автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Повышение надежости систем электроснабжения напряжением 6 КВ промышленных предприятий ассоциации "Агрохим"

Государственный комитет СССР по народному образованию

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

' На правах рукописи ПЕЧЕН КО Сергей Николаевич

УДК 622.012': 621.3.014.7 + 3.019.34 (043.3)

ЮВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ 6 КВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ АССОЦИАЦИИ „АГРОХИМ"

Специальность 05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование»

А втореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

> '

Работа вьплсшюна в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте.

Научный руководитель канд. техш. наук, дом*. ПЛАЩАНОКИЙ Л. А.

Официальные оппоненты: д(жт. техи. наук, п-рюф. ПРАХОВНИК А. В., канд. техн. наук МИНОВСКИЙ Ю. П.

Ведущее предприятие— Приморское производственное объединение «Бсф».

Защита диссертации состоится « . 1991 г.

. час. на заседании специализированного совета

К-053.12.03 Московского ордена Трудового Красного Знамени горного института по адресу: 117935, ГСП, Мосиза, В-49, Ленинский 'П1р0:0ПЕкт, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « ЗУ. » . . . ]99] г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, дсц.-ШЕШКО Е. Е.

тдел ьртадий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В условиях совершенствования экономического механизма и интенсификации производства перед промышленными предприятиями ассоциации «Агрохнм», представляющими собой крупные промышленные комплексы, технологический процесс которых начинается с добычи сырья и заканчивается выпуском готовой -продукции широкой номенклатуры, стоит задача повышения объема добычи горной массы, выпускаемой ¡продукции при снижении их себестоимости на основе широкого внедрения современных технологий, комплексных средств механизации и автоматизации технологических 'процессов. Решение этих задач требует обеспечения надежной н безаварийной работы систем электроснабжения (СЭС), что становится особенно актуальным с учетам технологических процессов предприятий ассоциации «Агрох'им», отдельные эта'пы которых не допускают даже к р a t'koib ременных п ер е р ьгоо в э л ект р ош а'бж он н я.

Раз'ветвлениость и неупорядоченность сетей является причиной многочисленных отказов элементов системы, однофазных замы.каний на землю (033), вызывающих различные ■коммутационные перенапряжения. Это в свою очередь вызывает продолжительные простои н значительный ущарб.

Устранению подобных анормальных явлений в системе электроснабжения (СЭС) может опособствошать контроль за се элементами и параметрами в .совокупности с режимами работы.

• До сих пор в условиях промышленных предприятий ассоциации «Агрохим» не проводились целенаправленные исследования состояния надежности эксплуатируемого электрооборудования (ЭО) и СЭС, вследствие чего не обеспечен достаточный уровень их надежности. Таким образом, повышение надежности СЭС напряжением 6 кВ гаромышлемных предприятий ассоциации «Агрохи-м» является актуальной научной задачей.

Актуальность настоящей работы подтверждается тем, что она выполнялась в соответствии с планом научмо-техническо-го развития промышленных предприятий ассоциации «Аг.ро-хи'м» (номер госрегистрации 01890011903).

Целью работы является установление закономерностей функционирования электрооборудования (ЭО) (напряжением 6 кВ с учетом технологических факторов и условий эксплуатации для выбора рациональной структуры СЭС и .режимов ее работы, налравлевных на повышение надежности СЭС напряжением 6 кВ.

Идея работы заключается в ограничении СЭС по мощности электроэнергии за счет разделения технологических операций во времени и управления режимами работы СЭС для •повышения ее надежности.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна.

1. Аналитические зависимости для расчета тока однофазного замы.кания на землю (033) в сломноразветвленных сетях, отличающиеся учетом не только емкостного тока сети, количеством подключенного ЭО, но и его мощности, позволяющие производить расчет тока 033 через их ток нагрузки.

2. Математическая модель двухуровневого управления нагрузкой и |режимами работы СЭС, учитывающая варьирование .показателей технологического процесса в реальном масштабе времени, .категорию электроснабжения потребителей и поток отказов ЭО.

3. Метод анализа структурной надежности слож.норазвет-вленных СЭС, отличающийся тем, что, иапольз-уя метод двудольных графов и .принцип монотонного приближения к точному значению, позволяет вычислить верхнюю .и нижнюю границы вероятности связности двух- и м.ногошолюеных СЭС.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: достаточным объемом экспериментальных исследований, выполненных в условиях Приморского производственного объединения «Бор»; обработкой результатов с использованием .методов теории ве-■роятностей и математической статистики; удовлетворительной сходимостью аналитических зависимостей и результатов статистического моделирования с результатами экспериментальных исследований ((расхождение .результатов не превышает 20% при доверительной .вероятности 0,95).

Значение работы. Научное значение работы состоит в разработке математических моделей ожидаемого тока 033 для сложноразветвлевных СЭС, безотказной работы СЭС в зависимости от режимов ее .работы, двухуровневого утрашления нагрузкой и режимами работы СЭС, а также в разработке метода анализа структурной надежности сложцораздетвлен-ных СЭС.

Практическое значение работы состоит в оцетаке показателей -надежности ЭО, эксплуатируемого в условиях 'промышленных .предприятий ассоциации «Аг.рохим»; разработке схемы микропроцессорного устройства управления, реализую-

щего модель двухуровневого управления .нагрузкой и режимами ¡работы СЭС, что /позволяет повысить уровень проектирования новых и реконструкции действующих предприятий, эффективность и экономичность их работы за счет снижения а'варийносги СЭС.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Метод анализа структур,ной надежности для 'сложишразвегвленных СЭС внедрен в Приморском производственном объединении «Бор»; аналитические зависимости для расчета тока 033 в условиях сложно,разветвленных СЭС и математическая модель двухуровневого управления нагрузкой « режимами работы СЭС приняты к внедрению в Приморском производственном объединении «Бор». Расчетный годовой экономический эффект от принятых к внедрению в Приморском производственном объединении «Бор» результатов исследований составляет 120 тыс. рублей.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Создание технологии безлюдной вьгемки угля с 'применением средств роботизации производственных процессов» (Донецк, 1986 г.); Всесоюзной научно-технической ^конференции «Со-всрше-пствовамие потрузочто-разгрузочных и транспоргно-складских работ» (Чебоксары, 1986 г.); XXX научно-технической конференции ДВПИ (Владивосток, 1988 г.); Всесоюзной научно-технической конференции «Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и трамапорта» (Днепропетровск, 1990 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 научных ра'бот.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, описка литературы из 160 .наименований и приложения (отдельный там, содержащий 39 таблиц). Основной текст содержат 130 стра-ни'ц машинописного текста, иллюстрированного 22 рисунками.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Несмотря на единство принципов и основных положений, СЭС ассоциации характеризуются большой индивидуальностью, определяемой природно-климатическими, технологическими и 'производственными факторами, что отражается на эксплуатационной надежности и предъявляет особо жесткие требования к структурной надежности СЭС, которая должна быть обеспечена не только высокой надежностью ЭО, «о и пост,роением аптималыной структуры са>мой СЭС ,путам оптимизации ее параметров. Эти два момента закладываются в

основном на стадии проектирования и относительно редко корректируются во время эксплуатации. В период проектирования не было уделено .достаточное ¡внимание вопросам ■перспективного развитая предприятии ассоциации и до сих 'пор не проводились целенаправленные исследования состоя-лия и не определялись количественные оценки надежности СЭС и ее элементов во время эксплуатации. Технико-экономические расчеты при .вьибо;ре и обосновании структуры СЭС базировались на минимуме годовых расчетных затрат на эксплуатацию ЭО без учета фактора надежности. При этом решения, направленные на обеспечение требуемого уровня надежности СЭС, основывались чаще всего .на .критериях построения СЭС общепромышленных предприятий и, как следствие, не обеспечивали достаточного уровня надежности ЭО и СЭС в стецифических условиях. При резком увеличении мощностей ЭО, расширении и структурном усложнении СЭС, вызванных ростом темпов основных фондов производства, это привело к резкому увеличению числа отказов и аварий, народнохозяйственный ущерб от которых только в Приморском производственном объединении «Бор» составляет 7—8 млн. руб. в год.

Эффективное решение комплекса задач управления функционированием и развитием СЭС невозможно без проведения количественного и качественного анализа элементной -надежности СЭС, та1к как корректность !всеш последующего анализа структурной надежности СЭС прежде всего определяется точностью исходной информации.

Предприятия ассоциации «Агрохим», созданные в конце 50-х, начале 60-х гг. и имевшие радиальную структуру СЭС, за последнее десятилетие подверглись реконструкции и расширению (производства, .в результате чего СЭС стали иметь слож'норазветвленную структуру. Это повлекло за собой значительные изменения в СЭС напряжением 6 кВ и связанные с этим проблемы в электроснабжении.

Надежность функщюадрования СЭС, как и любой сложной технической системы, определяется в основном надежностью составляющих ее элементов 'И характером взаимосвязей 'между ними и обеспечивается за счет .высокой надежности эксплуатируемого ЭО и оптимальной структуры построения самой СЭС.

Показатели надежности элементов СЭС напряжением 6 кВ промышленных предприятий ассоциации «Аг.рохш.м» в целом формируются под воздействием совокупности факторов и характеризуются случайны,м процессом, поэтому для их определения и выявления причин наиболее характерных отказов целесообразно попользовать .вероятшостао-статдаст.и-ческие методы и амп-арат математического моделирования. В расчетах показателей надежности реальных элементов

СЭС необходимо учитывать величину и характер поведения ■нагрузки электропотребителей. Нагрузочная способность изоляции элементов СЭС, обусловленная совместным учетом теплового и электродинамического старения, изменяется с течением времени. Сохранив принцип выбора оптимальной расчетной нагрузки для управления уровнем (надежности элементов и самой системы, относящейся .к сложноразветвленнон, ,при реализации необходимо учитывать, что отдельные технологические процессы предприятий ассоциации не допускают даже кратковременных перерывов электроснабжения, при этом поток требований на нагрузку .необходимо моделиро-.вать в виде марковского процесса.

Синтез законов управления по ограничению электропотребителей по мощности и электроэнергии должен базироваться ■на математических моделях /регрессионного типа, что позволит при ограниченной информации о схемных и режимных .параметрах СЭС управлять нагрузкой и режимами ее работы в реально!.м масштабе времени.

Большинство известных методов оценки структурной надежности, применяемых в электроэнергетике, ориентированы на использование в энергосистемах и, естественно, не учитывают характерных особенностей функционирования СЭС предприятий. Практическое применение получили методы, значительно упрощающие в процессе расчета топологию СЭС с целью приведения ее к структуре последовательной, параллельной или их совокупности, рассматривающие различные частные случаи огказо/в в СЭС и напригодные для сложио-ра'зветаленной структуры.

Основным фактором, препятствующим широкому применению сетевых методош, использующих аппарат марковских случайных процессов и др., пригодных для оценки надежности сложноразветвленных СЭС, являются значительные трудности, связанные с представлением в математической модели надежности условий функционирования реальных СЭС, а также большая трудоемкость.

К недостаткам методов оценки структурной надежности СЭС, реализованных практически, следует отнести также их узкую направленность — только для двухполюсных СЭС. Для решения более сложной задачи — оценки структурной надежности мнотополюсных СЭС — целесообразно использовать точные методы теории прафо:в, базирующиеся на принципе разнородных элементарных конструкций, а именно — метод двудольных граф'ав.

На основании анализа состояния надежности СЭС напряжением 6 кВ ассоциации, а также с учетом их специфических особенностей, для обоснования задач настоящей диссертационной рабо-ты был определен круг воетросюш, связанных с задачей повышения надежности СЭС напряжением 6 кВ,

которые в ¡настоящее время либо недостаточно проработаны, либо не получили пока удовлетворительного решения, либо не учитывают специфических условий их эксплуатации.

1. Определить ошонные показатели надежности элементов систем электроснабжения напряжением 6 юВ .промышленных предприятий ассоциации «Атрохим»; выявить зависимости безотказной работы ослонных элементов систем электроснабжения от показателей природно-климатических, технологических и производственных факторов эксплуатации промышленных предприятий ассоциации «Апрохим».

2. Последовать причины характерных отказов систем электроснабжения напряжением 6 кВ промышленных предприятий ассоциации «Апрохим» с томки зрения ущерба.

3. Разработать математическую модель управления нагрузкой электрошотребителей систем электроснабжения напряжением 6 кВ с учетом опещифши технологического процесса предприятий ассоциации «Агрохим» для .ограничения ¡влияния рез'коперемеиной нагрузки электропотребителей систем электроснабжения напряжением 6 ,кВ на надежность электроснабжения.

4. Разработать метод оценки надежности сложноразвет-влемных систем электроснабжения.

iB соответствии с задачами исследования во второй главе с помощью математических методов на основании обобщен,ия накопленной статистической информации о работе ЭО в реальных условиях эксплуатации были получены основные показатели надежности для ЭО, эксплуатируемого в СЭС напряжением 6 кВ предприятий ассоциации; выявлены основные факторы, отрицательно воздействующие на безаварийную работу эксплуатируемого ЭО, а также соотношения .между ними и показателями безотказной .работы основных элементов СЭС. Анализ отказов проводился в соответствии с разработанной методикой обработки и анализа .результатов экспериментального определения 'показателей надежности.

Установлено, что вероятность безотказной работы для трансформаторов ГПП составляет 0,905, ТП — 0,973; шин ГПП — 0,968; шин распределительных пунктов — 0,994; масляных выключателей ГПП—0,184, РП —0,924; ЛЭП— 6 «В— 0,814; кабелей — 0,929; электродвигателей асинхронных — 0,75, синхронных — 0,5.

На долю ЭО напряжением 6 к В от общего количества его напряжением >1 кВ приходится 65,2% отказов. Среди них наибольшее .количество приходится >на масляные выключатели ГПП —51,2% и РП—15,9%; кабели—10,6%; электродвигатели синхронные — 2,3% и асинхронные—1,3%; трансформаторы ГПП —16,5%. Однако наибольшая часть отказов трансформаторов ГПП — 71,3% относится « отказам механических частей привода РПН—11,5%, низкому уровню

масла в проходной втулке — 34,5% л отказам элементов системы воздушного охлаждения — 25,3%, что не приводит к аварийной остановке трансформаторов.

Для .масляных выключателей ГОП наиболее распространенным типом отжаза являются отказы аппаратуры управления защиты и автоматики — 92% (1при этом 64,9% состагаля-ст отключение противоаварийной аппаратурой); 1,5%—та (повреждение изоляции по причине неправильных действий обслуживающего персонала, 1%—¡на износ и повреждение силовых контактов, 2,2% — на повреждение механических частей, для 3,3% тип отшаза установить не удалюсь. Наиболее характерной причиной, вызывающей отказы масляных выключателей ГПП, являются коммутационные .перенапряжения— 57,2%. Для масляных выключателей РП также самым распространенным типом отказа является отказ аппаратуры управления, защиты и автоматики — 56% (38,1%—отключе-■ние противоаварийной аппаратурой), а наиболее характерной причиной—.коммутационные перенапряжения (56%). 14,3% отказов приходится на повреждение изоляции (8,3% — межфазное замыкание и замыкание на корпус) из-за неправильных действий обслуживающего персонала, 1,2% — па повреждение токавеяущих проводников, 8,3%—на износ и повреждение силовых контактов, 3,6% —:на повреждение механических частей, 16,6%—-на другие типы отказав. Отказы асинхронны« электродвигателей характеризуются повреждением изоляции—замыкшие на корпус (100%), вызванные комадутациоцными перенапряжениями (100%). Для синхронных электродвигателей 83,3% всех отказов приходится на .повреждение изоляции (75%—¡замыкание на корпус и 8,3%—пробой изоляции -в вводной коробке) по причине коммутационных 'перенапряжений (75%) и неправильны* действий обслуживающего персонала (16,7%); 8,3% отказов приходится на повреждение механических частей — ¡подшипника. Отказы электрических .кабелей характеризуются повреждением изоляции — 033 (94,6%) и межфазным замыкавшем (5,4%), вызванными транспортными .происшествиями (18,52%), строительными работами (1-2,97%), коммутационными .перенапряжениями (44,64%) и предположителыно коммутационными перенапряжениями (18,32 %)•.

Установлено, что статистическая модель времени наработки на отказ для электродвигателей и масляных выключателей не противоречит эксэдоненциалыному закону распределения, а кабелей—распределению Вейбулла. Доказано, что время восстановления электроснабжения из-за отказов ЭО, зависящее от типа и места установки его, подчиняется экспоненциал ь ному закону.

Установлено, что время 'восстановления электроснабжения в СЭС зависит от типа ЭО и места его установки.

Эксплуатационная надежность ЭО зависит от многих факторов, в том числе и от природно-климатических и факторов окружающей среды. Из ¡рассматриваемого ЭО кабельные и (воздушные линии напряжением 6 кВ (с трассировкой: РПП — РП; РП —РП; РП — ТП л РП —¡потребитель) находятся в условиях воздействия дестабилизирующих факторов окружающей среды. Все остальное ЭО установлено в стационарных помещения« с относительно постоянными параметрами, характеризующими окружающую среду, :к которым относятся температура и (влажность воздуха, уровень атмосферных осадков, загазованность и запыленность атмосферы. К эксплуатационным факторам относятся параметры, характеризующие режимы работы ЭО — переходные процессы, .напряжение и т. д., дополнительно анализировались перепады температуры и влажности, а также температурные .переходы ■через 0°С, что позволило учитывать динамику изменения факторов окружающей -среды; эти показатели в известных работах не учитывались. Влияние переходных 'процессов косвенно оценивалось уровнем нагрузки «а шинах ГПГ1.

При выборе дестабилизирующих факторов была проведена предварительная оценка их воздействия ,на работу электрических .кабелей и аппаратуры .защиты ,по значению коэффициентов парной корреляции и ¡получены м,ногофа«торные модели надежности в виде уравнений множественной регрессии, устанавливающие связь между дестабилизирующими эксплуатационными факторами, факторами окружающей среды и отказами кабелей и конкретных типов аппаратуры защиты.

Из .природно-климатических факторов (согласно оценке парных коэффициентов корреляции и сравнения влияния факторов— относительная .важность коэффициентов регрессии — бэта .коэффициент) наибольшее влияние оказывает, темтера-тура воздуха, перепад температуры воздуха, влажность воздуха, перепад влажности вщдуха и количество переходов температуры воздуха через 0°С. И,з факторов запыленности и загазованности атмосферы наибольшее влияние оказывает содержание в воздухе N0, СО, НгБ.

Установлено, что основной причиной 69,91% всех отказов ^кеплуатнруо.мого ЭО напряжением 6 к В являются коммутационные .перенапряжения, вызывающие ложное и неселект.ив-кое срабатывание элементов защиты — 46,3% и 033 — 12,3%, при этом наибольшее число отказов приходится на масляные 'выключатели — 67,1 °/о и кабели — 10,6%•

Высказанное предположение о влиянии перечисленных факторов на неустойчивую работу аппаратуры защиты и появление 033 подтверждается с вероятностью 0,95 '.полученными выражениями, 'которые несмотря на достаточно вьгсо-

кие коэффициенты детерминации, не объясняют все отказы, происшедшие за период наблюдения. :

Для объяснения полной картины отказов в третьей главе были проворены следующие гипотезы: рекомендуемые эмпирические .выражения для расчета тока 033 ,в условиях слож-норазветшленных СЭС с электроприем'никам.и (большой единичной мощности приводят к большим погрешностям; одновременно с природно-климатическими факторами, факторами окружающей среды на изоляцию сдожнора'з'ветвленных СЭС ассоциации оказывают влияние параллельно развивающиеся независимые процессы, приводящие к снижению ее изолирующих свойств из-за статистической природы наблюдаемых явлений, к которым относятся: нагрузка и емкостной так СЭС, частота и уровень коммутационных перенапряжений и время нагружения изоляции; взаимная зависимость этих параметров в последовательных интервалах времени объясняется моделью накопления дефектов, приводящих к обратимым повреждениям изоляций, накапливаемым .в/плоть до ее пробоя.

С учетом .возможных делений на части и послеаварийных режимов работы в условиях СЭС Приморюкого производственного объединения «Бор» (наиболее характерного для промышленные предприятий ассоциации «Агрохим») было проведено 14 измерений по методу /полного тока 033, во время которых определялись количество и тип ЭО, электрически связа,нног-о с точкой 033, ток нагрузки на шинах ГПП, протяженность воздушных и кабельных линий, выраженная через емкостной ток СЭС. Проверка результатов расчета подтвердила предположение о большой погрешности рекомендуемых методов применительно к сложноразветвленным СЭС с большой единичной мощностью электропотребителей, достигающей 266%.

В результате .проведенных исследований установлено, что нагрузка на шинах ГПП может быть описана выражением вида

/„«--34,(4^33,8-^+4,53.^+57,1 • N,-22,35А, (1) где /„ — так нагрузки на шинах ГПП, А;

.V, „ Л'^.р, /У„, —.количество элементов высоковольтного ЭО, электрически связанного с точкой 033 (электродвигатели, трансформаторные подстанции,распределительные ячейки, число точек подсоединения перечисленного __ЭО к шинам раапредпунктов).

Примечание: -¿г—количество элементов данного типа ЭО, приведенное к эквивалентному с единичной мощностью 1000 кВт; 1000 кВ-А.

Получены аналитические зависимости для сложнскразвет-■вленных СЭС с электропатребителя.ми большой единичной мощности 'между током 033 и токам нагрузки, протяженностью кабельных линий и удельным емкостным током СЭС:

Аш = 9,574 + 4,942-10-1 -/еик + 8,716• К)-3• /ш Л (2) /0зз = 9,7 + 99,348- Ю-2./еик, А (8)

где /е„к — емкостной ток СЭС, А.

Модели гака 033, описываемые выражениями (2), (3), представляют 'Интерес при выборе уставок защиты и аппаратуры управления в реально действующих СЭС. Использование их на этапе проектирования сопряжено с большой трудоемкостью. Поэтому были получены модели для кабельной сети с бумажной и лоливинилхлоридной изоляцией, в которых сечение кабельной сети приведено к 5 = 50 мм2

/033 = 9,574+ 3,212-Ю-1 .¿^Ч- 8;716-Ю"3-/,,, А

7озз = 9,575 + 2,916- 10-^П10 + 8,717- Ю-»-/,,, А

где А,,60 — длина кабельной сети, .приведенной ;к сечению 5 = 50 мм2 с бумажной и пЬливинилхлоридной изоляцией, /км.

Однако пр,и оперативном прогнозе значения тока 033 и оперативном управлении режимами работы СЭС крайне трудно учесть количество подключенного ЭО, особенно для сложноразветвльнной СЭС с резкопеременшой нагрузкой. Для этих целей удобнее .использовать нагрузку на шинах ГПП (1). Здесь и далее термины «оперативный .прогноз» или «оперативное управление» означают, что определение значения тока 033 и управление режимами работы СЭС осуществляются !в реальном масштабе времени.

Установлено, что величина емкостного тока сложноразвет-вленных СЭС ассоциации с электроиотребителями большой единичной мощности описывается выражением /емк = 1,058 + +17,01 • 10_3-/„ А, что позволяет через нагрузку на шинах Г/ПП производить расчет тока 033 в реальном масштабе времени; осуществлять оперативный прогноз величины тока 033 и оперативное управление режимом работы СЭС и аппаратуры защиты для ограничения тока 033 в заданных пределах и предотвращения перехода 033 в межфазные согласно выражению

/0зз =10,097+ 17,12МО-3-/н, А.

Модель накопления дефектов предполагает, что'СЭС подвергается воздействию (возмущающих факторов, которые возникают случайным образом и вызывают обратимые повреждения изоляции СЭС вплоть до ее пробоя. К таким факто-

рам относятся: [6]: частота и уровень ,коммутационных перенапряжений, определяемые текущими параметрами СЭС, .интенсивность, динамика и 'время нагружения изоляции СЭС.

Функциональная зависимость времени безотказной работы СЭС от постоянной нагрузки на шинах ГПП с достаточной точностью описывается .регрессионной моделью

8,732 -/,,

7\. =-^ . 1000 час, (4)

-0,581

где /„ —средняя нагрузка, СЭС, кА;

—время нагружения изоляции от (г—1)-го до ¿-го отказа, 1000-ч. Для СЭС с резкопеременной нагрузкой получено выражение

-0,937 •/„., ,,,.Тп1

т , =-:-KJ00 час. (5)

( ' / — 2 0^2 • /

J"l 'H(Hl)

где /„,-— средняя нагрузка СЭС от (/—1)-го до /-го отказа, кА;

/,i(;fl)—средняя нагрузка СЭС от í'-го до (/+1)-<го отказа, кА;

Т„ , —время нагружения изоляции от /-го до (/+ 1)-го отказа, 1000 ч.

Выражения (4), (5) позволяют для достижения заданного времени безотказной работы СЭС с постоянной и резкопе-реметной нагрузкой управлять режимами ее работы, ограничивая нагрузку на шинах ГПП при превышении ее оптимального значения на данный момент времени, и планировать время проведения планово-предупредительных осмотров, испытаний и ремонтов изоляции кабельной сети.

Достигнутый уровень теоретических разработок .в области анализа режимов нагрузки СЭС промышленных -предприятий позволяет ставить .и решать вопросы оптимальной организации этих режимов. Однако существующие методы выравнивания графиков нагрузки обладают рядом недостатков и не -могут быть .использованы для оперативного управления параметрами СЭС. В четвертой гла.ве разработана математическая модель двухуровневого управления нагрузкой и режимами работы СЭС, позволяющая поддерживать на оптимальном уровне, с точки зрения повышения безотказной работы, нагрузку электропогребителей за счет разделения во времени технологических операций и управления режимам« работы СЭС в реальном масштабе времени, с учетом специфики технологического процесса промышленных предприятий ассоциации «Агрохцм» (рдас. 1).

Каждая из пл линий СЭС через независимые и экспоненциально-распределенные промежутки времени может переходить из работоспособного в неработоспособное состояние по причине внезапных отказов. Если отказавшая линия имеет резерв, то состояние отказа в модели не рассматривается. Отказавшая линия отключается от СЭС и начинается ее восстановление свободной ремонтной единицей. Длительность восстановления любой отказавшей линии имеет экспоненциальную функцию распределения. После восстановления линия подключается к СЭС, и начинается восстановление следующей из ожидающих ремонта в порядке важности. По окончании восстановления линия, имеющая резерв, сама становится резервной до окончания технологического процесса.

На микропроцессорное устройство управления (МУУ) ГПП с Д1УУ РП поступают требования на нагрузку, которые можно разделить на требования срочного класса, с ограниченным временем ожидания и допускающие только кратковременные перерывы в электроснабжении; обычного класса, начало .выполнения технологических операций которых можно отложить на достаточно продолжительный период времени и допускающих длительные перерывы в электроснабжении. Кроме того, требования по нагрузке разделяются на первичные (не имевшие до окончания обслуживания прерываний) .и повторные вызовы. Первичшые вызовы .не получают автоматически разрешение на подключение к СЭС, а становятся на предварительное обслуживание, за время которого МУУ ГПП .проверяет выполнение условия

А 4" ¿пи ^^ 1 -Лпах, где /т — текущее значение нагрузки на шинах ГПП;

Г — ограничение, наложенное на СЭС;

1ПВ —значение нагрузки первичного вызова. Требования обычного класса по истечении времени ожидания, не получив разрешения на включение, переходят е разряд Срочного класса. Если условие (6) выполняется, то первичный вызов получает разрешение на подключение к СЭС — на основное обслуживание, в противном случае первичный вызов обычного класса ожидает разрешения на основное обслуживание, а срочного класса получает разрешение на основное обслуживание за счет отключения от СЭС линии обычного класса, находящейся на основном обслуживании, которая образует повторный вызов, так как для нее не закончилось основное обслуживание. При занятии СЭС первичными вызовами срочного класса на основное обслуживание и появлении на предварительном хотя бы одного -вызова срочного класса происходит деление СЭС и работа от двух трансформаторов ГПП. По окончании основного обслуживания линия освобождается ,и первичный вызов уходит из СЭС.

'тх2<т+1) V V

* И Е*

Х.У/

(<" 11) ■т—{пц 11

и 0{ а,

V

П а!р.1

Л', + 2

(ел

где ¿V —-вероятность непропускания через стянутый двудольный граф; а —ребро, имеющее соответствующую пропускную способность;

Е1ХУ— событие связности в многополюсной СЭС при заданном у. числе двухполюсных СЭС; у, — число двухполюсных СЭС, составляющих многополюсную СЭС.

Предложенная методика анализа и математического моделирования структурной надежности сложноразветвленных СЭС позволяет существенно снизить трудоемкость моделирования надежной работы двух- и многополюсных СЭС и производить рациональный синтез ее структуры на стадии проектирования, эксплуатации и реконструкции, что в конечном итоге дает возможность .повысить обоснованность принимаемых решений, направленных на обеспечение требуемого уровня надежности. Разработаны алгоритм и программное обеспечение для решения поставленной задачи на ЭВМ.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи повышения надежности системы электроснабжения напряжением 6 кВ промышленных предприятий ассоциации «Агрохим» за счет выбора рациональной ее структуры и режимов работы путем разделения теунг::::"и :г-ских операций во времени и оперативного управления режимом работы СЭС для ограничения тока 033 в заданных пределах.

На основании теоретических и экспериментальных исследований в работе сделаны следующие выводы:

1. Системы электроснабжения напряжением 6 кВ промышленных предприятий ассоциации «Агрохим» являются слож-норазветвленны'ми с электропотребителями большой единичной мощности и реэкопеременной нагрузкой, экоплуатирую-

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установлено, что нагрузка на шинах ГПП зависит от чнс ла подключенных линий и описывается выражением

41 /

/ - < — / "л

где /ср—средняя нагрузка условной линии СЭС. Следова-

тельно, выражение (6) можно записать как Лип = Др(«1 + П< и',

(7)

где п —максимально допустимое количество подключенных к СЭС линий;

1—линия, находящаяся на предварительном обслуживании.

Замена выражения (6) на (7) не изменяет алгоритма управления.

Использование математической модели двухуровневого управления нагрузкой и режимами работы СЭС, в основу которой положено поддержание на оптимальном уровне, с точки зрения повышения безотказной работы, нагрузки электропотребителей, за счет разделения во времени технологических операций и управления режимами работы СЭС в реальном масштабе времени позволит исключить 033 по причине старения изоляции под воздействием нагрузки.

Полученные характеристики модели двухуровневого управления нагрузкой и режимами работы СЭС положены в основу алгоритма управления микропроцессорной системы управления, практически реализующей предложенную модель.

В пятой главе разработана методика анализа и математического моделирования структурной надежности СЭС, основанная на применении метода двудольных графов с использованием принципа дуальности, позволяющая получить точные и приближенные значения вероятности связности Е*\у и несвязности Е]ту .источника электроснабжения с электропотребителем с регулируемой погрешностью вычислений, вычислять верхнюю и нижнюю оценки вероятности связности двух- и м н ог.оп о л юс н ы х СЭС с учетом ограничений, накладываемых на выбор пути передачи электроэнергии:

/Итгт-Лх-П '■т.гт-Лм \ /)

X)

ЕЛ у -

V 0^1

а'г' V

т!Т-1

а у ¡6=2

о) \ тХУ

и Еху\# П Е-

/ г'СЕ 2

ХУ

щиеся в условиях высокой динамики природно-климатических факторов и высокоагрессивных факторов окружающей среды.

2. Величина тока однофазного замыкания на землю в сло-жноразветвленных системах электроснабжения с электропо-тре'бителями большой единичной мощности имеет линейную зависимость от количества подключенного электрооборудования, что позволяет косвенным путем через ¡нагрузку на шинах ГГТП производить расчет ожидаемого тока однофазного замыкания на землю в реальном масштабе времени; осуществлять его оперативный прогноз, оперативное упра1вление режимом работы системы электроснабжения и аппаратуры защиты для ограничения величины тока 033 и предотвращения перехода однофазных замыканий в межфазные.

3. На изоляцию систем электроснабжения промышленных предприятий ассоциации «Агрохим» оказывают влияние параллельно развивающиеся независимые процессы, приводящие к снижению ее изолирующих свойспв и обратимым повреждениям изоляции (самостоятельное восстановление изоляцией свох свойств и значений), объясняемые моделью накопления дефектов.

4. Заданное время безотказной работы системы электроснабжения достигается путем управления режимами работы СЭС, ограничивая нагрузку на шинах ГПП при превышении ее оптимального значения на данный момент времени.

5. Математическая модель двухуровневого управления нагрузкой и -режимами работы системы электроснабжения поддерживает на оптимальном уровне, с точки зрения повышения безотказной работы, нагрузку электропотребителей за счет разделения во времени технологических операций и управления .режимами работы системы электроснабжения в реальном масштабе времени.

6. Микропроцессорная система управления, практически реализующая модель двухуровневого управления нагрузкой и режимами работы системы электроснабжения, отвечает критериям иекробезопасности, взрьгво- и влагозащищенности и в отличие от аналогичных выполняет операции базирования; информационный аппаратно-программный контроль достоверности сигналов, поступающих от датчиков состояния коммутационного электрооборудования и датчиков нагрузки; контроль достоверности информации, хранимой ,в памяти; широко использует системы диагностических сообщений, контролирующих правильность действий оператора при его работе с микропроцессорным устройством управления; проверку функционирования модулей микропроцессорного устройства управления путем комбинации таймарных и программно управляемых обращений по адресам специальных схем контроля.

7. Разработанный метод анализа структурной надежности сложноразветвленных систем электроснабжения, основанный на применении метода двудольных графов и принципа монотонного приближения к точному значению, позволяет вычислять верхнюю и нижнюю границы вероятности связности источника электроснабжения и потребителя двух- и многопо-люаных систем электроснабжения для обеспечения требуемого уровня ее надежности на стадии проектирования, эксплуатации и реконструкции, реализованный в виде программы для ЭВМ, внедрен в Приморском производственном объединении «Бор».

8. Разработанная математическая модель двухуровневого управления нагрузкой и режимами работы сложноразвет-вленной системы электроснабжения, реализованная микропроцессорным устройством управления «ТРАМП», принята к внедрению в Приморском производственном объединении «Бор». Аналитические зависимости для расчета тока однофазного замыкания на землю в условиях сложноразветвленных систем электроснабжения приняты к внедрению в Приморском .производственном объединении «Бор». Расчетный годовой экономический эффект от принятых к внедрению в Приморском производственном объединении «Бор» результатов исследований составляет 120 тыс. руб.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Иванин А. А., Печенко С. Н., Спивак Ф. М. Микропроцессорное устройство управления транспортным манипулятором установки для бурения оюважин большого диаметра 2 К'В — ВА. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции .молодых ученых и специалистов «Создание технологии безлюдной выемки угля с применением средств роботизации производственных процессов». — М.: ЦНИИЭИ-уголь, ИГД им. А. А. Скочинокош, 1986. — С. 53—54.

2. Иванин А. А., Печенко С. Н., Спивак Ф. М. Система автоматизированного управления транспортными роботами. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование погрузочно-разгрузошных и транс-лортно-екладских работ». — Чебоксары, ПО «Электроприбор», 1986, —С. 22—23.

3. Иванин А. А., Мецгер А. А., Печенко С. Н., Раппопорт Л. И., Спивак Ф. 1\\. Задачи безопасного отказоустойчивого функционирования шахтных м.ношцг левых манипуляторов иод управлением микропроцессорной системы и аппаратно-программные средства их решения. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции молодых уче-

лих и специалистов «Создание технологии безлюдной выемки угля с применением средств роботизации производственных процессов». — М.: ЦНИИЭИуполь, ИГД им. А. А. Око-чи нашло, 1986. — С. 54—56.

4. Печенко С. Н. Пути повышения эффективности систем электроснабжения горных предприятий ассоциации «Агро-хим». Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспсфта»//«.Пути экономии и безопасного использования электроэнергии в системах электроснабжения транспорта и .предприятий гар.но-ыеталлурпгческо-го профиля». Днепропетршах, 1990. — С. 322—323.

5. Печенко С. Н., Плащанский Л. А. Применение теории графов для анализа экономической эффективности систем электроснабжения. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Разработка методов и срсдсти экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения .промышленности и .транс|порта»//«П.ути экономии и безопасного использования электроэнергии в системах электроснабжения транспорта и предприятий горно-металлл'ргичеокого профиля». Днепропетровск, 1990.— С. 320—322.

6. Разработка, мероприятий .по ¡повышению надежности сетей электроснабжения напряжением 6 ;кВ Приморского производственного объединения «Бср»: Отчет (Мосхогзский горный институт (МГИ)). Руководитель работы Л. А. Плащанский. Исполнители: С. Н. Печенко, И. В. Артюх.— № ГР 01890011903. — М.: 1991, —294 с.

Подписано в печать 16.03.1991 г. Формат 60x90/10

Объем 1 печ. л.+ 1 рис. Тираж 100 экз. Заказ .N»'298.

Типография Московского ордена Трудового Красного Знамени горного институт

Лспзшскпп проспект, С