стационарные линии электропередачи,

2 2 R имеют низкие значения (для длин стационарных В Л R = 0,00371, для срока

службы R2= 0,0138), и показывают, что между отказами стационарных ВЛ и рассматриваемыми факторами нет связи.

С помощью уравнений регрессии может быть рассчитано число отказов ВЛ в зависимости от влияющих факторов. Уравнение множественной регрессии для числа отказов будет линейным, вида

N0 = а + bjxj + b2x2 +... + bn_lxn_l + bnxn, где N0 - число аварийных отключений; се - постоянная составляющая уравнения регрессии; bj ...Ьп - коэффициенты регрессии; Xj ...хп - числовые значения соответствующих параметров ВЛ, влияющих на надежность.

К исследованию были приняты три модели надежности. В первой модели учитывались следующие факторы: длина передвижной части ВЛ L„, угол встречи передвижной части ВЛ с преобладающим ветром а„, количество передвижных угловых опор Nyon и количество отпаек Nom„. Во вторую модель вместо количества отпаек вводили количество экскаваторов Мэ, в третью - число

потребителей Nnom.

Для первой модели получено уравнение множественной регрессии вида

N0 = -2,09 + 0,15ссп + 0,48Ln + 0,69Nyon + 2,21Nomn.

При увеличении длины передвижной части ВЛ увеличивается вероятность возникновения отказа из-за временного характера сооружения ВЛ, при этом линии возводятся без учета требований ПУЭ к сооружениям ВЛ, и имеют высокую повреждаемость при взрывных работах. Увеличение числа отказов при возрастании угла встречи с преобладающим ветром происходит из-за более частых захлестов и обрывов проводов, которые происходят вследствие увеличения нагрузки на провода. Рост аварийности при увеличении количества пере-

движных угловых опор объясняется тем, что у передвижных ВЛ в качестве угловых используются обычные деревянные промежуточные опоры, которые не приспособлены выдерживать нагрузки, возникающие при изменении трассировки ВЛ. В этом случае невозможно натянуть провода так, как этого требуют ПУЭ.

Для выявления того, какие факторы являются наиболее важными, вычислены стандартизованные коэффициенты регрессии, или /^-коэффициенты, которые учитывают разброс значений каждой величины относительно среднего.

Для вычисления ¡5 -коэффициентов использовалась формула

ау

где Ъ- коэффициенты уравнения регрессии в натуральном масштабе, -среднеквадратическое отклонение г-го фактора; ау - среднеквадратическое

отклонение числа отказов.

При сравнении между собой значений /?-коэффициентов, установлено, что наибольшее влияние на аварийность ВЛ оказывает количество отпаек (/5=0,296). Следующим по значимости оказывается количество передвижных угловых опор (/? =0,294), затем - угол встречи с преобладающим ветром (Р =0,261). Наименее значимой является длина В Л (/? =0,063).

Для второй модели получено уравнение

= -1,89 + 0,1 Зап + 0,241„ + 0,82Муоп + 2,26А'Э.

Как и в первой модели, связь между влияющими факторами и аварийностью оказалась положительной для всех факторов. Положительная взаимосвязь между числом отказов и количеством экскаваторов закономерна, так как при увеличении числа фидеров с экскаваторной нагрузкой возрастает вероятность механического повреждения ВЛ и отключений вследствие перегруза.

При сравнении между собой значений -коэффициентов для второй модели, установлено, что на первом месте по значимости оказалось количество угловых опор (/?=0,314), затем идет количество экскаваторов (/9=0,300), затем - угол встречи с преобладающим ветром (/? =0,227) и на последнем месте -длина ВЛ (/? =0,050).

Для третьей модели получено уравнение

М0 = -1,79 + 0,15ап + 1,32Ьп + 0,77 Ыум + 0,29К„от.

Как и в уравнениях предыдущих моделей, взаимосвязь между числом отказов и параметрами ВЛ положительна. Поскольку число потребителей является более обобщенным фактором, чем количество отпаек и подключенных экскаваторов, то объяснение его положительной взаимосвязи с аварийностью объясняется, с одной стороны, увеличением риска механических повреждений

ВЛ горными машинами и взрывной волной, а с другой - ростом нагрузки на электрическую сеть.

Для сравнения значимости моделей между собой использовался коэффи-2

циент детерминации Я\ Он показывает, какой процент отказов объясняется влиянием рассматриваемых факторов. Для сравнения все уравнения и соответствующие им значения Я2 сведены в табл. 5.

Таблица 5

Уравнение регрессии Я2 г

М0 = -2,09 + 0,15ап + 0,48Ьп + 0,69Ыуоп + 2,2Шотп 0,41 0,64 10,316

,¥0 = -1,89 + 0,1 За„ + 0,241п + 0,82А!уоп + 2,26 А1, 0,53 0,72 10,106

А'о = -1,79 + 0,15ап + 1,32Ь„ + 0,77Муоп + 0,29 Мпот 0,34 0,5В 7,670

2

Самое высокое значение Я = 0,53 имеет вторая модель, где в качестве изменяемого фактора используется число экскаваторов, присоединенных к одному питающему фидеру. Это означает, что в 53 % случаев аварийность ВЛ можно объяснить с помощью указанной модели. Для первой модели (изменяемый фактор - количество отпаек) Я2 - 0,41, для третьей статистической модели (изменяемый фактор - число потребителей) Я = 0,34. Относительно невысокие

значения Я в исследуемых моделях можно объяснить сравнительно малым объемом выборки, а также влиянием неучтенных факторов (погодно-климатических условий, уровня квалификации обслуживающего персонала и т.д., изолированное влияние которых рассматривалось в главе 3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований дано решение актуальной задачи, имеющей важное теоретическое и практическое значение для повышения надежности СЭС на угольных разрезах Кузбасса.

Основные научные и практические результаты выполненной работы заключаются в следующем:

1. Выявлены факторы, определяющие надежность СЭС угольных разрезов Кузбасса: количество высоковольтных потребителей, присоединенных к одному фидеру, протяженность ВЛ, количество отпаек на фидере, число экскаваторов на одном фидере, суммарная нагрузка фидера, количество угловых опор, сечение участка провода, срок службы фидера, длины стационарных и передвижных ВЛ, угол встречи с преобладающими ветрами, погодно-климатические факторы (скорость ветра и т.д.) и получены частоты их распределения.

2. На основании полученных регрессионных зависимостей установлена степень влияния факторов на надежность распределительных сетей разрезов, а именно: длины передвижной части ВЛ {г = 0,426), угла встречи передвижной части ВЛ с преобладающим ветром (г = 0,374), количества передвижных угловых опор (г = 0,466), количества отпаек (г = 0,479), количества экскаваторов (г = 0,481) и числа потребителей (г = 0,442).

3. Разработаны многофакторные регрессионные модели надежности воздушных линий электропередачи угольных разрезов Кузбасса в зависимости от различного сочетания конструктивных и технико-эксплуатационных факторов с учетом значений коэффициента автономности. Установлено, что самое высо-

2

кое значение Я = 0,53 имеет вторая модель, где в качестве изменяемого фактора используется число экскаваторов. Для первой модели (изменяемый фак-

2

тор - количество отпаек) К =0,41, для третьей статистической модели (изме-

2

няемый фактор - число потребителей) Л = 0,34.

4. Установлено, что показатели надежности фидера, выраженные через время безотказной работы, имеют средние значения от 270 до 500 часов и экспоненциальный закон распределения.

5. Установлено, что наименее надежными элементами распределительных сетей угольных разрезов являются высоковольтные экскаваторные кабели и воздушные линии электропередачи. Наработка на отказ этих элементов подчиняется экспоненциальному закону распределения и равна, соответственно, 4491 и 2053 часа.

6. Для учета влияния эксплуатационных факторов на характер функционирования элементов систем электроснабжения разрезов предложен коэффициент автономности Ка и определены его статистические связи с основными параметрами воздушных линий. В зависимости от значения Ка ВЛ разделены на две группы: забойные (ЗВЛ) и распределительные (РВЛ) линии электропередачи, имеющие различные показатели надежности. Параметры показателей надежности, выраженные через время безотказной работы ЗВЛ и РВЛ, составляют 2303 и 2755 часа соответственно, и отличаются тем, что к учету приняты все виды перерывов питания.

7. Зависимости в виде математических статистических моделей могут быть использованы при разработке прогнозных моделей отказов СЭС, при проектировании систем электроснабжения, выборе схем трассировки воздушных линий, для оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭС, для расчета экономического ущерба от ненадежности СЭС и их элементов, для рациональной организации технического обслуживания и ремонта электрооборудования стационарных подстанций и распределительных сетей разрезов.

8. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации по повышению надежности систем электроснабжения угольных разрезов, принятые к практическому использованию в филиале ОАО «УК «Кузбассразрез-уголь» «Кедровский угольный разрез».

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Захарова А.Г. Статистические характеристики систем электроснабжения угольных разрезов Кузбасса / А.Г Захарова, Н.М. Шаулева // Современные пути развития машиностроения и автотранспорта Кузбасса: Труды первой всероссийской науч.-техн. конф. - Кемерово: ГУ КузГТУ, 2007. - С. 340-343.

2. Захарова А.Г. Оценка показателей надежности элементов систем электроснабжения угольных разрезов / А.Г Захарова, Н.М. Шаулева // Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах: Материалы VII Междунар. науч.-практ. конф., Т. 1, Кемерово, ГУ КузГТУ, 15-16 нояб. 2007. - С. 286-288.

3. Шаулева Н.М. Анализ аварийных отключений в системах электроснабжения угольных разрезов / Н.М. Шаулева // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды X .междунар. науч.-практ. конф. - Кемерово: ИУУ СО РАН, 2008. - С. 122-125.

4. Захарова А.Г. Оценка влияния факторов горного производства на срок службы электрических сетей угольных разрезов Кузбасса / А.Г. Захарова, Н.М. Шаулева // Вестн. КузГТУ, 2008. - № 4. - С. 53-55.

5. Захарова А.Г. Эксплуатационная надежность стационарных электрических сетей угольных разрезов Кузбасса / А.Г. Захарова, Н.М. Шаулева // Вестн. КузГТУ, 2008. - № 4. - С. 56-58.

6. Захарова А.Г. Эксплуатационная надежность СЭС угольных разрезов Кузбасса / А.Г. Захарова, Н.М. Шаулева // Горный журнал. - 2008. - № 11. - С. 83-85.

7. Захарова А.Г. Эксплуатационная надежность карьерных распределительных сетей угольных разрезов / А.Г. Захарова, Н.М. Шаулева И Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов, 2008. - № 10. - С. 276-279.

Подписано в печать УУ. ЯСО(

Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ $5$.

ГУ Кузбасский государственный технический университет. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография ГУ Кузбасский государственный технический университет. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Характеристика систем электроснабжения угольных разрезов и состояние вопроса в области исследования.

1.1. Общая характеристика систем электроснабжения угольных разрезов ОАО «УК «Кузбассразрезуголь».

1.2 Анализ работ по надежности систем электроснабжения промышленных предприятий.

Выводы.

2. Методика исследования эксплуатационной надежности систем электроснабжения и электрооборудования угольных разрезов

2.1. Общие замечания.

2.2. Методика сбора и обработки статистической информации о надежности систем электроснабжения и электрооборудования угольных разрезов.

2.3. Выбор факторов, влияющих на надежность систем электроснабжения угольных разрезов.

2.4. Парный регрессионный и корреляционный анализ.

2.5. Линейный множественный регрессионный и корреляционный анализ.

Выводы.

3. Исследование эксплуатационной надежности систем электроснабжения угольных разрезов.

3.1. Характеристика электрических сетей угольных разрезов Кузбасса

3.2. Эксплуатационная надежность электрооборудования стационарных электрических сетей и подстанций.

3.3. Эксплуатационная надежность электрооборудования распределительных электрических сетей угольных разрезов.

3.4. Эксплуатационная надежность элементов распределительных сетей 6 кВ угольных разрезов.

3.5. Влияние погодно-климатических факторов на эксплуатационную надежность распределительных сетей 6 кВ разрезов.

3.6. Влияние уровня эксплуатации на надежность электроснабжения разрезов.

3.7. Влияние квалификации обслуживающего персонала на эксплуатационную надежность систем электроснабжения разрезов.

Выводы.

4. Построение и исследование статистических моделей надежности воздушных линий электропередач.

4.1 Двухфакторный анализ надежности BJI.

4.2. Многофакторный анализ надежности BJI.

Выводы.

Актуальность работы. В угольной промышленности Кузбасса в настоящее время происходит наращивание добычи. На 25 действующих разрезах Кузнецкого угольного бассейна сосредоточено 11 % всех запасов угля России (117,2 млрд. т), пригодных для разработки открытым способом. ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» управляет 11 угольными разрезами. В 2005 году объем добычи угля составил 42,8 млн. т, в 2006 г. -44 млн. т, а в 2007 г. более 45 млн. т.

Рост добычи угля требует увеличения парка горнодобывающих машин, особенно мощных экскаваторов и буровых станков. В связи с этим особенно актуальным является обеспечение бесперебойности электроснабжения всех звеньев технологических процессов разрезов. Отказы в системах электроснабжения (СЭС) открытых горных работ снр1жают эффективность работы горных машин, технологических звеньев и угольного разреза в целом вследствие уменьшения объема добычи, увеличения себестоимости, снижения уровня промышленной безопасности.

Высокий уровень надежности СЭС и их элементов -один из решающих факторов, обеспечивающих эффективность использования горной техники в условиях повышенной концентрации, комплексной механизации и автоматизации открытых горных работ. Развитие горнодобывающей техники разрезов на основе повышения мощности и производительности машин еще более усиливает значение вопросов их надежности и улучшения использования во времени. В настоящее время, по некоторым оценкам, коэффициент использования календарного времени экскаваторов на разрезах Кузбасса составляет

0,57-0,68, а буровых станков - 0,34-0,81. Такие относительно низкие показатели объясняются, главным образом, большим числом и длительностью простоев, основная часть которых связана с необходимостью выполнения различных аварийных ремонтов. Около 10 % простоев экскаваторного парка обусловлено отсутствием напряжения, что в результате приводит к снижению годовой производительности только одного экскаватора на величину от 30 до 50 тыс. м горной массы.

Таким образом, низкая надежность распределительных сетей разрезов и их элементов снижает производительность горнодобывающего оборудования и уровень безопасности ведения горных работ, что подтверждает актуальность данной темы исследования.

Цель работы: установление зависимостей, определяющих надежность СЭС открытых горных работ, для выбора рациональных параметров, обеспечивающих повышение надежности СЭС.

Идея работы заключается в оценке надежности СЭС угольных разрезов и их элементов с помощью статистических моделей показателей, учитывающих их связь с воздействующими факторами.

Задачи исследований.

1. Установить факторы, определяющие надежность систем электроснабжения угольных разрезов и их элементов и дать их обобщенные характеристики.

2. На основе обработки статистической информации за длительный период времени установить количественные оценки степени влияния основных факторов горного производства на надежность СЭС угольных разрезов Кузбасса.

3. Провести статистический анализ надежности СЭС угольных разрезов и выявить зависимости, характеризующие связь надежности СЭС и их элементов с основными влияющими факторами.

4. Разработать математические модели надежности СЭС угольных разрезов.

5. На основе выполненных исследований разработать рекомендации по повышению надежности систем электроснабжения угольных разрезов на этапах проектирования и эксплуатации.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Зависимости в виде математических статистических моделей характеризуют степень влияния технико-эксплуатационных, конструктивных, погодно-климатических и прочих влияющих факторов на надежность систем электроснабжения разрезов и их элементов.

2. Зависимости в виде математических статистических моделей отражают количественные соотношения между числом отказов СЭС и основными влияющими факторами, что позволяет использовать их при проектировании систем электроснабжения, выборе схем трассировки, для оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭС, при прогнозировании надежности СЭС и планировании графиков технического обслуживания и планово-предупредительного ремонта.

3. Разработанные многофакторные математические модели надежности СЭС угольных разрезов учитывают влияние совокупности различных факторов.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Впервые установлены вероятностные проявления факторов, оказывающих влияние на надежность СЭС разрезов, и получены законы их распределения.

2. Установлены статистические связи между показателями надежности воздушных линий электропередачи (BJI) и их основными характеристиками, отличающиеся тем, что в них учитывается влияние технико-эксплуатационных, конструктивных, погодно-климатических и прочих влияющих факторов на повреждаемость линий электропередачи в зависимости от значений коэффициента автономности.

3. Установлены зависимости в виде математических статистических моделей, отражающие количественные соотношения между числом отказов СЭС и их элементов и основными влияющими факторами, отличающиеся тем, что к учету приняты все виды перерывов питания.

4. Разработаны многофакторные математические модели надежности СЭС угольных разрезов Кузбасса с использованием статистического моделирования, отличающиеся тем, что они основываются на данных, полученных за длительный период времени, что повышает точность моделирования и расширяет диапазон рассматриваемых факторов.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается применением апробированных научных методов на основе математической статистики, теории вероятностей и математического анализа для обработки информации, осуществляемой на персональном компьютере (ПК) с использованием программного обеспечения Microsoft Excel и Statistica; представительным объемом наблюдений в течение трех лет на четырех угольных разрезах ОАО «УК «Кузбассразрезуголь», позволившим получить результаты исследований с достаточной степенью точности (погрешность не превышает 10 %); учетом взаимосвязи факторов, определяющих надежность СЭС и их элементов; адекватностью полученных математических моделей, которая подтверждается расчетными значениями критериев Фишера, значительно превышающими табличные значения.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты могут быть использованы:

- при разработке прогнозных моделей отказов СЭС;

- при проектировании систем электроснабжения, выборе схем трассировки линий; для оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭС; для расчета экономического ущерба от ненадежности СЭС и их элементов;

- для рациональной организации технического обслуживания и ремонта электрооборудования стационарных подстанций и распределительных сетей разрезов.

Реализация результатов работы.

На основе приведенных в диссертационной работе результатов исследования разработаны рекомендации по повышению надежности систем электроснабжения угольных разрезов, которые приняты к практическому использованию в филиале ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Кедровский угольный разрез».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на VII Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах» (г. Кемерово, 2007 г.); I Всероссийской научно-технической конференции «Современные пути развития машиностроения и автотранспорта Кузбасса» (г. Кемерово, 2007 г.); X Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (г. Кемерово, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы из 82 наименований и приложений. Основной текст изложен на 199 машинописных страницах и содержит 24 рисунка и 44 таблицы.

Выводы

1. В результате анализа парной регрессии выявлена степень влияния отдельных факторов на надежность карьерных

BJI 6 кВ, а именно: длины передвижной части BJI (г=0,426), угла встречи передвижной части BJI с преобладающим ветром (г=0,374), количества передвижных угловых опор (г=0,466), количества отпаек (г=0,479), количества экскаваторов, присоединенных к одному фидеру (г=0,481) и общего количества потребителей на одном фидере (г=0,442).

2. Установлено, что параметры стационарных BJI не оказывают существенного влияния на аварийность(коэффициенты корреляции для длин стационарных BJI, количества стационарных угловых опор, угла встречи BJI с преобладающим ветром по фидеру в целом и по стационарным BJI, нагрузки, сечения провода BJT и срока службы стационарных, забойных и распределительных BJT оказались незначимы), а среди отказов BJT в целом определяющую роль играют отказы их передвижных частей.

3. Разработаны многофакторные регрессионные модели надежности BJI угольных разрезов Кузбасса в зависимости от различного сочетания факторов горного производства с учетом значений коэффициента автономности. Установлено, что самое высокое значение R =0,53 имеет вторая модель, где в качестве изменяемого фактора используется число экскаваторов. Это означает, что в 53 % случаев аварийность BJI можно объяснить с помощью указанной модели. Для первой модели изменяемый фактор - количество отпаек) R =0,41, для третьей статистической модели (изменяемый фактор — число потребителей) R =0,34.

4. Полученные математические статистические модели, могут быть использованы при проектировании систем электроснабжения, выборе трассировки BJI, планировании графиков ТО и ППР, для оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭС, при прогнозировании надежности BJI и для расчета экономического ущерба от ненадежности СЭС и их элементов.

186

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований дано решение актуальной задачи, имеющей важное теоретическое и практическое значение для повышения надежности СЭС на угольных разрезах Кузбасса.

Основные научные и практические результаты выполненной работы заключаются в следующем:

1. Выявлены факторы, определяющие надежность СЭС угольных разрезов Кузбасса: количество высоковольтных потребителей, присоединенных к одному фидеру, протяженность ВЛ, количество отпаек на фидере, число экскаваторов на одном фидере, суммарная нагрузка фидера, количество угловых опор, сечение участка провода, срок службы фидера, длины стационарных и передвижных ВЛ, угол встречи с преобладающими ветрами, погодно-климатические факторы (скорость ветра и т.д.) и получены частоты их распределения.

2. На основании полученных регрессионных зависимостей установлена степень влияния факторов на надежность распределительных сетей разрезов, а именно: длины передвижной части ВЛ (г = 0,426), угла встречи передвижной части ВЛ с преобладающим ветром (г = 0,374), количества передвижных угловых опор (г = 0,466), количества отпаек (г = 0,479), количества экскаваторов (г = 0,481) и числа потребителей (г = 0,442).

3. Разработаны многофакторные регрессионные модели надежности воздушных линий электропередачи угольных разрезов Кузбасса в зависимости от различного сочетания конструктивных и технико-эксплуатационных факторов с учетом значений коэффициента автономности. Установлено, что самое высокое значение R = 0,53 имеет вторая модель, где в качестве изменяемого фактора используется число экскаваторов, присоединенных к одному питающему фидеру. Для пер" 2 вой модели (изменяемый фактор - количество отпаек) R =

0,41, для третьей статистической модели (изменяемый фактор 2

- число потребителей) R = 0,34.

4. Установлено, что показатели надежности фидера, выраженные через время безотказной работы, имеют средние значения от 270 до 500 часов и экспоненциальный закон распределения.

5. Установлено, что наименее надежными элементами распределительных сетей угольных разрезов являются высоковольтные экскаваторные кабели и воздушные линии электропередачи. Наработка на отказ этих элементов подчиняется экспоненциальному закону распределения и равна, соответственно, 4491 и 2053 часа.

6. Для учета влияния эксплуатационных факторов на характер функционирования элементов систем электроснабжения разрезов предложен коэффициент автономности Ка и определены его статистические связи с основными параметрами воздушных линий. В зависимости от значения Ка BJI разделены на две группы: забойные линии электропередачи (3BJI) и распределительные (РВJI), имеющие различные показатели надежности. Параметры показателей надежности, выраженные через время безотказной работы 3BJI и PBJI, составляют 2303 и 2755 часа соответственно, и отличаются тем, что к учету приняты все виды перерывов питания.

7. Зависимости в виде математических статистических моделей могут быть использованы при разработке прогнозных моделей отказов СЭС, при проектировании систем электроснабжения, выборе схем трассировки воздушных линий, для оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭС, для расчета экономического ущерба от ненадежности СЭС и их элементов, для рациональной организации технического обслуживания и ремонта электрооборудования стационарных подстанций и распределительных сетей разрезов.

8. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации по повышению надежности систем электроснабжения угольных разрезов, принятые к практическому использованию в филиале ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Кедров-ский угольный разрез».

1. Серов В.И. Основные принципы повышения надежности и безопасности электроснабжения угольных разрезов /

2. B.И. Серов, Б.М. Ягудаев, В.П. Котов // Уголь. 1987. - № 5. - С. 40-43.

3. Самойлович И.С. Надежность электроустановок комплексов циклично-поточной технологии карьеров // Горный журнал. 1993. - № 8. - С. 59-62.

4. Нагорный М.А. О надежности электроснабжения в угольной промышленности Украины / М.А. Нагорный, Л.Б. Ландкоф, В.М. Гостищев, И.Я. Чернов // Промышленная энергетика. 2005. - № 5. - С. 50-54.

5. Жадаев Ю.Н. Законы распределения длительности аварийных простоев карьерных электросетевых устройств Заполярья / Ю.Н. Жадаев, В.И. Кагальницкий, П.Н. Шабельский // Изв.вузов. Горный журнал. 1 972. - № 11. - С. 115-118.

6. Рыбаков Л.М. Влияние климатических факторов на отказы элементов распределительных сетей 10 кВ / Л.М. Рыбаков, С.В. Волков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006. - № 2. - С. 4-5.

7. Корниенко Б.Д. Влияние окружающей среды на надежность электроснабжения разрезов / Б.Д. Корниенко, В.И. Филиппов // Надежность электроснабжения угольных разрезов: кн. Красноярск. - 1971. - С. 53-55.

8. Алаторцев С.А. Влияние климатических условий на надежность систем электроснабжения открытых горных разработок / С.А. Алаторцев, Ю.Н. Жадаев // Надежность электроснабжения угольных разрезов: кн. — Красноярск. — 1971. —1. C. 22-29.

9. Васин А.Е. Повышение надежности работы распределительных электрических сетей / А.Е. Васин, И.В. Салдыркин, А.И. Толкачев // Промышленная энергетика. 2006. - № 2. -С. 12-14.

10. Кузьмин Р.С. Анализ аварийности распределительных сетей 6-10 кВ угольных разрезов Красноярского края и Иркутской области / Р.С. Кузьмин, В.А. Меньшиков // Горн, оборуд. и электромех. 2005. - № 5. - С. 34-37.

11. Крылов С.В. Обзор нарушений в работе воздушных линий электропередачи при сильном ветре и гололеде // Энергетик. 2006. - № 9. - С. 24-26.

12. Голубев В.А. Новое электрооборудование для электроснабжения открытых горных работ / В.А. Голубев, С.Н. Башмаков, А.А. Комаров, Н.И. Тархова // Изв. Уральской государственной горно-геологической академии. 2003. -№ 16. - С. 62-67.

13. Абрамович Б.Н. Проблемы повышения эффективности электроснабжения горных и нефтегазовых предприятий // Изв. Зап. С.-Петербург, горн, ин-та. 2004. - № 157. - С. 90-94.

14. Шкрабец Ф.П. Надежность и электробезопасность распределительных сетей горных предприятий / Ф.П. Шкрабец, А.А. Дворников, А.В. Остапчук // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003. - № 3. - С. 205-207.

15. Кривенко А.В. Повышение надежности и экономичности электроснабжения горных предприятий с территориально рассредоточенными потребителями электроэнергии: автореф. дисс. канд. техн. наук // Санкт-Петербург: С.Петербург, гос. горн. ин-т. 2004. - 21 с.

16. Щуцкий В.И. Надежность электрооборудования и кабелей в условиях углеобогатительных фабрик Донбасса / В.И. Щуцкий, А.А. Хачатурянц // Изв. вузов. Горный журнал.- 1991. № 12. - С. 72-76.

17. Осика Л.Д. Требования к распределительным электрическим сетям в условиях рыночных преобразований энергетики // Промышленная энергетика. 2004. - № 10. - С. 7-16.

18. Захарова А.Г. Метод учета экономических последствий отказов в системах электроснабжения потребителей шахт / А.Г. Захарова, Г.И. Разгильдеев, А.Н. Разгильдеева // Вестн. Кузбасс, гос. техн. ун-та. 2001. - № 2. - С. 82-94.

19. Манацков Б.М. Разработка методов установления количественных показателей надежности сетей электроснабжения и капиталовложений в сооружение 1 км ВЛ 6—10 кВ в гололедном регионе // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002. - № 4. - С. 76-78.

20. Хошмухаметов И.М. Структура надежности систем электроснабжения открытых горных разработок // Электрика.- 2001. № 3. - С. 20-23.

21. Васильев И.Е. Вероятностная оценка показателей надежности системы электроснабжения карьеров // Изв. вузов. Горный журнал. 1991. - № 11. - С. 109-112.

22. Алиев Ф.Г. Надежность грозозащиты подстанций 35 и 110 кВ горных предприятий / Ф.Г. Алиев, В.А. Голубев // Изв. вузов. Горный журнал. 1987. - № 7. - С. 96-99.

23. Захарова А.Г. Повышение надежности систем электроснабжения и электрооборудования открытых горных работ: автореф. дис. канд. техн. наук // Москва: МЭИ. 1984. - 18 с.

24. Захарова А.Г. О законах распределения времени безотказной работы и времени восстановления элементов системы электроснабжения угольных разрезов // сб. науч. тр. М.: Изд-во Московского энергетического ин-та. - 1982. — Вып. 7. - С. 124-131.

25. Щуцкий В.И. Повышение надежности экскаваторных кабелей в условиях низких температур / В.И. Щуцкий, С.С. Леоненко, Е.А. Дмитреев, М.В. Шипаев// Изв.вузов. Горный журнал. 2000. - № 1. - С. 80-82.

26. Ракитянский В.Ф. О причинах отключения элементов систем внутреннего электроснабжения на разрезах Кузбасса // Открытая угледобыча в Кузбассе: кн. — Кемерово. 1976. — С. 276-286.

27. Крутько М.В. Исследование надежности систем электроснабжения угольных разрезов Кузбасса: автореф. дис. канд. техн. наук // Кемерово: Кузбасский политехнический инт, 1972. 20с.

28. Щуцкий В.И. Анализ повреждаемости электрических сетей 6 кВ угольных карьеров Сибири / В.И. Щуцкий, И.А. Дюкарев // Научные основы создания высокопроизводительных комплексно-механизированных и автоматизированных карьеров: кн. М. - 1973. - С. 208-21 1.

29. Лахно Г.Я. Анализ аварийности элементов карьерной электрической сети // Надежность электроснабжения угольных разрезов: кн. Красноярск. - 1971. - С. 81-86.

30. Заславец Б.И. Статистическая модель надежности элементов систем электроснабжения карьеров / Б.И. Заславец, Б.П. Белых, В.П. Кошеленко // Изв.вузов. Горный журнал. -1972. № 5. - С. 139-143.

31. Васильев А.П. Средства обеспечения надежности электроснабжения потребителей / А.П. Васильев, А.Г. Турлов // Проблемы энергетики. 2006. - № 3-4. - С. 19-35.

32. Кухтиков В.А. О надежности опорно-стержневой изоляции в открытых распределительных устройствах / В.А. Кухтиков, В.В. Смекалов, Ю.А. Дементьев // Энергетик. 2005. -№ 1. - С. 13-16.

33. Власов А.Б. Определение гамма-процентных показателей надежности контактных соединений на основе теплови-зионной диагностики // Промышленная энергетика. 2003. -№ 2. - С. 1 1-15.

34. Апольцев Ю.А. О надежности работы изоляции 10 кВ исполнения У2 / Ю.А. Апольцев, В.А. Кравченко // Энергетик. 2002. - № 6. - С. 21-22.

35. Лупинос А.Ф. Способы повышения надежности работы релейной защиты оборудования на подстанциях // Энергетик. 2007. - № 9. - С. 17-20.

36. Рыбаков Л.М. Анализ надежности кабельных линий 10 кВ / Л.М. Рыбаков, А.Е. Рылов // Проблемы энергетики. -2003. № 3-4. - С. 171-174.

37. Пивняк Г.Г. Релейная защита электроустановок на открытых горных работах / Г.Г. Пивняк, Ф.П. Шкрабец, Я.С. Горбунов // М.: Недра, 1991. 235 с.

38. Фокин Ю.А. Структуризация понятия «надежность электроэнергетических систем» / Ю.А. Фокин, О.В. Файниц-кий, Р.С Алиев // Электричество. 1998. - № 1. - С. 2-9.

39. Смирнов А.С. Применение графа иматрицы связности для нахождения функций работоспособности электроэнергетических систем / А.С. Смирнов, Д.О. Гайдамович // Электричество. 2000. - № 5. - С. 21-25.

40. Смирнов А.С. Анализ надежности структурно-сложных электрических схем с учетом двух видов отказов /

41. A.С. Смирнов, Д.О. Гайдамович // Электричество. 2001. -№ 2. - С. 50-56.

42. Яшков В.А. Использование марковских процессов при оценке надежности систем электроснабжения, функционирующих в сложных природно-климатических условиях /

43. B.А. Яшков, А.А. Конарбаева, Г.К. Кабдешева // Промышленная энергетика. — 2005. № 3. - С. 36-37.

44. Жалилов Р.Б. Об особенностях применения комплексного метода для оценки надежности электроснабжения потребителей // Промышленная энергетика. 2007. - № 11. - С. 1117.

45. Васильев И.Е. Математическая модель обобщенного критерия надежности системы электроснабжения карьеров // Известия вузов. Горный журнал. 1993. - № 2. - С. 13-18.

46. Дворин P.M. Оценка технического уровня устройств для электрических станций и подстанций // Электричество. — 2003. № 5. - С. 62-63.

47. Матвеев В.Н. Оценка безопасности и эффективности электроснабжения разреза «Кедровский» / Матвеев В.Н., Мик-рюков A.M., Романенко Т.Ю. // Вестник КузГТУ. 2005. -№ 2. - С. 43-46.

48. Матвеев В.Н. Наблюдаемость и упорядоченность структуры систем / Матвеев В.Н // Вестник КузГТУ. 2003. -№ 1. - С. 25-27.

49. Методика выбора норм надежности технических устройств / М.: Комитет стандартов, 1971. 31 с.

50. РД 50-204-87. Надежность в технике. Сбор и обработка информации о надежности изделий в эксплуатации. Основные положения (взамен ГОСТ 17526-72, ГОСТ 19490-74, ГОСТ 20307-74, ГОСТ 20857-76, РД 50-204-80) / М.: Изд-во стандартов, 1987. 42 с.

51. Беккер Р.Г. Методика сбора и обработки статистической информации о надежности шахтного электрооборудования. Руководящий технический материал / Р.Г. Беккер, В.Г. Соболев, Г.С. Кузьмин // М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1975. 94 с.

52. ГОСТ 27.402-95. Надежность в технике. Планы испытаний для контроля средней наработки до отказа (на отказ)/ Часть 1. Экспоненциальное распределение / М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. 41 с.

53. Мостеллер Ф. Анализ данных и регрессия / Ф. Мос-теллер, Дж. Тьюки; Пер. с англ. Ю.Н. Благовещенского. // М.: Финансы и статистика, 1982. 319 с.

54. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества: Пер. с нем. // М.: Мир, 1970. 368 с.

55. Кузьмин Г.С. Номограммы для определения доверительных границ и гарантированного объема выборки при расчете показателей надежности // Надежность и контроль качества, 1974. № 2. - С. 9-17.

56. Соболев В.Г. Определение объема выборки по номограммам / В.Г. Соболев, JI.B. Седаков, А.А. Кузьмин. // В кн.: Вопросы электроснабжения и электропривода. Калинин, 1972. С. 6-19.

57. Гаскаров Д.В. Малая выборка / Д.В. Гаскаров,

58. B.И. Шаповалов // М.: Статистика, 1978. 248 с.

59. Разгильдеев Г.И. Обработка данных по надежности электрооборудования при малых выборках / Г.И. Разгильдеев, А.Г. Захарова // Тр. Моск. энерг. ин-т, 1982. вып. 7.1. C. 138-142.

60. Кокс Д. Прикладная статистика: Принципы и примеры / Д. Кокс, Э. Снелл; Пер. с англ. Е.В. Чепурина // М.: Мир, 1984. 200 с.

61. Методы статистического анализа и обработки малого числа наблюдений при контроле качества и надежности приборов и машин // JI.: 1974. 92 с.

62. Капур К. Надежность и проектирование систем / К. Капур, JI. Ламберсон // Москва.: Мир. 1980. 604 с.

63. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул // М.: Высш. шк., 1988. С. 239.

64. Волотковский С.А. Надёжность элементов системы электроснабжения железорудного карьера / С.А. Волотковский, A.M. Варшавский, И.В. Ситник // Горный журнал. -1973. № 4. - С. 54-56.

65. Сигел Э. Практическая бизнес-статистика.: Пер. с англ. // М.: Издательский дом «Вильяме», 2004. 1056 с.

66. Боровиков А.А. Математическая статистика // Новосибирск: Наука, 1997. 146 с.

67. Иванова В.М. Математическая статистика / В.М. Иванова, В.Н. Калинина, JI.A. Нешумова // М.: Высш. шк., 1981. -371 с.

68. Гук Ю.Б. Теория и расчёт надёжности систем систем электроснабжения // М.: Энергия, 1970. 177с.

69. Вентцель Е.С. Теория вероятностей // М.: Высш. шк., 1999. 576 с.

70. Надежность и эффективность в технике: справочник: в 10 т. Т. 2. Математические методы в теории надежности и эффективности / под ред. Б.В. Гнеденко // М.: Машиностроение, 1987. 1 12 с.

71. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом (ПБ 03-498-02). М.: Недра, 1972. - 36 с.

72. Балаков Ю.Н. Проектирование схем электроустановок / Ю.Н. Балаков, М.Ш. Мисриханов, А.В. Шунтов // М.: Издательский дом МЭИ, 2006. 288 с.

73. Белых Б.П. Распределительные электрические сети рудных карьеров / Б.П. Белых, Б.И. Заславец // М.: Недра, 1978. 237 с.

74. Захарова А.Г. Оценка влияния факторов горного производства на срок службы электрических сетей угольных разрезов Кузбасса / А.Г. Захарова, Н.М. Шаулева // Вестн. Куз-ГТУ, 2008. № 4. - С. 53-55.

75. Захарова А.Г. Эксплуатационная надежность стационарных электрических сетей угольных разрезов Кузбасса / А.Г. Захарова, Н.М. Шаулева // Вестн. КузГТУ, 2008. № 4. -С. 56-58.

76. Правила устройства электроустановок: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. 3-й выпуск. Новосибирск.: Сиб. унив. изд-во, 2006. - 854 с.

77. Инструкции по проектированию электроустановок угольных шахт, разрезов и обогатительных фабрик ВСН 12.25.003-80. М.: Минуглепром СССР, 1981. - 98 с.

78. Волотковский С. А. Электрификация открытых горных работ / С. А. Волотковский, В. И. Щуцкий, Н. И. Чебота-ев // М.: Недра, 1987. 332 с.

79. Захарова А.Г. Эксплуатационная надежность СЭС угольных разрезов Кузбасса / А.Г. Захарова, Н.М. Шаулева // Горный журнал. 2008. - № 11. - С. 83-85.

80. Гимелыпейн Л.Я. О влиянии квалификации обслуживающего персонала на надежность шахтного оборудования / Л.Я. Гимелыпейн, Б.С. Никешин // Уголь. 1965. - № 2. - С. 16-18.

81. Захарова А.Г. Эксплуатационная надежность карьерных распределительных сетей угольных разрезов / А.Г. Захарова, Н.М. Шаулева // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов, 2008. № 10. - С. 276-279.