К вопросу создания информационной базы данных по надежности основного оборудования ТЭС Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Предложенный алгоритм ОМКЗ обеспечивает фиксацию места повреждения за 0,02-0,03 с как при металлических КЗ, так и через переходное сопротивление.

Расчет численных значений !кз с минимальными 5 обеспечивается при частоте 50 Гц. Дополнительные погрешности определения !кз при отклонении частоты (50 ± 1) Гц могут достигать порядка ±3,7 %. Исходя из полученных методом вычислительного эксперимента уровней 5 для различных режимов работы линии и видов КЗ в соответствующих точках, а также с учетом влияющих факторов для рассмотренного случая можно принять Кк = (0,90-0,95).

В Ы В О Д Ы

1. Реализация функции ОМКЗ в микропроцессорных токовых защитах линий с односторонним питанием позволяет расширить зону мгновенного отключения КЗ с охватом ею до 95 % длины линии.

2. Положенный в основу ОМКЗ дистанционный принцип определения расстояния до ме-

ста КЗ создает реальные предпосылки исключения зависимости зоны мгновенного отключения повреждений от режима работы распределительной сети.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Романюк, Ф. А. Определение места короткого замыкания на линиях распределительных сетей в объеме функций микропроцессорных токовых защит / Ф. А. Романюк, А. А. Тишечкин, О. А. Гурьянчик // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). -2010. - № 6. - С. 5-13.

2. Романюк, Ф. А. Определение вида повреждения на линиях распределительных сетей в объеме функций микропроцессорных токовых защит / Ф. А. Романюк, А. А. Тишечкин, Е. В. Булойчик // Энергетика. (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2011. - № 4. -С. 5-10.

3. Шнеерсон, Э. М. Цифровая релейная защита / Э. М. Шнеерсон. - М.: Энергоатомиздат, 2007. - 549 с.

4. Федосеев, А. М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей: учеб. пособие для вузов / А. М. Федосеев. - М.: Энергоатомиздат, 1984. -520 с.

Поступила 15.05.2012

УДК 621.311.1

К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ ПО НАДЕЖНОСТИ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЭС

Докт. техн. наук, проф. КАРНИЦКИЙ Н. Б.11, магистр техн. наук БУРОВ А. Л.11, инженеры ВЕРЕМЕЙЧИКЕ. Г», КАРПУКА. В.2>

1 Белорусский национальный технический университет,

2ОАО «БПС-Сбербанк»

Несмотря на определенные экономические трудности, в настоящее время значительное внимание уделяется дальнейшему развитию электроэнергетической отрасли Республики Беларусь. Вводятся в строй новые электроэнергетические мощности на органическом топливе, начато строительство первой Белорусской АЭС. При этом должного внимания требует то оборудование ТЭС, которое исчерпало свой парковый ресурс. В энергосистеме Беларуси

Наука

итехника, № 4, 2012_

его доля составляет порядка 55 % при установленной мощности ЛуСт = 8525 МВт. Поддержание работоспособности такого оборудования требует не только капиталовложений, но прежде всего информационного обеспечения о состоянии отдельных узлов, агрегатов, определяющих надежную работу паровых котлов и турбин в целом. Не следует забывать, что это оборудование в стратегической перспективе (после ввода АЭС) перейдет в утяжеленный

режим работы, связанный с перераспределением сегмента графика электрических нагрузок, т. е. переходом из базовой части графика в полупиковую и пиковую.

Кроме того, Белорусская энергосистема все в большей степени оснащается газотурбинными установками в составе ПГУ. По мнению авторов, о таких установках также необходимо иметь оперативную информацию по надежности их работы, поскольку даже новые ПГУ-400 на Лукомльской и Березовской ГРЭС своими режимами эксплуатации существенно будут отличаться от принятых при проектировании.

Основной задачей энергетики Республики Беларусь было и остается надежное снабжение потребителей электроэнергией и теплотой. При этом следует учесть, что в процессе энергообеспечения устаревает оборудование, возникают ошибки эксплуатационного персонала, а также в перспективе - ожидание оперативного включения мощностей в случае отказа или планового останова мощных энергоблоков АЭС, работающих в базовой части электрических нагрузок.

В силу указанных причин компенсация электрических мощностей должна осуществляться повышением или, по крайней мере, сохранением их надежности на требуемом уровне. Это возможно путем создания резервов производственных мощностей, запасов топливных ресурсов при улучшении культуры эксплуатации оборудования электростанций и др.

В этой связи для лица, принимающего решения (ЛПР), или группы лиц важна информация о техническом состоянии действующего энергетического оборудования, в частности основного оборудования электростанций на органических видах топлива.

На кафедре «Тепловые электрические станции» БНТУ разработана информационная система по формированию базы данных надежности оборудования ТЭС. Она включает только базовые электростанции, но может быть расширена при необходимости до требуемых масштабов. По мнению авторов, актуальным представляется примененный системный подход к оценке технического состояния, уровня эксплуатации, аварийности оборудования ТЭС с целью принятия решений по повышению (сохранению) его надежности на основе со-

зданной информационной системы (ИС), а в рамках ГПО «Белэнерго» с ее использованием может быть создана корпоративная информационная система (КИС).

Предлагаемая информационная система универсальна и может быть адаптирована к другой аналогичной структуре. В данной статье авторами сохранена культура подачи информации, не ущемляющая корпоративных интересов энергоисточников и энергосистемы в целом. Основное внимание уделено технической стороне вопроса по раскрытию сути построения ИС. Далее предлагаемый материал построен именно в этом ключе.

Прежде всего, для разработки ИС требуется стартовая информация по анализируемой системе. В частности, информация по основным техническим данным паровых котлов и турбин ТЭС с указанием даты их ввода в эксплуатацию, конкретного количества пуско-остановов, числа часов наработки, времени нахождения в ремонте и резерве на данный момент.

При формировании данных была предусмотрена система структуры базовых ТЭС с учетом их пополнения новыми энергоисточниками (свободные блоки). Название энергетического объекта предусматривало максимальное количество букв (до 30). Аналогично были предусмотрены расширенные ячейки для записи наиболее емких названий и терминов, чтобы это в перспективе не требовало сложной корректировки исходной структуры, описания агрегатов, узлов, деталей и т. п. То есть создаваемый алгоритм базы данных по надежности имеет существенный запас как в структуре энергосистемы (при вводе новых тепловых электростанций), так и при описании отказов, их причин и других сведений для расчета показателей надежности. Таким образом, уже в начале исследований закладывались решения по созданию базы данных по надежности, которые были формализованы на наиболее сложные цепочки при описании отказов тепломеханического оборудования.

Формализация отказов основного оборудования ТЭС осуществлена на основе формуляра акта расследования отказа (аварии), произошедшего на оборудовании ТЭС, фиксируемого существующей системой учета. То есть поступающая информация может быть сосредоточена

■■ Наука

итехника, № 4, 2012

в одном месте, например в службе надежности энергетической структуры.

Наряду с информационным обеспечением ИС позволяет рассчитывать и показатели надежности на момент востребованности. Для этого в программе расчетов положена общеизвестная методика [1], краткое описание которой приведено ниже.

Энергетическая схема электростанции состоит из множества компонент, среди которых главными являются: котел, турбина, электрогенератор, дымососы, дутьевые вентиляторы, главные паропроводы, питательные, конденсатные и циркуляционные насосы, деаэраторы, подогреватели высокого и низкого давления и др.

При оценке надежности схем энергоблоков и ТЭС с поперечными связями такие показатели, как средняя наработка на отказ оборудования, а также среднее время восстановления работоспособного состояния, связаны с неопределенностью [2, 3]. Средняя наработка на отказ То - это отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки; среднее время восстановления работоспособного состояния Тв - математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния.

В обработке ретроспективных данных по отказам с целью оценки надежности тепломеханического оборудования ТЭС были использованы методы аналитического моделирования, марковские процессы и как наиболее часто применяемое в энергетике экспоненциальное распределение. В этом случае интегральная функция распределения может быть представлена как

F(t) = 1 - е-*t, t > 0.

(1)

Здесь эта функция используется для выражения вероятности отказов. В теории надежности часто применяется и обратная функция -вероятность выживания = 1 - F(t).

Производная кумулятивной функции распределения вероятности отказов называется вероятностной функцией плотности ДО

. ч dF (t) dR (t)

f (t) = —±-L = Xe-11 =—M; t > 0.

dt

(2)

Склонность к отказу может быть охарактеризована функцией риска

h(t ) =

Ж.

1 - F (t)'

(3)

которая для экспоненциального распределения принимает вид

h (t ) = _XeX-= x,

w 1 - (1 - e-X)

(4)

где X - интенсивность или параметр потока отказов, выражающий отношение среднего числа отказов объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки и являющийся величиной, обратной наработке на отказ 1/То.

Проблемы надежности в энергетике связаны с марковскими процессами, которые дискретны в пространстве и непрерывны во времени. Системы, описываемые этими процессами, существуют непрерывно в одном из состояний (работа) до дискретного перехода в другое состояние (ремонт).

Марковские процессы описывают системы, которые могут быть лишь в одном из взаимоисключающих дискретных состояний. Изменения от состояния к состоянию непрерывны во времени, а вероятность более чем одного изменения состояния в течение малого промежутка времени Дt незначительна.

Если система находится в состоянии «работа», то

ц X

Ро ( i ) =

X + ц X + ц

-(X+ц )t

(5)

где ц - интенсивность ремонтов, определяется как 1/Тв.

Для состояния «отказ»

Р (t ) = —---— е-(х+Ц >.

X + ц X + ц

Для времени t = 0: Ро(0) = 1; Л(0) = 0. Для времени t = да:

Ц .

(6)

Ро = Р =

X + ц X

X + ц

(7)

(8)

Наука итехника, № 4, 2012

Подставив значения То =1 и Тв =1 в вы-

1 ц

ражения (7) и (8), будем иметь:

К-Гот Ро

Т

г»

Т + Т

Т о + Т в

Кн

— Л —

Т

р.

Т + Т

1 о ~ 1 в

(9) (10)

Показатели Ро и Р1 в (9) и (10) не зависят от первоначального состояния системы, их величины характеризуют стационарные значения готовности Кгот и неготовности Кнегот системы.

Для анализа рассмотрим диаграмму состояний двухкомпонентной системы (рис. 1).

1 2

1 работа 2 работа 1 ремонт 2 работа

м-2

№

3

1 работа

2 ремонт

А.1

м-1

1 ремонт

2 ремонт

Рис. 1. Диаграмма состояний

Для такой простейшей системы КГОт и Кнегот выражаются:

а) при последовательном соединении компонент:

Кгот = Р1; Кнегот = Р2 + Рз + Р4;

б) при параллельном соединении:

Кгот = Р\ + Р2 + Рз; Кнегот = Р4.

Уравнения для двухкомпонентной системы запишутся:

а) при последовательном соединении: • двух компонент:

к = Ц1Ц2 .

ГОТ (Я + Ц2 )(Я - М-2 )'

Я — Я + Я2;

(11) (12)

Т -

-1 в —

Я1Тв1 + ^2Тв2

Я1 + Я2

^негот — Я1Тв 1

• n компонент:

я — Ё Я;

i—1

Ё ят

rf _ i —1

Т в — '

Я

Кнегот Ё 1 ^Тв1;

(13)

(14)

(15)

(16) (17)

i—1

б) при параллельном соединении двух компонент:

Я —ЯЯ2 (Тв1 + Тв2 ); Тв1Тв2

Т —-

Т в

Тв1 + Тв2 Тнегот — ЯТв — Я1Я2Тв1Тв2.

(18)

(19)

(20)

В параллельной системе, состоящей из п компонент, невозможно использовать уравнения для двухкомпонентной системы. Поэтому в параллельных системах с п компонентами при расчетах поочередно объединяют две компоненты с последующим добавлением к результатам предыдущих расчетов показателей следующей компоненты и последующих расчетов. Если схема ТЭС включает 20 компонент, то количество сочетаний («работа - отказ») будет 220 = 1000000 сочетаний.

Учитывая то обстоятельство, что схемы энергоблоков и ТЭС с поперечными связями гораздо сложнее и состоят из сотен компонент, потребовалось решение, направленное на упрощение процедуры перебора сочетаний без существенного снижения точности расчетов. Одним из авторов этой статьи ранее было предложено укрупнение расчетных блоков при соблюдении высокой точности конечного результата. Подробное описание оценки показателей приведено в [1], в этой статье лишь рефе-ративно изложена суть проблемы.

Методика оценки надежности энергетической схемы блока или электростанции включает следующие шаги: 1 - разработка компонентной схемы энергоблока (электростанции с

Наука итехника, № 4, 2012

4

и шаг 10 - анализ показателей готовности энергоблока - завершают процедуру расчетов.

Предложенная в работе компьютерная программа позволяет извлекать из базы данных необходимые сведения для расчета текущего значения коэффициента готовности.

Приведенная база данных по отказам основного тепломеханического оборудования электростанций энергосистемы Республики Беларусь удобна для электронной обработки информации, выборки отдельных параметров, занесения новой информации (в том числе с помощью обычного текстового редактора NOTEPAD). Однако для понимания значения данных без участия компьютера требуются некоторые пояснения.

Исходные данные обычно сводятся в таблицу. В рассматриваемом случае это табл. 1.

Далее приведем краткое описание инструкции пользователя.

При помощи программы пользователь может: • просмотреть список всех отказов, которые случались на электростанциях (список отсортирован по дате, названиях станций и элементов их оборудования);

Таблица 1 Пример таблицы исходных данных

Название станции Тип турбоагрегата Станционный номер турбоагрегата Тип котлоагрегата Станционный номер котлоагрегата Элемент агрегата, виновный в отказе Категория отказа Дата отказа Время простоя агрегата Описание отказа

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

МТЭЦ-4 Т-250 4 ТГМП-344А 4 ПЭН 1 19.12.1986 000004.30 Останов блока № 4 Т-250/300-240 защитой по снижению давления в системе смазки ПЭНа из-за ошибочного действия персонала цеха ТАИ

МТЭЦ-4 Т-250 4 ТГМП-344А 4 ВЭ 1 23.12.1986 000029.00 Отключение блока № 4 Т-250/300-240 из-за повреждения сварного стыка трубы входного коллектора водя- ного экономайзера котлоагрегата ТГМП-344А

МТЭЦ-4 ПТ-60 1 БКЗ-420-140 НГМ 1 Подшипник № 3 1 27.01.1987 000111.00 Останов котла № 1 (БКЗ-420-140 НГМ) по отключению ВДН-25х2 из-за повреждения подшипника № 3

МТЭЦ-4 Т-250 4 ТГМП-344А 4 Турбина 1 02.02.1987 000070.00 Останов блока № 4 Т-250/300-240 защитой по осе-

поперечными связями); 2 - оценка показателей То и Тв компонент (в рассматриваемом случае эти величины были приведены в актах регистрации отказов, журналах учета отказов и т. п.); 3 - определение подсистем; 4 - определение групп подсистем; 5 - построение деревьев отказов подсистем; 6 - расчет показателей готовности подсистем; 7 - определение мощностей состояний подсистем и групп подсистем; 8 - определение сочетаний подсистем и оценка их готовности при соответствующем сочетании. Таким образом, схема энергоблока, состоящая из 21 компоненты, требующая 221 = 2097152 сочетаний, в результате агрегирования в девять подсистем позволила уменьшить количество расчетных сочетаний с 2097152 до 1024. Агрегирование ряда подсистем в группы подсистем приводит к сокращению сочетаний до 64. Ряд операций по совмещению мощностей подсистем привели только к 10 расчетным состояниям, определение которых несложно даже при ручных вычислениях. Шаг 9 - определение основных показателей готовности энергоблока

Наука итехника, № 4, 2012

вому сдвигу ротора турбины

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

МТЭЦ-4 Т-250 4 ТГМП-344А 4 Генератор 1 05.02.1987 000072.00 Останов блока № 4 Т-250/300-240 по отключению генератора ТВВ-320-243 продольной дифзащитой

МТЭЦ-4 Т-250 4 ТГМП-344А 4 Турбина 1 09.02.1987 000003.00 Останов блока № 4 Т-250/300-240 защитой по осевому сдвигу ротора турбины

МТЭЦ-4 Т-250 4 ТГМП-344А 4 ПТН 1 22.02.1987 000071.00 Отключение ПТН блока № 4 Т-250/300-240 защитой по осевому сдвигу турбины (ПТН-1100-350-24)

МТЭЦ-4 Т-250 4 ТГМП-344А 4 ПЭН 1 23.02.1987 00002.00 Останов блока № 4 Т-250/300-240 по отключению ПЭНа из-за повышения температуры подшипника № 2 электродвигателя

• получить информацию об отказах на отдельной станции или ее элементе (котле, турбине), а также по типу турбины или котла за выбранный период, просмотреть отчет о количестве неисправностей, наработке и коэффициенте готовности;

• вносить изменения в базу данных программы: добавлять новые записи, редактировать и удалять существующие;

• изменять информацию о составе станций и основного оборудования: добавлять новые и удалять закрытые станции и оборудование, изменять информацию о них (сроки ввода в эксплуатацию, тип и т. д.).

Для запуска программы используется файл с bd.exe. Загружается главная форма - «База данных происшествий на электрических станциях» (рис. 2).

Для того чтобы просмотреть список всех неисправностей, достаточно нажать на кнопку «База данных». Появится окно «Информация», содержащее таблицу с данными (рис. 3).

Чтобы получить список неисправностей по какой-либо одной станции или по одному элементу (котлу, турбине), перед нажатием кнопки «Выполнить» необходимо:

• в логическом блоке «Критерий» выставить флажок перед тем предложением, которое наиболее подходит;

• в блоке «Способ отображения информации» выставить флажок перед «Все данные и общие сведения», если необходимо просмот-

реть список неисправностей и получить статистический отчет по неисправностям, связанным с выбранным элементом в блоке «Критерий»; выставить флажок перед «Все данные в виде таблицы», если достаточно просто просмотреть список неисправностей, и перед «Общие сведения по элементу», если необходимо ознакомиться только со статистическими данными (время простоя, количество неисправностей, наработка на отказ). Далее надо ввести название стации, котла, турбины или номер в поле, находящемся ниже;

Рис. 2. Главная форма программы

■■ Наука итехника, № 4, 2012

Рис. 3. Форма программы «Информация»

• в блоке «Дополнительная информация в таблице» оставить первый флажок, если необходимо, чтобы в таблице отображалась такая информация, как время простоя, степень отказа, дата неисправности, и установить второй флажок, если нужно отображение информации о причине поломки;

• в блоке «Временной отрезок» выставить флажок перед «Полные сведения», если нужна вся информация, имеющаяся в базе данных; «С даты по сегодня», если нужна информация с определенного момента времени; «Временной отрезок», если нужна информация за конкретный период времени. Данные вносятся в поле «Число», «Месяц», «Год».

Для редактирования информации в базе данных возможны два варианта:

• находясь на главной форме, нажать кнопку «База данных». Появится форма «Информация», содержащая таблицу данных и кнопки.

При необходимости добавить запись нажимается соответствующая кнопка «Добавить запись», а затем в появившейся форме «Редактирование базы данных» последовательно заполняются все поля с названием станции, типом турбины, котлоагрегата, названием элемента, станционного номера, даты поломки, времени простоя, информации по отказу, а потом нажимается кнопка «Добавить». Если необходимо изменить какую-либо запись, то следует нажать на кнопку «Редактировать» - появится форма «№ записи». В окне нужно указать номер записи,

в которую требуется внести изменения, и нажать на кнопку «Редактировать» - появится форма «Редактирование базы данных» с ранее введенными в поле записями. После исправления записей нажать кнопку «Изменить». Если редактирование больше не требуется, то надо закрыть окно или нажать на кнопку «Выход». Если необходимо полностью удалить запись, то надо нажать на кнопку «Удалить» и в появившемся окне ввести номер удаляемой записи, после чего повторно нажать на кнопку «Удалить»;

• находясь на главной форме, нажать на верхней панели «Редактирование базы данных», затем «Редактирование данных», «Добавить»/«Уда-лить». Появляется форма «Редактирование базы данных» (рис. 4). Заполнить все поля соответствующей информацией, затем нажать «Добавить» или «Удалить».

Для изменения информации о составе станций необходимо, находясь на главной форме, нажать «Редактирование базы данных», затем «Изменение структуры», затем «Добавить»/«Из-менить». Появляется окно «Изменение технических данных». В логическом блоке «Элемент» выбрать информацию об элементе, который требуется заменить (станция, котел или турбина). Затем ввести название станции. Если изменяем (добавляем) информацию о котле (турбине), то ввести также их станционный номер. Если изменяем информацию о станции, нужно нажать на кнопку «Добавить»/«Изменить», если о котле или турбине, то нажать на кнопку «ОК» и в таб-

^Л Наука

итехника, № 4, 2012

лице активируются поля «Тип», «Блок», «Дата ввода» - внести необходимую информацию. Затем для завершения операции нажать на кнопку «Добавить»/«Изменить».

Расчетные данные программы отображаются в форме «Сведения о времени наработки» (рис. 4).

В ведите информацию в каждое поле :

Название станции

1 Тип турбины: Стан. № :

1 |01 „

Тип котла: Стан. № :

1 |01 ^

Название э лементс котла:

1

Степень отказа : Jï |

Дата доломки : 1— 1— —

Б ремя простоя

Часы - минуты: 1 1

Инф. по отказу :

Добавить

Выход

Сведения о времени наработки [^~][п]Г><]

Даные на: 06.12.2007

Станция ¡Станция... Котел № 00

Общее время простоя : 1044 час. 42 мин.

Общее кол-во неисправностей : 24

Время простоя за выбранный период : 1044 час. 42 НИН.

Кол-во неисправностей за период:

Наработка: 324144

Коэф. готовности : 0,996779203414917

Рис. 4. Формы программы «Редактирование базы данных» и «Сведения о времени наработки»

В программе реализовано более пятидесяти функций, отвечающих за работу видимых компонент, выборку, сортировку, изменение, удаление, добавление, редактирование данных, нахождение интересующей величины и т. д. Использовано более десяти классов объектов и более пятисот переменных, не видимых для пользователя.

В Ы В О Д Ы

1. Проведена систематизация отказов различной степени, позволившая создать основу базы данных по надежности тепломеханического оборудования базовых электростанций Республики Беларусь.

2. Разработана информационная система с использованием современных компьютерных технологий, позволяющая осуществлять ввод текущих данных по отказам с записью истории отказа, производить выборку типа отказавшего оборудования с выделением «слабых» узлов и агрегатов, рассчитывать текущий коэффициент готовности основного оборудования ТЭС.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Борушко, А. П. Рекомендации по оценке показателей безотказности, ремонтопригодности и готовности энергетических блоков (агрегатов) электростанций / А. П. Бо-рушко, Г. А. Борушко, Н. Б. Карницкий. - М.: СПО «ОРГРЭС», 1991. - 48 с.

2. Борушко, А. П. Надежность и эффективность электростанций: методы и практика: учеб.-метод. пособие по дисциплине «Надежность оборудования ТЭС» / А. П. Бо-рушко, Г. А. Борушко, Н. Б. Карницкий. - Минск: БНТУ, 2007. - 182 с.

3. Карницкий, Н. Б. Синтез надежности и экономичности теплоэнергетического оборудования ТЭС / Н. Б. Кар-ницкий. - Минск: ВУЗ-ЮНИТИ, 1999. - 227 с.

Поступила 25.01.2012

■■ Наука итехника, № 4, 2012