автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Совершенствование технического состояния сельских электрических распределительных сетей напряжением 0,38...10 кВ

На правах рукописи

Лопатин Евгений Игоревич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 0,38...10 кВ (НА ПРИМЕРЕ РЯЗАНСКОГО РЕГИОНА)

Специальность 05.20.02 - Электротехнологни и электрооборудование в сельском хозяйстве (по техническим наукам)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 (4ДР 2012

Москва-2012

005013200

005013200

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агро-техиологическиП университет нменн П.А. Костычева»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Васильева Татьяна Николаепиа

Официальные оппоненты: Копылов Сергей Игоревич,

доктор технических наук, старший научньн сотрудник, Федеральное государственно бюджетное образовательное учреждены высшего профессионального образованн «Российский государственный аграрныГ заочный университет», профессор кафедры «Электротехники и автоматики»

Олин Дмитрий Михайлович кандидат технических паук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костромская государственная сельскохозяйственная академия», доцент кафедры «Электроснабжение»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроннженер-ный университет им. В.П. Горячкина».

Защита состоится « 18» апреля 2012 года на заседании диссертационного совета Д220.056.03 при Российском государственном аграрном заочном университете по адресу: 143900 Московская область, г. Балашиха, ул. Юлиуса Фучика, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета ФГБОУ ВПО РГАЗУ, и на сайте: \v\vw.rgazii.ru.

Автореферат разослан «45> марта 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., доцент МоховаО.П.

С^со^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Система электроснабжения сельскохозяйственных потребителей напряжением 0,38...10 кВ характеризуется низкими показателями надежности и значительным недоотпуском электроэнергии присоединенным потребителям. Продолжительность перерывов в электроснабжении по Рязанской области составляет 90- 130 часов в год. Это обусловлено высоким износом оборудования трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ, значительной протяженностью воздушных линий электропередачи напряжением 0,38...10 кВ, выполненных неизолированными проводами, эксплуатацией несовершенных коммутационных аппаратов, радиальным, в основном, принципом построения электрических схем.

Электрическое хозяйство Российской Федерации включает воздушные линии электропередачи напряжением 0,38...110 кВ протяженностью свыше 2,5 млн. км и трансформаторных подстанций 6...110 кВ суммарной мощностью свыше 300 МВА. Из них электрические сети сельскохозяйственного назначения напряжением 0,38... 110 кВ общей протяженностью около 2,3 млн. км, напряжением б...10 кВ - около 1,2 млн. км, напряжением 0,38 кВ -свыше 800 тысяч километров. В Рязанском регионе эксплуатируется свыше 33 тысяч км линий электропередачи напряжением 0,38-10 кВ и около 8,5 тысяч распределительных и трансформаторных пунктов. Из общего числа отказов электрооборудования электрических сетей всех уровней напряжения на электрооборудование напряжением 0,38... 10 кВ приходится до 70-75% отказов.

Огромный вклад в развитие теории надежности внесли Гук Ю.Б., Буд-зко И.А., Гнеденко Б.В., Левин М.С., Лещинская Т.Б., Васильева Т.Н., Копылов С.И., Воробьев В.А., Сырых H.H., Рыбаков Л.М. и другие. Вместе с тем, существующие методы оценки технического состояния электрических распределительных сетей учитывают параметры вне их связи с природно-климатическими факторами, условиями эксплуатации, квалификацией персонала.

Важное значение приобретает прогнозирование надежности и технического состояния электрических распределительных сетей 0,38-10 кВ сельскохозяйственного назначения. Для сокращения числа отказов и повышения надежности системы электроснабжения в целом, наиболее целесообразным является совершенствование системы технического обслуживания электрооборудования, так как полная модернизация и замена электрооборудования новым потребует крупных единовременных капиталовложений. Поэтому вопросы повышения надежности системы электроснабжения за счет совершенствования комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования являются актуальными.

Цель работы - совершенствование системы технического состояния электрооборудования для повышения надежности сельских электрических

распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ с учетом влияния природно-климатических факторов.

Объектом исследования является силовое электрооборудование сельских распределительных сетей напряжением 0,38...10 кВ.

Предметом исследования является математическая модель оценки и совершенствования технического состояния электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38... 10 кВ.

Задачи исследования:

1. Анализ методов оценки технического состояния электрооборудования, классификация причин его отказов на основе статистической обработки данных в сельских электрических распределительных сетях напряжением 0,38... 10 кВ Рязанского региона;

2. Определение законов распределения аварийных отказов электрооборудования;

3. Теоретическое обоснование и аналитическое исследование влияния природно-климатических факторов на количество отказов электрооборудования воздушных линий электропередачи напряжением 0,38... 10 кВ;

4. Формирование методики и разработка математической модели оценки эффективности комплекса средств повышения надежности электроснабжения на основе теории массового обслуживания;

5. Имитационное моделирование надежности электроснабжения потребителей напряжением 0,38-10 кВ с помощью системы оценки эффективности комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.

Методы исследования. Исследование базируется на теории надежности, методов математического моделирования, математической статистики, корреляционно - регрессионного анализа, теории массового обслуживания. Расчеты проведены с помощью пакетов прикладных программ Statistica 6.0 корпорации STATSOFT, SYSTAT 11.00.01 корпорации SYSTAT, математический модуль Mahtcad 2001 pro. Численные результаты получены с использованием разработанного на языке программирования Delphi программного обеспечения.

Новизна работы заключается в следующем:

1. Определении степени влияния основных факторов на техническое состояние силового электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ;

2. Построении математической модели на основе корреляционно - регрессионного анализа, устанавливающей зависимость между природно-климатическими факторами, действиями обслуживающего персонала и отказами электрооборудования;

3. Создании с применением системы массового обслуживания математической модели оценки влияния каждого из рассматриваемых средств на повышение надежности электроснабжения;

4. Разработке методики, алгоритма и программного обеспечения «Эксперт 1.0» для оценки эффективности комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.

Достоверность разработанных научных положений, методик, сделанных выводов и рекомендаций обеспечивается корректным применением современных методов исследования; использованием методов математической статистики, представительным объемом статистического материала; совпадением результатов, полученных для моделей и реальных электрических сетей Рязанского региона.

На защиту диссертации выносятся следующие положения:

1. Обоснование разнообразия закономерностей распределения причин отказов по дням электрооборудования сельских распределительных электрических сетей напряжением 0,38...10 кВ;

2. Разработка математической модели оценки влияния природно - климатических факторов на отказы электрооборудования для формирования комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования;

3. Метод оценки влияния природно-климатических факторов, его учет при планировании комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования для повышения надежности системы электроснабжения;

4. Выбор эффективной систем технического обслуживания электрооборудования сельских распределительных электрических сетей за счет оптимальной стратегии проведения ремонтных работ, определения количества специальной техники и эксплуатационного персонала, обеспечения ремонтных подразделений запасными частями и оборудованием.

Практическую значимость представляет методика оценки технического состояния и повышения эффективности сельских распределительных электрических сетей, реализованная в программном обеспечении «Эксперт 1.0», написанного на языке Delphi версии 7.0 фирмы Borland, позволяющая предприятиям электрических сетей обеспечивать нормируемый уровень надежности электроснабжения у потребителей за счет внедрения рекомендуемого комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы приняты к реализации на:

- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Сасовские электрические сети» «Пителенский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 24.05.2011 года;

- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Рязанские электрические сети» «Рыбновский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 06.06.2011 года;

- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Рязанские электрические сети» «Пронский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 14.10.2011 года.

- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Рязанские электрические сети» «Михайловский РЭС», что подтверждается актом внедрения 12.12.2011 года;

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись на международной научно - практической конференции в г. Москве (ГНУ ВНИИМ, 2010 г.), научно - практической конференции г. Троицк (ФГОУ ВПО УГАВМ, 2009 г.), научно - практической конференции г. Мичуринске (ФГОУ ВПО МичГАУ, 2011 г.), международных научно - практических конференциях и семинарах в г. Рязани (ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2009 - 2011 г.), третьем этапе Всероссийской научно - практической конференции в г. Саратове (ФГОУ ВПО СГАУ, 2011 г.), а также на семинарах по повышению квалификации и обучению эксплуатационного персонала ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго».

Личный вклад автора. Разработка математической модели оценки и совершенствования технического состояния электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38...10 кВ, формирование на ее основе методики, построение алгоритма и создание программного обеспечения «Эксперт 1.0», апробирование результатов исследования, внедрение разработок в практику и подготовка основных публикаций по научной работе.

Публикации. Научные положения, полученные автором, опубликованы в 12 изданиях, из них 3 - по перечню ВАК.

Структура диссертации и ее объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы составляет 274 страницы. Основная часть состоит из 163 страницы, включает 68 таблицы и 67 рисунков. Библиографический список содержит 125 наименований. Приложение составляет 120 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованна актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи, излагаются положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ средств и методов повышения надежности системы электроснабжения» выполнен анализ существующих методов оценки технического состояния электрооборудования. Рассмотрено современное состояние системы электроснабжения промышленных, сельскохозяйственных и коммунально - бытовых потребителей распределительных сетей напряжением 0,3 8... 10 кВ. При этом обоснованна необходимость повышения надежности системы электроснабжения и совершенствования системы технического обслуживания электрооборудования.

Система технического обслуживания включает в себя комплекс средств:

1) повышение требований к эксплуатационному персоналу, к производственной дисциплине и росту квалификации;

2) рациональная организация текущих и капитальных ремонтов;

3) механизация ремонтных работ;

4) обеспечение аварийных запасов материалов и оборудования;

б

5) совершенствование методов и сокращение времени поиска отказов электрооборудования;

6) проведение работ под напряжением.

Применение комплекса средств технического обслуживания позволит поддержать работоспособное состояние изношенного электрооборудования, поскольку его полная модернизация потребует значительных единовременных капиталовложений, что в данное время для энергоснабжающих компаний не представляется возможным.

Кроме того, существующие методы оценки технического состояния электрических распределительных сетей учитывают параметры вне их связи с природно-климатическими факторами, условиями эксплуатации, квалификацией персонала.

Во второй главе «Теоретические обоснование и аналитическое исследование влияния природно-климатических факторов на техническое состояние сельских электрических распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ» выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, направленных на оценку числа и причин отказов силового электрооборудования, их классификации, определения законов распределения, а также степени влияния основных факторов на его техническое состояние.

Рассмотрены статистические данные по причинам отказов электрооборудования, полученные в ходе его эксплуатации в период с 1994 по 2007 год на энергоснабжающих предприятиях Рязанского региона.

Проанализированы также ежедневные природно-климатические факторы, полученные в результате многолетних наблюдений по Рязанскому региону с 1994 по 2000 год и информация, принятая с сервера «Погода России» за период с 2001 по 2007 годы включительно.

Условно все отказы по причине возникновения были классифицированы на четыре группы:

1. Природно-климатические;

2. Эксплуатационные;

3. Внешние независимые;

4. Прочие.

Природно-климатические факторы являются причиной отказов электрооборудования в 50 - 55 % случаях (рисунок 1). При детальном изучении установлено, что предпосылками в 80% случаях отказов электрооборудования является его высокий износ, и их возможно предотвратить при соответствующей системе технического обслуживания и текущего ремонта.

60 50 40 30 20 10

Природно- Эксплуатационные Внешние Прочие

климатически« независимые

Рисунок 1. Гистограмма распределения причин отказов

Обработка статистических данных, полученных в ходе эксплуатации электрооборудования распределительных сетей напряжением 0,38... 10 кВ, а также природно-климатических факторов, произведена в три этапа.

На первом этапе выполнено построение статистического ряда в виде гистограммы (рисунок 2) для создания наглядности изображения при большом количестве исходных данных.

Рисунок 2. Гистограмма кумулятивных частот попадания в интервалы

Определен закон распределения случайной величины, за которую был принят отказ электрооборудования. Закономерности, наблюдаемые в массовых случайных явлениях, проявляются тем точнее и отчетливее, чем больше объем статистического материала. Теоретически при достаточном количестве опытов свойственные этим случайным величинам закономерности будут осуществляться сколь угодно точно. К методике обработки экспериментальных данных были предъявлены требования, чтобы она, сохраняла типичные, характерные черты отказов электрооборудования и отбрасывала все несущественное, второстепенное, связанное с недостаточным объемом опытного материала. На первом этапе обработки решена задача сглаживания или выравнивания статистических данных, представления их в

наиболее компактном виде с помощью простых аналитических зависимо-

стей

Второй этап включал проверку правдоподобия гипотезы о законе распределения. Была определенна степень правдоподобия статистического материала с подобранным законом распределения при помощи критериев х' Пирсона и Колмогорова.

, . Сп ~кР.) у - у_!_!_

б = шах р)

0<х<оо

Для причин отказов с нормальным законом распределения применен расчет по критерию Стьюдента.

На третьем этапе произведено нахождение неизвестных параметров распределения путем расчета числовых характеристик случайной величины по данным выборки. Результаты расчета были сведены в таблицы частот и кумулятивных частот попадания данных в интервалы разбиения (таблица 1) и построены гистограммы.

Выявлено, что значение фактических критериев согласия Пирсона, Колмогорова, Стьюдента теоретических и экспериментальных величин количества отказов электрооборудования не превышает табличного. Для всех законов распределения доверительная вероятность расчета равна р = 0,95, относительная ошибка - 5 =0,1, уровень значимости принят а = 0,01.

Таблица 1. Таблица частот и кумулятивных частот попадания данных в интервалы разбиения _

Интервалы Количество попаданий в интервал Кумулятивное число попаданий Частота попадания в интервал,% Кумулятивные частоты, %

0<х<=10 11 11 8,2512 8,2512

10<х<=20 71 82 46,512 54,763

20<х<=30 33 115 22,153 76,916

30<х<=40 16 131 10,253 87,169

40<х<=50 17 148 10,877 98,046

50<х<=60 3 151 1,9221 99,968

60<х<=70 1 152 0,0064 99,974

70<х<=80 2 154 0,0128 99,987

80<х<=90 1 155 0,0064 99,9936

90<х<=100 0 155 0 99,9936

100<х<=110 1 156 0,0064 100,00

Установлено, что в течение года количество отказов, обусловленных различными причинами, распределено неравномерно (рисунок 3).

На основании статистического расчета выявлено, что преобладающими законами распределения случайной величины являются экспоненциальный (68%), нормальный (13%), равномерный (5%), логонормапьный (5%).

6% Декабрь 3%январь

8% Июнь

Рисунок 3. Среднее годовое распределение отказов обусловленных атмосферными осадками по месяцам за рассматриваемый период с 1994 по 2007 гг. выраженное в процентах

Преимущественно это отказы, обусловленные гололедно-ветровыми нагрузками, влажностью, прочими причинами, которые можно описать выражениями:

/М = —т=е

сг V2л:

/(*) = -=--е 2 '

\2л - а -х

>

Ь-а

(3)

(4)

(5)

(6)

В третьей главе «Математическая модель отказов электрооборудования распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ» на основе корреляцион-

ю

но-регрессионного анализа установлена зависимость между природно-климатическими факторами, действиями обслуживающего персонала и отказами электрооборудования.

Выявлены периоды с наибольшей интенсивностью отказов за двенадцать месяцев года. При этом отказы рассмотрены поквартально и оценен сезонный характер каждого квартала.

Статистически определенны четыре периода года с наибольшей интенсивностью возникновения отказов: с 20 по 31 марта, с 1 по 16 мая, с 1 по 29 июля, с 1 по 16 октября (рисунок 4).

О .....—........-.......................—...............-...........................................

123456789 10 11 12 Месяц

Рисунок 4. Гистограмма распределения отказов, обусловленных гололедно - ветровыми нагрузками

Изучение влияния природно - климатических факторов и действий (бездействий) персонала осуществлено на примере электрооборудования воздушных линий напряжением 0,38... 10 кВ, которое по статистике (рисунок 6) и анализу показателей надежности (таблица 2) является самым повреждаемым элементом системы электроснабжения.

При решении данной задачи был использован метод множественного корреляционного и регрессионного анализа. Влияние природно-климатических причин и действия (бездействия) персонала рассматриваются как факторные признаки х„ х^ а отказы электрооборудования как результирующий признаку, ур

Таблица 2. Показатели надежности электрооборудования за рассматриваемый период _____

Наименование Р(0 0» со, 1 /год Т, год Т„ч Кг Т„,ч к„ к„„

Распределительные пункты 0,83 0,17 0,2 5 2,82 0,639 0,235 0,361 0,56

Трансформатор 10/0,4 кВ 0,92 0,08 0,07 14,2 2,88 0,83 0,83 0,17 0,2

Кабельные линии б-10кВ 0,98 0,02 0,02 50 1,3 0,97 0,1 0,03 0,03

Кабельные линии 0,38 кВ 0,98 0,02 0,02 50 1,3 0,97 0,1 0,03 0,03

Воздушные линии 0,38 кВ 0,95 0,05 0,05 20 0,04 0,99 0,99 0,01 0,01

Ввод (воздушный) 0,91 0,09 0,09 11,1 0,675 0,94 0,94 0,06 0,06

Масляный выключатель 0,93 0,07 0,07 14,2 0,91 0,91 0,1 0,09 0,1

Автоматические воздушные выключатели до 1 кВ 0,91 0,09 0,06 15 0,75 0,98 0,05 0,02 0,02

Вакуумный выключатель 0,98 0,02 0,02 50 1,3 0,97 0,1 0,03 0,03

Вентильный разрядник 0,94 0,06 0,06 20 2,275 0,89 0,175 0,11 0,12

Для типичной схемы Рязанского региона сельской электрической распределительной сети потребителей напряжением 0,38...10 кВ (рисунок 5), рассчитана повреждаемость воздушных линий (таблица 3).

влэтокв ас 35/6. г

влэп 10 кв АС 35/6,2

Рисунок 5. Схема электроснабжения сельскохозяйственных потребителей напряжением 0,38... 10 кВ

Таблица 3. Показатели надежности воздушных линий напряжением

0,38 ... 10 кВ

№ Наименование линии Напряжение, ином; кВ Длина, Ь, км Частота отказов, 1/год

1 Поздное - Грязное 10 16 4

2 Поздное - Осовец 10 10 2,5

3 Поздное - Щегалево 10 8 2

4 Поздное - Половнево 10 14 3,5

5 Поздное - Александрове 10 18 4,5

6 н.п. Александрове 0,38 1,4 1,05

7 0,38 2,2 1,65

8 0,38 2,3 1,725

9 0,38 1,9 1,425

6000 3_ 5000 § <1000 | 3000 == .......=...........=== ==........~......===....... ---

-------- м.......................-

| 2000 ¥ 1000 £ ...._______._ ■»тт^-гг-^-.....-Л--Г-Г.-Г

.....•

§ 0 / / / / / ** /

Рисунок 6. Гистограмма распределения числа отказов электрооборудования, обусловленных ветровыми нагрузками

Определен коэффициент корреляции Браве - Пирсона г1 для отказов электрооборудования обусловленных природно-климатическими факторами:

Если распределение случайной величины происходит по нормальному закону распределения, или предположение о том, что двумерная выборка (х[, у{) получена из двумерной нормальной генеральной совокупности принимается, то применен коэффициентом ранговой корреляции Спирмена (ч1):

п-(п2-1) ' (8)

Предполагая, что между переменными X], х2, у существует линейная корреляционная зависимость, найдено ее аналитическое выражение (т.е. уравнение регрессии у по X] и х2).

Оценка значимости коэффициента корреляции г проведена с использованием ^критерия Стьюдента. Полученное значение критерия составляет

13

1фа1ГГ=4,33, что больше табличного (^=2,750), и свидетельствует о значимо сти коэффициента корреляции и существенной связи между отказами обору дования воздушной линии 0,38... 10 кВ и природно - климатическими факто рами. Получены уравнение однофакторной (парной) линейной корреляцион ной связи, которые имеют вид:

>> = ао + а,х

(9

Используя вышеуказанные формулы для вычисления параметров ли нейного уравнения регрессии и расчётные значения, получаем:

а, =

ху-ху

X2 -а„ = у + а^х

(10

Уравнение множественной регрессии для различных природных явле ний, влияния человека и отказов электрооборудования на примере 2007 год по Рязанскому региону имеет вид, приведенный в таблице 4.

Таблица 4. Уравнения множественной регрессии для отказов электро

Природное явление Уравнение регрессии Г1 Степень взаимосвязи

1 2 3 4

Гололедно - ветровые нагрузки у=45,4+0,45 X] 0,74 высокая

Температурные колебания у=-9,55+0,13х] 0,12 слабая

Атмосферные перенапряжения у=-3,4+0,35x1 0,59 заметная

Влажность у=-4,59+0,5x1 0,48 умеренная

Атмосферные осадки у=-3,56+0,62x1 0,93 весьма высокая

Определен множественный коэффициент корреляции г1 для отказов электрооборудования за 1994 - 2007 гг. по Рязанскому региону, которые произошли из - за бездействия эксплуатационного персонала и по шкале линейной корреляционной зависимости признаков Чеддока была установлена степень взаимосвязи. Коэффициент корреляции г для генеральной совокупности, как правило, неизвестен, поэтому оценивается по экспериментальным данным, представляющим собой выборку объема п пар значений (*,, у,), полученную при совместном измерении двух признаков х и у.

Уравнение множественной регрессии вида у = п1 + п2х1 + Пзх2 показыва ет, что при увеличении х/ (при неизменном х2) на одну единицу количеств отказов увеличивается на п2, а при увеличении х2 (при неизменном X/), на ве личину п3.

Корреляционный анализ подтвердил значительное влияние человеческого фактора на отказы, причинами которых первоначально считались природно-климатические факторы. Таким образом, из общего числа отказов электрооборудования распределительных сетей 0,38... 10 кВ природно-климатический фактор, хоть и является преобладающим, но имеет прямое влияние лишь на 20-22%.

Зависимость отказов оборудования воздушных линий 0,38...10 кВ от гололедно - ветровых нагрузок и человеческого факторов, по данным оперативно - диспетчерской службы на примере 2007 года, показана на трехмерной гистограмме, изображенной на рисунке 7.

Количественные критерии для оценки тесноты связи (шкала Чеддока) приводится в таблице 5.

Таблицы 5. Количественные критерии оценки тесноты связи (шкала Чеддока)__ ____

Величина коэффициента корреляции 0,1-0,3 0,3-0,5 0,5-0,7 0,7 - 0,9 0,9-1,0

Характеристика силы связи слабая умеренная заметная высокая весьма высокая

Рисунок 7. Зависимость отказов электрооборудования воздушных линий 0,38...10 кВ от гололедно - ветровых нагрузок и человеческого фактора

Проведена оценка тесноты связи по шкале Чеддока, которая в виде гистограммы изображена на рисунке 8.

электрооборудования с природно климатическими факторам

Построена графическая зависимость отказов элементов распредели тельных сетей напряжением 0,38... 10 кВ от каждого природно - климатиче) ского фактора для всего периода наблюдения,

В четвертой главе «Методика оценки комплекса средств технического обслуживания для повышения надежности систем электроснабжения» создан! на основе системы массового обслуживания модель оценки влияния каждог из рассматриваемых средств на повышение технического состояния сель! ских электрических распределительных сетей. Разработана методика, алго ритм и программное обеспечение «Эксперт 1.0» для реализации эффективно! системы технического обслуживания электрооборудования за счет оптималь! ной стратегии проведения ремонтных работ, определения количества специ альной техники, запасных частей и оборудования, персонала.

Для разработки методики оценки и повышения эффективности применения комплекса средств технического обслуживания системы электроснаб-1 жения напряжением 0,38... 10 кВ применен метод теории массового обслуживания. Каждая составляющую комплекса средств технического обслужи-1 вания рассматривалась как одноканальная или многоканальная система массового обслуживания (СМО) с ограниченной очередью (система с потерями) для потребителей 1 категории и неограниченной очередью (система без потерь) для потребителей 2 и 3 категории по надежности электроснабжения. За один канал (систему) обслуживания принята одна организационная единица (количество бригад, техники и т.д.). Энергоснабжающее предприятие в целом рассмотрено как многоканальная СМО. Возникновение отказа, представлено как поток однородных заявок (пуассоновский поток), появляющихся в случайные моменты времени.

Для систем с ограниченной очередью заявка, поступившая в СМО в момент, когда все каналы обслуживания заняты, получает отказ и уходит в другую обслуживающую систему (например, подрядную организацию).

Схема возможных переходов системы обслуживания из одного состояния в другое показана в виде схемы, изображенной на рисунке 9.

И 218 (к-1)Сул (к)0 (к+1)ОуИ пЦл\

■я,

и

к-1

а

Рисунок 9. Схема возможных переходов системы из одного в другое

состояния

На основании разработанной методики построен алгоритм с использованием стандартных блок-схем (рисунок 10).

Организация ТО и TF

Определение количества персонала

Формирование запаса эл. оборудования

Механизация ремонтных работ

Стартовое/ окно /

-''Выбор

стартовой

^позиции^

Помощь

f Выбор ~7_

дочерней позицщу

Планирование Оптимизация Механизация численности расхода ремонтных

1 1 персонала 4 склада работ .

Проведение

Ввод данных

Ввод данных

Ввод данных

Ввод данных

Помощь

Помощь

Помощь

Помощь

Рисунок 11. Стартовое окно программы «Эксперт 1.0»

^ Выход ^

Рисунок 10. Общий алгоритм программы «Эксперт 1.0»

Практической реализацией разработанной методики стала программа под названием «Эксперт 1.0», которая написана на языке Delphi версии 7.0 фирмы Borland.

Для начала работы пользователю необходимо выбрать одну из четырех составляющих средств системы технического обслуживания электрооборудования в стартовом окне (рисунок 11).

—— '............................-.......... ................- ——

^ Начало J

Результат расчета механизации ремонтных работ

Файл Помощь

Вероятность что система свободна:

¡ероятность что в си<

перлитная пропчскная способность

?роятность. что

Среднее число заявок в очереди:

доа-: .- Ш Л

Среднее время пребывания заявки в системе:

пребывания заявки в очереди:

Рисунок 12. Окно результатов программы «Эксперт 1.0»

Далее необходимо заполнить все значения в дочерних окнах программы Для удобства выбора некоторые исходные данные представлены в виде рас] крывающегося списка. Все действия пользователя сопровождаются комментариями, которые расположены в кнопке «Помощь». В случае ввода бук вместо цифр, или дробного числа программа выдаст предупреждение о недопустимом действии.

При расчете программа «Эксперт 1.0» выдает значение следующих показателей (рисунок 12): вероятность того, что СМО свободна, вероятность отказа в обслуживании, относительная пропускная способность системы об| служивания, вероятность обслуживания заявки, абсолютная пропускная спо 1 собность системы, среднее число занятых каналов и другие.

Программа «Эксперт 1.0» ориентирована на Рязанский регион, но после внесения некоторых корректировок может быть использована для предприятий электрических сетей других областей.

В пятой главе «Экономическое обоснование применения комплекса средств технического обслуживания» представлены экономические расчета, показывающие, что применение разработанного комплекса средств повышения эффективности работы сельских электрических распределительных сетей позволяет повысить надежность системы электроснабжения потребителей до нормируемого уровня и получить значительный экономический эффект

На примере производственного объединения «Рязанские электрические сети» филиал «Михайловский РЭС» проведен технико-экономический расчет. В настоящее время предприятия электрических сетей обеспеченны подразделениями, спецтехникой, запасными частями и материалами, проводят стратегии технического обслуживания или ремонта не в полной мере, и лишь для устранения отказов электрооборудования и их последствий (табли-

ца 6). При этом высказываются претензии со стороны потребителя на надежность электроснабжения, снижается прибыль энергосбытовых компаний из -за недоотпуска электроэнергии и выплату штрафов за невыполнение условий надежности электроснабжения.

Таблица 6. Результаты оценки эффективности организации технического

осмотра и текущих ремонтов

Количество СМО 1 2 3 4 5

Стратегия ремонта План 1 Факт План Факт План 1 Факт План Факт я к С и а е

Ро 0,9 0,88 0,92 0,91 0,94 0,93 0,95 0,94 0,95 0,95

Рк 0,04 0,05 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

Робе - - 0,94 0,93 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95

- - 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

Рп+ш - - 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

0,12 0,14 - - - - - - - -

к3 - - 0,13 0,14 0,13 0,12 0,12 0,11 0,11 0,09

Кпи - - 0,64 0,62 0,71 0,75 0,83 0,85 0,87 0,89

- - 1,95 1,94 2,95 2,94 2,95 2,94 2,95 2,94

^сист 0,25 0,26 0,23 0,24 0,22 0,23 0,21 0,22 0,2 0,21

N0, 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

6,42 6,42 6,2 6,09 5,93 5,94 5,87 5,9 5,85 5,86

т 1 04 4,02 4,2 3,84 4,01 3,82 3,95 3,79 3,93 3,72 3,94

В связи с этим рекомендовано привлечение подрядных организаций, приобретение спецтехники для выполнения профилактических работ и предупреждения отказов (рисунок 13).

0,94

к

I 0,92

ГЛ

1 0.9 х

«и со

0,78 --------—------

12 3 4 5 6

Число подразделений, шт

Рисунок 13. Зависимость вероятности обслуживания заявки от числа подразделений предприятия электрических сетей

Установлено, что для предприятия «Михайловские РЭС» достаточн привлечение 1-2 бригад и одной единицы специальной техники на периодь с высокой интенсивностью отказов электрооборудования, обусловленны природно - климатическими факторами (рисунок 13).

Расчет показал, что экономический эффект на предприятии при проведени ремонтных работ основного электрооборудования напряжением 0,38... 10 кВ можс бьпъ достигнут за счет применения нескольких стратегий обслуживания, а также з счет возможности обеспечения равномерности входного потока заявок. Годовой эю номический эффект от применения разработанной методики оценки эффективное! комплекса средств технического обслуживания для повышения надежности системь электроснабжения по отношению к принятому на предприятиях ОАО «МРСК Центр и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» составляет 760,6 тыс. рублей в год для «Ми хайловский РЭС».

В заключении приводятся основные результаты, полученные в дис сертационной работе.

В приложении представлены основные и промежуточные результаты диссертационной работы, графические материалы, а также акты внедрения на предприятии ОАО «МРСК Центра и Приволжья».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе рассмотрено повышение надежности сельских распределительных сетей напряжением 0,38...10 кВ за счет совершенствования системы технического обслуживания электрооборудования.

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований сводятся к следующему:

1. При проведении системы технического обслуживания электрического оборудования распределительных сетей напряжением 0,38...10 кВ необходимо учитывать надежность оборудования, характер воздействующих природно-климатических факторов, особенности функционирования и построения системы электроснабжения, а также уровень оснащенности электро-снабжающего предприятия запасными частями электрического оборудования, специальными машинами и механизмами, количество персонала.

2. Анализ технического состояния электрооборудования сельских электрических распределительных сетей по Рязанскому региону показал, что оно не удовлетворяют требованиям потребителей по надежности электроснабжения.

3. Выявлены и обоснованны признаки, характеризующие отказы основного силового оборудования распределительных электрических сетей, классифицированы причины отказов по воздействующим факторам, определенны основные характеристики генеральной совокупности отказов силового электрооборудования, подобранны законы распределения причин отказов электрооборудования и рассчитаны их параметры, позволяющие оценить надежность электрического оборудования и систем электроснабжения.

4. Установлено, что преобладающей причиной отказов электрооборудования являются ветровые нагрузки (40-42% отказов) и температурные колебания (14-16%), которые входят в группу природно-климатических факторов. В группе эксплуатационных факторов преобладающей причиной являются перегрузки по току и несимметрия напряжения (45%), в группе внешних независимых факторов значительную часть составляют попадание под напряжение животных и птиц (78%). Определено, что наиболее низкие показатели надежности (Р = 0,87; Q = 0,13) наблюдаются у воздушных линий электропередачи, при этом наиболее повреждаемым элементом являются неизолированные провода (до 70 % всех отказов).

5. Созданы теоретические положения управления системой технического обслуживания электрооборудования распределительных сетей на базе теории массового обслуживания, предложенных в качестве математических моделей функционирования электрооборудования и систем электроснабжения, с учетом динамических взаимосвязей между ними, характера природно - климатических факторов. Основными законами распределения количества отказов электрооборудования напряжением 0,38... 10 кВ являются экспоненциальный (68%), нормальный (13%), равномерный (5%), а также логарифмический нормальный (5%).

6. Разработанная методика, позволяет достоверно определять степень тесноты взаимосвязи между природно-климатическими факторами, отказами электрооборудования и человеческим фактором. В 65% случаях теснота связи отказов с природно-климатическими факторам является высокой, в 13% - весьма высокой, в 12% - заметной, в 4% - умеренной, в 6% случаях - слабой. Установлено, что 62% общей вариации отказов обусловлено вариацией природно-климатического фактора.

7. Предложена методика и разработан алгоритм оценки эффективности и совершенствования комплекса средств технического обслуживания для повышения надежности, в котором каждая составляющая рассматривается как одноканаль-ная или многоканальная система массового обслуживания с ограниченной очередью (система с потерями) для потребителей первой категории и неограниченной очередью (система без потерь) для потребителей второй и третьей категории по надежности электроснабжения.

8. Идеальная эффективность удовлетворения заявки (устранения отказа электрооборудования), равная 0,97...0,99, получена при входящем пуассоновском потоке (одинарный равномерный поток) и выходящем потоке Пальма (поток без последствий). Она позволяет планировать систему технического обслуживания на любой период времени.

9. Разработано программное обеспечение «Эксперт 1.0» в среде программирования Delphi версии 7.0 фирмы Borland, позволяющее проводить оценку эффективности комплекса средств технического обслуживания для повышения надежности электрооборудования воздушных линий напряжением 0,38...10 кВ по Рязанскому региону.

10. Произведена оценка экономической эффективности от реализации разработанного комплекса средств технического обслуживания электрооборудования системы электроснабжения на предприятиях ОАО «МРСК Цешра и Приволжья» филиал

«Рязаньэнерго». Ожидаемый экономический эффект составил 760,6 тыс. рублей д филиала «Михайловский ЮС».

11.Результаты исследования внедрены в учебный процесс по дисц плине «Надежность электрического оборудования и систем электроснабж ния» для студентов специальности 110302.65 «Электрификация и автомат зация сельского хозяйства» и направлению подготовки бакалавров 110800.6 «Агроинженирия», профиль подготовки «Электрооборудование и электро технологии в сельском хозяйстве» в Федеральном государственном бю, жетном образовательном учреждение высшего профессионального образо вания «Рязанский государственный агротехнологический университет имен П.А. Костычева», а также на курсах повышения квалификации сотруднико ОАО «МРСК Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго». Предприяти дана рекомендация о необходимости оснащения служб программным обес печением «Эксперт 1.0».

Основные положения диссертационной работы отраженны в следующи публикациях:

1. Издания по перечню ВАК:

I. Лопатин, Е.И. Использование программного обеспечения для оцен мероприятий по повышению надежности воздушных линий / Т.Н. Васильев Е.И. Лопатин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 201 №6.-С. 22-24.

2. Лопатин, Е.И. Оценка организационно - технических мероприятий п вышения надежности электроснабжения / Е.И. Лопатин // Вестник Мичури ского государственного аграрного университета. - 2011, №1. - часть 1. - С.2 -224.

3. Лопатин, Е.И. Анализ надежности электрооборудования распредел тельных сетей напряжением 0,38...10 кВ /Е.И. Лопатин // Сельский механиз тор,-2011, №6.-С. 30-31.

II.Прочие публикации:

1. Лопатин, Е.И. Стратегии обслуживания электрооборудования / Т.Н. В сильева, Е.И. Лопатин // Сборник статей XIV международная научн практическая конференции молодых учёных и специалистов «Молодость, т лант, знания агропромышленному комплексу России», Троицк: УГАВМ, 200 - С. 245-248.

2. Лопатин, Е.И. Дистанционный контроль технического состояния опо воздушных линий 0,4... 10 кВ/ Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Сборник нау ных докладов Международной научно - практической конференции «Ресурс сберегающие технологии и техническое обеспечение производства зерна» (5-октября 2010 г., Москва).

3.Лопатин, Е.И. Оценка периодов интенсивных отказов оборудовани распределительных сетей 0,38 ...10 кВ / Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин Сборник статей международной научно-практической конференции студе тов, аспирантов и молодых ученых «Модернизация АПК в контексте обеспе

чення продовольственной безопасности государства», Курск: КГСХЛ ">(j 10 -С. 44 - 48.

4. Лопатин, Е.И. Исследование корреляционной связи климатических факторов, действия персонала и отказов электрооборудования распределительных сетей 0,38... 10 кВ / Т.Н. Васильева, H.H. Лопатин //Сборник научных статей 63 - международной научно - практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Мичуринск: МичГАУ, 2011. - С. 34 - 37.

5. Лопатин, Е.И. Анализ надежности электрооборудования распределительных сетей в сельском хозяйстве /Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Сборник статей международной научно - практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых посвященный 70 -летаю профессора Пекра-шевича В.Ф., Рязань: РГАТУ, 2011. - С.45 - 48.

6. Лопатин, Е.И. Использование программного обеспечения для оценки комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования для повышения надежности электроснабжения /Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Сборник работ III этапа Всероссийской научно - практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Саратов: СГАУ, 2011. - С.145 -148.

7. Лопатин, Е.И. Использование программного обеспечения для оценки организационно - технических мероприятии повышения надежности олек-троснабжения/Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Вестник РГАТУ. -2011, №2. -С.41 -43.

8. Лопатин, Е.И. Анализ причин отказов электрического оборудования распределительных сетей 0,38... 10 кВ /Т.11. Васильева, Е.И. Лопатин // Вестник РГАТУ. - 2011, №3. - С.64 - 66.

9. Лопатин, Е.И. Надежность счетчиков электрической энергии при их эксплуатации /Т.Н. Васильева, Е.И. Лопатин // Вестник РГАТУ. -2012, №1. -С.35 -38.

Пума,-а офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л. / Тирам- 100 жз. Заказ Л« 719 подписано в печать 14.03.2012 Федеральное , -ос\ Опрственпое бюд. wemtioe образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязански¡1 государственный агротехнологический университет имени П.А. К ост ычева» 390(1-1-1 г. Рязань, ул. Костычева, 1 Отпечатано а издательстве учебной литературы и учебно-методических пособий ФГБОУ ВПО 1'ГАТУ 39004-1 г. Рязань, ул. Костычева, I

61 12-5/2332

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБР АЗОВ АНИЯ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. П.А. КОСТЫЧЕВА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

НАПРЯЖЕНИЕМ 0,38.. Л0 кВ (НА ПРИМЕРЕ РЯЗАНСКОГО РЕГИОНА)

Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в

сельском хозяйстве

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Лопатин Евгений Игоревич:

Научный руководитель: доктор технических наук

профессор Васильева Татьяна Николаевна

Рязань-2012

Содержание

Принятые обозначения и сокращения......................................................5

Введение..........................................................................................7

Глава 1. Анализ средств и методов повышения надежности системы электроснабжения........................................................................................11

1.1 Современное состояние системы электроснабжения и распределительных сетей 0,38... 10 кВ..............................................................................11

1.2.Средства и мероприятия по повышению надежности электрооборудования и систем электроснабжения....................................................................15

1.3. Организационно - технические средства и мероприятия повышения надежности системы электроснабжения.........................................................19

1.4. Цель и задачи исследования...........................................................30

Глава 2. Теоретические обоснование и аналитическое исследование влияния природно-климатических факторов на техническое состояние сельских электрических распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ.....................33

2.1. Объекты для получения исходных данных и методика их сбора..............33

2.2. Первоначальная регистрация исходных данных....................................35

2.3. Классификация причин возникновения отказов электрооборудования.....43

2.4. Методика статистической обработки данных.....................................44

2.5. Определение расчетных параметров выборок отказов..........................46

2.6. Определение закона распределения анализируемого параметра..............49

2.7. Результаты расчетов и определения законов распределения отказов электрооборудования ................................................................................55

Выводы..........................................................................................67

Глава 3. Математическая модель отказов электрооборудования распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ..................................................69

3.1. Определение периодов с наибольшей интенсивностью отказов...............69

3.2. Расчет показателей надежности электрооборудования распределительных сетей 0,38... 10 кВ.............................................................................77

3.3. Исследование влияния климатических факторов, действия персонала и отказов электрооборудования распределительных сетей 0,38... 10 кВ...............83

3.4. Проверка адекватности регрессионной модели влияния природно - климатических факторов на отказы BJI 0,38... 10 кВ..........................................93

Выводы........................................................................................101

Глава 4. Методика оценки комплекса средств технического обслуживания для повышения надежности систем электроснабжения..................................103

4.1. Методика оценки организационно - технических мероприятий по повышению надежности на основе теории массового обслуживания.....................103

4.1.1. Критерии оценки организационно - технических мероприятий............103

4.1.2. Методика определения периода продолжительности отказа.................112

4.2. Анализ организационно - технических мероприятий на предприятиях электрических сетей..............................................................................115

4.2.1. Организация технического обслуживания и текущих ремонтов...........115

4.2.2. Оптимизация количества персонала..............................................117

4.2.3 Планирование фонда запасных материалов и оборудования...............118

4.2.4. Механизация монтажных и ремонтно - восстановительных работ.......120

4.3. Разработка программного обеспечения для реализации методики оценки

организационно - технических мероприятий повышения надежности..........121

Выводы.......................................................................................125

Глава 5. Экономическое обоснование применения комплекса средств технического обслуживания........................................................................127

5.1. Применение методики оценки эффективности организационно - технических мероприятий повышения надежности............................................127

5.2 Совершенствование комплекса средств технического обслуживания электрооборудования .............................................................................133

5.3. Технико - экономический анализ...................................................137

Выводы........................................................................................142

Основные выводы...................................................................................145

Библиографический список................................................................148

Приложение 1.................................................................................160

Приложение 2.................................................................................224

Приложение 3.................................................................................244

Приложение 4.................................................................................264

Приложение 5.................................................................................267

Принятые обозначения и сокращения

Для лучшего восприятия информации, изложенной в диссертационной работе, приняты следующие обозначения: ФСК - Федеральная сетевая компания;

РСК - Распределительная сетевая компания;

МРСК - Межрегиональный распределительный сетевой комплекс;

ЕЭС - Единая энергетическая система;

ОДУ - Оперативное диспетчерское управление;

ОГК - Оптовая генерирующая компания;

ТГК - Территориальная генерирующая компания;

ППР - Плановый - предупредительный ремонт;

РПБ - Ремонтно-производственные базы;

РЭС - Район электрических сетей;

РРЭС - Районные распределительные электрические сети;

ТП - Трансформаторная подстанция;

ТР - Трансформатор;

КЛ - Кабельная линия;

В Л - Воздушная линия;

МВ - Масляный выключатель;

ВН - Выключатель нагрузки;

ВВ - Высоковольтный выключатель;

КРУН - Комплектное распределительное устройство наружное; СИП - Самонесущие изолированные провода; Р - Разъединитель; ВР - Вентильный разрядник;

ТМО - Теория массового обслуживания; СМО — Система массового обслуживания; ТО - Техническое обслуживание; ТР - Текущий ремонт; КР - Капитальный ремонт.

Введение

Система электроснабжения включает в себя передачу и распределение электроэнергии потребителям во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, в быту, и является основой нормального функционирования и развития человеческого общества. Развитие современных технологий, создание комфорта и организация любого производства немыслимы без электроэнергии. Основными задачами системы электроснабжения является обеспечение присоединенных потребителей электроэнергией в соответствии с установленной надежностью и качеством.

Задача обеспечения надежного функционирования объектов энергетики, энергосистем, «Единой Энергетической Системы» в целом всегда рассматривалась как важнейшая задача электроэнергетической отрасли и государственной политики в аспекте энергетической безопасности.

В начале 2000 - х годов начался подъем крупного промышленного производства, что потребовало от энергосбытовых предприятий еще больших мощностей. Однако большое количество электрооборудования системы электроснабжения, особенно в распределительном секторе, в значительной мере выработало свой расчетный ресурс, и на сегодняшний день не удовлетворяет заявленным требованиям потребителя. Поддержание надежности такого оборудования на должном уровне возможно только при эффективной системе эксплуатации, технического обслуживания и ремонта электрооборудования. Связано это с тем что, быстрая замена электрооборудования на новое требует больших и единовременных капиталовложений.

Во второй половине 2000-х годов завершилась реформа и реструктуризация РАО «ЕЭС России», в результате которой ремонтный персонал был исключен из штатов энергоснабжающих организаций и обособлен в отдельные независимые коммерческие предприятия. Было сокращено количество диагностических испытаний и технических осмотров. Основные функции ремонтных шта-

тов перешли к смежным подрядным организациям, частично они вошли в обязанности эксплуатационного и оперативно - ремонтного персонала. Одновременно с этим была пересмотрена система организации склада запасных частей и оборудования, произошел переход к проведению ремонта по фактическому состоянию электрооборудования. Данные мероприятия были направлены на экономическую оптимизацию работы энергоснабжающих предприятий, однако технологические составляющие при этом практически не рассматривались.

При возникновении большого числа внезапных отказов, например связанными со стихийными явлениями, их устранение затягивается из - за отсутствия оперативного управления между подрядными организациями, договор с которыми заключается на конкурсной основе и энергоснабжающими предприятиями, а также отсутствием на предприятиях электрических сетей необходимой специализированной техники, удаленностью центрального склада, нехваткой квалифицированного персонала. Перечисленные суждения делают вопросы повышения надежности электроснабжения актуальными на сегодняшний день.

Объектом исследования является силовое электрооборудование сельских распределительных сетей напряжением 0,38... 10 кВ.

Предметом исследования настоящей работы является математическая модель оценки и совершенствования технического состояния электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38... 10 кВ.

Целью диссертационной работы является совершенствование системы технического состояния электрооборудования для повышения надежности сельских электрических распределительных сетей напряжением 0,38... 10 кВ с учетом влияния природно-климатических факторов.

Для достижения поставленной цели исследования, должен быть решен следующий комплекс задач:

1. Анализ методов оценки технического состояния электрооборудования, классификация причин его отказов на основе статистической обработки данных

в сельских электрических распределительных сетях напряжением 0,38... 10 кВ Рязанского региона;

2. Определение законов распределения аварийных отказов электрооборудования;

3. Теоретическое обоснование и аналитическое исследование влияния природно-климатических факторов на количество отказов электрооборудования воздушных линий электропередачи напряжением 0,38... 10 кВ;

4. Формирование методики и разработка математической модели оценки эффективности комплекса средств повышения надежности электроснабжения на основе теории массового обслуживания;

5. Имитационное моделирование надежности электроснабжения потребителей напряжением 0,38.. 10 кВ с помощью системы оценки эффективности комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.

Проверка достоверности и технико-экономической эффективности предложенных методов основывалась на результатах вычислительных экспериментов, и подтверждается данными, полученными в реальных условиях эксплуатации электрооборудования на энергообъектах.

Практическое значение полученных результатов представляет методика оценки технического состояния и повышения эффективности сельских распределительных электрических сетей, реализованная в программном обеспечении «Эксперт 1.0», написанного на языке Delphi версии 7.0 фирмы Borland, позволяющая предприятиям электрических сетей обеспечивать нормируемый уровень надежности электроснабжения у потребителей за счет внедрения рекомендуемого комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.

Значимость полученных результатов состоит в разработке методики оценки составляющих организационно-технических мероприятий повышения надежности системы электроснабжения 0,38... 10 кВ.

Новизна работы заключается в следующем:

1. Определение степени влияния основных факторов на техническое состояние силового электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38... 10 кВ;

2. Построение математической модели на основе корреляционно - регрессионного анализа, устанавливающей зависимость между природно-климатическими факторами, действиями обслуживающего персонала и отказами электрооборудования;

3. Создании с применением системы массового обслуживания математической модели оценки влияния каждого из рассматриваемых средств на повышение надежности электроснабжения;

4. Разработке методики, алгоритма и программного обеспечения «Эксперт 1.0» для оценки эффективности комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.

Для решения поставленных в работе задач использовались положения и методы теории надежности и электроснабжения, математической статистики, теории вероятности, корреляционно - регрессионного анализа, теории массового обслуживания, компьютерного моделирования и программирования. Технико - экономические расчеты частично получены с использованием разработанного программного обеспечения «Эксперт 1.0».

Глава 1. Анализ средств и методов повышения надежности системы

электроснабжения

1.1. Современное состояние системы электроснабжения и распределительных

сетей 0,38... 10 кВ

Важнейшим фактором эффективного производства, как в промышленном, так и в аграрном секторе является централизованное электроснабжение. Эффективность электроснабжения характеризуется многими показателями, среди которых качество и надежность являются основными. Надежное электроснабжение может обеспечиваться только при условии безотказной и долговечной работы электроэнергетического оборудования.

От надежности системы электроснабжения зависят промышленность, быт, сельское хозяйство. Зависимость эта такая сильная, что ее нарушение приводит к огромному материальному ущербу, имеющему масштабы национального бедствия. Например, авария в энергосистеме, причиной которой стало возгорание автотрансформатора на подстанции «Чагино», произошедшая 25 мая 2005 года, привела к длительному (свыше 24 часов) перерыву в электроснабжении более половины объектов жизнедеятельности в Москве, Московской, Тульской и Калужской областях. Оценка ущерба составила 1,708 млрд. рублей [2].

Одним из важнейших элементов системы электроснабжения являются распределительные сети, которые отличаются большой протяженностью при сравнительно малой передаваемой мощности. Следовательно, сети работают с малой плотностью нагрузки [3].

По данным приведенным д.т.н., профессором Лещинской Т.Б. [65], распределительные сети напряжением 0,38...1 кВ имеют длину около 826 тыс. км, а протяженность сетей напряжением 6...10 кВ насчитывается 1184 тыс. км, что составляет 36% и 51,4% соответственно от длины всех линий электропередач сельскохозяйственного назначения.

Другой отличительной особенностью рассматриваемого элемента систем электроснабжения как отмечается д.т.н., профессором Рыбаковым JI.M. [89, 90], является высокая загруженность сетей 6...10 кВ. Количество потребительских подстанций 10/0,4 кВ может достигать 30 шт на одной линии. Общее количество подстанций 35...6(10)/0,4 кВ [67, 68] достигает 500 тысяч штук. Обеспечение безотказной работы всего электрооборудования распределительных сетей является залогом надежности электроснабжения потребителей.

Впервые проблемы надежной передачи электроэнергии возникли с развитием электрификации в России и началом формирования энергосистем в конце девятнадцатого - начале двадцатого века [13]. В предвоенные и военные годы быстрыми темпами развивалась энергетика Урала, Сибири и Средней Азии. В 1942 году для координации работы трех районных энергетических систем: Свердловской, Пермской и Челябинской было создано первое Объединённое диспетчерское управление — ОДУ Урала. В 1945 году было создано ОДУ Центра, что и явилось первыми мероприятиями по повышению надежности и сокращения числа аварий в системе электроснабжения.

В энергосистемах последующие несколько десятков лет наблюдается тенденция укрупнения всех элементов, увеличение их единичной мощности. Так, например [13], в энергетике СССР за период с 1970г по 1985 год возросла степень концентрации генерирующих мощностей: количество ТЭС и АЭС мощностью 2000 МВт и более достигло 28, ГЭС мощностью 2000 МВт и более - 6; наибольшая мощность агрегата ТЭС увеличилась с 800 до 1200 МВт, АЭС - с 365 до 1500 МВт, ГЭС - с 500 до 640 МВт. Мощность наиболее крупных электростанций достигла: ТЭС - 4000 МВт, АЭС - 4000 МВт, ГЭС - 6000 МВт (против соответствующих значений 1970г - 3000, 575 и 5000 МВт) [13]. Технический прогресс в развитии генерирующих мощностей проявился также в увеличении с 1970 по 1985г доли конденсационных энергоблоков на сверхкритические параметры пара, а также доли теплофикационных агрегатов на давление пара 13-24 МПа [13]. Общая протяженность (в одноцепной исчислении) линий

напряжением 220 kB и выше - с 9,8 до 35,9 тыс. км. (в том числе 750 кВ - с 0,1 до 4,35 тыс. км, 1150 кВ с 0 до 0,9 тыс.