автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Прогнозирование аварийного резерва запасных элементов сетевых районов по обслуживанию сельских распределительных сетей

На правах рукописи

МАЛЫШЕВ Михаил Александрович

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ АВАРИЙНОГО РЕЗЕРВА ЗАПАСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТЕВЫХ РАЙОНОВ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ СЕЛЬСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 ДПР 2012

Челябинск-2012

005019274

005019274

Работа выполнена на кафедре «Электрические машины и эксплуатация электрооборудования в сельском хозяйстве» ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Буторин Владимир Андреевич

Официальные оппоненты: Рыбаков Леонид Максимович,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электроснабжение и техническая диагностика» ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет»

Знаев Александр Степанович,

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Теоретические основы электротехники» ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Башкирский

государственный аграрный университет»

Защита состоится «25» мая 2012 г., в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 на базе ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия».

Автореферат разослан «20» апреля 2012 г. и размещен на официальном сайте ВАК при Министерстве образования и науки России http://vak.ed.gov.ru и сайте ФГБОУ ВПО ЧГАА http://www.csaa.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета

Возмилов

Александр Григорьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Надежность электроснабжения агропромышленных потребителей в значительной мере определяется состоянием сельских распределительных сетей. Отличительной особенностью сельских распределительных сетей является их высокий удельный вес в общем объеме распределительных сетей. Для условий Курганской области он составляет: воздушные линии (BJI) напряжением 10 кВ - 96% от 13 355 км, ВЛ 0,38 кВ - 95% от 8 288 км, кабельные линии BJI10 кВ - 38% от 401 км, трансформаторные подстанции - 87% от 6 813 шт., автоматические выключатели - 80% от 15 147 шт., предохранители 10 кВ - 87% от 20 439 шт., предохранители 0,38 кВ - 82% от 46 584 шт., изоляторы 10 кВ - 96% от 573 270 шт., изоляторы 0,38 кВ - 94% от 104 135 шт., разрядники 10 кВ - 82% от 26 167 шт., разрядники 0,38 кВ - 82% от 21 594 шт.

Согласно территориальной структуре, ответственность за техническую эксплуатацию электрооборудования сетевого хозяйства на определенной территории несут районы электрических сетей (РЭС). Большой объем электрооборудования сельских распределительных сетей, имеющего износ более 50%, значительный выход его из строя связан с необходимостью создания аварийного резерва запасных элементов РЭС.

Формирование аварийного запаса вызывает значительные материальные расходы. К настоящему времени сложилось два способа расчета аварийного резерва для обслуживания распределительных сетей. Первый способ строится на нормировании запасов исходя из среднестатистических данных, второй - на принципе достаточности исходя из заданного уровня вероятности обеспечения запасами. Однако оба способа не учитывают экономических затрат на запасы.

В условиях развивающихся рыночных отношений оптимизация резерва запасных элементов согласно теории управления запасами на основе минимизации связанных с ними статей расходов имеет актуальное значение.

Цель исследования. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта сельских распределительных сетей, находящихся на обслуживании РЭС, путем оптимизации аварийного резерва запасных элементов на основе теории управления запасами.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать модель управления аварийными запасами сетевых районов, занимающихся обслуживанием сельских распределительных сетей.

2. Теоретически обосновать функцию затрат на аварийные запасы, позволяющую оптимизировать параметры резерва элементов сельских распределительных сетей.

3. Разработать методик)' оптимизации аварийного резерва запасных элементов для обслуживания электрических сетей сельскохозяйственного назначения.

4. При отсутствии статистики отказов элементов оборудования распределительных сетей произвести оценку спроса на аварийный резерв этих элементов с помощью ускоренных стендовых испытаний.

Объект исследования. Процессы резервирования аварийного запаса РЭС для обслуживания сельских распределительных сетей и оценки спроса на реле с использованием ускоренных стендовых испытаний.

Предмет исследования. Закономерности, связывающие величину поставок и критический уровень аварийного резерва запасных элементов с технико-экономическими показателями и спросом на запасные элементы, а также скорость изменения сопротивления контактов реле от воздействующих эксплуатационных факторов.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:

1. Для условий эксплуатации сельских распределительных сетей получено выражение для расчета ущерба, который несет РЭС при отсутствии на складе запасных элементов аварийного резерва, служащее для разработки аналитического аппарата по расчету общих издержек на запасы.

2. Теоретически обоснована функция затрат с учетом случайного характера потока отказов и времени пополнения, технических и экономических показателей, обеспечивающая оптимизацию аварийного резерва различных номенклатур запасных элементов для обслуживания сельских распределительных сетей.

3. Разработана методика оптимизации параметров аварийного резерва запасных элементов в РЭС, обеспечивающая минимальные экономические затраты, связанные с этими запасами.

4. С использованием стендовых испытаний получена зависимость скорости изменения параметра технического состояния кон-

тактов реле, позволяющая произвести оценку интенсивности их отказов, не прибегая к длительным эксплуатационным наблюдениям.

Практическая ценность работы и ее реализация:

1. Разработанная модель управления аварийными запасами РЭС ведет к совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта сельских распределительных сетей.

2. Реализация разработанной методики оптимизации резерва запасных элементов в РЭС обеспечивает минимальные экономические затраты, связанные с этими запасами.

3. Предложенная установка для испытания скорости изменения сопротивления контактов реле позволяет на два порядка сократить период времени получения этой информации по сравнению со сроками эксплуатационных испытаний.

4. Внедрение разработанной методики оптимизации аварийного резерва запасных элементов в Кетовском РЭС ОАО «ЭнергоКурган» позволило получить годовой экономический эффект в размере 467 тыс. руб. в ценах 2011 г.

5. Материалы теоретических и экспериментальных исследований по оптимизации аварийного резерва запасных элементов, необходимых для обслуживания сельских распределительных сетей, используются в курсах лекций по дисциплинам «Эксплуатация систем электроснабжения» и «Надежность электроснабжения» в ЧГАА.

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях ЧГАА(У) (г. Челябинск, 2007-2011 гг.), на республиканской научно-технической конференции Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина (Сейфуллинские чтения-5) (г. Астана, 2009 г.), на Международной научно-практической конференции Саратовского ГАУ (г. Саратов, 2010 г.), на совместном совещании работников КГСХА, КГУ и ОАО «ЭнергоКурган» (2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе две в изданиях, рекомендуемых ВАК, и один патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста, в том числе 133 страницы основного текста, содержит 18 рисунков, 23 таблицы, состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложений. Список используемой литературы включает в себя 126 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, указаны цель, объект, предмет, научная новизна и практическая ценность исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту, дана общая характеристика работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исспедования» рассмотрены пути обеспечения эксплуатационной надежности сельских распределительных сетей, дан анализ системы их технического обслуживания и ремонта. Было показано, что в условиях эксплуатации для обеспечения работоспособности сельских распределительных сетей необходимо совершенствование этой системы. Резерв запасных элементов в распределительных сетях включает в себя две составляющие: производственную (ремонтную) и аварийную. Производственный резерв рассчитывается нормируемым путем в конце календарного года, он имеет вполне определенный объем н служит для проведения планово-предупредительных работ с учетом технического состояния распределительных сетей. Аварийный резерв служит для устранения внезапных (труднопрогнозируемых) отказов и носит случайный характер. Одним из путей совершенствования системы технического обслуживания и ремонта сельских распределительных сетей является разработка документации по оптимизации аварийного резерва запасных элементов.

Вопросам планирования резерва электрооборудования посвящены работы H.H. Сырых, В.А. Буторина, О.И. Хомутова, И.А. Пя-столовой, Р.В. Банина, В.И. Силаева, частным вопросам оборудования сельских распределительных сетей - труды JI.M. Рыбакова, И.Б. Царева, Д.Н. Микрюкова, C.B. Волкова и др.

Существующие методы расчета аварийного резерва запасных элементов сельских распределительных сетей предлагают два способа его определения: нормативный и из условия достаточности. При первом способе расчет резерва проводят нормируемым путем, исходя из 100 единиц списочного состава эксплуатируемого оборудования или 100 км линий электропередач. Такое нормирование не принимает во внимание фактический спрос на запасы. При втором способе задаются вероятностью достаточности, при которой резерв не будет исчерпан в течение периода между поставками. Оценка данной вероятности является самостоятельной научной задачей, ее произвольный выбор экономически нецелесообразен.

Перспективным направлением оптимизации резерва является использование теории управления запасами. Однако к настоящему времени данная теория не находила применения в области оптимизации резерва запасных элементов для сельских распределительных сетей.

Во второй главе «Теоретические предпосылки оптимизации аварийного резерва РЭС» предложена модель управления аварийным резервом запасных элементов сельских электрических сетей. Обоснован выбор стратегии управления. Найдена функция затрат на аварийный резерв, которая приведена к виду, допускающему численную оптимизацию. Для номенклатур запасных элементов, статистика спроса на которые неизвестна, рассмотрено планирование спроса с использованием ускоренных стендовых испытаний.

При создании аварийного резерва запасных элементов теория управления запасами исходит из экономической оптимальности системы их поставки, хранения, омертвления средств и покрытия убытков в связи с возможной недообеспеченностью запасными элементами. Предметом теории управления запасами является выбор стратегии управления, а также отыскание и оптимизация функции затрат. Под стратегией управления понимают правила определения момента восполнения запаса и величину поставок. Функция затрат представляет собой математическое выражение, описывающее общие издержки, связанные с резервом запасных элементов.

Выбор стратегии управления аварийным резервом запасных элементов сельских районов электрических сетей и отыскание функции затрат основаны на предложенной модели управления аварийным резервом, которая вытекает из рассмотрения элементов задачи управления запасами. Указанная модель включает в себя: случайный спрос на запасные элементы, имеющий пуассоновское распределение; систему снабжения, которая характеризуется неисчерпаемым источником запасных элементов, находящихся на складе вышестоящего производственного отделения электрических сетей; случайное время задержки пополнения аварийного резерва с равномерным распределением его длительности. Последнее было доказано методом

экспертных оценок.

Исходя из предложенной модели управления аварийным резервом обосновано, что наиболее рациональной стратегией управления является двухуровневая стратегия типа (от, и), при которой восполнение происходит при снижении количества запасных элементов

до минимальной критической величины т. Уровень пополнения фиксирован и равен максимальному количеству запасных элементов п.

Годовые затраты связанные с аварийным резервом РЭС, включают в себя затраты на поставку запасных элементов Ь , затраты на их физическое хранение Ьхр, издержки на омертвление денежных средств Ьо, ущерб, вызванный авариями, Ьу:

¿ = ¿,„+¿„ + ¿„+4. (1)

Функция (1) носит стохастический характер, т.к. зависит от спроса на запасные элементы, обусловленного авариями, количество которых является случайной величиной. В стоимость поставки функции (1) не входят затраты на закупку запасных элементов, т.к. за достаточно длительное время суммарные затраты на приобретение запасных элементов обусловлены суммарным спросом на них, т.е. величиной, не зависящей от стратегии управления резервом. Поэтому соответствующее слагаемое не повлияет на выбор параметров т и п.

Затраты Ья на поставку запасных элементов одной номенклатуры можно рассчитать по формуле

¿„=С„ — • (2)

п

где Сп - стоимость поставки, включающая расходы на оформление документации, погрузочно-разгрузочные работы, организацию рейса транспортного средства, руб.;

X — среднее количество аварий в год, вызванное отказом элементов этой номенклатуры, год'1.

Отметим, что Л^/и равно среднему количеству поставок в год.

Среднее количество находящихся на складе запасных элементов рассматриваемой номенклатуры равно (2т + п + \)/2, поэтому

4„=СЛ7,(2т + и + 1)/2, (3)

где Ср — стоимость хранения одного запасного элемента в течение года, руб./год.

Затраты Ьо на омертвление денежных средств возникают потому, что существуют запасные элементы, которые на текущий момент не востребованы, но деньги в них уже вложены.

Эти затраты составляют:

Ь =-аа-С [е -1)-; аг = —^-Г =

и ' V / ? г

2/я + я +1

и

(4)

где С — стоимость одного запасного элемента, руб.; £ - нормативный коэффициент капиталовложений; Тг = 1 год - коэффициент, введенный для согласования размерности.

Поясним формулы (4). Время / = п/Лм есть среднее время между пополнениями аварийного резерва, поэтому Сэ (ех' -1) есть омертвление денежных средств, вложенных в один запасной элемент, которое затем умножается на среднее количество (2т + п +1)/2 запасных элементов, находящихся на складе, чтобы все затраты привести к году, они умножаются на среднее количество А^/л восполнений в год.

Годовой ущерб наносимый аварийными отказами элементов одной номенклатуры, описывается выражением

где IV - средний недоотпуск электроэнергии за час простоя при отказе элемента данной номенклатуры, кВтч/ч;

I - среднее время устранения аварии при отказе запасного элемента этой номенклатуры, ч;

С-тариф на передаваемую по сетям района электрических сетей электроэнергию, руб./кВт ч;

Х - количество аварийных отключений из-за отказов элементов данной номенклатуры за промежуток времени от момента, когда аварийный запас достиг критического уровня т, до конца квартала;

/ — время экстренной доставки запасного элемента из соседних сетевых районов или производственного отделения в случае, если их количество на складе исчерпано;

коэффициент к = 1 для всех номенклатур, кроме автоматических выключателей, для которых он равен их количеству, подсоединенному к общей шине.

Поясним выражение (5). Множитель вводится по анало-

гии с формулой (4), чтобы привести ущерб к годовому. Множитель к

(5)

появляется в связи с тем, что при замене одного автоматического выключателя остальные, подсоединенные к общей шине с вышедшим из строя выключателем, также отключаются. Слагаемое Ж/,С (Л' —/и) появляется вследствие возрастания периода устранения аварии на время при условии исчерпания аварийного резерва.

В результате вычислений нами получено выражение для математического ожидания случайной величины (5):

где

} м/с( * °° N

^тах" >=> \ ¿=0 '='»+1 1=|И+| У

/ . ~ С ' * та* » л *в '

где ч\]~ индексы суммирования;

А-+Л,

(6)

(7)

л — спрос на запасные элементы для планово-предупредительного ремонта;

= 90 сут. - количество дней в квартале.

Подстановка выражений (2), (3), (4) и (6) для отдельных составляющих затрат в формулу (1) приводит к математическому ожиданию функции затрат на аварийный резерв запасных элементов для районов электрических сетей в развернутом виде:

..г.! Л*,,, ~ 2т + п + \

М\Ц = —С+С„-+

п 2

п

ехр

1п(1 + £) п

\

2т + п + \

(8)

Оптимальное управление аварийным резервом сводится к оптимизации функции (8) по двум переменным: минимальному критическом}' т запасных элементов и уровню п их пополнения. Численная оптимизация функции затрат в виде (8) не представляется возможной из-за наличия сумм бесконечных рядов. Функцию (8) удалось привести к виду, допускающему численную оптимизацию:

. , л _ _

2т + п + \

->шш. (9)

Оптимизация аварийного резерва требует, как видно из формулы (9), знания лак элементов данной номенклатуры. При отсутствии статистики отказов указанных элементов можно произвести оценку Я с помощью стендовых испытаний и с использованием данных

ш Г- \ /т

об эксплуатации этих элементов на других (оазовых) объектах сельских распределительных сетей. В работе получено выражение для оценки спроса на реле в обследуемом сетевом районе:

где Л , Л - спрос на реле в обследуемом и базовом сетевых районах соответствен но;

п и А'- количество реле, эксплуатируемых в обследуемом и базовом сетевых районах соответственно;

и и V - скорость изменения параметра технического состояния реле соответственно в обследуемом и базовом сетевом районе.

Для реализации выражения (10) значение V и К целесообразно установить по результатам ускоренных стендовых испытаний.

В третьей главе «Методики проведения исследований» рассмотрена методика оценки технико-экономических показателей, входящих в качестве параметров в функцию затрат, методика проведения ускоренных стендовых испытаний и методика оптимизации целевой функции.

Целевая функция (9) зависит от одиннадцати параметров: Сп, С , С , С, ЕЛ , л , г . / Л. Стоимость поставки С, стоимость хра-

хр> э' » ' ив- />' * ср- э7 "

нения запасных элементов С и их собственная стоимость С могут

хр

быть найдены по данным бухучета. Тариф С за передачу электроэнергии по сетям района определяется постановлением департамента государственного регулирования цен и тарифов об установлении

тарифов на услуга по передаче электрической энергии. Величина нормативного коэффициента капиталовложения Е в условиях сельского хозяйства определялась по данным литературных источников. Количество аварийных отключений Ли, спрос на запасные элементы для ремонтных работ кр, недоотпуск электроэнергии за час аварийного простоя W, среднее время ликвидации аварии / р, время экстренной доставки запасных элементов / находились по данным отчета о нарушениях в работе района электрических сетей.

При выводе целевой функции (9) было сделано предположение, что количество аварийных отказов в год является случайной величиной с пуассоновским законом распределения. Это предположение было проверено на примере предохранителей ПКТ-10-101, повреждение которых является одной из распространенных причин отключения электроснабжения. Для проверки были обработаны статистические данные пятилетних наблюдений. В основу проверки положена сложившаяся в математической статистике методика, опирающаяся на критерий согласия Пирсона

При изучении скорости изменения параметра технического состояния реле (см. формулу (10)) в качестве последнего было выбрано переходное сопротивление контактов, которое измерялось мостом постоянного тока Р-333. Основными эксплуатационными факторами, влияющими на указанную скорость, как показал анализ литературных источников, является напряжение U, подаваемое на катушку реле, и относительная влажность W воздуха. Для сокращения перерывов между срабатываниями реле и ускорения испытаний по изучению зависимости скорости изменения сопротивления контактов от напряжения на катушке и относительной влажности воздуха были разработаны технические средства, в том числе схема управляющего устройства (рисунок 1).

Блок I представляет собой источник питания управляющего устройства, который собран по бестрансформаторной схеме с конденсаторным делителем напряжения. Блок II представляет собой времяза-держивающий узел, который построен на базе интегрального таймера DA1. Блок III представляет собой узел управления катушкой испытуемого реле, который выполнен на основе оптронного симистора U1.

Для того чтобы обеспечить требуемую в ходе эксперимента влажность, была разработана камера влажности (рисунок 2). Уровень относительной влажности внутри камеры регулировался зеркалом воды в поддоне и открытием смотрового окна.

Рисунок 1 - Схема управляющего устройства

Рисунок 2 - Стенд для испытаний контактов реле: 1 - камера влажности;

2 - поддон; 3 - подставка; 4 - схема управления; 5 - испытуемое реле;

6 - смотровое окно

Стендовые испытания проводились согласно теории активного планирования эксперимента. Был выбран план полного двухфактор-ного эксперимента первого порядка. Выбор плана обусловлен тем, что он является ядром практически всех планов порядка выше, чем первый. Последнее обстоятельство позволяет начать эксперимент именно с него, и если аппроксимирующий полином окажется неадекватным, то следует переходить к планам второго порядка. Результатом стендовых испытаний явилась полиномиальная зависимость

У=а0 + а1Х^а2Х2 + а12Х<Х2, (И)

где а0, а,, а,, - коэффициенты регрессии (рассчитываются по итогам эксперимента);

Ху X, - соответственно кодовые значения напряжения на катушке реле и относительной влажности (безразмерные величины, изменяющиеся от —1 до +1 при изменении напряжения и относительной влажности от минимального до максимального значения).

Обработка опытных данных проводилась согласно методике, описанной в теории активного планирования эксперимента, и включала в себя проверку воспроизводимости эксперимента; расчет коэффициентов регрессии и оценку их значимости; проверку полинома (11) на адекватность.

Оптимизация целевой функции (9) осуществлялась переборным методом. Составлялась матрица, элементами которой служат значения функции затрат Ь.рпп^ от целочисленных аргументов т. и и, каждый из них пробегает значения от единицы до некоторой максимальной величины.

Указанная матрица имеет вид

А,•••

......

Я-|К«.«.) ......•"«). •

В данной матрице путем последовательного перебора всех ее элементов Ь находится наименьший элемент ¿<шш, которому соответствуют оптимальные значения аргументов т и пшш.

Таким образом, для реализация методики оптимизации аварийного резерва запасных элементов РЭС для обслуживания распределительных сетей сельскохозяйственного назначения необходимо:

— произвести оценку спроса на запасные элементы путем сбора и обработки статистики отказов, оценку спроса на запасные элементы с неизвестной статистикой отказов целесообразно получить с использованием ускоренных стендовых испытаний;

— на основании данных электротехнической службы и бухгалтерского учета произвести оценку технико-экономических показателей, входящих в качестве параметров в функцию затрат;

— используя программное обеспечение, определить оптимальные параметры тип аварийного резерва запасных элементов.

В четвертой главе «Результаты исследования и их анализ» представлены результаты оптимизации аварийного резерва запас-

ных элементов на примере Кетовского района электрических сетей, который входит в состав ОАО «ЭнергоКурган», и результаты ускоренных стендовых испытаний скорости изменения переходного сопротивления контактов реле РН-53 в зависимости от напряжения на катушке и относительной влажности воздуха.

Обработка статистических данных пятилетних наблюдений за выходами из строя предохранителей ПКТ-10-101 показала, что аварийные отказы удовлетворительно описываются распределением Пуассона, что делает корректным вывод целевой функции (9).

По методике, описанной в третьей главе, определены технико-экономические показатели, входящие в целевую функцию в качестве параметров. Эти показатели приведены в таблице 1 для основных в стоимостном исчислении номенклатур.

В таблице 1 параметры для провода берутся из расчета его длины (30 м). Такое количество провода необходимо для устранения его обрыва. По этой же причине параметры для кабеля берутся из расчета его длины (4 м).

Параметры и характеризуют ремонтопригодность элементов оборудования распределительных сетей, а параметры \р и лае -их безотказность.

Интенсивность аварийных отказов А реле напряжений РН-53, указанная в таблице 1, была рассчитана по формуле (10). Для этого с помощью ускоренных стендовых испытаний определена скорость V изменения переходного сопротивления контактов реле от напряжения, подаваемого на его катушку, и относительной влажности воздуха.

Уровни варьирования перечисленных факторов приведены в таблице 2.

Выбор уровней основывается на наблюдениях за напряжением и данных метеослужбы для Кетовского и Половинского района электрических сетей. Последний был принят за базовый.

В результате реализации плана полного двухфакторного эксперимента первого порядка получена полиномиальная зависимость скорости изменения сопротивления контактов от напряжения и относительной влажности в кодированном виде:

У= (2,8 - 0,15Х1 + 0,62А;)-10-2, мкОм/цикл. (12)

Таблица I - Технические и экономические параметры функции затрат

технические экономические

Параметры / э IV к К Я т С С Е

Размерность ч ч кВтч год-1 ГОД"1 руб. руб. руб. руб.

ч год кВт-ч

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

ВЛ-10кВ

Провод АС-50 2,1 3,4 470 1 84,1 9,6 3310 690 540 1,835 0,15

Провод АС-70 2,1 3,4 490 1 98,1 12,8 4150 690 610 1.835 0.15

Опора деревянная 5,3 4,9 320 1 19.8 4,2 3900 1220 3400 1,835 0,15

Опора железобетонная 5,3 4.9 320 1 24,1 2.6 3500 1220 7800 1,835 0,15

Приставка железобетонная 5,3 4,9 320 1 21.4 2,8 3800 1180 2900 1,835 0,15

Изолятор 111Ф-20 1,9 2,1 280 I 88,4 13.6 2050 470 310 1,835 0,15

Разрядник РВО-Ю 1,5 2.1 970 1 9,2 3.5 1650 610 1100 1,835 0.15

Разъединитель РЛНД 10-400 1.2 2,1 280 1 6.4 3,2 1790 610 7800 1,835 0,15

Кабель 1,7 3,4 760 1 0 1.4 2250 680 2440 1,835 0,15

Кабельная муфта 1.8 2,1 760 1 0 0,5 1900 590 3700 1,835 0,15

Предохранитель ПКТ-10-101 0,3 2,1 970 1 0 39.6 2100 390 420 1,835 0,15

ВЛ-0,38 кВ

Провод АС-35 2,1 3,4 49 1 120 17.8 1910 690 476 1.835 0,15

Провод АС-50 2,1 3,4 51 1 112 29,2 2140 690 540 1,835 0.15

Автоматический выключатель ВА-57 1,5 2,1 220 5 15,1 7,6 1800 540 2200 1,835 0,15

о

Продолжение таблицы 1

] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Предохранитель ПН-2 0,3 2.1 57 1 0 25,4 1800 390 85 1.835 0,15

Опора деревянная 5.3 4,9 42 1 8.6 5,1 3800 1220 3400 1,835 0,15

Опора железобетонная 5,3 4,9 42 1 13,4 3,2 2700 1220 7800 1,835 0,15

Приставка железобетонная 5,3 4,9 42 1 9,2 4,9 2850 1180 2900 1,835 0,15

Изолятор ТФ-20 1.9 2,1 24 1 53 6,2 1470 470 150 1,835 0,15

Разрядник РВН-05 1,2 2.1 52 1 8,8 1.2 1150 610 850 1.835 0,15

КРУН-10 кВ

Трансформатор тока ТЛМ-10 0,8 2,1 450 1 2,3 0,8 1700 520 2400 1.835 0.15

Трансформатор напряжения ЗНОЛ-Ю 0,8 2,1 450 1 2,4 0,6 1740 520 3628 1,835 0,15

Разъединяющий контакт первичной цепи РВ-10-400 0,5 2,1 520 1 1,6 0,4 1760 540 820 1,835 0,15

Переходной изолятор наружной установки ПНБ 10-400 0,4 2,1 460 1 1,9 0,8 1810 470 210 1,835 0.15

Переходной изолятор внутренней установки Г1Б 10-400 0,4 2.1 380 1 1,6 0,4 1950 470 210 1,835 0,15

Опорный изолятор ОФР-750 0.4 2,1 390 1 2,0 0,3 1690 470 350 1,835 0,15

Вентильный разрядник РВО-Ю 0,7 2,1 430 1 3,2 1.3 1790 610 700 1,835 0,15

Реле РТ-40 0,6 2,1 310 1 8.8 2,5 1900 420 850 1,835 0,15

Реле РН-53 0,6 2.1 310 1 3,1 1.6 1900 420 1050 1,835 0.15

Таблица 2 - Уровни варьирования факторов при проведении стендовых испытаний

Фактор Код Уровни варьирования Полуинтервал варьирования Средний уровень

верхний (+1) нижний (-1)

Напряжение 11. В 391 334 28,5 362

Относительная влажность IV. % а; 94 64 15 79

Анализ зависимости (12) показывает, что с ростом напряжения на катушке скорость изменения сопротивления контактов реле уменьшается, а с ростом относительной влажности увеличивается. Влияние напряжения и относительной влажности соизмеримо. Обработка результатов эксперимента показала, что в соответствии с критерием Стьюдента коэффициент регрессии а12, описывающий взаимодействие факторов, оказался незначимым.

В натуральных факторах после раскодирования зависимость (12) принимает вид

у= (87 - 0,261/+ 0,46И0'Ю"3 мкОм/цикл. (13)

Формула (13) совместно с данными таблицы 3 позволяет по формуле (10) оценить спрос /.м на реле РН-53.

Таблица 3 - Данные об эксплуатации реле РН-53 в базовом и обследуемом сетевых районах

Базовый район Обследуемый район

Дш, год1 N и. в цг.% п и, В

1,28 24 371 69 38 382 64

Расчет показал, что л =1,6 год1. Знание X позволяет произвести оптимизацию целевой функции (9) для реле: топт = 1, попт = 8, М[Ц(т ,п ) = 2 033 руб./год.

-|Ч опт опт' 1

Данные таблицы 1 являются исходными для оптимизации аварийного резерва запасных элементов. Результаты оптимизации приведены в таблице 4.

Для наглядности на рисунке 3 представлен график функции затрат для автоматических выключателей. Как видно из графика, функция затрат имеет выраженный минимум.

Таблица 4 - Оптимальные параметры стратегии управления аварийным резервом

Номенклатура лад (»«.О руб./год т шт п лшл

ВЛ-10 кВ

Провод АС-50 44 370 2 46

Провод АС-70 52 350 3 64

Опора деревянная 18 320 1 19

Опора железобетонная 14 690 1 9

Приставка железобетонная 21 380 1 20

Изолятор ШФ-20 35 190 3 66

Разрядник РВО-10 5 640 2 26

Разъединитель РЛНД 10-400 5 066 2 14

Кабель 1 008 2 14

Кабельная муфта 1 857 1 э

Предохранитель ГТКТ-10-101 11 060 19 356

ВЛ-0,38 кВ

Провод АС-35 57 290 3 33

Провод АС-50 86 300 4 69

Автоматический выключатель ВА-57 2 422 2 61

Предохранитель IП1-2 50 160 12 70

Опора деревянная 19 600 2 15

Опора железобетонная 14 040 1 6

Приставка железобетонная 17 270 2 14

Изолятор ТФ-20 14 180 1 10

Разрядник РВН-05 2 430 1 3

КРУН-ЮкВ

Трансформатор тока ТЛМ-10 72 1 3

Трансформатор напряжения ЗНОЛ-Ю 523 1 2

Разъединяющий контакт первичной цепи РВ-10-400 57 I 2

Переходной изолятор наружной установки ПНБ 10-400 2205 1 4

Переходной изолятор внутренней установки ПБ 10-400 842 1 2

Опорный изолятор ОФР-750 194 1 2

Вентильный разрядник РВО-10 812 1 7

Реле РТ-40 3 178 2 10

Реле РН-53 2 033 1 8

т

Рисунок 3 - График функции затрат для автоматических выключателей

Использование предлагаемой методики оптимизации аварийного резерва запасных элементов позволило получить годовой экономический эффект в размере 467 тыс. руб. за счет сокращения материальных затрат, связанных с физическим хранением и омертвлением средств, а также затрат, обусловленных неоправданно частыми восполнениями неснижаемого аварийного резерва.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована модель управления аварийным резервом запасных элементов сетевых районов по обслуживанию сельских распределительных сетей, включающая в себя:

- случайный спрос, имеющий пуассоновское распределение;

- систему снабжения, которая характеризуется неисчерпаемым источником запасных элементов, находящихся на складе вышестоящего производственного отделения электрических сетей;

- случайное время задержки пополнения аварийного резерва с равномерным распределением длительности;

- стратегию управления аварийным резервом с фиксированным уровнем его пополнения и критическим уровнем минимального количества запасных элементов на складе;

- функцию затрат для определения оптимальных параметров выбранной стратегии управления аварийным резервом.

2. Для выбранной стратегии управления аварийным резервом получено аналитическое выражение, позволяющее произвести оценку ущерба, который несет район электрических сетей из-за недоот-пуска электрической энергии.

3. Получена функция затрат на аварийный резерв запасных элементов для районов электрических сетей, включающая в себя затраты на поставку, физическое хранение аварийного резерва, омертвление денежных средств, вложенных в невостребованные запасные элементы, и ущерб, вызванный недоотпуском электрической энергии при авариях. Оптимизация функции затрат обеспечивает минимизацию расходов, связанных с аварийным резервом.

4. Разработана методика планирования аварийного резерва запасных элементов района электрических сетей, реализация которой предусматривает оценку интенсивности аварийных отказов, определение технических и экономических параметров функции затрат и отыскание ее минимума, позволяющая с использованием программного обеспечения оптимизировать параметры этого резерва. Например, для железобетонных опор ВЛ-0,38 кВ т = 1, п =5.

опт опт

5. С помощью разработанных технических средств установлен вид аппроксимирующего полинома, описывающего зависимость скорости изменения переходного сопротивления контактов реле от напряжения на его катушке (а, = -0,75) и влажности воздуха (а, = 0,62), совместное влияние перечисленных факторов на изучаемую скорость («,, =-0,14) несущественно. Данная зависимость позволяет произвести оценку спроса этого реле, Яш_ = 1,6 год1.

6. Годовой экономический эффект от внедрения методики оптимизации аварийного резерва запасных элементов в Кетовском районе электрических сетей ОАО «ЭнергоКурган» составил 467 тыс. руб. в ценах 2011 года.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ

1. Малышев, М. А. Изменение параметров реле в зависимости от эксплуатационных факторов [Текст] / И. Б. Царев, М. А. Малышев,

И. В. Зайцев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2011. - № 3. - С. 20-21.

2. Малышев, М. А. Стратегия прогнозирования аварийного резерва запасных элементов для обслуживания сельских распределительных сетей [Текст] / М. А. Малышев // Международный технико-экономический журнал. — 2012. - № 1. - С. 95—99.

Публикации в других изданиях

3. Малышев, М. А. Метод оценки качества восстановления электрооборудования по комплексным показателям надежности [Текст] / В. А. Буторин, Е. В. Бабыкин, М. А. Малышев // Информлн-сток ЦНТИ. -№ 83-055-07. - Челябинск, 2007.

4. Малышев, М. А. Средства измерения параметров технического состояния контактов реле [Текст] / И. В. Зайцев, М. А. Малышев // Материалы 47-й Международной научно-технической конференции «Достижения науки — агропромышленному производству». — Челябинск, 2008. - Ч. 4. - С. 23-26.

5. Малышев, М. А. Резервирование запасных элементов для обслуживания электрооборудования [Текст] / И. Б. Царев, М. А. Малышев, Д. В. Буторин, Д. Н. Елагин // Вестник ЧГАУ. - 2009. - Т. 55. -С. 123-126.

6. Малышев, М. А. Методы расчета запасов элементов электрооборудования в сельском хозяйстве [Текст] / В. А. Буторин, М. А. Малышев, Д. В. Буторин // Материалы 48-й Международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству». — Челябинск, 2009. — Ч. 4. - С. 24—27.

7. Малышев, М. А. Прогнозирование значений единичных и комплексных показателей надежности электрооборудования [Текст] / В. А. Буторин, М. А. Малышев, А. В. Панов // Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК». — Саратов : КУБик, 2010. - С. 81-85.

8. Малышев, М. А. Расчет затрат, связанных с омертвлением денежных средств, при функционировании электроремонтных предприятий [Текст] / В. А. Буторин, И. Б. Царев, М. А. Малышев, И. А. Пястолова // Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина. - Астана, 2010. — № 4(66). -С. 128-132.

9. Малышев, М. А. Функция затрат и количественная оценка аварийного запаса основной номенклатуры в РЭС [Текст] /М. А. Малышев // Материалы 50-н Международной научно-технической конференции

«Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск : ЧГАА, 2011. - Ч. 5. - С. 80-84.

10. Малышев, М. А. Планирование и результаты испытания скорости изменения сопротивления контактов реле [Текст] / И. Б. Царев, М. А. Малышев //Материалы 50-й Международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск: ЧГАА, 2011. - Ч. 5. - С. 130-135.

11. Малышев, М. А. Планирование аварийного резерва запасных элементов районов электрических сетей с позиции теории управления запасами [Текст] / М. А. Малышев // Информлисток ЦНТИ. -№ 74-041-11.- Челябинск, 2011.

12. Малышев, М. А. Результаты оптимизации аварийного резерва запасных элементов Кетовского РЭС для обслуживания сельских распределительных сетей [Текст] / М. А. Малышев // Вестник ЧГАА. -2012.-Т. 60.-С. 98-101.

Авторские свидетельства, патенты

13. Пат. на полезную модель № 84963 РФ, МПК С01В 3/00. Устройство для измерения износа контактов реле [Текст] / В. А. Буто-рин, Д. В. Буторин, И. В. Зайцев, М. А. Малышев. - № 2008144764/22 ; заявл. 12.11.2008 ; опубл. 12.11.2008, Бюл. № 20.

Подписано в печать 10.04.2012 г. Формат 60x84/16 Гарнитура Times. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № КЗ-4

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия» 454080, г. Челябинск, пр. им. В. И. Ленина, 75

61 12-5/3133

ЧЕЛЯБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ АВАРИЙНОГО РЕЗЕРВА ЗАПАСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТЕВЫХ РАЙОНОВ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ СЕЛЬСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве

МАЛЫШЕВ Михаил Александрович

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор В.А. Буторин

Челябинск-2012

Содержание

Введение................................................................................... 5

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования............................9

1.1. Планирование запасов - важнейшее направление обеспечения надежности сельских распределительных сетей............................9

1.2. Существующие системы технического обслуживания и ремонта распределительных сетей............................................ 17

1.3. Существующие методы расчета резерва запасных элементов электрооборудования системы электроснабжения............... 21

1.4. Выводы и задачи исследования.......................................... 34

Глава 2. Теоретические предпосылки оптимизации аварийного резерва РЭС..................................................................... 36

2.1. Место рассматриваемой проблемы в предмете теории эксплуатации электрооборудования............................................... 36

2.2. Оптимизация аварийного резерва запасных элементов для районов электрических сетей.................................................... 43

2.2.1. Выбор стратегии управления аварийным резервом.......... 44

2.2.2. Основные законы распределения спроса на запасы......... 46

2.2.3. Элементы задачи управления аварийным резервом запасных элементов для района электрических сетей.................. 50

2.2.4. Функция затрат на аварийный резерв запасных элементов для района электрических сетей ......................................... 54

2.2.4.1. Затраты, связанные с поставкой и физическим хранением запасных элементов.......................................................... 54

2.2.4.2. Затраты, связанные с омертвлением денежных средств 57

2.2.4.3. Затраты, связанные с ущербом из-за недоотпуска электроэнергии при авариях............................................................ 58

2.2.5. Приведение функции затрат к виду допускающему численную оптимизацию................................................................ 63

2.3. Планирование спроса с использованием ускоренных испытаний......................................................................................... ^5

2.4. Выводы............................................................................... 68

Глава 3. Методика проведения исследований........................ 70

3.1. Методика определения параметров функции затрат на за-

70

пасы.......................................................................................... 'и

3.1.1. Методика определения спроса на запасы......................... 70

3.1.2. Методика определения экономических показателей........ 72

3.2. Методика определения скорости изменения параметра технического состояния контактов реле......................................... 74

3.2.1. Выбор ресурсного элемента реле и его определяющего

74

параметра..................................................................................

3.2.2. Выбор факторов, влияющих на процесс изменения параметра технического состояния.................................................. 75

3.2.3. Методика оценки эксплуатационных факторов................ 77

3.2.4. Планирование эксперимента испытания реле.................. 78

3.2.5. Разработка схемы и конструкции стенда для ускоренных

82

испытании реле.........................................................................

3.2.6. Методика обработки результатов стендовых испытаний

90

реле...........................................................................................

3.3. Выбор метода оптимизации целевой функции.................... 93

3.4. Выводы............................................................................... 94

Глава 4. Результаты исследования и их анализ..................... 96

4.1. Результаты исследования параметров функции затрат....... 96

4.1.1. Результаты исследования спроса на аварийный резерв

97

запасных элементов.................................................................. у '

4.1.2. Результаты исследований экономических показателей.... 100

4.2. Результаты оценки скорости изменения сопротивления

1 04

контактов реле..........................................................................

4.2.1. Результаты оценки уровней факторов при проведении

1 05

стендовых испытании................................................................

4.2.2. Результаты проведения стендовых испытаний по изучению сопротивления контактов ....................................................................................................Ю6

4.3. Результаты оптимизации величины аварийного резерва..........109

4.3.1. Результаты оптимизации количества запасных элементов

при наличии статистики отказов..............................................................................................Ю9

4.3.2. Результаты оптимизации количества запасных элементов

с использованием стендовых испытаний......................................................................112

4.4. Экономическая эффективность результатов исследования . 114

4.5. Выводы.......................................................................................................................................И8

Основные выводы......................................................................................................................................120

Литература............................................................................................................................................1^2

1 Ч 5

Приложения..........................................................................................................................................................^^

ВВЕДЕНИЕ

Надежность электроснабжения агропромышленных потребителей в значительной мере определяется состоянием сельских распределительных сетей.

Отличительной особенностью сельских распределительных сетей является их высокий удельный вес в общем объеме распределительных сетей. Для условий Курганской области он составляет: воздушные линии (ВЛ) напряжением 10 кВ - 96% от 13355 км, ВЛ 0,3 8 кВ - 95% от 8288 км, кабельные линии ВЛ 10 кВ -38% от 401 км, трансформаторные подстанции -87% от 6813 шт., автоматические выключатели - 80% от 15147 шт., предохранители 10 кВ -87% от 20439 шт., предохранители 0,38 кВ - 82% от 46584 шт., изоляторы 10 кВ - 96% от 573270 шт., изоляторы 0,38 кВ - 94% от 104135 шт., разрядники 10 кВ - 82% от 26167 шт., разрядники 0,38 кВ - 82%) от 21594 шт.

Согласно территориальной структуры ответственность за техническую эксплуатацию электрооборудования сетевого хозяйства на определенной территории несут районы электрических сетей (РЭС).

Некоторые сетевые районы обслуживают только оборудование сельских распределительных сетей. К ним относятся Кетовский РЭС. На территории Кетовского РЭС обслуживается следующее электрооборудование: ВЛ 10 кВ длиной 782 км; ВЛ 0,38 кВ длиной 423 км; КЛ 10 кВ длиной 9 км; КЛ 0,4 кВ длиной 0,4 км; трансформаторные подстанции в количестве 451 шт., включая 191 шт. КТП, 18 шт. ЗТП, 13 шт. ОТП и 229 шт. КТПК; автоматические выключатели в количестве 929 шт.; предохранители 10 кВ в количестве 1351 шт.; предохранители 0,38 кВ в количестве 2502 шт.; изоляторы 10 кВ в количестве 33570 шт.; изоляторы 0,38 кВ в количестве 52830 шт.; разряд-

ники 10 кВ в количестве 1582 шт.; разрядники 0,38 кВ в количестве 1351 шт.; реле РН-53 в количестве 48 шт. и другое.

Большой объем электрооборудования сельских распределительных сетей, имеющего износ более 50% [32, 61], значительный выход его из строя связан с необходимостью создания аварийного резерва

запасных элементов РЭС.

Формирование аварийного запаса вызывает значительные материальные расходы. К настоящему времени сложилось два способа расчета аварийного резерва для обслуживания распределительных сетей. Первый - строится на нормировании запасов исходя из среднестатистических данных, второй - строится на принципе достаточности исходя из заданного уровня вероятности обеспечения запасами. Однако оба способа не учитывают экономических затрат на запасы.

В условиях развивающихся рыночных отношений оптимизация резерва запасных элементов на основе теории управления запасами, строящейся на минимизации связанных с ними статей расходов,

имеет актуальное значение.

Цель исследования. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта сельских распределительных сетей, находящихся на обслуживании РЭС, путем оптимизации аварийного резерва запасных элементов на основе теории управления запасами.

Объект исследования. Процессы резервирования аварийного запаса РЭС для обслуживания сельских распределительных сетей и оценки спроса на реле с использованием ускоренных стендовых испытаний.

Предмет исследования. Закономерности, связывающие величину поставок и критический уровень аварийного резерва запасных элементов с технико-экономическими показателями и спросом на за-

пасные элементы, а также скорость изменения сопротивления контактов реле от воздействующих эксплуатационных факторов.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту

1. Для условий эксплуатации сельских распределительных сетей получено выражение для расчета ущерба, который несет РЭС при отсутствии на складе запасных элементов аварийного резерва, служащее для разработки аналитического аппарата по расчету общих

издержек на запасы.

2. Теоретически обоснована функция затрат с учетом случайного характера потока отказов и времени пополнения, технических и экономических показателей, обеспечивающая оптимизацию аварийного резерва различных номенклатур запасных элементов для обслуживания сельских распределительных сетей.

3. Разработана методика оптимизации параметров аварийного резерва запасных элементов в РЭС, обеспечивающая минимальные экономические затраты, связанные с этими запасами.

4. С использованием стендовых испытаний получена зависимость скорости изменения параметра технического состояния контактов реле, позволяющая произвести оценку интенсивности их отказов не прибегая к длительным эксплуатационным наблюдениям.

Практическая ценность работы и ее реализация

1. Разработанная модель управления аварийными запасами РЭС ведет к совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта сельских распределительных сетей.

2. Реализация разработанной методики оптимизации резерва запасных элементов в РЭС обеспечивает минимальные экономические затраты, связанные с этими запасами.

3. Предложенная установка для испытания скорости изменения сопротивления контактов реле позволяет на два порядка сократить

период времени получения этой информации по сравнению со сроками эксплуатационных испытаний.

4. Внедрение разработанной методики оптимизации аварийного резерва запасных элементов в Кетовском РЭС ОАО «ЭнергоКурган» позволило получить годовой экономический эффект в размере 467

тысяч руб. в ценах 2011 г.

5. Материалы теоретических и экспериментальных исследований по оптимизации аварийного резерва запасных элементов, необходимых для обслуживания сельских распределительных сетей, используются в курсах лекций по дисциплинам «Эксплуатация систем электроснабжения» и «Надежность электроснабжения» в ЧГАА.

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях ЧГАУ и ЧГАА (г. Челябинск, 2007 - 2011 гг.), на республиканской научно-технической конференции Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина (Сейфуллинские чтения - 5) (Астана, 2009 г.), на международной научно-практической конференции Саратовского ГАУ (г. Саратов,2010 г.), на совместном совещании работников КГСхА, КГУ и ОАО «ЭнергоКурган» (2011г.).

Публикация. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе две в изданиях, рекомендуемых ВАК, и один патент на полезную модель.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложений. Объем диссертации 148 е., в том числе основного текста 133 е., 18 рисунков, 23 таблицы; список используемой литературы включает 126 источников.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи

исследования

1.1. Планирование запасов - важнейшее направление обеспечения надежности сельских распределительных сетей

Понятие системы электроснабжения относится к категории сложных систем. Термин «система» при этом рассматривается как совокупность взаимосвязанных элементов, предназначенных для выполнения некоторой общей задачи. Систему электроснабжения в этом случае можно представить в виде совокупности подстанций, линий электропередачи, резервных источников питания, работающих на определенной территории [103].

Основным структурным подразделением, занимающимся вопросами эксплуатации сельских распределительных сетей, является производственное отделение электрических сетей. Производственное отделение электрических сетей наряду с техническим обслуживанием и ремонтом оборудования существующих электрических сетей участвует также в работах по реконструкции и строительству новых трансформаторных подстанций и линий электропередачи. Обычно у производственного отделения электрических сетей находится на обслуживание 8-18 тыс. условных единиц в радиусе 70 - 100 км. За одну условную единицу при эксплуатации электрических сетей принимаются трудозатраты на обслуживание 1 км воздушной одноцеп-ной линии напряжением 110 кВ на металлических или железобетонных опорах [99, 103].

Структура производственного отделения электрических сетей в зависимости от условий функционирования и перечня оборудования

электрических сетей может быть территориальной, функциональной

или смешанной [103].

При территориальной структуре все оборудование сетевого хозяйства (линии электропередач, подстанции, линии связи и др.), находящегося на определенной территории, обслуживается сетевым районом, который несет полную ответственность за его техническим состоянием.

При функциональной структуре отдельные виды электрооборудования сетевого хозяйства обслуживаются соответственными службами производственного отделения электрических сетей. Функциональная структура используется на производственных отделениях с компактной электросетью при незначительном удалении обслуживаемого оборудования от ремонтной базы этих отделений. Обычно данная структура предусматривает удаление базы от обслуживаемого оборудования не более 50 км и время нахождения в пути не более 1,5 ч. [103].

Смешанная структура производственного отделения электрических сетей используется в случае, когда у него на обслуживании находятся сети всех напряжений. При этой структуре отдельные виды электроустановок закреплены за производственными службами, другие - за районами электрических сетей (РЭС). Практика показала, что для Челябинской, Курганской, Свердловской и других областей Уральского региона эта структура нашла наибольшее применение.

Главной функцией системы электроснабжения является обеспечение всех потребителей электрической энергией в необходимом количестве и надлежащем качестве. Применительно к системе электроснабжения наиболее обоснованным является такое определение понятия надежности электроснабжения - это способность электрической системы снабжать присоединенных к ней потребителей элек-

и

трической энергией заданного количества в любой интервал времени

[39,52,87,103].

Основным способом повышения надежности систем электроснабжения является введение избыточности. На практике избыточность электрических сетей выступает в следующих формах [84, 86,

87, 103, 110, 111, 112]:

- резервирование, т.е. повышение надежности путем введения структурной (дублирование элементов), функциональной ( дублирование функциональных связей), временной (предоставление дополнительного времени для выполнения задания), информационной избыточности;

- совершенствование схемно-конструктивных решений и качества применяемых электротехнических изделий;

- совершенствование системы планово-предупредительных ремонтов и технического обслуживания электрооборудования;

- разработка и внедрение автоматизированных систем контроля и управления процессами в электроэнергетических системах.

Из анализа приведенных выше форм избыточности можно заключить, что служба эксплуатации систем электроснабжения может оказать влияние на надежность этих систем через совершенствование системы планово-предупредительных ремонтов и технического обслуживания посредствам планирования рационального запаса резервных элементов для обслуживания системы электроснабжения.

Реализация других форм избыточности для повышения надежности электроснабжения происходит на стадии проектно-конструкторских работ и изготовления.

Ниже будут рассмотрены показатели надежности электрооборудования и установлены те из них, которые будут зависеть от количества запасных элементов, созданных электротехнической службой для обслуживания сельских распределительных сетей.

Система электроснабжения сельскохозяйственного назначения относится к восстанавливаемой и нарушение ее работоспособности в реальных условиях происходит вследствие чрезмерных концентраций нагрузок (гололед, ветер, молния и др.)- Вследствие этого в дальнейшем для оценки влияния резерва запасных элементов на показатели надежности системы электроснабжения будут рассмотрены только показатели безотказности и ремонтопригодности. Данные показатели надежности будут рассмотрены в соответствии с литературой [2, 13, 19, 35, 38, 55, 62, 88, 1 18].

К един