ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ДЛЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ СОСТАВЛЯЮЩИХ ЧАСТЬ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

В ходе написания данной работы были исследованы проблемы оценки остаточного ресурса элементов системы электроснабжения металлургического предприятия, таких как кабельные линии электропередач. Для оценки остаточного ресурса элементов систем электроснабжения необходимо применить методику, которая основывается на обработке статистических данных по отключениям кабельных линий и реализации информации в программном модуле.[10] Объектом исследования являются кабельные линии электропередач напряжением 220, 110, 35 и 10 кВ, находящиеся на балансе сетевого цеха промышленного предприятия черной металлургии.[9] На основе проведенного исследования рекомендовано внедрить современные диагностические системы непрерывного контроля технического состояния кабельных линий и перейти к ремонту по техническому состоянию.

Ресурс сложных технических систем электроснабжения [1], электрооборудования, систем машин, приборов, инструментов, конструкций линий электропередач и сооружений является важной технико- экономической характеристикой. При существующих в настоящее время темпах прогресса в науке и технике поколения ряда оборудования и агрегатов должны заменяться примерно каждые десять лет. Фактический ресурс должен быть согласован с оптимальными значениями срока службы. К сожалению, в большинстве отраслей назначенный ресурс не достигает оптимальных с экономической точки зрения значений, а по ряду изделий средний фактический ресурс оказывается меньше назначенного. Как показывает статистика, загрузка электрооборудования с каждым годом увеличивается и растет количество присоединяемых мощностей[2], при этом резко возрастает количество отказов электрооборудования в системах электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий. Поэтому актуальной является задача обработки данных для определения и прогнозирования значения фактического ресурса объектов СЭС.

В настоящее время используется и разрабатывается много информационных систем, методов и средств контроля и диагностики технического состояния электрооборудования. [5] Вместе с тем необходимо совершенствование существующих и разработка новых технологий и практических методов, которые обеспечивали бы более эффективное техническое обслуживание и ремонт электрооборудования по техническому состоянию. Основным направлением, определяющим повышение качества информационных технологий контроля и оценки технического состояния, следует считать  интеллектуализацию процессов обработки диагностической информации с использованием технологии экспертных систем[6], которые способны обеспечить повышение качества распознавания и прогнозирования технического состояния и ресурса объекта.

В процессе эксплуатации электрооборудования, очень важно не только определять его техническое состояние (т.е. знать какими характеристиками обладает оборудование в данный момент времени) и отработанный ресурс (интегральная характеристика технического состояния), но и предвидеть техническое состояние и остаточный ресурс в будущий отрезок времени, чтобы можно было своевременно принять меры по предотвращению отказов.[7] Необходимость определения этих характеристик электрооборудования в основном возникает при продлении срока службы оборудования за пределы нормативного срока, а также при планировании контроля технического состояния с целью безопасной его эксплуатации и определения эффективной стратегии управления техническим состоянием путем своевременного переключения на резерв, вывода в ремонт или перехода на новые рабочие режимы.[4]

Определение остаточного ресурса объекта должно осуществляться на основе совокупности имеющейся информации прогнозированием его технического состояния по определяющим параметрам до достижения предельного состояния. [11]

На первой стадии прогнозирования величины остаточного ресурса должно быть показано, что в результате выполненных обследований и анализов технического состояния обеспечено выполнение (одновременное) следующих условий: - известны параметры технического состояния объекта, определяющие параметры технического состояния, изменяющиеся соответственно выявленному механизму повреждения элементов объекта, критерии предельных состояний объекта, достижение которых возможно при развитии выявленных повреждений.

В методике должен быть обоснован выбор метода прогнозирования. При возможности непрерывного (или дискретного) контроля параметров технического состояния могут допускаться упрощенные методы, [13] при которых прогнозирование осуществляется по одному параметру технического состояния. [3]

В общем случае выбор метода должен обосновываться точностью и достоверностью полученных данных, а также требованиями точности и достоверности прогнозируемого ресурса объекта и риска его дальнейшей эксплуатации, наличия и надежности системы контроля его технического состояния. [14]

В качестве основного показателя остаточного ресурса в результате прогноза должен определяться гамма - процентный ресурс, задаваемый двумя численными значениями: наработкой и выраженной в процентах вероятностью того, что в течение этой наработки предельное состояние не будет достигнуто. [15]

Объектом исследования являются кабельные линии электропередач напряжением 220, 110, 35, 10 кВ находящиеся на балансе сетевого хозяйства системы электроснабжения металлургического предприятия.

Анализ всех отключений показал, что большая часть отключений приходится на кабельные линии напряжением 10 и 35 кВ.

Анализ отключений по статистическим данным кабельных линий показал, что большинство аварий приходится на напряжение 10 и 35 кВ, которое объясняется наличием доминирующего долевого состава оборудования на этот класс напряжения, а также наличием сложно построенных распределительных сетей. Общее количество отказов составляет 93,4 %, чтобы сократить количество отключений до минимума нужно внедрить нововведения, предложенные ОАО "ФСК ЕЭС" в документе о Единой технической политике.

После обработки результатов по КЛЭП по уровню напряжения 220,110,35,10 кВ получили данные о том, что кабельная линия электропередач напряжением 35 кВ подвержена старению. Наработка на отказ равняется 2 годам, что для кабельной линии является критичным, значит, кабельная линия находится в зоне физического старения.

При сравнении параметра потока отказов фактического со справочным, видно, что для КЛЭП всех уровней напряжения параметр потока отказа находится на допустимом уровне Wсправочное≥Wфактическое. [8]

Из приведенных графических зависимостей следует, что функция плотности распределения  близка к нормальному закону, а функция параметра потока отказов увеличивается с течением времени, следовательно, можно с уверенностью говорить о достоверности расчетных данных и о прогнозе старения данного элемента. При этом можно сказать, что в области малых значений t постепенные отказы влияют на надежность КЛЭП несущественно, а при длительной эксплуатации надежность снижается значительно, если определить среднюю наработку на отказ для КЛЭП-110 кВ-22 года, 35 кВ-2 года, 220 кВ-5 лет, 10 кВ-34 года, тогда чем больше количество отказов, тем меньше время безотказной работы, приходящееся на КЛЭП 35 кВ, превышающее другие линии в 5 раз.

Применение методики и реализованного по ней программного модуля[12] на основе алгоритмов технического прогнозирования остаточного ресурса электрооборудования позволит уменьшить дополнительные затраты на ремонт, сократить количество отказов и длительные остановки технологического процесса, а также увеличить ресурс и наработку на отказ путем совершенствования стратегии ППР и проведения ремонтов по техническому состоянию, которые определяют его работоспособность, что позволит более полно использовать технический ресурс в целом и обеспечить надежную работу электрооборудования при минимальных затратах.[16]

Список литературы

1.     Ротанова Ю.Н. Анализ переходных процессов в системах электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями в режимах выхода на раздельную работу после короткого замыкания [Текст] /Заславец Б.И., Игуменщев В.А., Николаев Н.А., Малафеев А.В., Буланова О.В., Ротанова Ю.Н. // Изв. вузов Электромеханика. – 2009. – №1. – С. 60 - 65.

2.     Ротанова Ю.Н. Анализ надежности оборудования тепловой электростанции при внедрении преобразователей частоты [Текст] / Карандаев А.С., Корнилов Г.П., Карандаева О.И., Ротанова Ю.Н., Ровнейко В.В., Галлямов Р.Р. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. – 2009. – № 34 (167). – С. 16-22.

3.     Кондрашова Ю.Н. Анализ интенсивности отказов частотно-регулируемых электроприводов районных тепловых станций при нарушениях электроснабжения [Текст] / Храмшин В.Р., Одинцов К.Э., Губайдуллин А.Р., Карандаева О.И., Кондрашова Ю.Н. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. – 2014. – Т. 14. № 2. – С. 68-79.

4.     Ротанова Ю.Н. Влияние высоковольтных двигателей собственных нужд на надежность системы электроснабжения собственных нужд ТЭЦ ОАО «ММК» [Текст] / Малафеев А.В., Карандаева О.И., Ротанова Ю.Н., Буланова О.В. // Электротехнические системы и комплексы. – 2009. – № 17. – С. 96-104.

5.     Ротанова Ю.Н. Исследование сходимости метода расчета установившихся режимов систем электроснабжения при работе раздельно с энергосистемой/ О.В. Буланова, В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, Ю.Н. Ротанова // Электротехнические системы и комплексы. – 2005. – № 10. – С. 129.

6.     Газизова О.В. Исследование эффективности работы делительной автоматики в системе электроснабжения промышленного предприятия черной металлургии [Текст] / Газизова О.В., Малафеев А.В., Тарасов В.М., Извольский М.А. // Промышленная энергетика. – 2012. – № 10. – С. 12-17.

7.     Ротанова Ю.Н. Исследование динамической устойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями при отделении от энергосистемы в результате короткого замыкания [Текст] / А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. – 2008.– № 17 (117). – С. 72-74.

8.     Ротанова Ю.Н. Методика прогнозирования остаточного ресурса электрооборудования при эксплуатации [Текст] / Одинцов К.Э., Ротанова Ю.Н., Карандаева О.И., Мостовой С.Е., Шиляев П.В. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2010. – № 3-1. – С. 192-198.

9.     Ротанова Ю.Н. Определение асинхронной мощности синхронных генераторов в расчетах электромеханических переходных процессов при несимметричных режимах  [Текст] / Буланова, О.В., Малафеев А.В., Николаев Н.А., Ротанова Ю.Н., Панова, Е.А. // Электрика. – 2010. – № 8. – С. 24-26.

10. Ротанова Ю.Н. Представление машин переменного тока в расчетах динамической устойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями /Б.И. Заславец, В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова. //Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. – 2008. – №1 (111). – С. 3-8.

11. Ротанова, Ю.Н. Повышение устойчивости системы электроснабжения промышленного предприятия с собственными электростанциями при коротких замыканиях / Ю.Н. Ротанова: дис. на соиск. ст. канд. техн.наук: 05.09.03. // МГТУ – Магнитогорск: 2008. – 174 с.

12. Программа расчета показателей отказоустойчивости и ресурса электрооборудования // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2014618588 / Г.П. Корнилов, Ю.Н. Кондрашова, Ар.А. Николаев, С.А. Евдокимов, Ан.А. Николаев, М.М. Гладышева. Заявлено 01.07.2014, № 2014616299. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 26.08.2014.

13. Ротанова Ю.Н. Расчет динамических характеристик синхронных и асинхронных двигателей промышленных предприятий с целью анализа устойчивости систем электроснабжения [Текст] / Игуменщев В.А., Малафеев А.В., Буланова О.В., Ротанова Ю.Н. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2006. – № 2. – С. 71-75.

14. Кондрашова Ю.Н. Расчет показателей надежности электрооборудования //Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2011611133 / А.С. Карандаев, Ю.Н. Кондрашова, К.Э. Одинцов, О.И. Карандаева // ОБПБТ. 2011. №2. С. 275

15. Кондрашова Ю.Н. Разработка методики прогнозирования отказов сложных электротехнических систем на примере электрических систем / Ю.Н. Кондрашова, М.М. Гладышева. Арт.А. Николаев, А.А. Николаев. // Технические науки: от теории к практике-Новосибирск: НП "СибАК", 2014. -№33.-C. 101-108.

16. Ротанова Ю.Н. Расчет динамических характеристик синхронных и асинхронных двигателей промышленных предприятий с целью анализа устойчивости систем электроснабжения / В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Вестник магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2006. - № 2. – С. 71.-75.