Определение уровня надёжности и условий реализуемости электротехнических и электромеханических систем балансировки газораспределительных сетей и их электрохимической защиты Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 622.691

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ НАДЁЖНОСТИ И УСЛОВИЙ РЕАЛИЗУЕМОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ БАЛАНСИРОВКИ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ И ИХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

Установлена зависимость для определения коэффициента технического уровня электротехнических и электромеханических систем балансировки газораспределительных сетей и электрохимической защиты газопроводов, учитывающая показатели качества диагностики и эффективности их функционирования, и, его связь с уровнем конструкгщонной и функгщоналъной надёжности. Определены условия реализуемости конструщионной и фунщиональной надёжности с учётом соответствия их параметров условий эксплуатации.

Ключевые слова: система балансировки, электрохимическая загцита, газораспределительная сеть, конструкционная и функциональная надёжность.

Процесс формирования текущих значений соотношений напряжённо-деформированного состояния стенок труб с пределами прочности и текучести трубной стали отражают скорость образования локальных концентраторов напряжений и условий допустимой остаточной толщины стенки стальных газопроводов, на которые оказывают влияние в комплексе показатели эффективности диагностики технического состояния электротехнических и электромеханических систем балансировки газораспределительных сетей и электрохимической защиты газопроводов и эффективности их работы, регулирование давления в газопроводах и снижение образования в них коррозийных дефектов.

С учётом данных показателей качества диагностики и эффективности работы электротехнических и электромеханических систем балансировки газораспределительных сетей и электрохимической защиты газопроводов коэффициент технического уровня можно выразить следующей зависимостью:

где УКс и УКи - скорость образования концентраторов напряжений в существующих системах(с) и нового технического уровня(н); У(Лс и У(Ли -скорсть изменения остаточной толщины трубы газопроводов; ЫРс и ЫРи -число диагностированных оценок; АР0с и А Р()И - отклонения регулируемой величины давления от требуемого уровня; ЫОКс и ЫОКн - число зон образования коррозийных участков.

В.В. Дмитриев

(1)

Конструктивные элементы системы работают в условиях циклической переменной нагрузки, разрушение которых происходит при равенстве произведенной внутренней работы

А = км М, (2)

где кN - число циклов коммутации электротехнических устройств перераспределения электрической энергии; АА - внутренняя работа, совершаемая за один цикл коммутации.

Вероятность безотказной работы зависит от величины остаточного запаса энергии , который можно еще израсходовать при периодических нагрузках

р(ю = Ао1 =А-кмАА, (3)

А А

подставляя значение из (3), получаем

кПкнАА < А , (4)

где кп - коэффициент перегрузки, учитывающий изменение нагрузки. Внутренняя работа АА может быть выражена как

АА = (5)

Е

где Е - модуль деформации; ГЭ - действующая на элементы конструкции устройств коммутации нагрузка, которая может быть выражена как

ктко^Н , (6)

кП

где кт - коэффициент условий работы, учитывающий изменение нагрузки; ко - коэффициент однородности конструкционных материалов, учитывающий изменение его механических свойств; ¥н - нормативная нагрузка на элементы конструкции устройств коммутации и системы распределения электрической энергии.

Подставляя (5) в (2), получим

А = кы р ^. (7)

' Е

Подставляя (6), (5) и (4) в (3), получим

к 3

кП Т72 < г2 (8)

,2,2 ГЭ < ГН , (8)

ктко

где

г

кп = ^, (9)

т

гэ 69

Еэн - наибольшее значение действующей нагрузки; т^э - математическое ожидание случайных величин действующих нагрузок, равное средней величине ;

К = 1 - Рук 0).

(10)

Коэффициент запаса по конструкционному материалу при этом можно выразить как

Г - к 3

Кн —

2 к2 •

т о

Учитывая, что

имеем с учетом (7)

к 2 к 1

км — —

Мн 1

НМ

АН —

Н НК

1 Е

ЛНМ^

т,

типЕ 1 Е

а

Кн —•

А

Н Н

т

АН

Тогда из зависимости (11) получим

к„ —

КнК

(11) (12)

(13)

(14)

(15)

(16)

"я

Установлено, что случайная величина действующей нагрузки в устройствах контроля и управления подчиняются нормальному закону распределения.

Для законов распределения случайных величин нагрузок имеем равенство

РНМ (ЕН > тРд ) — 1 - Чнм .

На основании этого равенства, в общем случае

Ен — КН ■ Рэнв

(17)

(18)

Условием реализуемости надёжности в этом случае является неравенство (8). Из диаграммы нагрузки по А, ко и КН выбирается конструкционный материал для устройств коммутации.

Поскольку к • Мн получается путём периодической нагрузки с частотой /м, то срок службы может быть выражен из следующего равенства:

Н

1п К _- 1п

<) не 2

1, (¿нЕ

\

V р у

"|1п-, (19)

/л = — ■ (20)

Чнм

Решая (19) относительно с учётом

Чнм _~Л НТ'

■ , (21)

получим

¿н Е

н не

(л _ —. (22)

Чнм

Зависимости (2) - (22) устанавливают условия реализуемости надёжности устройств контроля и управления.

Условие реализуемости надёжности элементов устройств контроля и управления, определяемое соответствием их параметров условиям эксплуатации, выражается как

РуТ (() £ Чнм, (23)

тогда

^ £ Чнм . (24)

ГГ1 2

Тон

Исходя из неравенств (21) и (22), функциональные параметры устройств коммутации и контроля качества электрической энергии определяется на основе их соответствия условиям эксплуатации и обеспечения требуемой величины ТОН:

(-усА- V1

V Сун у

(25)

где С - затраты на обеспечение надежности устройств коммутации и контроля качества электрической энергии; Суд - допустимые затраты (потери -ущерб) от отказа устройств коммутации и контроля качества электрической энергии;

СудИ _ Сдпн(дп, (26)

где Сдп - допустимые затраты в единицу времени от отказа устройств коммутации и контроля качества электрической энергии;

С

сп _-купг. (27)

Выражение (25) может быть прологарифмировано, и решая уравнение относительно Судн, получим

к с чк

Судн _ -ЧЧг, (28)

Ним

Ч

им

тогда из (26)

С

к = С* . (29)

Сдпн

Используя отношение (29), можно определить значения Тнм, Рнм и

^нм-

Список литературы

1. Базыль И.М. Автореферат диссертации. Повышение эффективности функционирования электротехнических устройств электропитающих систем, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии. Тула, 2015. 20 с.

2. Каратеев П.Ю. Автореферат диссертации. Повышение эффективности электропотребления и функционирования электротехнических устройств распределения электроэнергии в электропитающих системах. Тула, 2014. 20 с.

3. Контроль и управление качеством электрической энергии систем электроснабжения предприятий / В.М. Степанов, В.С. Косырихин, П.Ю. Каратеев, И.М. Базыль // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 12. Ч. 2. С.106-110.

4. Степанов В.М., Каратеев П.Ю. Определение работоспособности электротехнических устройств, обеспечивающих эффективное использование и распределение электроэнергии в электропитающих системах// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 12. Ч. 2. С. 99-102.

Дмитриев Вячеслав Валентинович, ген. директор, dvitriev. vv@kalugaoblgaz. ru, Россия, Калуга, ОАО «Газпром газораспределение Калуга»

DETERMINATION OF THE LEVEL OF RELIABILITY AND CONDITIONS FOR THE REALIZABILITY OF ELECTRICAL AND ELECTROMECHANICAL BALANCING SYSTEMS FOR GAS DISTRIBUTION NETWORKS AND THEIR ELECTROCHEMICAL

PROTECTION

V.V. Dmitriev

Dependencies for determining the technical level coefficient of electrical and electromechanical balancing systems for gas distribution networks and electrochemical protection of gas pipelines, taking into account its relationship with the level of structural andfunctional reliability are established. Conditions for realizability of structural and functional reliability taking into account operating conditions are determined.

Key words: balancing system, electrochemical protection, gas distribution network, structural andfunctional reliability

Dmitriev Vyacheslav Valentinovich, general director, dvitriev. vv@kalugaoblgaz. ru, Russia, Kaluga. JSC "Gazprom gas distribution Kaluga»

72