Модели оценки и регулирования состояния высоковольтных распределительных электрических сетей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Фишов, Владимир Александрович

• Фишов, Владимир Александрович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фишов, Владимир Александрович

Список сокращений.

Введение.

1. Состояние и направления развития эксплуатации технических устройств электроэнергетики, требования к моделям оценки состояния и планированию ре-монтно-восстановительных процессов.

1.1. Модели и организация эксплуатации.

1.2. Нормативная модель эксплуатации технических устройств электроэнергетики.

1.3. Модели технического обслуживания, принятые в зарубежной практике

1.4. Направления изменения моделей эксплуатации высоковольтных распределительных электрических сетей в связи с большой выработкой первоначального ресурса технических устройств.

1.5. Основные понятия и системы координат для оценки эксплуатационного состояния технических устройств.

1.6.Обзор моделей и методов оценки состояния.

1.6.1. Интегральная оценка состояния воздушных линий по вероятности отказа из-за наличия дефектов.

1.6.2. Оценка состояния по дефектности материала.

Выводы.

2. Оценка состояния воздушных линий.

2.1. Функциональное состояние воздушных линий общий подход к его оценке.

2.1.1. Оценка функционального состояния.

2.1.2. Оптимизация ремонтно-восстановительных работ (РВР) на В Л с использованием модели оценки ее функционального состояния.

2.2. Модель оценки функционального состояния воздушных линий 0.4, ЮкВ

2.3. Модель оценки функционального состояния воздушных линий 35,110 кВ.

2.4. Общий подход к оценке ресурса сложного технического устройства.

2.4.1. Постановка задачи.

2.4.2. Формализация задачи

2.4.3. Оптимизация ремонтно-восстановительного процесса на заданном интервале эксплуатации как внутренняя задача оценки его ресурса.

Выводы

3. Оценка состояния высоковольтных подстанций.

3.1. Функциональное состояние высоковольтных подстанций и общий подход к его оценке.

3.2. Модель оценки функционального состояния трансформаторной подстанции 35 кВ и выше.

3.3. Модель оценки функционального состояния трансформаторной подстанции 10 кВ.

3.4. Оценка ресурса высоковольтных подстанций.

Выводы

4. Автоматизированная подсистема оценки состояния технических устройств и планирования ремонтно-восстановительных процессов.

4.1. Место подсистемы в АСУ ТП ПЭС.

4.2. Технологическая основа реализации автоматизированной системы.

4.3. АРМы оценки состояния воздушных линий.

4.4. Технология мониторинга состояния технических устройств.

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели оценки и регулирования состояния высоковольтных распределительных электрических сетей»

Актуальность темы:

Технические устройства (ТУ) электроэнергетики являются сложными объектами проектирования и эксплуатации. Эта сложность обусловлена их многомерностью, опасностью для персонала и населения, высоким элементным разнообразием, скоротечностью аварийных процессов, огромной капиталоемкостью, значительностью продолжительности жизни и пр. В настоящее время к этому следует добавить значительный износ основного оборудования в условиях России, недостаточность процессов реновации и реконструкции, заданной общей экономической ситуацией. Заложенный при первоначальном проектировании объектов электроэнергетики подход к их эксплуатации на основе проектного предельного срока эксплуатации, регламентных ремонтно-восстановительных работ (РВР) по мере их старения становиться несостоятельным без перехода к учету реального состояния оборудования и оптимизации РВР. Развитие методов, технических средств выявления дефектов оборудования создает предпосылки получения объективных оценок его состояния, необходимых для мониторинга ситуации, разработки стратегических планов восстановления и замены оборудования, оптимизации принципиальных характеристик ремонтно-восстановительных процессов (межремонтные сроки, структура работ, степень восстановления состояния). Без таких оценок состояния и характеристик ремонтных процессов эксплуатация теряет стратегическую направленность и сопровождается неоправданным уровнем затрат.

Следует также отметить, что состояние основных фондов энергетики является одним из важнейших факторов энергетической безопасности, нуждающимся в мониторинге.

В связи с этим актуальной представляется тема данной работы, направленная на создание моделей оценки состояния высоковольтных распределительных сетей (ВВРЭС) и разработку автоматизированной системы планирования ремонтно-восстановительных процессов (РВП) на их основе.

Цель работы заключалась в создании новых моделей оценки функционального состояния (ФС) и ресурса ВВРЭС для автоматизированной системы мониторинга состояния технических устройств и планирования РВП. Для достижения этой цели ставились и решались следующие задачи:

1. Разработка и апробация моделей оценки состояния воздушных линий напряжением 0.4-220 кВ;

2. Разработка и апробация моделей оценки состояния подстанций напряжением 10,35,110,220 кВ;

3. Разработка моделей и методов оптимизации ремонтно-восстановительных процессов для технических устройств высоковольтных электрических сетей;

4. Разработка системы автоматизированного мониторинга за состоянием технических устройств и планирования ремонтов.

Методы исследования:

Выполненное исследование базируется на системном подходе к проблеме эксплуатации сложных технических устройств в России в современных условиях. При этом использованы методы системного анализа, линейной алгебры, нелинейного и динамического программирования, факторного анализа и экспертных оценок. Научная новизна работы:

Разработаны и опробованы модели интегральной оценки функционального состояния ВЛ 0.4,10 кВ, ВЛ 35 кВ и выше, ТП 10/0.4 и ТП 35 кВ и выше. Модели работоспособности базируются на многофункциональном представлении технических устройств, их функциональной и конструкционной декомпозициях, выявлении и учете функционально-конструкционных связей при агрегировании дефектности в процессе получения интегральных оценок состояния. Модели ресурса учитывают среду эксплуатации через ограничения по объему и структуре ремонтно-восстановительных работ, моральный износ технических устройств. Обоснованы структура и технология системы автоматизированного мониторинга состояния технических устройств и планирова8 ния РВП. Она базируется на использовании двухкоординатной идентификации состояния технических устройств (функциональное состояние - ресурс), наборе моделей оценки состояния, оптимизации ремонтно-восстановительных процессов на их основе.

Достоверность результатов подтверждена согласованностью качественных и количественных результатов с оценками экспертов, а также обеспечивается использованием системного подхода и строгих математических методов. Апробация работы. Результаты исследования докладывались на 2-х заседаниях Уральского совета по диагностике электрооборудования, на научных семинарах кафедры автоматизированных электроэнергетических систем НГТУ.

Публикации: Основные результаты работы опубликованы в 4 статьях и докладах, учебном пособии по оценке состояния высоковольтных распределительных электрических сетей.

Использование результатов: Модели оценки состояния технических устройств опробованы и применяются в Приобских и Восточных электрических сетях ОАО «Новосибирскэнерго», учебном процессе на факультете энергетики НГТУ.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Фишов, Владимир Александрович

Выводы

1. Автоматизированная система, поддерживающая основную деятельность ПЭС, должна базироваться на логически единой БД;

2. При разработке баз данных и интерфейса автоматизированной системы особое внимание следует уделять учету основной особенности электрических сетей - территориальной и организационной (графовой) топологиям. Любой объект сети должен быть идентифицирован на местности, в конструкции и схеме соединения. Соответствующий выход к данным должен быть обеспечен графическим интерфейсом;

3. Возможности реализации логически единой БД являются многовариантными в рамках существующих сегодня информационных сетевых серверных технологий;

4. В зависимости от задачи доступ к БД целесообразно осуществлять или по двухзвенной технологии (для АРМов с графическим интерфейсом), или многозвенной (для формирования отчетов, используемых при принятии решений).

Заключение

1. В работе предложен комплекс моделей оценки эксплуатационного состояния высоковольтных распределительных электрических сетей для его автоматизированного мониторинга и планирования ремонтно-восстановительных процессов. Он позволяет обеспечить переход к эксплуатации ТУ на основе стратегий их использования и развития с адекватными процессами поддержания работоспособности.

2. Комплекс моделей имеет общую основу, содержащую: единую шкалу оценки состояния; представление эксплуатационного состояния в двухкоординатной системе функциональное состояние - ресурс; матричное представление функционально-конструкционных связей на базе: многоуровневой декомпозиции конструкций ТУ, функциональной декомпозиции ТУ на основе функционального анализа. формальные методы агрегирования.

3. Усложнение ТУ проявляется лишь в увеличении числа уровней при их декомпозиции и росте множества выполняемых функций. Так для В Л 0,4 - 35 кВ необходимо 2 уровня, а для ВВПС 110 кВ 5 уровней.

4. Разработаны модели оценки ресурса ВЛ и ВВПС, уг предложены необходимые для их реализации вычислительные методы.

На основе интегральных оценок эксплуатационного состояния ВВРЭС построены модели оптимизации их ремонтно-восстановительных процессов. Такие как, оптимизация распределения ресурсов в ремонтном акте, оптимизация совмещений ремонтов.

5. Применение данных моделей в автоматизированных системах управления предприятий электрических сетей позволит: изменить существующую систему эксплуатации ВВРЭС, сделать ее адаптируемой к меняющимся внешним условиям; осуществить мониторинг состояния ТУ;

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фишов, Владимир Александрович, 2000 год

1. Горевой В.Г. Развитие функциональной адаптивности высоковольтных распределительных электрических сетей к изменяющимся условиям эксплуатации / автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Новосибирск, 1998

2. Правила устройства электроустановок/Минэнерго СССР. 6-е изд., перераб. и доп. - Красноярск, 1998. - 656 с.

3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / М-во топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России»: РД 34.20.501-95. 15-е изд., перераб. и доп. - М.: СПО ОРГРЭС, 1996.-308 с.

4. Методические указания по комплексной качественной оценке технического состояния распределительных сетей напряжением 0,38-20 кВ с воздушными линиями электропередачи / М-во топлива и энергетики РФ: РД 34.20.583-91 -М.: СПО ОРГРЭС, 1993. -21 с.

5. Методические указания по оценке технического состояния воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кВ и их элементов / М.: СПО ОРГРЭС, 1996.-35 с.

6. Сибикин Ю.Д. Справочник молодого рабочего по эксплуатации электроустановок промышленных предприятий. М.: Высш. школа, 1978. -143 е., ил. - (Профтехобразование. Энергетика)

7. Новейший философский словарь /Сост. А.А. Грицанов. Мн.: Изд. В.М. Скакун, 1998.-896 с.

8. Исследование операций: В 2-х томах. Пер. с англ. / Под ред. Дж. Моудера, С. Элмаграби. М.: Мир, 1981. Т.1. 712 е., ил.

9. Исследование операций: В 2-х томах. Пер. с англ. / Под ред. Дж. Моудера, С. Элмаграби. М.: Мир, 1981. Т.2. 677 е., ил.

10. Dean B.V., Replacement Theory in Progress in Opération Research, 1, R.L. Ackoff (Ed.), Wiley, N.Y.,1961.

11. Jardine А. К. S., Maintenance, Replacement and Reliability, Pitman, London/Halsted Press (Wiley), N.Y., 1973.

12. Churchman C.W., Ackoff R.L., Arnoff E.L., Introduction to Operations Research, Wiley, N.Y., 1957.

13. Hastings N. A. J.,Peacock J. В., Statistical Distribution, Butterworth, London/Halsted Press, (Wiley), New York, 1974

14. Н.Барлоу P.E., Прошан Ф. Математическая теория надежности. М.: Советское радио, 1969

15. Woodman R.C., Replacement Policies for Single and Multicomponent Equipment, J. Roy Stat. Soc.,Series C, 18, No. 1, 34-40 (1969)

16. Glasser G.J., Planed Replacement; Some Theory and Its Application, J. Quality Tech., 1, 110-119(1969)

17. White D.J., Donaldson W.A., Lawrie N.L., Operational Research Techiques, 1, Business Books, London, 1969, pp. 189-192.

18. Hastings N.A.J., The Repair Limits Replacement Method, Operational Res. Quart., 20, No. 3, 337 349 (1969)

19. Указания по учету и анализу в энергосистемах технического состояния распределительных сетей напряжением 0,38 20 кВ с воздушными линиями электропередачи / Союзтехэнерго, М.1986, 58с.

20. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Корн Г., Корн Т. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984.

21. М.Я. Выгодский Справочник по высшей математике. М.: 1998. 864 с.

22. Математический энциклопедический словарь. / Гл. рнд. Ю.В. Прохов; Ред. Кол.: С.И. Адян, Н.С. Бахвалов, В.И. Битюцков, А.П. Ершов, Л.Д. Кудрявцев, А.Л. Онигцик, А.П. Юшкевич. М.: Сов. энциклопедия, 1988. 847 е., ил.

23. Н. Нильсон Искусственный интеллект. Методы поиска решений. Прев, с англ. / Под ред. B.JI. Стефанюка. :М. Мир, 1973. 269 с.

24. Электротехнический справочник. Т.2. Под общ. ред. П.Г. Грудинского и др. Изд. 5-е, испр. М., «Энергия», 1975. 752 с. с ил.

25. Справочник по строительству линий электропередачи. М. Л., Госэнергоиздат, 1963. 488 с. с черт.

26. Справочник электромонтера. Под. Ред. А.И. Зевакина. Вып. 3. Монтаж распределительных устройств и подстанций, М., «Энергия», 1970. 408. с. с ил.

27. Федоров A.A., Попов Ю.П. Эксплуатация электрооборудования промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 280 е.: ил.

28. Надежность систем энергетики: достижения, проблемы, перспективы / Г.Ф. Ковалев, Е.В. Сеннова, М.Б. Чельцов и др. / Под ред. Н.И. Воропая. -Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1999. 434 с.

29. Руденко Ю.Н. Методические вопросы надежности больших систем энергетики // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1976. №1. С. 7 17

30. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Надежность систем энергетики. Новосибирск: Наука . Сиб. От-ние, 1989. - 328 с.

31. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. М.: Сов. радио, 1969. 488 с.

32. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / В.В. Ершевич, А.Н. Зейлигер, Г.А. Илларионов и др.; Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. -352 с.

33. ГОСТ 21027-75. Системы энергетики. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1975. 23.

34. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. Изд-во стандартов, 1990. 37 с.

35. Автоматизация энергетических систем. Учеб. пособие для студентов электроэнергетических специальностей вузов. М., «Энергия», 1977. 440 с. с ил.

36. Васильев А.П. Применение математических моделей в задачах управления надежностью электрических систем / автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, Санкт-Петербург, 1999

37. Васильев А.П., Вилков Н.Б. Математическая модель оценивания структуры оперативного обслуживания и ремонта электрических сетей. // В сб. Электротехника и энергетика. Вопросы надежности. Труды СПбГТУ №460. СПб: Изд. СПбГТУ, 1996. С. 179-182.

38. Пелисье Рене Энергетические системы /Пер. с франц. Предисл. и комент. В.А. Веникова. М.: Высш. Школа, 1982. - 586 с. ил.

39. Баркан Я.Д. Эксплуатация электрических систем : Учеб. пособие для электроэнергетич. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1990. - 304 е.: ил.

40. Коварский Л.Г. Расчетные способы сокращения объемов ремонтов энергооборудования. -JL: Энергия, Ленингр. отделение, 1979. 168с.

41. Дикой В.П., Лаврентьев В.М., Сибирцев В.А., Федосенко Р.Я. Техническое состояние и надежность ВЛ 500 кВ, построенных в 1954-1960 гг./ Энергетик №2, 1999. с. 17-19.

42. Кокс Д.Р., Смит В.Л. Теория восстановления. М.: Советское радио, 1967. -299с.

43. П.И.Романов. Доклад на Всероссийском научном семинаре "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики "Сыктывкар,5-9 июля 1999 года

44. Гумбель Э. Статистика экстремальных значений. М.: Мир, 1965. - 450.

45. Капур К. Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. М.: Мир, 1980.- 605.

46. Китушин В.Г. Надежность энергетических систем: Учеб. пособие для электоэнергет. спец. Вузов. М. : Высш. Шк., 1984. - 256с., ил.

47. Надежность систем энергетики : достижения, проблемы, перспективы / Г.Ф. Ковалев, Е.В. Семенова, М.Б. Чельцова и др./ Под ред. Н.И. Воропая. -Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1999. 434 с.

48. Райншке К., Ушаков И.А. Оценка надежности систем с использованием графов/ Под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1988. -208 е.: ил.

49. Гамм А.З. Статистические методы оценивания состояния электроэнергетических систем. М.: Наука, 1976, - 220 с.

50. Тук Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике. -Л.: Энергоиздат, 1990, -208 с.

51. Кокс Д.Р., Смит В.Л. Теория восстановления. М.: Советское радио, 1967. -299с.

52. Герцбах И.Б. Модели профилактики. -М.: Советское радио, 1969.- 216с.

53. Кесельман Л.М. Проблемы надежности и механики воздушных линий электропередачи. Электричество №10, 1991.

54. Барлоу Р., Прошан Ф. Статистическая теория надежности и испытание на безотказность. -М: Наука, 1984.

55. Фокин Ю.А., Туфанов В.А. Оценка надежности систем электроснабжения. М: Энергоатомиздат, 1981.

56. Девид Марка, Клемент МакГоуэн. Методология структурного анализа и проектирования: Пер. с анг. М.: 1993, 240 с. ил.

57. В.В. Кондратьев, В.Б. Краснова Реструктуризация управления компанией. М.: Изд. Дом «Инфра-М», 1999. 243 с. с ил.

58. Гуков И.Б. Адаптация промышленной фирмы: теория и практика. М.: ВШЭ, 1997.-234 с.

59. Август-Вильгельм Шеер «Моделирование бизнес-процессов». Издание 2-е, переработанное и дополненое. Пер. с англ. М.: Изд-во «Серебряные нити», 2000. 205 с. с ил.

60. Беркович М.А., Комаров А.Н., Семенов В.А. Основы автоматизации энергосистем. М.: Энергоиздат, 1981. - 440 с.

61. Маклаков C.B. BPWin и ERWin. CASE средства разработки информационных систем. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999 - 256 с.

62. Сергей Дунаев INTRANET-технологии. WebDBC. CGI. CORBA 2.0. Netscape. Suite. Borland. IntraBuilder. Java. JavaScript. LiveWare. M. Диалог-МИФИ, 1997-288 с.

63. Фаулер M., Скотт К. UML в кратком изложении. Применение стандартного языка объектного моделирования: Пер. с англ. М.: Мир, 1999. - 191 е., ил.

64. Маклаков C.B. Bpwin и ERwin. CASE-средства разработки информационных систем. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999 256 с.

65. Брукс Ф. Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы. Пер. с англ. - СПб.: Сивмол-Плюс, 1999. - 304 е.: ил.

66. Эндрю Возневич. Delphi. Освой самостоятельно: Пер. с англ. М.: Восточная Книжная Компания, 1996. - 736 е.: ил.

67. Хендерсон, Кен. Delphi 3 и системы клиент/сервер. Руководство разработчика.: Пер. с англ. К.: Диалектика, 1997. - 736 е.: ил. - Парал. тит. англ.

68. Шумаков П.В. Delphi 3 и разработка приложений баз данных. М.: «Нолидж», 1999. 704с., ил.

69. Фарафонов В.В. Delphi 3. Учебный курс. -М.: «Нолидж», 1998.- 400с., ил.

70. Архангельский А.Я. Язык SQL в Delphi 5 М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2000. - 208 е.: ил.

71. Архангельский А.Я. Программирование в Delphi 5 М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2000. - 1072с.: ил.

72. Мамаев Е., Вишневский A. Microsoft SQL Server 7 для профессионалов -СПб: Издательство «Питер», 2000. 896 е.: ил.

73. Мамаев Е.В. Администрирование MS SQL Server 7.0. СПб.: БХВ Санкт-Петербург, 2000. - 496 е.: ил.

74. Эви Немет, Гарт Снайдер, Скотт Сибас, Трент Р. Хейн UNIX: руководство системного администратора: Пер. с англ. К.: BHV, 1997 — 832 с.

75. Ричард К., Фостер-Джонсон Э. UNIX: справочник СПб: Питер Ком, 1998. -384 е.: ил.

76. Валдай Хилей Секреты Windows NT Server 4.0. -К.: Диалектика 1997. 528 е., ил.

77. Горевой В.Г., Фишов В.А. Экологический аспект изменений эксплуатации технических устройств энергетики. «Экологически перспективные системы и технологии» сборник научных трудов. Вып.З./ Новосибирск, НГТУ, 1999, с. 49-61

78. Уженцев А.Д., Филиппов Н.В., Фишов В.А. Интегральные оценки состояния воздушных линий. Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. Выпуск 11, г. Санкт-Петербург, 2000 с. 165 — 169.

79. Форма передачи результатов отчет по НИР.

80. Использование результатов тестовая выборочная оценка состояния оборудования Восточных электрических сетей с поэтапным переходом к его мониторингу на основе предложенных моделей и технологий.

81. I 630059, г.Новосибирск, 59, нос.Матвеевна. Ж64-39-78, факс 64-24-73

82. Г"? Наш р. с. 40702810200000000188 в АО Банк Алемар , г. Новосибирск, ИНН 5409103357, БИК 045004874, ОКОНХ11170, ОКНО 04622081, к.р. 30101810500000000874 в РКЦ при ГУ ЦБ РФ г. Новосибирска.

83. АКТ ВНЕДРЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

84. Форма внедрения переда-ш 5-ти отчетов по НИР, выборочные оценки состояния объектов электи' юскогй сета

85. Ьро/каичые резузтынты диссертационной работы используются для ор! ашиа/ши \-нжиторингаза шстояиием оборудования электрической сети, изменений в ,^¡аш реванш I ремоншо- восспи¡орлцельных работ.31. Акт внедрения

86. Настоящим актом удостоверяется внедрение научных результатов диссертационной работы Фишова В.А. в учебный процесс на факультете энергетики НГТУ.

87. Учебное пособие предназначено для подготовки специалистов по эксплуатации оборудования на 5-6 курсах факультета энергетики и используется в учебном процессе.а энергетики НГТУ, проф.1. Сидоркин Ю.М.