автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка критериев эффективности и моделей надежности функционирования питающих электрических схем промышленных предприятий с учетом факторов кратковременных нарушений электроснабжения

На правах рукописи

Васильев Юрии Александрович

Разработка критериев эффективности и моделей надежности функционирования питающих электрических схем промышленных предприятий с учетом факторов кратковременных нарушений электроснабжения

Специальность: 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

004606533

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук

Абдуллазянов Эдвард Юнусович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Идиятуллин Ринат Гайсович

кандидат технических наук Ференец Андрей Валентинович

Ведущая организация Производственное объединение

ОАО «ОРГСИНТЕЗ», г. Казань

Защита состоится «01» июля 2010 г. в 14.00 часов в аудитории Д-202 на заседании диссертационного совета Д212.082.04 при Казанском государственном энергетическом университете по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) направлять по адресу: 420066, г. Казань-66, Красносельская ул., 51, Ученый Совет КГЭУ. Факс: (843) 5438624,5184464.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет».

С авторефератом можно ознакомиться на сайте ГОУ ВПО КГЭУ www.kgeu.ru.

Автореферат разослан мая 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат педагогических наук

тв- Лонухова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы определяется необходимостью создания научно-методической базы регулирования ответственности субъектов электроэнергетики в части надежности и качества электроснабжения в условиях розничного рынка электрической энергии. Для крупных потребителей, имеющих высокотехнологичные установки со сложными непрерывными процессами, надёжность и эффективность функционирования определяется не только надежностью элементов, структурой внешней схемы электроснабжения промышленных предприятий (СЭПП), но и взаимным влиянием центров питания, узлов нагрузки, а также восприимчивостью оборудования технологических установок к факторам кратковременного нарушения электроснабжения (КНЭ). В этой связи необходимо выполнение комплекса научно-практических работ но обоснованию объемов инвестиций в реконструкцию сетевых предприятий с целью повышения их надежности и снижения влияния факторов КНЭ; построению обобщенных моделей надежности и качества электроснабжения с учетом воздействующих факторов; созданию электронных баз данных сетевых компаний и крупных промышленных предприятий для получения достоверных эксплуатационных показателей надежности электротехнического оборудования.

Целью настоящего исследования является разработка показателей и методик оценки эффективности и надежности функционирования внешних схем электроснабжения промышленных предприятий с учетом влияющих факторов.

Объекты исследования — объекты электросетевого хозяйства участников рынка электрической энергии РФ в сферах передачи, распределения и приема электрической энергии.

Предметом исследования выступает надежность и эффективность внешних схем электроснабжения промышленных предприятий, модели надежности, факторы КНЭ, степень их влияния на программы по реконструкции СЭПП.

Теоретическая и методологическая основа исследования базируется на использовании системного подхода и математического моделирования электрических цепей. Методы данного исследования определялись поставленными задачами и основаны на теории электрических цепей, теории вероятностей и математической статистики, теории надежности технических систем, методологии экономической оценки инвестиций в энергетике.

Информационная база исследования включает сведения, содержащиеся в отраслевых периодических изданиях и статистических сборниках, Федеральных законах и других нормативно-правовых документах, регулирующих взаимоотношения субъектов электроэнергетики; тематических и отраслевых \уеЬ-сайтов, а также информацию для служебного пользования ОАО «Сетевая компания» и промышленных предприятий Республики Татарстан.

Научная новизна диссертационного исследования состоит: в показателе и критерии эффективности функционирования СЭПП, включающего техническое использование оборудования, нормативные требования к технологическому расходу электроэнергии и показателям надежности, с учетом факторов КНЭ;

в методике определения инвестиционной составляющей от снижения ущербов с целью определения экономической целесообразности реконструкции СЭПП; \ \

в методике формирования моделей надежности СЭПП с учетом факторов КНЭ и \ взаимного влияния центров питания;

в концепции вертикально-интегрированной системы контроля надежности электрооборудования (СКНЭ);

в методике формирования программ реконструкции с учетом влияющих факторов КНЭ.

Праюпческая ценность определяется возможностями применения результатов работы в части обоснования инвестиционных программ предприятий нефтехимического комплекса Республики Татарстан и ОАО «Сетевая компания»; создания концепции электронной базы данных эксплуатационных показателей надежности электросетевого оборудования.

На защиту выносятся следующие положения:

комплексные показатели надежности и эффективности СЭПП с учетом факторов КНЭ, технического использования, нормативных требований к технологическому расходу электроэнергии и надежности;

методика определения инвестиционной составляющей от снижения ущербов с целью определения экономической целесообразности реконструкции СЭПП;

методика формирования моделей надежности СЭПП с учетом факторов КНЭ и взаимного влияния центров питания;

концепция вертикально-интегрированной структуры информационного обеспечения электронных баз данных эксплуатационной надежности электрооборудования и алгоритм обработки статистической информации СКНЭ;

приоритеты и алгоритмы формирования программ реконструкции СЭПП по предложенному критерию эффективности.

Апробация работы. Результаты работы по теме диссертации докладывались и обсуждались: на 9-й Междунар. спец. выст. «Энергетика. Ресурсосбережение. Казань, 2007» в рамках 8-го междунар. симп. «Ресурсоэффективность. Энергосбережение»; на 11-й Междунар. спец. выст. «Энергетика. Ресурсосбережение. Казань, 2009» в рамках 10-го междунар. симп. «Ресурсоэффективность. Энергосбережение»; Всерос. науч.-техн. конф. «Нефть и газ Западной Сибири», Тюмень, 2007; Всерос. науч.-техн. конф. «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы», Оренбург, 2007; науч.-практ. конф. «Эффективность электрохозяйства потребителей в условиях реструктуризации энергетики», Москва, МЭИ, 2007; XI и XII Всерос. конф. по проблемам науки и высш. шк. «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах», СПб.,

2007, 2008; IX Симп. «Электротехника 2030 год. Перспективные технологии электроэнергетики», Моск. обл., 2007; 3-й Междунар. науч.-техн. конф. «Повышение эффективности энергопотребления в электротехнических устройствах и системах», Луцк, 2008; Междунар. науч.-техн. конф. «ЭНЕРГЕТИКА - 2008: инновации, решения, перспективы», Казань, 2008; Пятой Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск, 2008; Всерос. науч.-техн. конф.: «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования», Томск, 2008; XII Междунар. конф. «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», Алушта,

2008.

Личный вклад соискателя: приведенные в диссертации результаты являются составной частью научно-исследовательских работ, выполняемых в ОАО «Сетевая компания» под руководством и личном участии автора. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат постановка и формализация задач, разработка

теоретических и методических положений, математических моделей и методов, реализация алгоритмических решений и анализ результатов.

Публикации: основное содержание диссертации изложено в 14 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений и списка литературы. Общий объем диссертации 138 страниц, в том числе 24 рисунка, список литературы из 68 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, определены положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации дана характеристика объектов исследования, выполнен литературный обзор моделей и методов оценки надежности электрических схем, приведены существующие методы определения эффективности капитальных вложений в электроэнергетике, сделана оценка состояния исходной базы данных для технико-экономических расчетов в электроэнергетике.

Для расчета надежности электрических схем широко используются методы структурной надежности: деревья отказов и событий, цепи Маркова, сетевые методы с использованием теории графов, статистического моделирования и другие. В трудах 10. Фокина, опубликованных в 80-е и 90-е годы, представлены модели узлов нагрузок на основе методов минимальных путей и сечений для расчетов сетей большой размерности. Рассмотрены также упрощенные Марковские модели, достоинством которых являются полученные аналитические выражения для вероятностей состояний. В работах Д. Эндрени, аппарат марковских случайных процессов используется с учетом состояний отказов и плановых ремонтов в моделях с восстановлением. Схожие подходы демонстрируют Р. Алан и Р. Биллинтон, их работы ориентированы на оценку надежности простейших систем и не учитывают реальных условий неработоспособности, оценки параметров режимов. Коллектив кафедры электрических станций ЛПИ под руководством 10. Гука формализовал алгоритмы расчета надежности распределительных устройств таблично-логическим методом, схем электроснабжения методами дерева отказов и сетевым методом (на основе теории графов). Следует отметить модели, использующие метод статистического моделирования (Монте-Карло). Преимущество метода состоит в возможности использовать реальные потоки событий функционирования элементов. Авторы не производили учет влияния КНЭ на надежность.

В. Свешников и В. Копылов предлагают модель провалов напряжения и критерии отказа при расчетах динамической надежности. Д. Черновым представлена методика совместного комплексного анализа и синтеза надежности электроснабжения и показателей качества электроэнергии для сельскохозяйственных потребителей на основе простейших выражений. Б. Забелкиным выявлена зависимость между удаленностью короткого замыкания (КЗ) и факторами КНЭ, обосновано использование токоо-граничивающих устройств в сочетании с быстродействующей релейной защитой для обеспечения параметров качества электроэнергии. А. Гуров, Ю. Сергунов предложили методику статистического исследования провалов напряжения в системах электроснабжения общего назначения.

Отмечено, что основной проблемой при проведении разноплановых расчетов является отсутствие данных о достоверных показателях надежности электротехниче-

ского оборудования и удельных ущербов, что делает невозможным проведение расчетов с необходимой инженерной точностью как на стадии проектирования, так и в условиях эксплуатации.

Во второй главе обоснован выбор объектов исследования, предложены выражения для КПН и коэффициента эффективности, учитывающие внешние и внутренние условия функционирования СЭПП, разработана методика для определения инвестиционной составляющей от снижения ущерба у потребителя.

Структурно СЭПП состоят из питающих линий электропередач (ЛЭП) высокого напряжения 110+220 кВ и подстанций, выполняемых по блочно-модульной схеме. Между центрами питания (ЦП) подстанций, как правило, включены транзитные ЛЭП - электрические связи, наличие которых приводит к возникновению КНЭ одновременно на всех центрах питания и узлах нагрузки потребителя. Так, при коротких замыканиях на смежных присоединениях ЦП, которые недостаточно электрически удалены от потребителя, КНЭ проявляют себя в виде провалов напряжения различной глубины, длительности и частоты и усугубляются отсутствием современных устройств релейной защиты и автоматики.

В качестве объектов моделирования рассмотрены типовые фрагменты реальных принципиальных схем, широко применяемых в СЭПП (представлены на рис. 1).

УУЗ ^ УУ4 ^ УУ2 ^ --- _ Г^

| п/ ст 11 | п/ ст 2 | | п/ стЗ| 6) | п/ ст 11 [ п/ ст 2 | | п/ ст з|

УУ2

ци .-1— ^.

| п/ ст 11 |п/ ст2[ |п/ ст 31

Рис. 1. Принципиальные электрические схемы вариантов питающей сети 110/10 кВ: а - вариант 1; б - вариант 2; в - вариант 3

В качестве показателя эффективности электрической сети Ю.А. Фокин использует выражение Ф = [^Потр гДе ^потр ~ суммарная потребляемая

электроэнергия по графику нагрузок; А1¥ээ - недоотпуск электроэнергии в системе из-за отказов основного оборудования. Это выражение, по нашему мнению, является частным определением, и не может в полной мере отражать степень эффективности электрической сети и ее фрагментов. Наряду с недоотпуском энергии из-за отказов оборудования самой СЭПП, при расчете коэффициента эффективности необходимо учитывать влияние других факторов: недовыработку продукции из-за отключения установок потребителя при КНЭ на время восстановления технологического процесса, степень загрузки оборудования и объем потерь электроэнергии при её передаче в СЭПП. При этом эффективность /-го узла определяется как:

^-Д^тру-^пу-А^ээ; »'потру Д'Пу ЛИ-ээ/ п; КгиЫ = - ------. и.)

З® т^тах тут ах г^тах г^шах

"потру "потру "потру ''потру

где составляющие выражения характеризуют неэффективность СЭПП из-за: недогрузки трансформаторов по графику ДИ^тр относительно максимальной потреб-

ляемой мощности ^отру> превышения нормативных потерь электроэнергии при ее передаче А>Кпу, недопотребления Д )ГЭЭ из-за отказов оборудования СЭПП с вероятностью ду и отключения нагрузки из-за факторов КНЭ с вероятностью <7уНЭ. С учетом преобразований выражение для СЭПП в целом примет вид

3

^НГ/ ^Ц) кеК

ошах "ту

■'иг;

(2)

где Д.!>^ - недопотребление мощности в к-м состоянии схемы с вероятностью

(Ъ\ Г. [ГПО — шах

¿/у ; = Ч] + <7у , , , Д£пу - средняя, максимальная мощности _/'-го узла и

мощность сверхнормативных потерь. Второе и третье слагаемые в (2) соответствуют нормативным показателям технологического расхода электрической энергии Ыщ- и

надежности Л^у, что позволяет определить критерий эффективности как:

5......- <з,

Н И г,тах »-У Ч/ Знг/

Для обеспечения экономически обоснованных инвестиций в реконструкцию СЭПП необходимо сравнивать приведенные затраты Зи с экономическим эффектом от снижения среднегодового ущерба. Уровень надежности может задаваться нормативными требованиями к показателям надежности - коэффициентом готовности Кун или требованиями лицензиаров (изготовителей технологического оборудования). Сравнивая разницу ДУ - значений фактического и допустимого (нормативного) Улг вероятностного ущербов до и после реконструкции

ДУ = Уф-У// >3И = ^К + И, (4)

получаем критерий экономической целесообразности мероприятий по реконструкции СЭПП, где Уф - фактический среднегодовой ущерб (до реконструкции) из-за отказов

оборудования и КНЭ, руб.; - коэффициент экономической эффективности капитальных вложений - (К) при реконструкции схемы, (И) - суммарные ежегодные издержки. При этом

ЛУу = Уоу

'рабу X ' (?~ Чщ )+ Т'рему ' 5нг.рем/ (<7 / ~ Чщ )

кеК,*к

(5)

где у о j — удельный ущерб у у'-го потребителя; Грабу, Г^у - время рабочего и ремонтного состояний технологических установок; 5НГ рему - мощность потребления]-

й подстанцией при ремонте её основных технологических установок; д^ — нормативная вероятность отказа в состоянии к; q j - вероятность полного отказа технологических установок из-за отказов оборудования и КНЭ.

1

\

Г V

1 \

1 V

1 \

1

1

Г , I

Кг

ф;

Методику определения экономически целесообразных затрат (инвестиций) через величину среднегодового ущерба потребителя ДУ графически демонстрирует рис. 2.

С учетом преобразований выражение для схемы в целом ДУСХ примет следующий вид: ДУСХ > ^[1,05Клс + 1,01АГВЛ]+ И^ер, (6)

где И^ер = ИЦер + И„ер - суммарные переменные издержки по воздушным линиям и

У, рубЛ подстанциям соответственно. Алгоритм расчета _1 I I I I I I I I I I инвестиционной составляющей от снижения Уф; Г — }г--------- величины ущерба сводится к следующей последовательности операций: ду I II I Ч I I I I I I I I ° Для каждого /-го узла нагрузки с учетом значений удельного ущерба уд/ конкретного производства и различных показателей надежности || = — схемы, рассчитываются среднегодовые фактические величины недоотпуска электроэнергии Кгое (А^ээу) и ущерба (У у) в зависимости от ко-

Рис. 2. Определение экономически эффициента готовности ( К^ ); целесообразных затрат через „ , „.

ДУ =_ДКг) ° результаты вычислении Д У¥эу и У у по от-

дельным у'-м узлам нагрузок (подстанциям) суммируются для варианта СЭПП. Для полученных значений строится результирующая зависимость У,- = /(£г(); о на графике У { = У(АГг[) по оси абсцисс выделяются точки отрезка, соответствующие фактическому значению /Сгф и требуемому нормативному значению Кгдг,-; о выделенному отрезку ]лГгф, /¡Ггдг, [ на оси ординат соответствует отрезок ]Уфу, У^[,а разность для СЭПП в целом ДУСХ/ = Уф/ - Удг/ является потенциальным источником инвестиций от снижения ущерба Уф,-.

о Величина ДУ > Зи будет являться экономически целесообразной (обоснованной) величиной приведенных затрат на повышение надежности питающей сети.

В третьей главе предложена методика формирования моделей надежности функционирования СЭПП с учетом факторов КНЭ и взаимного влияния ЦП на основе цепей Маркова: модель 1 (без восстановления отказавших элементов) - характеризует коммутационную надежность; модель II (с восстановлением отказавших элементов) -характеризует оперативную и стратегическую надежность.

Для формирования моделей надежности функционирования СЭПП на предварительном этапе необходимо выполнить расчеты режимов сети, выявить степень влияния различных видов КЗ на смежных присоединениях ЦП, соизмеряя расстояния с «граничной длиной электропередачи» на уровни напряжений в узлах нагрузок.

Граничная длина электропередачи - это расстояние от ЦП до места КЗ на ЛЭП, за пределами которого остаточное напряжение на резервирующем источнике не менее допустимого. Анализ СЭПП позволяет выделить для каждого узла нагрузок (подстанции) два укрупненных блока оборудования: цепей линий (I и II) и трансформаторов (III и IV). Основанием для такого выделения блоков являются наличие существенных отличий в конструктивном исполнении, структуре схемы, уровнях пропускной спо-

собности, показателях надежности. Воздушные линии 110 кВ имеют бблыную пропускную способность, меньшую надежность, магистральные участки каждой из них могут обеспечить электроснабжение одновременно трех подстанций. Намеченный подход позволяет выделить полную группу событий из четырех состояний, что соответствует уровням функционирования СЭПП: состояние 1 - отказ или плановый ремонт одной из цепей линий (блока линий); состояние 2 - отказ или плановый ремонт одного из трансформаторов (блока трансформаторов), при этом пропускная способность оставшегося в работе трансформатора соответствует его перегрузочный способности. Полную группу событий дополняют: полностью исправное состояние всех основных элементов блоков — состояние 0; полностью отказавшее состояние СЭПП по причине наложения отказов оборудования одной цепи на отказ или ремонт оборудования другой цепи блоков - состояние 3, в том числе и отключение основных технологических установок потребителя /-го узла по причине КНЭ.

Графы переходов моделей надежности изображены на рис. 3. Пунктиром обозначены вероятности переходов в состояние полного отказа, обусловленные, в том числе, и факторами КНЭ. Переход из состояния Р0 в состояние Р3, минуя промежуточные состояния, возможен при наличии сильных электрических связей между ЦП, что приводит к появлению в графах переходов хорд Х^Л, рзЛ .

__ЪсП _

■__¡и^и

а) б)

Рис. 3. Графы переходов моделей без восстановления отказавших элементов (модель 1) (а) и с восстановлением отказавших элементов - (модель II) (б)

Аналитическое решение системы уравнений Колмогорова-Чепмена, составленных по известным правилам для случая зависимых ЦП имеет вид:

(7)

р (Л = ЧЬ2-Ыа~Ь)с-а( | ^12 С-Ы + _ ^12 .

(а-Ь)(а-Ъ+с) (а-Ь)с {(а-Ь + с)(а-Ь) (а-Ь)с)

3 М, а (а-Ь)а (а - Ь)(а - Ь + с)а } >

(о ^-1^-12 ^1^-12

{а-Ъ)Ь (а - Ъ)Ьс

(к-1»').

(а-Ь){а-Ь + с) (а-6)с, В выражениях введены следующие обозначения: а- Х-1 + + Х.3, 6 = ^12 + с = Х\2 + Х]з - Х2з = Ъ - А.23 •

Учет кратковременных нарушений электроснабжения приводит к появлению в модели переходов с интенсивностьюХ3, и корректировке значений и Х/23 в

уравнениях на величину 1/год, - частоту (интенсивность) провалов напряжений из-за КЗ на смежных присоединениях ЦП. По существующей статистике на присоединениях подстанций 110 кВ происходит до 7-3-8 коротких замыканий в год с успешным и неуспешным АПВ в пределах граничной длины. Скорректированная с учетом

факторов КНЭ величина коэффициента Х'1'3 будет иметь вид = Мз + ^э^ • (8) При этом корректировке подлежит и вероятность события отказа на величину qf=\f-TB, (9)

где 'Гц - полное время восстановления технологического цикла. Откуда следует

(Ю)

Расчетная схема замещения показателей надежности варианта 1 фрагмента сети отличается от схем вариантов 2 и 3. Отказ линии в вариантах 2 иЗ приводит к ограничению потребления в узле до уровня перегрузочной способности трансформатора. Преднамеренно сохранено состояние Ру в графе переходов вариантов 2 и 3, так как при отказе в этом состоянии второй цепи линий теряется питание всех подстанций, что приводит к существенно бблынему ущербу, чем потеря одной подстанции (для вариантов сети 2 и 3 Х|2 = 0). Для модели II коэффициенты X¡, X¡j определяются аналогично модели I. Коэффициенты \Xj¡ модели II определяются из расчетных схем замещения, как отношение интенсивностей Щ, Х^-, переводящих систему в j-e или /-е состояние, к суммарным вероятностям перехода в эти состояния q¡ , q у :

üi^k'i'/qf^j^ll/qj. (11)

Учет взаимосвязи центров питания в общем виде можно учесть коэффициентами связи соответственно ki и K2 и значением эквивалентной интенсивности отказов для узла нагрузки:

^c/=KIXtC/+K2X.ií/. (12)

Для случая полностью независимых центров питания значения kj = К2 = 0; для

полностью зависимых центров питания kj = = 1.

В четвертой главе предложена концепция иерархической вертикально-интегрированной системы контроля надежности электрооборудования напряжением 6+500 кВ. Проведена работа по сбору, обработке и систематизации информации эксплуатационных показателей надежности сетевой компании и промышленных предприятий РТ, выполнена проверка потоков событий плановых ремонтов, отказов и восстановлений оборудования на соответствие теоретическим распределениям. Представлен алгоритм обработки статистической информации СКНЭ.

В системе представлены три уровня организации сбора, обработки и хранения информации: низший - уровень подстанций, средний - уровень предприятия, верхний - уровень управления (объединения). В соответствии со структурой СКНЭ, ответственный персонал уровня низшего уровня через Web-интерфейс оформляет и передает

утвержденный документ - бланк отказа (дефекта) оборудования или системы в виде макета формата XLS на Web-сервер среднего уровня со встроенной базой данных (БД). Здесь информация с указанием вида отказа (дефекта), характера повреждения узла или системы конкретного оборудования сортируется и на основе классификаторов-навигаторов помещается в соответствующие разделы базы данных.

На средний уровень по территориальной принадлежности, поступает аналогичная информация по СЭПП от крупных потребителей через модули приема данных также в виде макетов XLS. При этом вся содержащаяся информация на среднем уровне синхронизируется (поверяется) модулями нормативно-справочной информации центрального сервера. На центральном сервере содержатся расчетные программные модули, включая модули статистической обработки дискретных и непрерывных случайных величин. Алгоритм обработки статистической информации приведен в разделе 4.2 диссертационной работы. Бланки экспертных оценок об удельных ущербах при отказах оборудования и КНЭ также проходят процедуру статистической обработки.

В диссертации проведена работа по сбору и обработке информации о надежности функционирования электрооборудования питающих сетей 110/10 кВ энергосистемы и внешних схем электроснабжения промышленных предприятий. Для сбора и первичной обработки информации были сформированы и заполнены специальные формы электронных журналов. По ним воспроизводились временные диаграммы эксплуатации объектов (линий, трансформаторов и др.) в виде временных эпюр и сформированы выборки непрерывных случайных величин: 7\ц, Гы-, Гнр, Тр а также были получены вероятностные характеристики сгруппированных рядов (рис. 4) с доверительной вероятностью S = 0,9 и шириной интервала А/ = 0,1.

р-ю'

6,4 \6,4 \ " а)

4,8" \ V ( m= 107700

3,2- \ > , о-341700

1,6- _j- 0,84 о _0,14

р -10""

0

1,6 3,2 4,8 6,4 ,.ю5,

Рис. 4. Статистические плотности р и числовые характеристики тип распределений: наработок на отказ (а), времен восстановлений из состояний отказа (б) трансформаторов 40-63 MB А

В пятой главе посредством разработанных моделей надежности получены временные и стационарные значения вероятностей состояний и комплексных показателей надежности, предложены мероприятия по снижению влияния факторов КНЭ, выполнен анализ программ реконструкции СЭПП для снижения воздействия факторов КНЭ по критерию эффективности, получен алгоритм их формирования.

В качестве исходных данных для расчета использовались показатели надежности элементов сети (5 > 0,95 и ДJ <, 0,05) и полученные значения удельных ущербов при воздействии КНЭ (8 > 0,9 и Д/S 0,1) для предприятий с непрерывным технологическим циклом производства.

На рис. 5 приведены результаты расчетов соответственно по моделям I и И при условии, что оба ЦП независимы (Я-з,Из =0), либо зависимы, но выполняется условие достаточной удаленности внешних КЗ за пределами граничной длины ЛЭП. Если внешняя сеть имеет сильные системные связи, КЗ в ней приводит к посадке напряжения во всех ЦП одновременно, ниже допустимого уровня, результаты расчетов имеют вид, приведенный на рис. 6. Численные решения системы уравнений характеризуют оперативную надежность на интервале /оп до 3-х суток изменяющимися во времени значениями коэффициентов готовности Лг,(5,т ном). В последующем эти коэффициенты приобретают установившееся значение (стратегическая надежность). Для последующих расчетов среднегодовых показателей Д(Кээу, Уф,, ДУу, Кэфу и их

схемных результирующих величин используются стационарные значения вероятностей, полученных по моделям II для электрически независимых и зависимых ЦП. В случае, расчетов с зависимыми ЦП, неготовность функционирования технологических установок промышленных потребителей повышается в разы, что приводит к существенным значениям недоотпуска электроэнергии ДИ^з/ и увеличению ущерба

Уфу у потребителя. Статистические показатели промышленных предприятий РТ показывают, что величина удельного ущерба может варьироваться в диапазоне значений уд/ = 5 -ь 25 руб./кВт-ч для различных цехов и заводов непрерывного производства со средним значением уо= 22 руб./кВт-ч конечного продукта, С учетом полученных значений построены зависимости У ф = 1{КГ).

Кг2

10 КМЕС

2 4 6 6 10 Тклес

в) Г)

Рис. 5. Зависимости = /(/) вариантов сети 2 (а) и 3 (б) (модель I) и К^ (стационарные значения) для вариантов 2 (в), 3(г) сети (модель II)

КГ2 0998

0996

0997 0966 0995

N

Ч

ч

ь

■ — — — — —

ООО!

кп

Кгз

0.999

0.908

0.997

0.996

0.995

>1

и

О 12 3 4 5 6 Ъсут

а)

Рис. 6. Временные характеристики и установившиеся значения коэффициентов вариантов 2 и

3 СЭПП соответственно Кг2 -а); - б)

Применение методики расчета инвестиционной составляющей от снижения величины ущерба на примере предприятия ПО «Оргсинтез» показано на рис. 7. При достижении коэффициента готовности 0,999 среднегодовое значение инвестиционной составляющей от снижения величины ущерба составит 34 млн рублей. При этом коэффициент экономической эффективности .Г у ¿у** капвложений варьируется от 0,05 до 0,35. Соизмеряя величину ежегодных целесообразных затрат Зц с соответствующими значениями затрат по программам реконструкции с Крдг = 0,999, оцениваем все мероприятия с точки зрения целесообразности и сроков окупаемости по вышеназванному критерию. Технологические установки имеют различную восприимчивость к факторам КНЭ. Она определяется большим набором взаимосвязанных параметров электрической и технологической части, условиями резервирования технологического цикла, условиями самозапуска электродвигателей, а также другими требованиями качества продукции и производителей оборудования. В проектной документации такие сведения не приводятся. В существующей практике широко применяются мероприятия снижающие длительность КНЭ: быстродействующие микропроцессорные защиты и вакуумные и элегазовые выключатели, для большинства производств, отключение короткого замыкания за 0,1 секунды обеспечивает устойчивость технологического цикла. В других случаях приходится «электрически» удалять центры питания между собой, и узлы нагрузок от центров питания: - установкой токоограничивающих реакторов, - применением проводов с повышенным сопротивлением проводов, — отключением отдельных связей. Для комплексного решения вопроса необходимо применение комбинированных программ, так как к од-

Уф

УД120

Уд2 О

Кг.

0997 0.998

"ч

Кг.о.е.

1Ф 14 т IV! т

Рис. 7. Методика определения

АУ = УЛ

'м

по зависимости

У, =/(Л"г) на примере ОАО «Оргсинтез»

ному центру питания подключены технологические установки одного или нескольких предприятий разных типов восприимчивости. С этой целью в работе рассмотрены как «простые» на основе одного типа, так и комбинированные программы, сочетающие в себе мероприятия разных типов. Мероприятия 1-й группы, направленные на снижение фактора времени воздействия КНЭ, а также в комплексе с системным ограничением глубины провалов (установка реакторов в цепи междушинных выключателей ЦП), имеют высокие единовременные капитальные вложения с практическим отсутствием переменных издержек Ипер. Мероприятия 2-й группы, напротив, содержат

возросшую Ипер из-за увеличения потерь в проводах ЛЭП за счет применения высокотемпературных проводов из циркониевых сплавов.

Эффективность проведенных мероприятий наглядно демонстрируют зависимости, приведенные на рис. 8. Здесь продемонстрировано соотношение коэффициента эффективности вариантов до и после реконструкции, позволяющее сделать следующие выводы:

1. Существенное влияние на див эффективность оказывает коэффициент технического использования — степень загрузки трансформаторов, в меньшей степени влияют потери в трансформаторах и показатели надежности схемы.

2. Определяющим параметром для снижения факторов КНЭ является граничная длина, за пределами которой влияние глубины провала можно не рассматривать (в нашем примере граничная длина 1Й=12,2 км).

3. Программа 1, снижающая фактор длительности КНЭ до 0,1 с,

7П, ШТ.

является условно эффективной, и Рис „ Соотношения с И степени эффективно-может применяться не для всех ти- 4 нов технологических установок. пР°гРамм реконструкции варианта 2 сети: 1 -

Условность выражается не только М^ма 1; 2-программа* 3-программа 3;

не изученностью восприимчивости программа 4 при /„,= 5 км; АС-120); 5- программа

технологического цикла к глубине 5 (/«, = 10 км; АС-120); 5' - программа 5 (/«,= 10 км;

провала на интервале^,! секунды, а АС.95); б _ до реконструкции; А=ХНГ/ /5™Х;

= 0,001; С = 1(Д5ПТ

также сложностью обеспечения резервирования устройств релейной В= защиты во всех допустимых режимах.

4. Применение программы 2 позволяет исключить воздействие только половины случаев КНЭ, при условии слабой связи центров питания через прилегающую сеть.

5. Необходимость применения и эффективность использования комбинированных программ заключается в снижении одновременно обоих влияющих факторов, что на практике представляется неизбежным.

6. Возможность применения программ 4 и 5 с заменой проводов на провода с повышенной пропускной способностью определяется длиной питающих линий, соотношением роста переменных издержек, количеством случаев КНЭ, уровнями загрузки в нормальном режиме.

В заключении подведены итоги проведенного исследования.

1. Получены комплексные показатели надежности для СЭПП, коэффициент и критерий эффективности, учитывающие техническое использование, нормативные требования к технологическим потерям электроэнергии и показателям надежности, включая факторы КНЭ.

2. Предложена методика определения инвестиционной составляющей от снижения среднегодовых ущербов у потребителя и критерий экономической целесообразности реконструкции, позволяющая оценить экономическую обоснованность мероприятий и программ реконструкции.

3. Разработана методика формирования моделей надежности на основе однородных цепей Маркова с восстановлением и без восстановления, позволяющая учесть состояния ремонтов и отказов оборудования СЭПП (отключения нагрузок), в том числе и по причине влияющих факторов КНЭ. Сформированные модели характеризуют оперативную, стратегическую и коммутационную надежность СЭПП, при этом аналитические решения систем уравнений моделей позволяют использовать их в оптимизационных задачах при оценке программ ремонтов по критерию наибольшей готовности.

4. Реализация предложенной концепции организации СКНЭ позволяет получить уточненную базу показателей надежности и удельных ущербов для решения разноплановых технических и экономических задач.

5. «Электрическое удаление» узлов нагрузки от ЦП за счет применения высокотемпературных проводов из циркониевых сплавов является одним из эффективных мероприятий при незначительных длинах питающих BJI.

6. Полученные результаты позволяют определить приоритеты мероприятий по критерию эффективности на основе предложенного алгоритма формирования программ реконструкции СЭПП.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Механошин Б.И., Шкапцов В.А., Васильев Ю.А. Повышение эффективности использования существующих ВЛ на основе анализа их технического состояния и данных мониторинга температуры проводов. Москва, Электро, 2007, № 6. С. 37-41.

2. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Васильев Ю.А. Проблемы развития сетевой компании в условиях реформирования энергетики / Тр. Всерос. науч.-техн. конф. «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы», Оренбург, 2007. - Изд-во Оренбург. гос. ун-та. - С. 90-94.

3. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Васильев Ю.А. Проблемы взаимодействия сетевых компаний и потребителей электроэнергии / Материалы Всерос. науч.-техн. конф. «Нефть и газ Западной Сибири», Тюмень, 2007. - Изд-во «Нефтегазовый университет», Тюмень, Т. 2,2007. - С. 85-88.

4. Васильев Ю.А., Иноземцев A.B., Идолов C.B. О результатах и перспективах совместного использования программных продуктов РТП-3 и E-net для расчета потерь электрической энергии в электрических сетях - Сб. статей ВНИИЭ на семинаре по снижению потерь электрической энергии, 2006. - С. 23-26.

5. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Васильев Ю.А. Оценка вероятностного ущерба от последствий воздействия провалов напряжения / VIII Междунар. симп. «Энергоэффективность и энергосбережение», Казань, 2007.

6. Абдуллазянов Э.Ю., Васильев Ю.А., Федотов А.И. Повышение надежности электроснабжения за счет перегрузки воздушных линий электропередачи / Материалы XII Всерос. конф. по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах», С.-Пб. 2008. - С.-Пб., изд-во Политехи, гос. ун-та. - С. 160.

7. Абдуллазянов Э.Ю., Васильев Ю.А., Федотов А.И. Проблемы инвестиционной деятельности сетевой компании в условиях реформирования энергетики // Энергетика Татарстана. - 2008, № 3. - С. 70-75.

8. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Васильев Ю.А. Ограничение глубины провалов напряжения в системах промышленного электроснабжения / 5-я Всерос. на-уч.-техн. конф. с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов». Благовещенск. - АмГУ, 2008. - С. 162-166.

9. Забелкин Б.А., Васильев Ю.А., Галиев И.Ф. Увеличение токовых нагрузок воздушных линий электропередачи для повышения надежности электроснабжения / XII Междунар. конф. «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты». Труды МКЭЭЭ-2008. - Крым. Алушта, 2008. - С. 205.

10. Абдуллазянов Э.Ю., Васильев Ю.А., Галиев И.Ф. Повышение надежности электроснабжения увеличением длительно допустимых токовых нагрузок воздушных линий электропередачи / Материалы VIII Всеросс. науч.-техн. конф. «Динамика нелинейных электротехнических и электронных дискретных систем (ДНДС-2009)». -Чебоксары, изд-во ЧГУ, 2009. - С. 84-85.

11. Абдуллазянов Э.Ю., Васильев Ю.А., Галиев И.Ф. Определение показателей надежности электроснабжения с учётом кратковременных нарушений электроснабжения / Материалы VIII Всерос. науч.-техн. конф. «Динамика нелинейных электротехнических и электронных дискретных систем (ДНДС-2009)». - Чебоксары, изд-во ЧГУ,2009.-С. 86-87.

12. Абдуллазянов Э.Ю., Васильев Ю.А., Галиев И.Ф. Оценка надежности электроснабжения с учетом качества электроэнергии / «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах». Мат. XIII Всерос. конф. по проблемам науки и высшей школы. - СПб., 2009. - Изд-во СПбГПТУ, Т. 1. - С. 216-217.

13. Сафиуллин Д.Х., Васильев Ю.А. Аспекты управления надежностью электроснабжения потребителей / X Междунар. симп. «Энергоэффективность и энергосбережение», Казань, 2009. - С. 56-58.

В журналах по списку ВАК:

14. Абдуллазянов Э.Ю., Васильев Ю.А., Галиев И.Ф. Модели надежности схем электроснабжения предприятий // Известия вузов. Проблемы энергетики, 2009, №5-6.

Подписано к печати Гарнитура «Times» Тираж 100 экз._

Формат 60»84/16 Бумага офсетная Уч.-юд. л. 1.03

Вид печати РОМ Усл. печ. л. 0,93 Заказ №_

Типография КГЭУ, 420066, Казань, Красносельская, 51

Введение.

Глава I. Обзор- моделей и методов оценки надежности и эффективности капиталовложений.

1.1'. Обзор моделей и методов оценки надежности схем электроснабжения предприятий.

1.2. Оценка эффективности капиталовложений и рисков при модернизации оборудования питающих сетей.

1.3. Состояние базы современных технико-экономических расчетов

1.4. Цель работы и задачи исследования.

Глава П. Формирование методики и алгоритмов расчета КПН и критериев оценки эффективности инвестиций.

2.1. Типовые объекты исследования.

2.2. Комплексные показатели надежности схем электроснабжения. Учет КНЭ и временных интервалов моделирования.

2.3. Основные соотношения для определения недоотпусков ЭЭ и ущербов питающих схем потребителей.

2.4. Критерий эффективности схем электроснабжения.

2.5. Критерий экономической целесообразности реконструкции схем

2.6. Формирование программ реконструкции питающих схем.

2.7. Выводы по главе 2.

Глава Ш. Модели надежности питающей* сети на основе однородных цепей Маркова.

3.1. Общие положения методики формирования модели состояний.

3.2. Модель без восстановления отказавших элементов (Модель I).

3.3. Модель с восстановлением отказавших элементов (Модель II).

3.4. Определение коэффициентов систем уравнений моделей.

3.5. Расчет комплексных показателей надежности.

3.6. Выводы по главе 3.

Глава IV. Информационная база исследования.

4.1. Концепция формирования электронных баз данных по эксплуатационной надежности электрооборудования.

4.2. Методика сбора и обработки информации о надежности оборудования на электронных носителях.

4.3. Проверка предпосылок о законах распределения потоков событий плановых ремонтов, отказов и восстановлений оборудования.

4.4. Исходная информация для проведения расчетов.

4.5. Методика сбора и обработки данных об удельных ущербах на предприятиях (объединениях).

4.6. Выводы.

Глава V. Анализ эффективности инвестиций по программам реконструкции питающих сетей.

5.1. Временные и стационарные показатели состояний схем питающей сети.

5.2. Оценка КПН и эффективности вариантов питающих схем.

5.3. Методика расчета инвестиционной составляющей от снижения ущербов у потребителя.

5.4. Оценка экономической целесообразности программ реконструкций

5.5. Выводы по главе 5.

В условиях современного этапа развития отечественной рыночной экономики количественная оценка- комплексных показателей^ надежности (ПН) питающих схем крупных промышленных предприятий сводится к решению следующих задач:

- взаиморасчетов между сетевыми предприятиями и потребителями электроэнергии' при оценках ущербов от недоотпуска электроэнергии последним, равно как и недополученной поставщиком прибыли;

- обоснование необходимых, резервов-; в системе, питающих и распределительных сетей; выражающихся; в том числе и в достаточной пропускной способности линии и оборудования подстанций;

-обоснование объемов инвестиций в реконструкцию и замену устаревшего: оборудования сетевых предприятий с целью повышения надежности их функционирования.

Вышеперечисленные задачи; оценки надежности приобретают важное экономическое, содержание, так как назрела? необходимость учитывать фактор, надежности, в том числе и при; заключении договоров на поставку электроэнергии с обоснованием соответствующих нормативов и тарифов [ 1 ]. Решение этих задачшредусматривает:наличие не только адекватных моделей оценки комплексных* ПН, но и достоверной инф ормационной базы=расчетов ПН электротехнического оборудования .

Реструктуризация энергетики РФ- начатая в конце 90-х годов прошлого века w заканчивающаяся в. наши дни, повышает роль рыночных механизмов регулирования; усиливает конкуренцию^ между сетевыми и распределительными компаниями. С одной; стороны, это должно приводить к снижению цены за отпущенную конечному потребителю, электроэнергию, но, с другой стороны, может привести к новым техническим и финансовым рискам. Последнее связано с проблемой обеспечения надежности электроснабжения, потребителей, что, в свою очередь, требует серьезных финансовых вложений в: условиях высокой изношенности питающих сетей и необходимостью обеспечения требуемых (нормированных) показателей надежности. Параллельно с надежностью в последние годы серьезно обозначилась проблема обеспечения качества отпускаемой электроэнергии, которая^ проявляется^ как при перерывах или ограничениях в электроснабжении, так и при возмущениях в; питающей сети, обусловленных короткими замыканиями; перенапряжениями и другими кратковременными нарушениями электроснабжения (КНЭ) [2].

По оценкам некоторых экспертов; прямой и косвенный ущербы, от плановых и?внеплановых перерывов в электроснабжении в развитых странах, в несколько раз превышает ущерб от стихийных бедствий. Величина ущерба при этом существенно зависит от структуры генерирующих^ мощностей: и питающих сетей, категории потребителей, длительности перерывов питания, времени года и многих других факторов.

В- связи? с вышеотмёченным; можно выделить две категории: задач; по определению величины ущерба; Первая1 задача. — оценка; ущерба от произошедшего отключения потребителей: и снижения: показателей"- качества электроэнергии; что позволит произвести расчет.' затрат на ликвидацию последствий от произошедших инцидентов и аварий, а также оценить размер страхового возмещения;

Вторая задача — это прогнозная оценка сумм ущербов и предъявляемых исков на основе прогнозной оценки надежности электроснабжения потребителей. . Эти оценки могут быть , использованьг для^ обоснования тарифов; на электроэнергию, формирования приемлемого уровня затрат с целью обеспечения- допустимого (нормированного)' уровня' надежности электроснабжения, .обоснования страховых тарифов и решения ряда других задач.

В мировой практике, особенно в наиболее промышленно развитых странах, используются различные нормативно-правовые и организационные механизмы создания' гарантий возмещения ущерба. Выбор наиболее эффективных механизмов' зависит от социально-экономического уровня страны, степени совершенства законодательной базы и особенностей текущего этапа развития рынков электроэнергетики.

Отключения потребителей электроэнергии являются достаточно частыми случайными событиями с различными последствиями и ущербом. Они могут быть вызваны как случайными внешними (КЗ, асинхронный режим, лавинообразные процессы и др.), так и внутренними причинами (внезапные отказы, ложные срабатывания и др.), а также плановыми (преднамеренными) отключениями [2,3], такими как планово-предупредительные ремонты.

Последствия отключений потребителей наиболее изучены в случаях их массовых проявлений, вызванных системными авариями. Основным методом качественной и количественной оценки последствий в каждом, случае являются социологические опросы экспертов; так называемые экспертные оценки [4].

В соответствии с вышеизложенным нами поставлена задача разработать методические основы для расчетов как единичных и средних значений ущербов отдельных узлов нагрузок промышленных потребителей, так и прогнозных оценок комплексных ПН, включая ущербы, применительно, к схемам электроснабжения (СЭ) в целом, с учетом критериев принятия^ решений относительно реализации программ инвестиций в объекты различного уровня управления. Для повышения-эффективности инвестиций в объекты электрических сетей необходим критерий принятия решений, позволяющий обеспечить необходимый, экономически обоснованный уровень надежности электроснабжения и качества электроэнергии у потребителя.

Актуальность темы* обусловлена необходимостью формирования правил, регулирующих финансовую ответственность субъектов электроэнергетики в части надежности электроснабжения. Разработка методов оценки эффективности инвестиций в схемы электроснабжения промышленных предприятий с учетом факторов КНЭ — необходимое условие создания сбалансированных отношений между потребителями электрической энергии и инфраструктурными организациями.

Для потребителей, имеющих производства со сложными непрерывными технологическими процессами, показатели надёжности электрической части технологического цикла определяются не только надежностью сетей энергосистемы и электрических сетей, находящихся на балансе предприятия, а также степенью их электрической зависимости. Провал напряжения длительностью до 30 с (ГОСТ 13109-97) - это кратковременный перерыв электроснабжения, который на предприятиях с непрерывными малоинерционными технологическими- процессами (нефтехимия; металлургия, нефтепереработка, машиностроение* и др.) приводит к остановке производства. Это объясняется причинами технологического характера. В" трудах отечественных и зарубежных специалистов по созданию моделей надежности решены задачи для энергосистем, однако методология и теория надежности не в полной мере применяется для оценки надежности электроснабжения с учетом всего комплекса факторов.

Необходимо выполнение научно-практической работы по обоснованию резервов в системе питающих и распределительных сетей, в том числе и в достаточной пропускной способности линий и оборудования подстанций; объемов инвестиций в реконструкцию и замену устаревшего оборудования сетевых предприятий с' целью повышения надежности их функционирования и снижения факторов КНЭ; по созданию моделей надежности; ш> выбору критериев эффективности питающих схем и экономической целесообразности их реконструкции с учетом фактора КНЭ; по формированию электронных, баз данных филиалов сетевых компаний? и крупных? промышленных предприятий? для . получения! достоверных эксплуатационных показателей . надежности электротехнического оборудования.

Цели исследования заключаются в; разработке методики формирования моделей; надежности функционирования; схем электроснабжения промышленных предприятий с учетом фактора КНЭ и критериев эффективности- и экономической; целесообразности? мероприятий по модернизации оборудования питающих схём предприятий (объединений).

При этом решаются нижеследующие задачи: определение выражений? для расчетов, комплексных ПН (КПН), характеризующих работу СЭ предприятий* в целом,, включая? коэффициент эффективности;;.выражений?для критериев эффективности питающих схем и экономической целесообразности их реконструкции; разработка методики формирования единых электронных баз: данных показателей надежности? электротехнического оборудования сетевых компаний и крупных;промышленных предприятий (объединений); разработка методики* по формированию моделей надежности питающей сети;, позволяющей' учесть как вынужденные отказы и плановые-преднамеренные) отключения оборудования, так- и возмущения во* внешней I сети,, приводящие к событиям КНЭ; сопоставление КПН, типовых-, схем; с учетом названных влияющих факторов; оценка мероприятий по модернизации объектов- питающей сети (вариантов схем и прилегающей сети) по'предложенным критериям.

Объекты исследования - объекты электросетевого хозяйствам РФ участников рынка электрической энергии в сферах передачи и распределения электрической энергии.

Предметом; исследования выступает надежность и ее показатели; эффективность схем электроснабжения промышленных предприятий; влияние факторов КНЭ на программы по реконструкции- и модернизации электрических сетей.

Теоретическая и методологическая основа исследования.

Исследование основано на использовании; системного подхода и математического^ моделирования. Методы', данного исследования определялись поставленными задачами и основаны на теории электрических цепей, теории вероятностей и математической статистики, теории надежности1 технических систем; методах экономической оценки инвестиций, в энергетике;.

Информационная база исследованияшключает данные, содержащиеся в отраслевых; периодических изданиях и статистических сборниках,: Федеральных . законах и; других нормативно-правовых документах, регулирующих взаимоотношения . субъектов* . электроэнергетики: Использована: информация; размещенная? наг специализированных тематических и отраслевых: web-сайтах, внутренняя? информация сетевых компаний; и конкретных.промышленных предприятий.

Научная» новизна?диссертационного исследования состоит: в показателе и критерии эффективности- функционирования СЭПП, включающего техническое использование: оборудования, нормативные: требования к технологическому расходу электроэнергии» и показателям^ надежности, с учетом факторов КНЭ; в: методике: определениям инвестиционной составляющей? от снижения: ущербов с целью определения экономической целесообразности реконструкции СЭПГ1; в методике формирования: моделей надежности СЭИИ с учетом факторов КНЭ и взаимного влияния центров питания; в концепции: вертикально-интегрированной системы контроля надёжности электрооборудования (СКНЭ); в методике формирования программ реконструкции с учетом влияющих факторов КНЭ.

Практическая ценность работы определяется: возможностью применения полученных результатов в части обоснования и корректировки инвестиционных программ предприятий нефтехимического комплекса Республики Татарстан; определением условий разделения финансовой ответственности между электроснабжающими организациями и потребителями за поддержание допустимого уровня надежности электроснабжения; созданием единой электронной базы данных показателей надежности электрооборудования питающих и распределительных сетей.

5;5. Выводы по главе 5

Анализ проведенных расчетов? КПП и* технико-экономических^ показателей вариантов питающих сетей на; основе1 предложенных моделей надежности и программы «OPTIMA» позволяет сделать нижеследующие выводы:

1. Факторы КНЭ во внешней сети оказывают существенное влияние на значения показателей готовности производственных установок высокотехнологичных'предприятий, практически на порядок снижая их.

2. Сопоставление результатов расчетов по вариантам сети подтверждает установившуюся ^ практику применения для электроснабжения ответственных потребителей схем с тупиковыми, ответвительными подстанциями; модульного типа- питающихся. от одноцепных линий, подключенных в разных ЦП: При этом для существенного снижения«влияния! факторов КНЭ необходимо j чтобы, эти- ЦП были между собой» независимы, либо между ними отсутствовала.бы сильная-связь, посредством которой КНЭ со стороны одного ЦП могло бы.повлиять на второй источник (/^ >lg).

3. Проведенные расчеты показателей стратегической и оперативной надежности (модель. II) вариантов; питающей сети свидетельствуют, что. вероятности состоянишпоследних принимают установившиеся значения ужена 3-4-е сутки, (показатели, оперативной надежности переходят в стратегическую)- вопреки-' утверждению, что данный- переход длится; до. нескольких; недель (месяцев).

4. Показатели коммутационной надежности (модель 1), учитывая полученные аналитические' зависимости,, могут быть: использованы для; решения оптимизационных задач при планировании ремонтов на предприятиях (объединениях), например, оценка ремонтных программ по: критерию наиболее' высокого коэффициента готовности схем электроснабжения. Практическое их значение — скорость перехода питающей сети в полностью отказовое состояние.

5. Наибольшее влияние на готовность технологических установок потребителя оказывает степень их восприимчивости к факторам КНЭ (глубина, длительность, частота)^ Но этой* причине, перечень предлагаемых программ реконструкции и модернизации оборудования СЭ и их ранжирование должно осуществляться с учетом их специфики.

6. Предложенные в работе методика, определения инвестиционной составляющей от снижения ущерба у потребителя и полученный критерий экономической целесообразности реконструкции позволяют на основе ежегодных приведенных затрат оценить предлагаемые мероприятия по реконструкции и модернизации с точки зрения экономической эффективности.

7. При рассмотрении мероприятий по реконструкции и модернизации сетей, в* первую очередь, необходимо оценить их с точки зрения технической эффективности по предложенному критерию. При этом необходимо сопоставить их с некоторой нормативной величиной, к которой нужно-стремиться при сравнении между собой экономически * целесообразных вариантов.

8. Предложенные в работе программы реконструкции^ оборудования сетей, безусловно, могут быть эффективны с точки зрения < снижения воздействующего фактора, однако, в каждом конкретном случае при учете специфики потребителя, предпочтение следует отдавать>. наиболее экономически целесообразным — с наименьшими приведенными затратами, при условии, что они эффективны в техническом плане.

9. Сделанные по результатам,расчетов выводы, в разделе относительно степени эффективности предложенных программ реконструкций необходимо-учитывать при новом строительстве, с учетом экономичности нового электрооборудования и доступности независимых центров питания.

118

Заключение

По результатам проведенного исследования вопросов надежности функционирования схем электроснабжения промышленных предприятий, учета влияния на их работу возмущений во внешней питающей сети в виде воздействующих факторов КНЭ, анализа эффективности мероприятий по реконструкции и модернизации оборудования электроустановок получены нижеследующие результаты.

1. Выражения для комплексных показателей надежности СЭПП: среднегодовых значений недоотпусков и ущербов за календарные периоды, коэффициентов технического использования и эффективности.

2. Выражения для критериев эффективности с учетом технического использования нормативных требований» к надежности и технологическим потерям и экономической целесообразности модернизации и реконструкции объектов.

3. Предложена методика для определения инвестиционной составляющей от снижения ущербов у потребителя.

4. Разработанная методика формирования моделей надежности на основе однородных цепей Маркова с восстановлением и без восстановления позволяет учесть состояния ремонтов и отказов оборудования- СЭПП (отключения нагрузок), в том числе и по причине влияющих факторов КНЭ: Сформированные модели характеризуют оперативную, стратегическую и коммутационную надежность СЭПП, при этом аналитические решения систем уравнений моделей позволяют использовать их в оптимизационных задачах при оценке программ ремонтов по критерию наибольшей готовности.

5. Сформулированные модели учитывают состояния плановых ремонтов и отказы, в том числе по причине КНЭ, обусловленные различной степенью связанности (замкнутости) питающей сети и взаимного влияния ЦП. На основе предложенных моделей выведены простые выражения для расчета комплексных ПН типовых СЭ в целом.

6. Предложенная^ концепция организации и формирования системы СКНЭ, будучи внедренной в инженерную практику, позволит существенно поднять культуру эксплуатации и в ближайшие годы позволит получить солидную базу для решения разноплановых экономических задач, включая задачи оптимизации инвестиций в питающие сети. Полученные в результате статистической обработки однородные данные о надежности функционирования оборудования СЭПП подтверждают обоснованность применения Марковских моделей.

7. Разработанные в процессе выполненной работы электронные формы таблиц БД могут быть использованы как на Web-серверах филиалов, так и при формировании отчетов в ЦБД.

9. Факторы КНЭ во внешней сети оказывают существенное влияние на значения показателей' готовности производственных установок высокотехнологичных предприятий, практически на порядок снижая их.

10. Сопоставление результатов расчетов по вариантам сети подтверждает установившуюся практику применения для электроснабжения ответственных потребителей схем с тупиковыми ответвительными подстанциями модульного типа, питающихся от одноцепных линий, подключенных в разных ЦП. При этом для существенного снижения влияния факторов КНЭ необходимо, чтобы эти ЦП были между собой независимы, либо между ними отсутствовала бы сильная^связь, посредством которой КНЭ со стороны одного ЦП могло бы повлиять на второй источник.

11. Проведенные расчеты показателей стратегической и оперативной надежности (модель II) вариантов питающей сети свидетельствуют, что вероятности состояний последних принимают установившиеся значения уже на 3—4-е сутки (показатели оперативной надежности переходят в стратегическую) вопреки утверждению.

12. Показатели коммутационной надежности (модель I), учитывая полученные аналитические зависимости, могут быть использованы для решения оптимизационных задач при планировании ремонтов на предприятиях (объединениях), например, оценка ремонтных программ по критерию наиболее высокого коэффициента . готовности схем электроснабжения.

13. Предложенные в работе методика определения инвестиционной составляющей от снижения ущерба у потребителя и полученный критерий экономической целесообразности реконструкции позволяют на основе ежегодных приведенных затрат оценить предлагаемые мероприятия по реконструкции и модернизации с точки зрения экономической эффективности.

14. Предложенные в работе программы реконструкции оборудования сетей, безусловно, могут быть эффективны с точки зрения снижения воздействующего фактора, однако, в каждом конкретном случае при учете специфики потребителя, предпочтение следует отдавать наиболее экономически целесообразным - с наименьшими приведенными затратами, при условии, что они эффективны в техническом плане.

15. Сделанные по результатам расчетов выводы в разделе относительно степени эффективности предложенных программ реконструкций необходимо учитывать при новом строительстве, с учетом экономичности нового электрооборудования и доступности независимых центров питания.

1. Фокин Ю.А., Файницкий О.В., Алиев- Р.С. Структурно-функциональная надежность электроэнергетических систем и их объектов. Проблемы комплексной оценки // Изв. РАН. Энергетика. 1999. - № 5. С. 142-156.-Рус.

2. Лежнюк П.Д., Комар В.О., Кравцов К.Н. Критерий оценки качества функционирования распределительных сетей // Энергетика и электротехника. .№ . — С.1-8. - Рус.

3. Забелкин Б.А. Ограничение воздействия кратковременных нарушений электроснабжения на промышленных потребителей / Автореф. дис. . канд. техн. наук. — Казань, 2009.

4. Механошин Б.И., Шкапцов В.А., Васильев Ю.А. Повышение эффективности использования, существующих ВЛ на основе технического состояния и данных мониторинга температуры проводов. М. ЭЛЕКТРО- — 2007. №6.-С 37-41. Рус.

5. Гуров А.А., Сергунов КХА. Обоснование методики статистического исследования провалов напряжения в системах электроснабжения' общего назначения // Энергобезопасность и энергосбережение. http: // www. Energosovet.ru/

6. Розанов М.Н. Обзор существующих методов расчета надежности электрических сетей // Тр. ВНИИЭ. 1978. Вып. 55. - С. 38-55.

7. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Модели и методы исследования надежности систем энергетики // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1985.-№5. С. 50-59.

8. Эндрени Дж. Моделирование при расчетах надежности в электроэнергетических системах: Пер. с англ. / Под ред. Ю.Н. Руденко. — М.: Энергоатомиздат, 1983.

9. Галиев И.Ф. Разработка методики формирования моделей надежности функционирования энергоблоков ТЭС в энергосистеме: Автореф. дис. . канд. техн. наук. — М., 1990.

10. Грудинский П.Г. Надежность электрической части электрических станций и подстанций: Конспект лекций. — М.: Моск. энерг. ин-т, 1976.

11. Синчугов Ф.И. Расчет надежности схем электрических соединений. -М.: Энергия, 1971.

12. Околович М.Н. Проектирование электрических станций: Учебное пособие:для вузов. — М:: Энергоатомиздат, 1982.

13. Трубицин В.И. Теория надежности в вопросах1 эксплуатации и проектирования электрической части станций: — М:: Моск. энерг. ин-т, 1989.

14. Биллинтон Р., Аллан Р. Оценка .надежности, электроэнергетических систем: Пер. с англ.— М.: Энергоатомиздат, 1988:— 288 е.: ил.

15. Райншке К., Ушаков И.А. Оценка; надежности- систем с использованиехм графов. — М.: Радио и связь, 1980.

16. Фокин Ю.А; Вероятностно-статистические методы, в: расчетах систем электроснабжения. -М.: Энергоатомиздат, 1985.

17. Гук Ю.Б., Синенко М.М., Тремясов В.А. Расчет надежности схем электроснабжения. — Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1990;

18. Фокин- Ю.А., Туфанов В.А. Оценка- надежности систем электроснабжения. -М.: Энергоиздат,. 1981'.

19. Фокин Ю.А., Файницкий О.В., Алиев Р.С., Туманин А:Е. Вычислительный комплекс анализа структурно-функциональной надежности объектов ЭЭС. Метод, вопр: исслед. надеж, болын. систем энерг. — 1998. — 2. №49.-0.400-410,519.

20. Фокин Ю.А. Курилко М.В., Павликов B.C. Декомпозиция в расчетах надежности сложных электроэнергетических систем // Электричество. 1999. - № 12. - С. 2-9.

21. Гук Ю.Б., Каратун B.C., Карпов В.В., Синенко М.М., Тремясов В.А. Модели для анализа живучести основных сетей электроэнергетических систем. «Вопросы надежности при эксплуатации и упр. развитием энергосистем. — JL, 1986. — С. 73—78.

22. Васильев А.П., Гук Ю.Б., Карпов В.В. Надежность электроэнергетических установок и систем. Теория и практика. СПб.: ГУ Ленгосэнергонадзор. 2000. — 413 с.

23. Галиев И.Ф. Методы расчета надежности энергоустановок электростанций: Учеб. пособие. Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2005. - 144 с.

24. Керезов Р.И. Определение стационарной надежности сложных электроэнергетических систем методом Монте-Карло // Электричество. — 1990. № 8. - С. 68-70. - Рус.

25. Ou Y., Goel L. Using Monte-Carlo simulation for overall distribution system reliability worth assessment. IEE Proc. Generat., Transmiss. and Distrib. -1999. 146. № 5. C. 535-540.

26. Ding Ming, Zhang Ruhua. Применение метода Монте-Карло в задаче оценки надежности ЭЭС. Dianwang jishu Power Syst. Technol. — 2000. 24 №3. С. 9-12.

27. Курбацкий В.Г., Родина С.И. Повышение структурной надежности в сложных схемах электрической сети // Изв. вузов. Проблемы энергетики. — 1999. № 11-12. - С. 44-52. - Рус. ре . англ.

28. Свешников В.И., Копылов В.В. Модели провалов напряжения и критерии' отказа при расчетах динамической надежности // Изв. вузов. Электромеханика. 2002. - № 6. - С. 56-57.

29. Чернов Д.В. Исследование влияния надежности системы электроснабжения на качество электроэнергии на шинах сельских потребителей: Автореф. дис. . канд. техн. наук. С.-Петербург, гос. техн. унт, Санкт-Петербург. 2009. 20 с.

30. Неклепаев'Б.Н., Востросаблин А.А. О риске в электроэнергетике // Пром. энерг. 1999. - № 12. - С. 42-45. - Рус.

31. Неклепаев Б.Н., Востросаблин А.А. Оценка численных характеристик риска при принятии решений в электроэнергетике // Электрические станции. 2000. - № 5. - С. 40-44. — Рус.

32. Непомнящий В.А. Учет надежности при проектировании энергосистем. — М.: Энергия, 1978.

33. Фокин Ю.А. Надежность и эффективность сетей электрических систем. -М.': Высшая школа, 1989.

34. Малкин П.А. Критерий экономической эффективности для выбора объектов'основной электрической сети. В порядке обсуждения. Энергетик. № 1. -М.: НТФ «Энергопрогресс», 2003.

35. Денисов В.И. По поводу статьи-П.А. Малкина. Энергетик № 1. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2003. С. 12-13.

36. Goel L., Gupta R. Extending health considevations in subtransmission system to include reliability worth. IEE Proc. Generat., Transniss. and Distrib. 2000. 147, №6, c. 381-386.

37. Billinton R., Wang P. Reliability worth of distri bution system network reinforcement considering dispersed customer cost data. IEE Proc. Cenerat., Transmiss. and Distrib. 1999. - 146. - № 3. - C. 318-329. - Англ.

38. Неклепаев Б.Н., Востросаблин A.A. Вероятностные характеристики коротких замыканий в энергосистемах // Электричество. 1999. - № 8. — С. 15-23.-Рус.

39. Руденко Ю.Н., Розанов М.Н. Надежность систем энергетики и их оборудования. Справочник. Т. 2. Надежность электроэнергетических систем. Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 2000. — 565 с.

40. Balzer G., Neumann С., Strnad A. German utilities experience with the service performance of GIS. Rev. elec. et electron. 2000. - № 2. - C. 45-50. -Англ.

41. Колявин В.П., Рыбаков JI.M. Надежность и диагностика электроустановок: Учебное пособие. Map. гос. ун-т. — Йошкар-Ола. — 2000. — 348 с.

42. Морошкин Ю.В., Скопинцев В.А. Статистический подход применительно к анализу и прогнозированию аварийности в электроэнергетических системах // Изв. РАН. Энерг. — 1999. — № 4. — С. 110— 120.-Рус.

43. Андрюшин А.В., Баршак, Д.А., Гуськов- Ю:Л., Тимошенко Н.И; Система комплексного управления надежностью энергопредприятия. Энергосбережение и водоподготовка. 2000,1 № 4. С. 26-30.

44. Васильев А'.П. Применение математических моделей в задачах управления надежностью электрических сетей энергосистемы: Автореф. дис. . канд. техн. наук. С.-Петербург, гос. техн. ун-т, Санкт-Петербург. 1999. — 20 с.

45. Фокин Ю.А., Файницкий О.В. Повышение надежности ЭЭС с помощью оптимизации послеаварийных оперативных переключений в сети. Метод, вопр. исслед. надеж, болып. систем энерг. 2000. — № 51. — С. 251— 253.

46. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и её инженерные приложения. — М.: Наука, 1988.

47. Указания по применению показателей надежности элементов энергосистем и работы энергоблоков с паротурбинными установками. — М.: СПО «Союзтехэнерго», 1985.

48. Курбацкий В.Г., Родина С.И. Исследование структурно-функциональной надежности в электрических- сетях энергосистем. Братск, индустр. ин-т. Братск, 2000. - 182 с. - Деп. в ВИНИТИ 19.07.2000. № 2000-В00.

49. Абдуллазянов Э.Ю., Васильев Ю.А., Галиев И.Ф. Модели надежности схем электроснабжения предприятий. // Известия высш. учеб. завед. Проблемы энергетики. 2009. — № 5-6. - С. 67-74.

50. Механошин Б.И., Шкапцов В.А., Васильев Ю.А. Повышение эффективности использования существующих ВЛ на основе анализа их технического состояния и данных мониторинга температуры проводов. Москва; Электро, 2007, № 6; С. 37-41.

51. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Васильев Ю.А. Проблемы развития сетевой компании в условиях реформирования энергетики / Тр.

52. Всерос. науч.-техн. конф. «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы», Оренбург, 2007. -Изд-во Оренбург. гос. ун-та. С. 90-94.

53. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Васильев Ю.А. Оценка вероятностного ^ущерба! от последствий воздействия провалов напряжения / VIII Междунар. симп. «Энергоэффективность и энергосбережение», Казань, 2007.

54. Абдуллазянов Э.Ю., Васильев Ю.А., Федотов А.И. Проблемы^ инвестиционной деятельности сетевой компании в условиях реформирования энергетики // Энергетика Татарстана. 2008, № 3. — С. 70-75.о

55. Сафиуллин Д.Х., Васильев Ю.А. Аспекты управления надежностью электроснабжения потребителей / X Междунар. симп. «Энергоэффективность и энергосбережение», Казань, 2009. — С. 56-58.