автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Методика экспертно-статистической оценки реализации сценариев аварийных ситуаций на ГЭС

Введение

Глава 1. Современные подходы к оценке безопасности сооружений ГЭС

1.1. Актуальность поставленной задачи.

1.2. Детерминированные методы.

1.3. Статистический подход в оценке безопасности плотин.

1.4. Применение вероятностных методов в оценке безопасности ГЭС 24 1.5 Применение экспертных методов оценки безопасности ГТС

Глава 2. Общие закономерности распределения частоты реализаций аварийных ситуаций на гидроэлектростанциях

2.1 Общие принципы классификации сценариев аварийных ситуаций

2.2. Автоматизированная информационно-аналитическая система отказов и аварийных ситуаций на ГЭС мира (АИАС «ГТА»),

2.3. Классификация сценариев аварийных ситуаций на основе системного анализа базы данных аварийных ситуаций на ГЭС.

Глава 3. Применение метода экспертных оценок для определения вероятности реализации причин возникновения аварийных ситуаций на конкретной ГЭС

3.1. Применение общих закономерностей сценариев аварийных ситуаций к оценке их числа и частоты реализации на конкретном объекте гидроэнергетики

3.2. Методика ранговых экспертных оценок для определения приоритета причин аварийных ситуаций на конкретной ГЭС

3.3 Методика временного прогнозирования для оценки вероятности реализации на конкретном объекте ГЭС причин, вызывающих аварийные ситуации

Глава 4. Автоматизированная система обработки экспертных оценок расчета числа сценариев аварийных ситуаций и частоты их реализации на конкретном объекте гидроэнергетики

4.1. Разработка структуры автоматизированной системы обработки экспертных оценок

4.2. Апробация предлагаемой в диссертации методики определения возможных сценариев аварийных ситуаций и частоты их реализации на примере Нижегородской ГЭС

Актуальность работы. Принятие в 1997году федерального закона " О безопасности гидротехнических сооружений" поставило перед энергетикой России целый ряд проблем по обеспечению надежной и безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений (ГТС), электростанций. Одной из важнейших задач при этом является разработка электростанциями "Декларации безопасности ГТС" для крупных ГЭС (сложных и уникальных объектов), разрушение которых может привести к очень большим материальным, социальным и экологическим ущербам. При составлении деклараций безопасности, указанный выше, закон требует количественной оценки уровня безопасности ГТС. Известно, что мерой уровня безопасности является риск :

R=P*Y, где Р - вероятность реализации аварийной ситуации на объекте, a Y-величина ущерба, причиненного в результате реализации аварийной ситуации.

Следовательно, для оценки безопасности объекта актуальной является задача определения сценариев возможных аварийных ситуаций на конкретных гидротехнических сооружениях и определение вероятности их реализации.

Целью данной диссертационной работы является разработка методики определения вероятностей реализации сценариев аварийных ситуаций на ГЭС с использованием метода экспертных оценок.

Для достижения этой цели выполнено:

- обзор литературы по оценке вероятностей реализации аварийных ситуаций на ГЭС;

- анализ базы данных аварийных ситуаций на ГЭС мира и общих закономерностей их возникновения;

- адаптирован алгоритм ранговых экспертных оценок для создания рядов предпочтения по величине вероятности реализации причин аварийных ситуаций на ГЭС для каждого года пятилетнего периода прогнозирования;

- адаптирован алгоритм многоточечных экспертных оценок для количественного определения величины вероятности реализации причин аварийных ситуаций с прогнозом на пятилетний период;

- на базе общих закономерностей возникновения аварийных ситуаций на ГЭС разработан алгоритм расчета числа возможных сценариев аварийных ситуаций и оценки вероятности их реализации на конкретном объекте с прогнозом на пятилетний период;

- создана автоматизированная система экспертных оценок вероятностей реализации аварийных ситуаций на конкретном объекте.

Научная новизна исследований заключается в разработке и реализации комбинированного экспертно-статистического подхода к оценке вероятности возникновения аварийной ситуации на ГЭС. 4

Личный вклад автора заключается:

- в постановке задачи оценки вероятности возникновения аварийной ситуации на ГЭС; в разработке общего алгоритма экспертно-статистической оценки вероятности реализации аварийных ситуаций на ГЭС;

- в реализации разработанной методики в виде информационно-аналитической системы и ее апробации в создании нормативных документов.

Достоверность полученных результатов определяется использованием достоверной исходной информации об аварийных ситуациях на ГЭС и применением апробированных методик экспертных оценок.

Практическая значимость работы заключается в создании методики оценок вероятностей реализации сценариев возможных аварийных ситуаций на конкретном объекте с прогнозом на пятилетний период. Данная методика обеспечивает решение задач декларирования безопасности гидротехнических сооружений во исполнение требований закона " О безопасности гидротехнических сооружений".

Апробация результатов исследований выполнена в виде докладов на всероссийских и городских научно-технических конференциях и совещаниях: Четвертая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов в 1999 г., XXVIII неделя науки СПб ГТУ в 1999 г., международной конференции и выставке AQUATERRA в 2000 г.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 114 страницах, содержит 20 рисунков, 31 таблицу и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (85 наименование)

Результаты работы экспертов для пятилетнего периода представлены в таблице 4.3. ( Для сокращения объема численных данных приведены только данные экспертов по количественным оценкам временного прогнозирования).

Подстановки данных таблицы 4.3 в автоматизированную систему, описанную в этой главе, дает перечень возможных на Нижегородской ГЭС аварийных ситуаций с частотою их реализации для каждого года пятилетнего периода прогнозирования. Результаты приведены в таблицах 4.4 а, б.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Проведенные в данной работе исследования дают следующие результаты.

1. Выполнен обзор работ по оценке риска реализации различных сценариев аварийных ситуаций на ГЭС.

2. По результатам обзора выбран метод определения сценариев возможных аварийных ситуаций на ГЭС, основанный на системном анализе базы данных реальных аварий на ГЭС и позволяющий количественно определить общие закономерности их возникновения.

3. Для создания возможностей применения имеющихся общих закономерностей возникновения аварийных ситуаций на ГТС к конкретному объекту предложено использовать метод экспертных оценок. Этот метод позволяет объективно оценить результаты работы группы экспертов и получить их обобщенное мнение, что повышает достоверность полученных результатов.

4. Разработан алгоритм адаптации метода ранговых экспертных оценок для создания рядов предпочтения по степени наибольшей вероятности реализации причин возникновения аварийных ситуаций на ГЭС. Полученные результаты являются исходной информацией для последующей количественной оценки этих вероятностей.

5. Разработан алгоритм реализации метода временного прогнозирования (многоточечных экспертных оценок) для определения количественных значений частот реализации причин аварийных ситуаций на обследуемом объекте в каждый год пятилетнего периода прогнозирования.

6. На основе объединения общих закономерностей возникновения аварийных ситуаций на ГЭС и полученных методом экспертных оценок вероятностей реализации причин аварийных ситуаций на обследуемом объекте с перспективой на каждый год пятилетнего периода получена возможность определить число и описание возможных на обследуемом объекте сценариев аварийных ситуаций и частоты их реализации. Так как сценарии аварийных ситуаций определяются здесь для каждого года пятилетнего периода, то имеется возможность прогноза динамики изменения со временем набора возможных нежелательных процессов на конкретных ГЭС.

7. Для облегчения специалистам реализации на практике предложенных алгоритмов и повышения оперативности получения результата предложена, на базе компьютерных технологий, автоматизированная система экспертных оценок, реализующая предложенную выше методику.

8. Предложенная в работе методика определения числа и вероятности возможных сценариев аварийных ситуаций была использована при создании стандарта ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева по определению сценариев аварийных ситуаций на ГТС и оценке частоты их реализации на конкретном объекте.

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в:

1) Тезисы докладов четвертой Санкт-Петербургской ассамблеи молодых ученых и специалистов. Анализ природных и социально-экономических ущербов от создания энергетических объектов. Скворцова О.С.( Санкт-Петербургский государственный технический университет) Научный руководитель - Арефьев Н.В.

2) . Научная конференция студентов и аспирантов. Программа XXIX неделя науки СПбГТУ 27 ноября-02 декабря 2000г. Санкт-Петербург Издательство СПбГТУ 2001г. Скворцова О.С." Методика ранговой экспертно-статистической оценки причин аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях"

3) Международная конференция и выставка Санкт-Петербург, 14-17 ноября 2000 г. AQUATERRA .Сборник материалов конференции. Экспертные методы оценки частоты реализации причин аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях. Скворцова О.С., Санкт-Петербургский Государственный Технический Университет.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа изложена на 114 страницах, содержит 20 рисунков, 31 таблицу и состоит из введения, шести глав , заключения и списка литературы из 85 наименований.

Автор выражает глубокую признательность д.т.н., профессору Арефьеву Н.В., к.т.н. Тихоновой Т.С., д.т.н. Баденко В.Л. и другим сотрудникам кафедры ИМГ и ООС СПбГТУ и лаборатории № 112 ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева за большую помощь в написании этой работы.

1. Арефьев Н.В., Добрынин С.Н.,Ивашинцов Д.А., Тихонова Т.Е. Анализ и оценка развития аварийных ситуаций на инженерных объектах // ОАО ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, Санкт-Петербург, 2000 г.

2. Арефьев Н.В., Василевский А.Г. ,Добрынин С.Н., Ивашинцов Д.А., Тихонова Т.С. Безопасность энергетических сооружений 2000г., вып.7, стр 177-182.

3. Скворцова О.С. Анализ природных и социально-экономических ущербов от создания энергетических объектов// Четвертая Санкт- Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. Тезисы докладов. Издательство Санкт-Петербургского университета 1999.

4. Скворцова О.С. Экспертные методы оценки частоты реализации причин аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях. Международная конференция и выставка AQUATERRA, 14-17 ноября 2000 г. Сборник материалов конференции.

5. Василевский А.Г., Ивашинцов Д А., Федоров М.П., Шульман С.Г. Современные проблемы оценки надежности и экологической безопасности объектов энергетики// Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. 1997.-Т.233.

6. Хрисанов Н.И., Керро Н.И., Кольник Г.А. Комплексная экспертная оценка экологических последствий строительства гидроэнергетических объектов.// Гидротехническое строительство.-1990,- №3.

7. Васильев Ю.С., Федоров М.П. Методологические проблемы охраны окружающей среды при освоении гидроэнергетических ресурсов. Тезисы докладов НТК АН СССР: Комплексные проблемы охраны окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. JL: 1982.

8. Серков B.C. Основные направления обеспечения безопасности гидротехнических сооружений// Гидротехническое строительство. 1990, №9

9. П.Лащенов С.Я. Задачи обеспечения безопасности гидротехнических сооружений.// Гидротехническое строительство, 1993г, №2

10. Семенов А.Н. О работе 66 Исполкома Международной комиссии по большим плотинам//Гидротехническое строительство, 1999г. №3

11. Каталог основных понятий Российской системы предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях // Гражданская защита. 1994. №3

12. Положение о системе отраслевого надзора за безопасностью гидротьех-нических сооружений//.- М.: Союзтехэнерго, 1993г.

13. ГОСТ Р 22.0.01-94. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Основные положения. М.: ГОССТАНДАРТ России,1994.

14. Иващенко И.Н., Диковинный С.В. Влияние человеческого фактора на надежность гидротехнических сооружений// Сб. трудов Гидропроекта, 1991г., вып.145.

15. Иващенко И.Н. Методика оперативной оценки безопасности гидротехнических сооружений// 1990, вып. 135.

16. Иващенко И.Н. Разработка и внедрение методов оценки риска аварий гидротехнических сооружений и методов страхования ответственности за последствия аварий//БЭС, №1, 1998г.

17. Иващенко И.Н. Инженерная оценка надежности грунтовых плотин// М.: -Энергоатомиздат, !((№г.

18. Иващенко И.Н., Кир до да П. А. Оценка и выбор вариантов ГТС на многокритериальной основе// Гидротехническое строительство, 1991г,№10.

19. Стефанишин Д.В., Шульман С.Г. Проблемы надежности гидротехнических сооружений// Санкт-Петербург, 1991г.

20. Стефанишин Д.В. Оценка нормативной безопасности плотин по критериям риска, //Гидротехническое строительство, 1997 г.,№2.

21. Василевский А.Г., Стефанишин Д.В. Понятия , определения, критерии и подходы при анализе надежности и безопасности

22. Стефанишин Д.В., К оценке эксплуатационной надежности грунтовых плотин// Гидротехническое строительство, 1993г., №8.

23. Стефанишин Д.В., Первоочередные задачи по вероятностным расчетам сооружений при составлении декларации их безопасностти// Гидротехническое строительство,№10,1998г.

24. Стефанишин Д.В. Оценка надежности и безопасности гидротехнических объектов в рамках теории риска и системного анализа. Автореферат докторской диссертации. СПб., ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1998.

25. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. -М.: Стройиздат, 1978.

26. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат. 1982.

27. Калустян Э.С. Оценка и роль рисков в плотиностроении// Гидротехническое строительство, №12, 1999г.

28. Kalustian E.S. Failures risk of concrete dams on rock foundations. Prog. Dam.Safty , Vol.1, Balkema. 1998.

29. Каякин В.В. Прогноз чрезвычайных ситуаций, связанных с техноприрод-ными процессами, и обеспечение безопасности объектов// Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 1999,№2.

30. Каякин В.В., Мулина А.В., Дмитриева И.Л. Прогноз и предотвращение чрезвычайных ситуаций, связанных с техно-природными процессами // Экология и промышленность России (ЭК и П) 1997, март.

31. Каякин В.В. Инженерно- геологический мониторинг для предотвращения чрезвычайных ситуаций при проходке туннеля в зоне геодинамической активности// Доклады 11-ой Российской конференции по механике горных пород. СПб, 1997.

32. Robin Fell, Estimating the probability of failure of embankment dums under normal operating conditions||| Repair and upgrading of Dams.Simposium in Stokholm. June 5-7, 1996. p 567-576/

33. Automated observation for the safty control of dams.|| Bulletin ICOLD, 1982r.,№41.

34. Синицын А.П. Расчет конструкций на основе теории риска. М.: Строй-издат, 1986.

35. Добрынин С.Н., Тихонова Т.С. и др. Информационно- аналитическое обеспечение системы надежности и безопасности ГТС ГЭС// Гидротехническое строительство. 1994. - №2.

36. Добрынин С.И. Информационно-аналитическое обеспечение объектов гидроэнергетики, автореферат докторской дисертации СПбГТУ, 1995.

37. Добрынин С.Н., Тихонова Т.С. Информационное обеспечение проблем надежности и безопасности гидротехнических сооружений на базе автоматизированной информационно- аналитической системы.//Энергетик -1995. -№3.

38. Добрынин С.Н., Кузнецов О.М., Тихонова Т.С. Автоматизированная информационно-аналитическая система (банк данных) аварийных ситуаций и отказов на ГТС мира// Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. 1993,-т.227.

39. Василевский А.Г., Добрынин С.Н., Тихонова Т.С., Шульман С.Г. Комплекс банков данных данных информационно-аналитического обеспечения натурных наблюдений на гидроузле // Гидротехническое строительство. 1996. -№4.

40. Добрынин С.Н., Тихонова Т.С. и др. Математические модели для прогноза состояния ГТС по данным натурных наблюдений // Гидротехническое строительство. 1994. -№2.

41. Добрынин С.Н., Кузнецов О.М., Тихонова Т.С. и др. О проектировании и создании автоматизированной информационно-поисковой системы натурных наблюдений на гидротехнических сооружениях // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. -1990. Т.221.

42. Добрынин С.Н., Тихонова Т.С. и др. Автоматизированная информационно поисковая система ( банк данных) нормативно- технической документации// Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. -1993. - Т.227.

43. Добрынин С.Н., Тихонова Т.С. Развитие комплекса систем компьютерных технологий в информационном обеспечении проблем гидроэнергетики // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. 1997. - Т.233.

44. Артюхина Т.С., Добрынин С.Н., Тихонова Т.С. и др. Создание автоматизированной информационно-поисковой системы «Отечественные и зарубежные гидроузлы» // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. 1990. -Т221.

45. World register of dams/ ICOLD, Paris, 1985, p.753.

46. Deterioration of dams and reservoirs, Examples and their analysis. ICOLD, Pans, 1984.

47. Dam Safty. Reserch and development needs. Proceed of the Workshop. July 16-18. 1985, Denver, Colorado. Collegt of Engineering and applied science. University of Wisconsin Milwaukee. Milwaukee, Wisconsin 53201, 1985.

48. Lessons from Dam incident. ICOLD. Paris, 1974.

49. Veltrop J.A. Environmental impacts of dams and reservoirs. Int. Conference. Mexico. 1998.

50. Agling of dams and remedial measures. Trans. XVII ICOLD. Q.65. Vol.2. Austria. 1991.

51. Dam failures statistical analysis. Bulletin 99. ICOLD. Paris. 1995.

52. Dam safety. Barcelona. Balkema. 1998.

53. Incidents and failures of dams. Trans. XIX ICOLD. Q.75. Paris.1997.

54. Калустян Э.С. Разрушения и повреждения бетонных плотин на скальных основаниях. М.-СПб., 1997.

55. Transaction XIX ICOLD. Vol. 1,2,3,5,Pans. 1997.

56. Гогоберидзе М.И., Микашвили Ю.Н., Беругашвили Г.А., Гвилия М.Э. Риск повреждения и разрушения грунтовых плотин // Гидротехническое строительство 1984,- №4

57. Проектирование и строительство больших плотин / Н.С.Розанов, А.И.Царев, Л.П.Михайлов М.: Энергоатомиздат, 1986 г.

58. Blind H. The Safety of Dams || Int/ Water Power and Dam of Construction. -1983,- Vol.35.-#5.

59. Lecons tirees des accidents de barrage|| General Rept CIGB (ICOLD) . -Paris, 1974.

60. Silveira A.F. Deterioration in dams and reservoirs|| Proc. XXth IAHR Congress. Vol.2.

61. Розанов Н.С. и др. Повреждения плотин и исследования по обеспечению их надежности и безопасности. Гидротехническое строительство. М.: Энергия .1979.

62. Хвастунов P.M. Экспертные оценки и их применение в энергетике //- М.: Энергоиздат, 1981г.

63. Мирцхулава Ц.Е. Надежность больших каналов // М.: Колос ,1981г.

64. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок// М.: Статистика, 1980г.

65. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Экспертные оценки //- М.: Наука, 1973г.

66. Тихонова Т.С. Экспертные оценки и их информационно-аналитическое обеспечение в проблеме надежности и безопасности гидротехнических сооружений ГЭС // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, Т.234,стр 119126.

67. Пригожин И., Стенгерс И. // Порядок из хаоса// М.: Прогресс, 1986г.

68. Форсайт Р. Экспертные системы. Принципы работы и примеры // М.: Радиосвязь, 1987г.

69. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы// М.: Наука, 1990г.

70. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам// М.: Мир, 1989.112

71. Иорданский Д.И. Применение экспертных методов в отраслевом прогнозировании. Электротехническая промышленность, сер. Общеотраслевые вопросы; Вып.З. -М.: Информэлектро,1975.

72. Китаев Н.Н. Групповые экспертные оценки. М.: Знание, 1975

73. Комплексный анализ эффективности технических решений в энергетике. Под редакцией В.Р. Окорокова, Д.С. Щавелева Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1985.

74. Шарыгин B.C. Обоснование и выбор системных параметров ГАЭС в динамике развития энергосистем. // Гидротехническое строительство. -М.,1984.-№12. с.4-7.

75. Утверждаю Генеральный директор ЕЩИИГ им.Б.Е.Веденеева» Д.А.Ивашинцов7 ьli о Р/ J ;1. Гкто внедрении методики экспертных оценок для определения частоты реализации сценариев аварийных ситуаций на гидроэлектростанциях

76. Председатель комиссии Члены комиссии:f fl А.Г.Василевский Т.С.Тихонова1. В.Б.Штильман