CC BY
18
УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ. МОДЕЛИРОВАНИЕ
©
Крюков А.В., Закарюкин В.П., Алексеенко В.А.
УДК 621.331: 621.311
АНАЛИЗ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ НА ОСНОВЕ МНОГОМЕРНЫХ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
Введение. Системы тягового электроснабжения (СТЭ) обладают рядом особенностей, которые усложняют эксплуатацию электрооборудования. Первая из них состоит в существенной нестационарности однофазных тяговых нагрузок, перемещающихся в пространстве. Вторая связана со значительной несимметрией напряжения на шинах тяговых подстанций (ТП). Третья заключается в том, что выпрямительные электровозы являются нелинейными нагрузками, генерирующими высшие гармоники. Четвертая определяется электромагнитным влиянием контактной сети на смежные линии электропередачи. Эти особенности необходимо учитывать при разработке методов рациональной эксплуатации СТЭ [1]. В противном случае возможно резкое снижение эффективности прогрессивных технологий, а в некоторых случаях и преждевременный выход из строя дорогостоящих устройств.
Увеличение масс грузовых поездов является одним из основных резервов роста пропускной способности железных дорог и положительно сказывается на экономике ОАО «РЖД» и его филиалов. Однако движение тяжеловесных поездов создает значительные нагрузки на элементы СТЭ, усиливая перечисленные особенности и увеличивая износ электрооборудования. Кроме того, в отдельные моменты времени, например, при восстановлении графика движения в после -оконный период, имеют место режимы, которые
создают пиковые нагрузки на элементы СТЭ, значительно превышающие номинальные.
Указанные обстоятельства диктуют необходимость разработки научно-обоснованного комплекса методов и средств, направленных на повышение эксплуатационной надежности СТЭ. Такой комплекс должен базироваться на детальном анализе повреждаемости электрооборудования СТЭ с применением современных математических моделей и методов.
В настоящее статье представлены результаты исследований, направленных на создание компьютерных технологий анализа повреждаемости электрооборудования тяговых подстанций.
Постановка задачи. Данные о повреждаемости электрооборудования тяговых подстанций ВСЖД представлены на рис. 1 с группировкой по распределительным устройствам (РУ). Дефекты неравномерно распределяются не только по подстанциям, но и по уровням напряжения и по видам оборудования. Многомерный и сложный характер распределения числа дефектов затрудняет приня-
Рис. 1. Данные о повреждаемости электрооборудования ТП за период с 1998 по 2007 гг
Рис. 2. Матричный график повреждаемости оборудования
тие обоснованных управленческих решений и формирование рациональной стратегии эксплуатации. Поэтому эффективное решение задач управления эксплуатацией электрооборудования СТЭ требует применения современных математических методов и компьютерных технологий.
Методика и результаты анализа повреждаемости. На первом этапе проведен разведочный анализ данных. С этой целью построены матричные графики, а также графики рассеяния, поверхностей и линий уровня. Пример матричного графика показан на рис. 2. Изучение этих графиков позволило сделать вывод о том, что данные о дефектах по различным распределительным устройствам (РУ) тяговых подстанций группируются в три области. Поэтому для дальнейшего анализа были применены процедуры кластерного анализа [2, 3].
Классификация массива данных проведена на базе метода к-средних. Данный метод основан на алгоритме, использующем понятие центра тяжести. Исходная информация о классифицируемых объектах представлена матрицей «объект-свойство», столбцы которой задают точки 3-х мерного евклидова пространства. В результате анализа совокупность из 72 ТП разделена на 3 непересекающихся кластера (рис. 3 ... 5).
Дефекты, возникающие на распредустройст-вах различного напряжения, могут приводить к разным последствиям. Так, дефекты в РУ 27,5 и 220-110 кВ могут вызывать аварии, связанные с
Рис. 3. Распределение объектов по кластерам в сечении факторного пространства «РУ 27.5 кВ - РУ 35-10-6-0.4 кВ»
РУ 220-110 кВ
Рис. 4. Распределение объектов по кластерам в сечении факторного пространства «РУ 220-110 кВ - РУ 27.5 кВ»
УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ. МОДЕЛИРОВАНИЕ
©
РУ 220-110 кВ
Рис. 5. Распределение объектов по кластерам в сечении факторного пространства «РУ 220-110 кВ - РУ 35-10-6-0.4 кВ»
задержками в движении поездов. Дефекты в РУ 35-10-6-0.4 кВ могут приводить к отключению районных потребителей электроэнергии. Полученные результаты дают важную информацию о статистических закономерностях проявления дефектов на анализируемых объектах. Данные о центрах кластеров (табл. 1, рис. 6) позволяют наметить рациональную стратегию осуществления технического обслуживания. Так, например, при обслуживании тяговых подстанций, входящих в первый кластер, особое внимание следует обращать на электрооборудование РУ 27.5 и 35-10-60.4 кВ, для второго кластера наиболее проблемными являются распределительные устройства 220-110 кВ, а для третьего - 27.5 кВ.
Наибольшее количество ТП (44) включает третий кластер с преобладающим числом дефектов электрооборудования напряжением 27.5 кВ. Это объясняется отмеченными выше особенностями систем тягового электроснабжения. Особого
внимания заслуживает кластер 2, включающий объекты с наибольшей повреждаемостью, сосредоточенные в РУ высшего напряжения.
Заключение. На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы.
1. Предложена методика анализа повреждаемости электрооборудования тяговых подстанций, основанная на использовании процедур многомерной классификации.
2. Практическое использование разработанной методики позволит повысить эффективность эксплуатации устройств электроснабжения магистральных железных дорог, вырабатывать обоснованные управленческие решения по стратегии технического обслуживания, выявлять факторы, влияющие на повреждаемость электрооборудования, повысить надежность СТЭ и систем электроснабжения нетяговых потребителей.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Крюков, А. В. Управление режимами систем тягового электроснабжения на основе имитационного моделирования : моногр. / А. В. Крюков, В. П. Закарюкин, С. М. Асташин ; под ред. А. В. Крюкова. - Иркутск, 2008. - 124 с. -Деп. в ВИНИТИ 10.11.2008. - № 870 - В2008.
2. Ким, Дж.-О. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ / Дж.-О. Ким, Ч. У. Миллер, У. Р. Клекк [и др.]. - М. : Финансы и статистика, 1989. - 215 с.
3. Мандель, И. Д. Кластерный анализ / И. Д. Мандель. - М. : Статистика, 1988. - 176 с.
Центры кластеров
Таблица 1
№ Параметр Кластер/количество ТП
1/23 2/5 3/44
1 Среднее число повреждений на РУ 220-110 кВ 0,83 7,00 0,75
2 Среднее число повреждений на РУ 27.5 кВ 2,74 1,20 1,02
3 Среднее число повреждений на РУ 35-10-6-0.4 кВ 2,52 2,20 0,70
Рис. 6. Центры кластеров
