автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Исследование систем оперативных блокировок безопасности на энергообъектах напряжением выше 1кВ с целью повышения энергобезопасности и энергоэффективности

На правах рукописи

УСИТВИНА АННА АНДРЕЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ОПЕРАТИВНЫХ БЛОКИРОВОК БЕЗОПАСНОСТИ НА ЭНЕРГООБЪЕКТАХ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1KB С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТИ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 СЕН 2014

Москва-2014

005552496

Работа выполнена на кафедре «Инженерная экология и охрана труда» ФГБОУ ВПО «Национального исследовательского университета «МЭИ»

Научный руководитель

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Борисов Руслан Константинович, ведущий научный сотрудник кафедры ТВЭН ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ»

Официальные оппоненты

доктор технических наук Куликов Александр Леонидович, профессор кафедры "Электроэнергетика, электроснабжение и силовая электроника" НГТУ им. P.E. Алексеева.

кандидат технических наук Смекалов Владимир Валентинович, руководитель Дирекции электрооборудования и ЛЭП ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС»

Ведущая организация

НОУ ВПО «Московский институт энергобезопасности и энергосбережения»

Защита диссертации состоится «24» октября 2014 г. в аудитории М-606 в 16:00 на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 при ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый Совет «НИУ «МЭИ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» и на сайте www.mpei.ru.

Автореферат разослан « О2/ » cewm^fipuL 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Цырук С. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В электроэнергетике в общей системе повышения надежности и безопасности электроснабжения большое значение уделяется обеспечению эффективного и безопасного функционирования распределительных устройств (РУ) различного класса напряжения. В процессе эксплуатации РУ большая часть технологических нарушений и аварий происходит из-за неправильных действий персонала при производстве им оперативных переключений, что является причиной снижения надежности электроснабжения. Наибольшую опасность представляют ошибочные действия при оперировании разъединителями и заземляющими ножами, так как переключения данного оборудования под нагрузкой приводит не только к авариям, но и несчастным случаям с персоналом, принимавшим участие в переключениях. В соответствии с требованиями нормативных документов, для предотвращения неправильных действий персонала при осуществлении им оперативных переключений на электрических станциях и подстанциях должны применяться оперативные блокировки безопасности (ОББ). Учитывая важность ОББ в обеспечении безопасности и надежности работы оборудования объектов энергоснабжения, эту систему следует рассматривать как самостоятельный комплекс. Несмотря на наличие оперативной блокировки, в последнее время на действующих энергообъектах участились случаи возникновения аварийных ситуаций по причинам ошибочных действий оперативного персонала при выполнении им переключений. Это связано с тем, что отдельные элементы и существующие системы ОББ в целом имеют низкое качество функционирования и достаточно часто выходят из строя, а поиск причины неисправности и отказавшего элемента представляет собой продолжительную и трудоемкую процедуру. При этом снижается эффективность и безопасность эксплуатации РУ. В последние годы по проблемам систем ОББ был опубликован ряд работ таких авторов, как Крашенинников В.А., Орлов Н.С., Фирсов Д.М. В этих работах предлагаются решения по оптимизации существующих систем ОББ, но они носят лишь локальный характер.

Снижение эффективности и безопасности функционирования энергообъектов за счет увеличения вероятности возникновения аварий при оперировании разъединителями под нагрузкой и отсутствие объективной информации о состоянии систем ОББ на действующих объектах энергоснабжения подтверждают актуальность проведенной работы.

Объектами исследования являются электротехнические комплексы электрооборудования оперативной блокировки безопасности, применяемые в межрегиональных и местных системах энергоснабжения.

Предмет исследования: разработка технических решений, позволяющих оптимизировать, повысить надежность и безопасность функционирования отдельных элементов и системы ОББ в целом.

Цель работы - проведение исследования систем оперативной блокировки безопасности на энергообъектах напряжением 6-750кВ, направленного на разработку технических решений по оптимизации, повышению надежности и безопасности функционирования отдельных элементов и системы ОББ в целом для увеличения безопасности и эффективности эксплуатации распредустройств.

Для достижения цели были решены следующие задачи:

1. Анализ систем ОББ, применяемых на энергообъектах.

2. Проведение экспериментальных исследований систем ОББ на действующих энергообъектах.

3. Разработка методики диагностики состояния систем ОББ.

4. Проведение, по разработанной методике, диагностики работоспособности и качества функционирования систем ОББ на типовых объектах энергоснабжения при воздействии на них электромагнитных полей и погодно-климатических условий.

5. Анализ надежности и обеспечение безопасности основных элементов и системы ОББ в целом.

6. Разработка нового электротехнического комплекса ОББ, основанного на реализации технических решениях, оптимизирующих и повышающих надежность и безопасность функционирования отдельных элементов и системы оперативной блокировки в целом.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Впервые предложен алгоритм составления логического построения систем ОББ, основанного на функциональных блоках, с помощью которого собраны цепи логики для всех типов электрических схем РУ объектов энергетики напряжением 6-750кВ, включая схемы, реализованные на отделителях.

2. Разработана новая методика диагностики работоспособности и качества функционирования систем ОББ при проведении приёмо-сдаточных испытаний и периодического контроля в процессе эксплуатации, включающая в себя, помимо

визуального осмотра и испытаний при переключениях, проверку логического построения блокировки и обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС).

3. Впервые предложена методика расчета надежности функционирования отдельных элементов и системы ОББ в целом на основе экспериментальных статистических данных, полученных в результате проведения диагностики систем оперативной блокировки на действующих энергообъектах напряжением 6-750кВ.

4. Разработан новый электротехнический комплекс ОББ для применения на объектах энергоснабжения, позволяющий оптимизировать, повысить надежность, эффективность и безопасность ее функционирования за счет уменьшения протяженности кабельных линий, использования программных терминалов и нового алгоритма эффективного управления системой.

Практическая ценность работы:

1. Разработанная методика диагностики систем ОББ и база схем логического построения использовались для определения работоспособности и качества функционирования оперативной блокировки на более чем 60 действующих энергообъектах и разработки проектов по реконструкции этих систем.

2. Разработанный способ организации и технические решения по оптимизации функционирования и повышению надежности отдельных элементов и системы ОББ применяются для создания нового электротехнического комплекса электрооборудования в рамках опытно-конструкторских работ НИОКР, в соответствии с приказом Минобразования №218, проводимых НИУ «МЭИ».

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Аналитический обзор систем ОББ, применяемых на объектах энергетики.

2. Результаты экспресс-обследования систем ОББ на действующих энергообъектах.

3. Разработанная методика диагностики систем ОББ.

4. Алгоритм составления цепей логического построения.

5. Результаты диагностики работоспособности и качества функционирования систем ОББ на типовых объектах энергоснабжения по разработанной методике.

6. Расчет надежности основных элементов и системы ОББ в целом.

7. Рекомендации по оптимизации существующих систем ОББ, в том числе новый электротехнический комплекс ОББ, основанный на реализации технических

решений, оптимизирующих и повышающих надежность и безопасность функционирования отдельных элементов и системы ОББ в целом.

Внедрение результатов работы. Разработанная методика диагностики ОББ применена на ряде энергообъектов г. Москвы и МО. Разработанный алгоритм построения логических схем использовался при выполнении проектов по реконструкции систем ОББ.

Апробация работы. Научные и практические результаты диссертационной работы представлялись: на Международной научно-практической конференции «Технические науки: теоретические и прикладные аспекты» (г. Уфа, 2014), на XXIV Международной заочной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук» (г. Москва, 2014), на научно-технических советах в НПО «Наука», в НИУ «МЭИ» и ООО «НПФ ЭЛНАП».

Публикации по теме диссертации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы - 2 статьи в журналах из перечня ВАК РФ, 2 статьи в сборниках материалов конференций. В публикациях статей в соавторстве личный вклад соискателя составляет не менее 50%.

Личный вклад. Основные научные результаты и положения, изложенные в диссертации, постановка задач и методология их решения разработаны автором самостоятельно.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и одиннадцати приложений. Объем работы составляет 124 страницы и содержит 38 рисунков, 6 таблиц. Список литературы включает 96 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

Сделан вывод о необходимости проведения исследования систем ОББ, применяемых на действующих объектах энергоснабжения.

В первой главе проводится анализ существующих систем ОББ. Рассмотрена нормативно-техническая документация (НТД) относительно оперативных блокировок, выделены принципы построения систем и предъявляемые к ним

требования. Дан обзор применяемых систем блокировки и анализ результатов экспресс-обследования их состояния на действующих объектах энергетики.

Основным нормативньм документом относительно систем ОББ является РД 34-35-512. В документе указаны требования, предъявляемые к системам блокировки, принципы их выполнения, объёмы работ, выполняемых при диагностике систем ОББ. Помимо РД 34.35.512 существует ряд других нормативных документов, в которых отмечаются требования к различным элементам системы блокировки, не нашедшие отражение в основном документе. Ни в одном из документов не отражены требования к проведению периодической диагностики ОББ, учитывающие требования по ЭМС. Рекомендуемые логические схемы не охватывают весь диапазон применяемых схем первичных цепей. Необходим один нормативный документ, в котором были бы отражены все вопросы, связанные с проектированием и эксплуатацией систем ОББ.

На объектах энергоснабжения в распределительных устройствах высокого напряжения применяются различные системы ОББ, каждая из которых представляет собой совокупность таких элементов, как блок логики, блок-замок и блокируемый элемент (рис. 1).

Г".....-.....................................

Блок-руемь,« Блок-,.мок П^ЕХГП ^ *

о6ъеет На приводе Собранна ! |

Разъединитель . ' . клеммникахили на .! ; !

Заземляющий нож <Р терминале ф| Блок питан*. ]

Отделитель Осуществляется % | I

Короткозамыкатель посредством обмена ; |

Яч. КРУ разъединителя ключей в замках ! {

Рисунок 1. Структурная схема системы блокировки Механическая блокировка непосредственного действия может использоваться только локально. Механическая замковая и электромеханическая блокировки не допускаются к применению из-за малой надежности и непригодности к ремонту. Электрическая и программная блокировки применяются в РУ с автоматическими приводами, но они не препятствуют ошибочным действиям при переходе на ручное управление. Наибольшее распространение получила электромагнитная блокировка (ЭМБ), используемая в качестве основной системы на действующих объектах энергоснабжения и резервной на недавно введённых в эксплуатацию энергообъектах нового поколения. Дальнейшие работы проводились преимущественно для ЭМБ.

Блок-замок На приводе разъединителя или в цепи управления приводом разъединителя

Блок логики

Собран на клеммниках или на терминале Осуществляется посредством обмена ключей в замках

Блок логики « Блок-замок Рычаги управления приводами оборудования

Ни одна из систем блокировки не предусматривает блокирование заземляющих ножей линейных разъединителей в сторону линии из-за сложности реализации, т.е. не является полной и, тем самым, не исключает возможности неправильных действий персонала.

Для получения объективной информации об оперативных блокировках, в 2012 г. проведено экспресс-обследование систем ОББ на 10 произвольно выбранных электрических подстанциях. Результаты обследования представлены на рис. 2 в виде диаграммы. Наличие дефектов у всех составляющих ОББ свидетельствует о том, что системы оперативной блокировки на большинстве энергообъектов находятся в неудовлетворительном или в не рабочем состоянии, т. е. не соответствуют требованию надёжности и безопасности при эксплуатации.

я 10

1 9

в 8

Р 7

1 6

в 5

2 *

и 123456789 10 11 12

Выявленные недостатки систем ОББ 1-отсутствие схем ОББ; 2-отсугствие протоколов проверки ОББ; 3-отсугствие резервного источника питания; 4-отсутствие аппаратов защиты цепей ОББ; 5-выработан эксплуатационный ресурс аппаратов зашиты; 6-не собраны логические цепи; 7-наличие "земли" в логических цепях; 8-цепи не под напряжением; 9-неудовлетворительное состояние КСА; 10-не полная блокировка; 1 ¡-неудовлетворительное состояние блок-замков; 12-неисправносгь

ГЭМБ к КРУ. _

Рисунок 2. Дефекты систем оперативной блокировки безопасности на действующих энергообъектах

В тех случаях, когда система блокировки неисправна и причины отказа не найдены, оперативный персонал использует деблокирующие устройства или ключи, при наличии разрешения дежурного и занесении факта неисправности в протокол по переключениям. Зачастую возникает такая ситуация, при которой причины неисправности, если и находятся, но не устраняются из-за сложности ремонта. Оперативный персонал бесконтрольно использует деблокирующие устройства при переключениях, что может привести к неблагоприятным событиям и, соответственно, также является проблемой существующих систем ОББ.

Вторая глава посвящена диагностике работоспособности и качества функционирования систем оперативной блокировки. Приводится разработанная методика периодической проверки работоспособности ОББ, алгоритм для

составления цепей логического построения и результаты диагностики по изложенной методике.

Система ОББ, как и другое оборудование распредустройств должно подвергаться периодическим проверкам. Но ни один из существующих нормативных документов не предусматривает каких-либо сроков периодической проверки систем блокировки. Они определяются только техническим обслуживанием или ремонтом соответствующего оборудования и проверкой при переключениях. Подобная диагностика является частичной, т.е. производится проверка только той части системы, которая используется при переключениях, или которая выведена в ремонт.

С учетом указаний, представленных в НТД, и с использованием результатов экспресс-обследования применяемых систем ОББ, разработана методика их диагностики. Методика включает как традиционные виды проверок, такие как визуальный осмотр и проверка при первичном вводе системы в эксплуатацию, так и новые виды. К новым видам относится проверка выполнения требований ЭМС, правильности составления и сборки логических схем системы. Многие дефекты систем ОББ обусловлены несоблюдением требований электромагнитной совместимости при их эксплуатации (наводки в кабельных линиях (КЛ), приводят к повреждениям изоляции КЛ и блок-контактов устройств). Необходимость проверки схем логического построения продиктовано тем, что во время эксплуатации объекта очень часто изменяется схема его первичной коммутации или происходит замена отдельных её элементов. Как правило, эти изменения не учитываются в логических схемах ОББ.

В соответствии с новой методикой диагностики работоспособности и качества функционирования оперативной блокировки проводятся следующие виды работ:

1. Проверка документации по ОББ на объекте:

а) проверка наличия на объекте технической документации на ОББ;

б) проверка правильности составления схем логического построения системы;

в) проверка соответствия схем питания и схем распределительной сети цепей ОББ требованиям НТД.

2. Визуальный осмотр всех элементов системы.

3. Проверка правильности сборки схем логического построения системы.

4. Проверка выполнения требований по электромагнитной совместимости.

5. Проведение измерений

а) проверка работоспособности блока питания;

б) проверка работоспособности устройства автоматического ввода резерва и устройства контроля изоляции;

в) проверка работоспособности аппаратов защиты (автоматических выключателей);

г) измерение сопротивления изоляции кабельных линий и элементов системы;

д) проверка контактных соединений.

6. Проверка качества функционирования ОББ при переключениях.

По результатам диагностики составляется отчет, ведомости дефектов и разрабатывается проект по реконструкции оперативной блокировки с целью устранению выявленных дефектов.

Методика позволяет наиболее точно выявить дефекты системы блокировки и определить причины их возникновения. Представленная методика диагностики ЭМБ может быть целесообразна как для вновь вводимых в работу, так и для действующих объектов энергоснабжения.

При проектировании для каждой системы разрабатывается индивидуальная схема её логического построения. В действующей НТД представлена логика только для типовых схем первичного включения оборудования, для многих первичных схем она отсутствует. Для удобства составления цепей логического построения ОББ (рис. 3), разработан следующий алгоритм.

I. Анализ электрической схемы первичного включения оборудования, при котором определяется:

a) оборудование, которое необходимо блокировать.

b) однотипные присоединения, для которых цепи логики будут

аналогичными.

c) все возможные варианты переключений.

II. Составление логических цепей для каждой группы присоединений, в соответствии с требованиями НТД. Все цепи логики можно представить совокупностью блоков, представленных на рис. 3.

а) Для разъединителей:

Блок-1 - Обеспечение переключения разъединителя без нагрузки. Блок-2 - Исключение возможности подачи напряжения на заземленные участки цепи.

Блок-3 - Организация цепи с малым сопротивлением.

b) Для заземляющих ножей:

Блок-4 - Исключение наложения заземляющих ножей под нагрузкой и возможности подачи напряжения на заземленные участки цепи.

c) Для главных и заземляющих ножей одного разъединителя: Наличие или отсутствие механической блокировки между главными и

заземляющими ножами разъединителя определяет необходимость включения контактов положения в соответствующие логические цепи собственных ножей разъединителя.

+ШБ -ШБ

Рисунок 3. Схема блока логики

III. Построение схем с использованием нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактов.

IV. Использование единых обозначений для блок-контактов и блок-замков (н., / У1 - блок-контакт / блок-замок 1-го разъединителя).

V. Соединение элементов (блок-контактов):

a) В каждой цепочке для определенного оборудования элементы соединяются последовательно.

b) Альтернативные цепочки для одного оборудования и цепочки для различного оборудования соединяются между собой параллельно.

с) Для уменьшения количества используемых контактов блок-контактов возможно использование одного и того же контакта для построения нескольких логических цепочек.

VI. Использование возможных вариантов построения блоков 1-4, перечисленных в п.2.

Разработан универсальный алгоритм построения логики систем ОББ, который может быть реализован в виде единого комплекса. В отличие от схем логики, представленных в НТД, алгоритм позволяет составлять логические цепочки для всех существующих схем первичного включения оборудования.

В соответствии с разработанной методикой и с использованием составленных схем логического построения систем, в 2012-2013 гг. проведена диагностика работоспособности и качества функционирования ОББ на более чем 60 действующих энергообьектах. По результатам проведенных обследований можно отметить, что практически все установленные в свое время системы механической замковой, электромеханической и электромагнитной блокировки в ячейках КРУ в настоящее время являются непригодными для эксплуатации. Электромагнитные блокировки, установленные на открытых и в закрытых распределительных устройствах, исправны только на 7 объектах из 52. Среди основных причин неисправности можно выделить следующие (рис. 4).

1. Отсутствие блока питания цепей блокировки или его непригодность для эксплуатации на 25% объектах.

2. Неисправность ~ 50% кабельных линий вследствие пониженного сопротивления изоляции и механических повреждений, влияния окружающей среды, не выполнения условий ЭМС, случайного повреждения обслуживающим персоналом и др. Использование кабелей большой протяженности делает систему ненадежной и усложняет ее диагностику. Пониженное сопротивление изоляции кабельных линий было выявлено на всех объектах с открытыми РУ. Кроме того 3% всех кабельных линий имеют механические повреждения.

3. Низкое качество функционирования блока логики на ~85% проверенных объектов. В основном, причиной неправильной работы блока логики служит неисправность входящих в неё элементов (клеммников, блок-контактов и распределительных кабельных линий). Также блок логики может быть неверно собран вследствие некорректно составленных логических цепей или ошибок при монтаже.

Блок питания Кабельные Блок Логики Блок логики Блок-^амки Блок-контакты линии (клеммники) (монтаж)

Продиагноетированные элементы__

Рисунок 4. Результаты диагностики систем ОББ

4. Неисправность -60% блок-замков и -80% блок-контактов (от общего количества проверенного оборудования). В основном, данные элементы имеют механические повреждения из-за неправильных действий персонала или отсутствия должной защиты от погодно-климатических воздействий.

5. Ни на одном из обследованных энергообъектов нет полного комплекта технической документации по ОББ, список которой определён в РД 34.35.512.

Так как система состоит из последовательно соединённых элементов, то отказ одного из них приводит к отказу всей системы в целом, поскольку она не может выполнять полностью все поставленные перед ней задачи.

Разработанная методика комплексной диагностики работоспособности и качества функционирования оперативной блокировки позволяет обнаружить дефекты элементов системы, определить причины их возникновения, получить объективную информацию о состоянии ОББ. По результатам диагностики получен большой статистический объём информации, который использован в дальнейшем для определения направлений по оптимизации систем оперативной блокировки.

В третьей главе представлены расчеты надежности существующих систем ОББ и даны рекомендации по повышению ее безопасности.

Для разработки технических решений по оптимизации системы оперативной блокировки необходимо было провести расчёт надёжности отдельных элементов и системы ОББ в целом. Существует три подхода к определению показателей надежности: расчетный (вероятностный), экспериментальный (статистический) и

расчетно-экспериментальный1. Проведён анализ существующих методов расчёта надёжности технических систем, на основе которого для проведения оценочного расчета надежности системы ОББ выбран экспериментальный метод, как наиболее точный.

Для оценки надёжности экспериментальным методом необходимо было определить необходимый объём выборки, при котором достоверность результатов достигается с вероятностью близкой к 100%.

Оценка надежности системы ОББ экспериментальным методом осуществлялась по показателю вероятности безотказной работы каждого элемента и всей системы в целом. Вероятность безотказной работы отдельных элементов определялась как:

т = (1)

где N - количество объектов, работоспособных в начальный момент времени наблюдений (Ь = 0) или поставленных на испытание; п(£) - количество объектов, отказавших в интервале времени наблюдения от 0 до С.

Безотказность всей системы определяется по формуле

Р(Я = Рг(0Р2(0--.Рп(0 (2)

как для системы с независимыми элементами.

Используя результаты обследований, по 33-м произвольно выбранным энергообъектам (из числа продиагностированных объектов) вычислено необходимое количество объектов для оценки надежности системы ОББ. Каждая из этих систем включает в себя все необходимые элементы согласно структурной схеме на рис. 5. Количество объектов превышает 30 и, тем самым, выходит за пределы малой выборки.

Рисунок 5. Структурная схема надежности системы ОББ Расчеты показателей безотказности отдельных элементов Р((*0 и системы в целом Р(£) для каждого из объектов проводились соответственно по формулам (1) и (2). Период времени, используемый при расчетах, принимался равным 20 годам, как средний срок эксплуатации системы до ее ремонта. По полученным значениям

1 ГОСТ 27.410-87 «Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность». Москва, ИПК Издательство стандартов, 2002.- С.2

надежности для каждого из 33-х объектов определялись величины среднего значения х = р и дисперсии а2. Необходимый объем выборки рассчитывался по формуле2:

£2ст2

"»= -75-' О

X

где t = 3,5 - «коэффициент доверия», Ф(/) = 0,999;

— предельная ошибка выборки, принятая равной среднему значению Ах = * и обеспечивающая при этом максимально возможную ошибку, чтобы не включать отрицательные величины.

Расчёты показали, что 16 объектов достаточно, чтобы с вероятностью 99,9% утверждать: истинное значение вероятности безотказности системы ОББ находится в пределах доверительного интервала СИ-14%. Полученный результат позволяет сделать заключение о низкой надежности существующей системы оперативной блокировки.

Так как каждая из систем ОББ включает в себя различное количество элементов, и некоторые из обследованных систем являются неполными, то на следующем этапе все исследованные системы сведены к одной. Общее количество проверенных и неисправных элементов для такой системы представлено в табл. 1. Там же представлены рассчитанные показатели надежности отдельных элементов и системы в целом.

Таблица 1.

Расчет вероятности безотказной работы существующей системы

Элемент Общее число (шт.)/ из них неисправно Вероятность безотказности

Блок-замки 2886/1714 0,4

Блок-контакты 2976/2395 0,2

Блок питания 33/2 0,94

Блок логики (клеммники) 12640/9020 0,3

Блок логики 44/2 0,95

Кабельные линии 10735/4800 0,6

Система ОББ в целом - 0,1

2 Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента: конспект лекций / H.A. Спирин, В.В. Лавров. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. С. 64-66

Ненадежными элементами системы ОББ являются блок-замки, блок-контакты, клеммные соединения и кабельные линии, т.е. почти все элементы существующей системы блокировки являются малонадежными. Вероятность того, что система прослужит 20 лет, не превышает 1%. При этом из-за большого количества неисправных и ненадежных элементов ремонт существующих систем ОББ не целесообразен.

Кроме того, на надежность работы системы ОББ оказывает влияние «человеческий фактор». Особенно эт.о относится к тем точкам системы, где она преднамеренно упрощается из-за сложности исполнения (например, блокировка линейного разъединителя и его заземляющих ножей в сторону линии). Частота отказов по вине человека варьируется от 20 до 80 %3:

Ps(t) = P4(t) ■ PH(t), (4)

где Ps - показатель надежности всей системы; Рч - показатель надежности человека; Рм - показатель надежности устройства.

Таким образом, если учесть влияние «человеческого фактора» на надежность системы ОББ, то получим Рс = 0,002 -г- 0,008.

На основе анализа результатов расчетов и диагностики предложены направления по повышению надёжности и безопасности систем ОББ:

• увеличение надежности отдельных элементов ОББ;

• снижение количества используемых элементов в системе;

• снижение влияния «человеческого фактора».

Четвертая глава посвящено разработке нового специализированного электротехнического комплекса оперативной блокировки, обеспечивающего реализацию технических решений по оптимизации функционирования отдельных элементов и существующих систем в целом и, в том числе, эффективное управление данными системами.

1. Применять каналы радиосвязи для передачи информации и управления элементами системы, что позволит уменьшить число кабельных линий и поднять показатель надежности до 0,9. На данный способ организации системы ОББ (рис. б) подана заявка на получение патента. В качестве второго способа предложен способ передачи информации по цепям электропитания.

3 Ветошкин А.Г. НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК. -Пенза: Изд-во ПГУАиС, 2003. С. 72

Рисунок 6. Структурная схема нового способа организации систем ОББ

2. Проводить непрерывный мониторинг состояния системы посредством самоконтроля и периодических полных проверок систем ОББ на объектах с рекомендуемой периодичностью 5 лет.

3. Реализовать принцип полноты системы. Для организации блокировки заземляющих ножей в сторону линии предлагается устанавливать датчики напряжения на линейных разъединителях. По приходящему с датчиков сигналу контролируется наличие или отсутствие напряжения в линии с её противоположной стороны. Рекомендации по установке датчиков напряжения разработаны на основе расчётов электрического поля создаваемых ошиновкой линейного разъединителя и приходящей воздушной линией (рис. 7).

Рисунок 7. Рекомендуемое место установки датчика напряжения в линиях (если Н = 3-4 м, то Ь = 1м; если Н = 5-6м, то Ь = Зм)

4. Организовать контроль деблокирующих устройств и их применения. Использование деблокирующего ключа (факт его взятия с соответствующего места расположения) должен фиксироваться, например, с помощью датчика, информация о положении которого заносится в алгоритм программы самодиагностики системы.

5. Реализовать новый алгоритм в универсальной программе по составлению логических цепей, в которой по первичной схеме включения оборудования, в соответствии с предложенным алгоритмом, будет составляться блок логики с возможностью проверки его оператором. Кроме того, данный алгоритм рекомендуется применять при организации управления системой.

6. Резервировать электропитание системы и каналов передачи информации.

Предложенные решения позволяют получить более универсальный, надежный и эффективный электротехнический комплекс ОББ и, тем самым, повысить безопасность операций по переключению в различных распределительных устройствах, а также безопасность и эффективность эксплуатации РУ.

В заключении представлены основные результаты работы.

Выводы:

1. Проведён обзор НТД по оперативным блокировкам безопасности. Обоснована острая необходимость в разработке единого нормативного документа по ОББ, в котором были бы отражены все вопросы, связанные с проектированием и эксплуатацией систем оперативной блокировки.

2. Для получения объективной картины состояния систем ОББ проведено их экспресс-обследование на типовых объектах энергетики. Установлено, что, из-за отсутствия периодического контроля оперативных блокировок и их неправильной организации, на большинстве энергообъектов системы ОББ находятся в нерабочем состоянии.

3. Разработана новая методика диагностики ОББ, которая наряду с традиционными видами проверок (визуальным осмотром и испытаниями при переключениях) включает в себя проверку логического построения и обеспечение требований ЭМС. В соответствии с методикой проведена диагностика работоспособности и качества функционирования систем оперативной блокировки на более чем 60 объектах энергетики с различными типами РУ. По результатам

комплексной диагностики получен большой статистический объём информации, который использован для определения направлений по оптимизации систем ОББ.

4. Создан универсальный алгоритм составления логических цепей систем оперативной блокировки, позволяющий собирать логику для всех первичных схем включения оборудования, в том числе и для нетиповых схем. Для большинства схем первичного включения оборудования энергообъектов составлены блоки логического построения, т.е. создана единая база логики систем ОББ. Данный алгоритм рекомендуется применять при организации управления системой.

5. Произведен расчет надежности систем оперативной блокировки с применением экспериментального (статистического) метода. Показано что надежность существующих систем составляет от 0 до 14%. Вероятность срока службы более 20 лет, не превышает 1%, а с учётом «человеческого фактора» 0,2-0,8%.

6. На основе анализа результатов расчетов предложены следующие направления по повышению надёжности и безопасности электротехнического комплекса оперативной блокировки: увеличение надежности отдельных элементов ОББ; снижение количества используемых элементов в системе; снижение влияния «человеческого фактора».

7. Разработан новый специализированный электротехнический комплекс оперативной блокировки, обеспечивающий реализацию технических решений по оптимизации функционирования отдельных элементов и систем ОББ в целом, эффективное управление системой блокировки, ее полноту и эффективную эксплуатацию, позволяющий повысить надежность системы до 90%. Новый электротехнический комплекс ОББ включает применение бесконтактных индукционных датчиков положения, организации блока логики системы на микропроцессорных устройствах, осуществление связи между датчиками положения и управляющим контроллером посредством каналов радиосвязи, дополнения системы датчиками напряжения при организации цепей блокировки для линейных разъединителей и их заземляющих ножей в сторону линий, непрерывного мониторинга состояния системы посредством самоконтроля, организации контроля деблокирующих устройств путём регистрации их применения с помощью специального датчика.

8. На основе расчётов электрических полей создаваемых ошиновкой линейного разъединителя и приходящей воздушной линии разработаны

рекомендации по установке датчиков напряжения для реализации принципа полноты системы.

9. Результаты работы используются при создании нового электротехнического комплекса электрооборудования в рамках опытно-конструкторских работ НИОКР, в соответствии с приказом Минобразования №218, проводимых НИУ «МЭИ» и ООО «НПФ ЭЛНАП».

Список публикаций.

1. Борисов Р.К., Жуликов С.С., Уситвпна A.A. Результаты комплексной проверки работоспособности оперативных блокировок безопасности на электрических подстанциях. Вестник МЭИ. - 2013. -№2. - С.59-64.

2. Борисов Р.К., Жуликов С.С., Уситвина A.A. Анализ состояния систем оперативных блокировок безопасности на энергообъектах. Энергобезопасность и энергосбережение. — 2014. - №1. — С.5-9.

3. Уситвина A.A. Надежность систем оперативной блокировки безопасности, применяемых на действующих объектах энергоснабжения. Сборник статей по материалам Международной научно-практической конференции «Технические науки: теоретические и прикладные аспекты» - Уфа, 2014.

4. Борисов Р.К., Уситвина A.A. Оптимизация систем оперативной блокировки безопасности на действующих объектах энергетики. Сборник статей по материалам XXIV Международной заочной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук» - Москва, 2014.

Подписано в печать X & Зак J, 0f Тир ¡>Q() П л ¡^f

Полиграфический центр МЭИ Красноказарменная ул., д. 13