CC BY
21
УДК 519.8
ОБ УСТОЙЧИВОМ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ОБЪЕКТА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
В.Ф. Воскобоев
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры устойчивости экономики и систем жизнеобеспечения,
Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: v.voskoboevQamchs.ru
А.Ю. Лебедев
кандидат технических наук,
профессор кафедры устойчивости экономики и
систем жизнеобеспечения,
Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: а.lebedevQamchs.ru
Аннотация. В статье рассматривается задача оценки влияния поражающих факторов чрезвычайной ситуации на устойчивость функционирования объекта электроэнергетики. Предполагается, что поражающие факторы чрезвычайной ситуации приводят к увеличению таких показателей как время на диагностирование и восстановление этого объекта. Получены аналитические выражения зависимости интегрального показателя устойчивости функционирования объекта электроэнергетики от этих показателей. Показано, что на основе решения обратной задачи возможно определение допустимой совместной области показателей, обеспечивающих требуемое значение интегрального показателя устойчивости.
Ключевые слова: устойчивость функционирования, объект электроэнергетики, поражающие факторы ЧС.
Цитирование: Воскобоев В.Ф., Лебедев А.Ю. Об устойчивом функционировании объекта электроснабжения в условиях чрезвычайных ситуаций // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2019. № 4 (43). С. 106-111.
Введение
Анализ перечня объектов системы жизнеобеспечения населения [1] показывает, что в нем значимыми являются объекты электроэнергетики. Важность этих объектов обусловлена не только устойчивым выполнением непосредственных функций, но и существенным их влиянием на устойчивость функционирования таких объектов как жилой фонд, медицинские организации, системы снабжения населения водой, теплом и другими необходимыми элементами жизнеобеспечения.
В настоящей работе в качестве исходной модели системы электроэнергетики будет использоваться модель [2], в которой показателем устойчивости функционирования являлась величина вероятности устойчивого функционирования в произвольный момент времени. Этот показатель характеризует мгновенную устойчивость функционирования. Для объектов электроэнергетики, которые являются объектами длительного непрерывного
функционирования более значимым представляется интегральный показатель Ку в виде доли времени устойчивого функционирования на заданном интервале времени Тэ.
Для объектов электроэнергетики типовыми поражающими факторами чрезвычайной ситуации (далее —ЧС) являются последствия взрывов, пожаров, обрушения конструкций, возникающие в силу различных внешних воздействий. Влияние этих факторов приводит к тому, что такие характеристики, как собственная безотказность объекта электроэнергетики, показатели систем контроля, диагностики и восстановления ухудшаются. Кроме того, на интегральный показатель влияет сезонность, т.е. режимы вида: «зима-ночь», «зима-день», «лето-ночь», «лето-день».
Целью статьи является исследование возможности обеспечения устойчивости функционирования объекта электроэнергетики (далее — ОЭ) в условиях воздействия поражающих факторов ЧС.
Постановка задачи
В [2] было получено выражение для определения вероятности устойчивости функцио-
нирования такого объекта в произвольный момент времени, в котором в явном виде не была учтена продолжительность диагностирования
ру) = д х {ад + [1- ад] х
(1)
При учете продолжительности диагно- устойчивого функционирования примет вид стирования выражение для вероятности
ру) = д х р{£д < + [1 - ад] х
(2)
где — вероятность безотказной работы
собственного ОЭ;
д — значение достоверности контроля и диагностирования технического состояния ОЭ;
^восст(£) — вероятность того, что при обнаружении неработоспособного состояния ОЭ будет восстановлен за время
не превышающее требуемые значения ¿в
^восст(^) = ^ ¿в})
Р{ЬД < ¿д} — вероятность того, что процесс идентификации технического состояния завершится за время, меньшее чем
Перейдем от выражения (2) к значению времени устойчивого функционирования на интервале [0,ТЭ]. Имеем
итэ гтэ
+ у [1- д(г)] хр(гд<^)
Отсюда показатель устойчивого функционирования
х РК1
Тлг{
д
Т9 Т9(^
итэ гТэ
(3)
(4)
Как правило, для любой фиксированный системы идентификации технического состо-
д0
чение Туст = ДТ9 при Д > 0, если = 1,
^^д < = ]_, ^восст(^) = 1-
Из выражения (4) следует, что искомый показатель устойчивого функционирования зависит от продолжительности диагностирования, восстановления и идентификации технического состояния.
Для различных режимов работы объекта вид может отличаться, так как схема соединения элементов по надежности будет зависеть от условия обеспечения требуемого объема электроэнергии. Если зафиксировать значение г то
где х\ ния;
ку = /(жьЖ2,Жз,|Д(г)), (5)
продолжительность диагностирова-
Х2 — продолжительность восстановления;
Хз — достоверность идентификации технического состояния объекта электроснабжения.
Необходимо определить вид функции (5) и оценить внешнее влияние показателей Х\,Х2,Хз на величину Ку при фиксированном значении К(1).
Решение
Анализ влияния этих показателей возможен на основе использования положений теории планирования эксперимента [3]. При использовании полного факторного эксперимента 23 были получены выражения, связывающие показатель устойчивости и выбранные показатели.
Представим эти выражения следующим образом:
Для режима «зима-день»:
ку1 = ку ю + Дъ где
(6)
2019'4(43)
кую = 0,96516+ 0,01279ж3
(7)
Д1 = -0,00769ж1 - 0,01827^2--0,0086ж2Ж3 + 0,00591^1^3- (8)
-0,0009 х х1х2х3.
Соответственно для режима «зима-ночь»:
оценить верхнюю границу времени выполнения работ по восстановлению работоспособного состояния Х21,1 = 1, 2 из условия сохранения значения Ку10 ж Ку20.
Из (6)-(8) и (9)—(11) соответственно, имеем для режима «зима-ночь» из условия Ку2 = 0
%22
кУ20 - 0,00697ж1+ 0,00603^1 Ж3 0,01906 .
(12)
кУ2 = кУ2о + Д2,где (9)
кУ20 = 0,96693 + 0,01205ж3 (10)
(11)
Д2 = -0,00697ж1 - 0,01906^2--0,00603^1^3.
Эти режимы были выбраны как наиболее сложные для реализации устойчивого функционирования системы электроснабжения. Очевидна нелинейная зависимость Ку от выбранных показателей, причем значимыми являются двойные и даже тройные их взаимодействия.
Значения Куж, г = 1,2 в основном определяются характеристиками собственной безотказности объекта жизнеобеспечения. Величины Дг, г = 1,2 определяют влияние на показатель устойчивости характеристик систем идентификации и восстановления.
Последствия ЧС, как правило, сопровождаются нарушением штатного функционирования объекта жизнеобеспечения, что влечет необходимость выполнения работ по восстановлению работоспособного состояния. При этом в большинстве случаем такие характеристики как достоверность и время идентификации сохраняются. Необходимые работы требуют для своей реализации определенного времени. Выражения (6-8), (9-11) позволяют
Ж21
кую- 0,00769ж1 + 0,00591ж1 Ж3 0,01827 + 0,0009^1^3 .
(13)
В общем случае наличие выражений (6)-(8) и (9)—(11) позволяет решать задачу обеспечения требуемых значений показателя устойчивости за счет выбора значений Ж1, Ж2-Это достигается за счет решения обратной задачи: определить такую пару {х1,х2}, которая при заданных показателях безотказности объекта системы жизнеобеспечения населения и достоверности идентификации технического состояния этого объекта обеспечивает значения показателя устойчивости не хуже требуемого. Решение обратной задачи не является единственным, а находится в области на плоскости {Ж1,Ж2}, ограниченной кривой, представляющей след пересечения поверхности Ку (Ж1Ж2Ж3|Д(£)) плоскостью Куз&л. Эта кривая определяет верхнюю границу области {ж1 , х2} для которой любая пара {Ж1,Ж2> е {Ж1 , Ж2 } обеспечит, как минимум, требуемые значения показателя устойчивости.
Пример
Рассмотрим результаты расчета показателей устойчивости при вариации значения Ж1,Ж2, при этом значения показателей собственной безотказности объекта системы жизнеобеспечения населения и достоверности идентификации его технических состояний, являются фиксированными (таблица 1).
Таблица 1 Результаты расчетов
Режим работы Значения х1, х? , час Значения показателя устойчивости Ку0 Значеине Дь х2, час
1 2 3 4 5
Зима-день хх = 0 х7 = 0 = 0,99 0,97782 0 36,51
Х.1 - 1 Х2 = 1 = 0,99 0,94335 -0,03447 35,55
х1 = 10 х2 = 10 х^ = 0,99 0,60249 -0,37533 27,35
Зима-ночь = 0 х2 = 0 х^ = 0,99 0,97886 0 51,31
%1 = 1 х2 = 1 хг = 0,99 0,95880 -0,02006 51,30
хг = 10 х2 = 10 хг = 0,99 0,64216 -0,33670 50,8
Значения показателей устойчивости различных режимов работы объекта жизнеобеспечения при х\ = 0 Х2 = 0 соответствуют максимально достижимой величине этих показателей и характеризуют процесс функционирования для случая мгновенной индикации отказа и мгновенного восстановления.
Из данных таблицы следует, что с ростом продолжительности времени на идентификацию технических) состояния значение показателя устойчивости убывает независимо от режима работы (графа 3), при этом влияние этих характеристик на величины показателя устойчивости роста (графа 4) зависит от
режима работы объекта жизнеобеспечения. В графе 5 представлены значения максимально допустимых значений продолжительности восстановления из условия достижения значения показателя устойчивости для вариант х\ = 0 х2 = 0 .
Общая тенденция состоит в том, что с увели чением продолжительности идентификации технического состояния возможная максимальная длительность восстановления уменьшается.
Для наглядности поверхности Ку\, Ку2 при фиксированном значении Д = 0,99 представлены, соответственно, на рисунках 1 и 2.
сам не
201914(43)
Из рисунков 1 и 2 следует, что воздействие поражающих факторов ЧС, приводящих к росту диагностирования х\ и времени восстановления х2, вызывает снижение устойчивости функционирования объектов электроэнергетики .
Одновременно полученные результаты позволяют оценить значения изменения х\ х2 при заданном Куст. Это достигается решением неравенства
Kyi> ууст. (14)
о.б
12
0.2
0-1-•--■--■-1-■-1-■-
а о,: O.j o-s i
ii
Рисунок 3
Результатом решения неравенства (14) является след на плоскости [Ж1,Ж2] пересечения плоскости ХусТг, г — 1, 2 с соответствующими поверхностями (6) и (9) при фиксированных
^ и к(г).
Для режимов «зима день» и «зима ночь» результаты расчетов приведены на рисунках 3 и 4.
Полученные результаты позволяют обосновать рекомендации по обеспечению устойчивости функционирования объекта электроэнергетики при соответствующих сценариях развития ЧС.
10.8--
0.6-
м----~
0J —
(И-•-1-•---——■——■—
О 0.1 (1.1 S.S 0.J 1
xl
Рисунок 4
Литература
1. Рейхов Ю.Н.. Лебедев А.Ю.. Тугушов К.В.. Казаков В.Ю. Первоочередное жизнеобеспечение населения и практика организации пунктов временного размещения вынужденных переселенцев / Учебное пособие: ФГБОУ ВПО «Академия гражданской защиты МЧС России». 2014. 203 с.
2. Воскобоев В.Ф.. Лебедев А.Ю.. Смирнов Б.П. Методика анализа влияния эксплуатационных характеристик системы водоснабжения муниципального образования на устойчивость функционирования
в чрезвычайных ситуациях // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2019.
3. Зедгенидзе И.Г. Планирование для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976. 390 с.
ABOUT STEADY FUNCTIONING OF OBJECT OF POWER SUPPLY IN THE CONDITIONS OF EMERGENCY SITUATIONS
Abstract. The article discusses the task of assessing the impact of the damaging factors of emergency situations on the stability of the operation of an electric power facility. It is assumed that the damaging factors of emergencies lead to an increase in indicators such as the time to diagnose and recover this object. Analytical expressions are obtained for the dependence of the integral indicator of the stability of the functioning of the electric power industry object on these indicators. It is shown that, based on the solution of the inverse problem, it is possible to determine the permissible joint area of indicators that provide the required value of the integral stability index. Keywords: stability of operation, electric power facility, emergency factors.
Citation: Voskoboev V.F., Lebedev A. Yu. About steady functioning of object of power supply in the conditions of emergency situations // Scientific and educational problems of civil protection. 2019. No. 4 (43). S. 106-111.
1. Reikhov Yu.N., Lebedev A.Yu.. Tugushov K.V., Kazakov V.Yu. Priority life support of the population and the practice of organizing temporary accommodation centers for internally displaced persons / Textbook: FSBEI HPE "Academy of Civil Protection of the Ministry of Emergencies of Russia 2014. 203 p.
2. Voskoboev V.F., Lebedev A.Yu., Smirnov B.P Methodology for the analysis of the impact of the operational characteristics of the water supply system of the municipality on the stability of functioning in emergency situations // Scientific and educational problems of civil protection. 2019.No 3 (42). P. 30-37.
3. Zedgenidze I.G. Planning for the study of multicomponent systems. M .: Nauka, 1976. 390 p.
№ 3 (42). C. 30-37.
Victor VOSKOBOEV
Doctor of Technical Sciences, Professor,
Professor of the Department of Economic Sustainability
and Life Support Systems,
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md.Novogorsk
E-mail: v.voskoboevQamchs.ru
Alexander LEBEDEV
Candidate of Technical Sciences,
Professor of the Department of Economic Sustainability
and Life Support Systems,
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow region, city Khimki,
md.Novogorsk
E-mail: a.lebedevQamchs.ru
References
