CC BY
17
The issue of integration of renewable energy sources (RES) into regional power supply systems using semiconductor converters is considered. A simulation model of a DC converter with an inverter and a two-loop control system has been designed. As a result of modeling, the operation of the converter was studied when the load changed and when the input voltage from the renewable energy batteries changed. The simulation results showed a high efficiency of converting the DC voltage of RES batteries into the AC voltage of the network.
Key words: non-isolated DC converter, inverter, regional power supply networks, renewable energy sources.
Avdeev Boris Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, dirigeant@mail.ru, Russia, Kerch, Kerch state maritime technological university,
Vyngra Aleksei Viktorovich, lecturer, elag1995@gmail.com, Russia, Kerch, Kerch state maritime technological university
УДК 621.31
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-481-486
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
И.М. Казымов, Б.С. Компанеец, Д.А. Боярков, И.И. Михайлов
Цель данного исследования заключается в обосновании выбора управляющего воздействия на электрооборудование при организации технического обслуживания и ремонта. В основе данного исследования находится анализ применяемых подходов к организации ремонта электрооборудования. Исследование показало, что применение комплексного подхода к определению объёма управляющего воздействия в риск-ориентированных системах управления техническим обслуживанием и ремонтом приводит к повышению результативности выполнения ремонтных работ. Разработанный алгоритм принятия решений позволяет значительно упростить организационную часть процесса формирования ремонтных программ организаций электросетевого комплекса за счёт формализации процесса принятия решений.
Ключевые слова: техническое обслуживание и ремонт, система электроснабжения, электрическая сеть, алгоритм принятия решений, риск-ориентированный подход, ремонт электрооборудования.
Организация технического обслуживания и ремонта - основное направление деятельности электросетевых организаций, оказывающих услуги по передаче электрической энергии по электрическим сетям. Необходимость поддерживать имеющееся электросетевое оборудование в работоспособном состоянии для обеспечения возможности осуществления основной деятельности компании [1, 2].
Поддержание электрооборудования в исправном состоянии выполняется путём периодического технического обслуживания и ремонта (ТОиР). При этом для различных систем организации ТОиР объём, периодичность и форма управляющих воздействий могут отличаться.
В настоящее время различают следующие основные виды организации технического обслуживания и ремонта [3-5]:
- планово-предупредительный ремонт;
- ремонт по фактическому состоянию (по фактическому выходу из строя);
- ремонт исходя из оценок риск-ориентированного подхода.
В системах планово-предупредительного подхода к организации ТОиР виды управляющих воздействий, частота их применения и объём выполняемых работ строго регламентированы и обеспечивают поддержание оборудования в работоспособном состоянии с достаточной степенью предсказуемости при нормальном течении эксплуатации. При этом в случае улучшения условий эксплуатации возникает риск выполнения работ, не требующихся фактически и
принудительной замены материалов и частей, находящихся в удовлетворительном состоянии. Однако в случае ухудшения условий эксплуатации или при наличии внешних негативных воздействий (как однократных, так и повторяющихся) существует риск непредсказуемого выхода оборудования из строя в межремонтный интервал. Таким образом, планово-предупредительный подход не обеспечивает оптимальный подход к организации ремонта по причине неизбирательности воздействий и отсутствия контроля эффективности. На практике такая система применятся в том числе в комбинации с ремонтами по фактическому состоянию (выходу из строя).
В случае применения системы ремонта по фактическому состоянию объём и вид управляющего воздействия в большинстве случаев определяются по результатам диагностики (освидетельствования) электрооборудования на основании перечня обнаруженных дефектов (дефектных ведомостей) и результатами проведения испытаний (протоколы электрических испытаний). Такой подход позволяет избирательно производить ремонт и техническое обслуживание электрооборудования, а также выполнять исключительно перечень необходимых работ, не расходуя ресурсы на замену работоспособных узлов и частей оборудования. Однако ремонт по фактическому состоянию зачастую проводится на основании концепции ремонта по фактическому выходу из строя ввиду того, что на практике проведение диагностики регламентируется слабо, а заданные ограничения в нормативных документах [6, 7] на частоту проведения профилактических испытаний зачастую не обеспечивают раннее выявление неисправностей. Таким образом, система ремонта по фактическому состоянию не обеспечивает оптимальный подход к организации технического обслуживания и ремонта по причине допускаемого концепцией выхода оборудования из строя. На практике данная система применяется в том числе в комбинации с риск-ориентированными системами и планово-предупредительными ремонтами.
В риск-ориентированных системах организации ТОиР ремонт оборудования производится на основании анализа двухпараметрической модели риска (произведение вероятности наступления события - выхода отдельной единицы электрооборудования из строя и величины ущерба от наступления данного события). В рамках данного подхода наиболее приоритетным для выполнения ремонта и технического обслуживания считается оборудование, имеющее наибольшую величину риска. Стоит заметить, что высокие показатели риска могут быть достигнуты двумя способами, как было отмечено ранее (высокий уровень вероятности выхода из строя или высокий ущерб от выхода из строя). Таким образом, выбор оборудования, подлежащего ремонту, обуславливается исключительно экономическими соображениями и не всегда отражает реальную вероятность выхода его из строя, что, в свою очередь, может приводить к перерывам электроснабжения потребителей (актуально для потребителей третьей категории надёжности электроснабжения). Риск-ориентированные системы технического обслуживания и ремонта позволяют осуществить избирательный подход к обслуживанию электрооборудования, однако сама по себе данная система не обеспечивает выбор управляющего воздействия, а только указывает на приоритетность вывода оборудования в ремонт. На практике данная система применяется вкупе с подходом к ремонту по фактическому состоянию по результатам диагностики оборудования, подлежащего выводу в ремонт.
Нетрудно заметить, что выбор вида и объёма управляющего воздействия в наиболее перспективной системе организации ТОиР - риск-ориентированном подходе - является важнейшим направлением оптимизации эксплуатационных затрат электросетевых организаций в рамках ограниченности бюджета и установленным требованиям к надёжности электроснабжения потребителей.
Несмотря на значительное число научных исследований на тему риск-ориентированных систем управления процессами организации ТОиР, большинство из них посвящены подходам к определению приоритетности вывода оборудования в ремонт и методам расчёта величины риска (и его составляющих). Чрезвычайно мало научных работ направлено на создание оправданных подходов к определению вида и объёма управляющего воздействия.
Выбор управляющего воздействия может производиться на основании различных подходов:
- определение вида управляющего воздействия исходя из анализа дополнительной информации - вида предыдущих управляющих воздействий и их объёма, а также общей наработки оборудования - в таком случае объём воздействия определяется исходя из выбранного вида воздействия аналогично планово-предупредительному подходу к ремонту;
- определение объёма управляющего воздействия на основании фактической диагностики аналогично подходу к ремонту на основании фактического состояния вне зависимости от ранее выполненных мероприятий;
- комбинация вышеизложенных подходов.
Определение вида управляющего воздействия с последующим определением объёма воздействия исхода из справочников и других нормативных источников характеризуется снижением индивидуальности в подходе к техническому обслуживанию и ремонту оборудования и может привести к нивелированию преимуществ, достигнутых использованием риск-ориентированного подхода к организации ТОиР. При таком подходе объём управляющего воздействия может не отражать действительного состояния оборудования, в связи с чем возникает риск выполнения работ, не несущих положительного эффекта для технического состояния электрооборудования и/или невыполнения необходимых для надёжной эксплуатации работ и замены изношенных элементов. В данном случае возникает риск внезапного выхода оборудования из строя и необходимости повторного проведения части выполненных в ходе проведённого ремонта мероприятий. Таким образом, данный подход к выбору управляющего воздействия не является оптимальным и не позволяет обеспечить надёжное прогнозируемое снижение величины риска выхода оборудования из строя.
Определение объёма управляющего воздействия с последующей классификацией вида управляющего воздействия исходя из выбранного перечня проводимых работ только на основании фактически полученных данных в результате диагностики (технического освидетельствования) электрооборудования характеризуется высоким уровнем индивидуальности в подходе к обслуживанию отдельных единиц оборудования, однако может привести к неверной оценки величины риска (вероятностной составляющей) выхода из строя данного оборудования по причине отсутствия учёта фактора старения не вошедших в план ремонта составных частей и материалов оборудования. При таком подходе объём управляющего воздействия ограничивается зафиксированными внешними (дефектная ведомость) и внутренними (протоколы испытаний) недостатками оборудования, выявленными ответственным персоналом, что не может говорить об абсолютной достоверности полученной информации ввиду субъективного характера оценок, в которых потребность в проведении ремонта определяется и устанавливается с учётом экспертного мнения, а затем фиксируется в документах, идущих в основу принятия решений о формировании ремонтных программ. Ввиду наличия вероятного риска ошибки диагностики и/или риска выхода из строя или ухудшения эксплуатационных свойств различных частей, составляющих и материалов оборудования в межремонтный период по причине естественного износа, данный подход не является оптимальным и не позволяет обеспечить надёжное прогнозируемое снижение величины риска выхода оборудования из строя. Также возможна ситуация, когда на исправление дефекта, проявившегося после ремонта, потребуется значительно больше ресурсов (материальных и трудовых), чем при проведении ремонта. Например, при внезапном выходе из строя резиновых уплотнений фланцев нижних кранов радиаторов охлаждения силового трансформатора, не заменённых в ходе ремонта, связанного со снятием части радиаторов трансформатора и полной разгерметизацией по причине удовлетворительного состояния упомянутых уплотнений на момент проведения ремонта (составления дефектной ведомости), для проведения работ по замене уплотнений потребуется несоизмеримо больший объём подготовительных и заключительных работ (разгерметизация, слив и заливка масла) [8-11].
В данном случае наиболее оптимальным решением будет являться комбинация ранее изложенных методов, при которых объём управляющего воздействия определяется перечнем обнаруженных дефектов, затем на основании полученного перечня определяется вид управляющего воздействия (техническое обслуживание; текущий, средний, капитальный ремонт), после чего к ранее определённому объёму ремонта присоединяются рекомендуемые к выполнению при проведении данного вида управляющего воздействия работы и мероприятия. Итоговый объём управляющего воздействия также содержит и работы, требуемые к выполнению при достижении электрооборудованием определённой величины наработки.
Стоит отметить, что под дополнительными работами, характерными для определённого вида работ или величины наработки понимаются работы, как правило, не требующие высоких трудовых и материальных затрат и являющиеся дополнительными и/или сопутствующими по отношению к основному перечню работ, определяемому по дефектным ведомостям и протоколами испытаний с привлечением экспертного мнения специалистов организации [12].
Таким образом становится возможным достигнуть таких результатов ремонта, при которых будет максимизировано снижение величины риска (вероятностной составляющей) выхода из строя в результате технического обслуживания и ремонта при незначительном расширении объёма управляющего воздействия за счёт сопутствующего характера дополнительных работ. При этом техническое состояние оборудования и его динамика по окончании ремонта бу-
дет являться в большей степени прогнозируемым за счёт профилактики возникновения внезапных неисправностей, в особенности связанных с незначительными по своей сути, но трудоёмкими в индивидуальном устранении неисправностями, которые при игнорировании могут привести к негативным последствиям (незначительное нарушение герметичности уплотнений силового трансформатора приводит к неизбежному сообщению трансформаторного масла с атмосферой, что, в свою очередь, приводит к ухудшению его эксплуатационных свойств при несопоставимых затратах на замену трансформаторного масла и уплотнений трансформатора) [13,
14].
Описанный в настоящем исследовании подход к обоснованию вида и объёма управляющего воздействия при организации технического обслуживания и ремонта электрооборудования приведён в соответствующем алгоритме на рис. 1.
Дополнительное использование экспертного мнения (экспертных оценок) лица, принимающего решения об утверждении управляющего воздействия при оценке получаемого решения по критериям затрат на выполнение ремонта и ожидаемого эффекта в части повышения надёжности эксплуатации электрооборудования и соответственного снижения риска выхода его из строя позволит оценить эффективность предложенного решения и целесообразность его принятия.
Использование разработанного алгоритма в ходе деятельности по планированию, контролю и реализации ремонтных программ в эксплуатирующих электрические сети организациях закономерно приведёт к оптимизации эксплуатационных затрат, связанных с излишним проведением ремонтных мероприятий или, напротив, недостаточным объёмом выполнения работ, влекущем дальнейшее незапланированное восстановление оборудования, вышедшее из строя в результате внезапного отказа [15].
Рис. 1. Алгоритм принятия решений об утверждении вида и объёма управляющего
воздействия
В результате проведённых исследований по проблеме обоснования выбора управляющего воздействия при организации технического обслуживания и ремонта электрооборудования получены следующие результаты:
1. Обоснован подход к выбору управляющего воздействия для риск-ориентированных систем организации ТОиР.
2. Разработан алгоритм принятия решений об утверждении вида и объёма управляющего воздействия.
3. Установлено, что наиболее эффективной областью применения разработанного алгоритма принятия решений являются процессы формирования ремонтных программ электросетевых организаций.
4. Рекомендовано применение разработанного алгоритма принятий решений к использованию в основной деятельности электросетевых компаний в качестве вспомогательного средства при планировании и выполнении работ по снижению потерь электрической энергии.
Список литературы
1. Назарычев А.Н., Таджибаев А.И., Савельев В.А., Андреев Д.А. Современные подходы к решению задач управления техническим состоянием электрооборудования // Энергоэксперт. 2010. № 1. С. 66-70. EDN DRYYIN.
2. Лукьянов М.М., Шведова Е.В. Система и методы контроля технического состояния высоковольтных электроустановок // Электробезопасность. 2011. № 3. С. 26-32. EDN UZMZYN.
3. Назарычев А.Н., Андреев Д.А., Мельникова О.С., Пугачев А.А. Риск-ориентированное управление старением электрооборудования систем нормальной эксплуатации АЭС по техническому состоянию // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: Материалы 93-его заседания семинара. В 2-х книгах, Волжский, 13-17 сентября 2021 года / Отв. редактор Н.И. Воропай. Иркутск: Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук, 2021. С. 9-18. EDN QYITNC.
4. Кравченко И.И., Кудряков А.Г. Анализ состояния воздушных линий электропередачи и техническое решение повышения их надежности // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сборник статей по материалам 71-й научно-практической конференции студентов по итогам НИР за 2015 год, Краснодар, 12 апреля 2016 года / Министерство сельского хозяйства РФ; ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина». Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет, 2016. С. 658-661. EDN WJWHSB.
5. Лонцих П.А., Марцынковский Д.А., Шулешко А.Н. Управление качеством. Прогнозирование, риск-менеджмент, оптимизация // Менеджмент качества, инновации, сертификация систем менеджмента: материалы XIII междунар. конф. (27-28 сентября 2011, Алма-Ата). Алма-Ата, 2011. С. 97-103.
6. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. 304 с.
7. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004.
8. Петухов К.Ю. В сетях с низким уровнем потерь высокая надёжность [Текст] // Российские сети. 2017. № 2. С. 4.
9. Huang S.C. Non-technical loss detection using state estimation and analysis of variance / S.C. Huang, Y.L. Lo, C.N. Lu // IEEE Transactions on Power Systems. 2013. vol. 28, is. 3. P. 29592966.
10.Салько М.Г., Малютина Т.В. Риск-ориентированный подход к управлению цифровой трансформации предприятий электроэнергетики // Финансовый бизнес. 2021. № 9(219). С. 150-155.
11.Bao Y., Wang Y., Huang G., Xia J., Chen J., Guo C. Impact of human error on electrical equipment preventive maintenance policy // 2015 IEEE Power & Energy Society General Meeting. IEEE, 2015. С. 1-5.
12.Кучерявенков А.А. Адаптированная риск-ориентированная система мониторинга и управления воздушных и кабельных линий // Электроэнергия. Передача и распределение. 2020. № 1(58). С. 70-73.
13.Риск-менеджмент в электроэнергетике: новые возможности развития // Журнал ЭнергоРынок. 2011. №7. [Электронный ресурс] URL: http://risk.e-m.ru (дата обращения: 10.05.2021).
14.Янкович А.Ю., Садохина М.А., Шушпанов И.Н. Интеллектуальная система мониторинга сетей // Электроэнергетика глазами молодежи - 2017: Материалы VIII Международной научно-технической конференции. Самара, 02-06 октября 2017 года. Самара: Самарский государственный технический университет, 2017. С. 300-303.
15.Бортников И.А. Возникновение аварий в электроэнергетических системах и способы их предотвращения // Энергосбережение и эффективность в технических системах: Материалы IV Международной научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов, Тамбов, 10-12 июля 2017 года / Тамбовский государственный технический университет. Тамбов: Издательство Першина Р.В. 2017. С. 267-268.
Казымов Иван Максимович, старший преподаватель, bahek1995@mail.ru, Россия, Барнаул, Алтайский государственный технический университет имени И. И. Ползунова,
Компанеец Борис Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, kompbs@mail.ru, Россия, Барнаул, Алтайский государственный технический университет имени И. И. Ползунова,
Боярков Дмитрий Андреевич, старший преподаватель, dmitrij.bojarkov@gmail.com, Россия, Барнаул, Алтайский государственный технический университет имени И. И. Ползуно-ва,
Михайлов Илья Игоревич, инженер-программист, Россия, Барнаул, ООО «ДиБиЭй»
JUSTIFICATION OF THE CHOICE OF THE CONTROL INFLUENCE IN THE ORGANIZATION OF MAINTENANCE AND REPAIR OF ELECTRIC EQUIPMENT
I.M. Kazymov, B.S. Kompaneets, D.A. Boyarkov, I.I. Mikhailov
The purpose of this study is to justify the choice of control action on electrical equipment in the organization of maintenance and repair. This study is based on an analysis of the applied approaches to organizing the repair of electrical equipment. The study showed that the use of an integrated approach to determining the amount of control action in risk-based maintenance and repair management systems leads to an increase in the effectiveness of repair work. The developed decision-making algorithm makes it possible to significantly simplify the organizational part of the process of forming the repair programs of electric grid companies by formalizing the decision-making process.
Key words: maintenance and repair, power supply system, electrical network, decision-making algorithm, risk-based approach, repair of electrical equipment.
Kazymov Ivan Maksimovich, senior lecturer, bahek1995@mail. ru, Russia, Barnaul, Altai State technical University,
Kompaneets Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, head of department, kompbs@mail.ru, Russia, Barnaul, Altai State technical University,
Boyarkov Dmitry Andreevich, senior lecturer, dmitrij.bojarkov@gmail.com, Russia, Barnaul, Altai State technical University,
Mikhailov Ilya Igorevich, software engineer, Russia, Barnaul, LLC «DBA»
УДК 621.3.0
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-486-492
ИССЛЕДОВАНИЕ АППАРАТА ВИХРЕВОГО СЛОЯ КАК ГЕНЕРАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Г.В. Селиверстов, Д.П. Титов
В статье рассматривается изучение работы аппарата вихревого слоя в генераторном режиме. Излагается методика исследования. Описывается опытная установка. Приводятся области рабочих режимов. Анализируется достигнутый коэффициент полезного действия.
Ключевые слова: генераторный режим, опытная установка, область рабочих режимов, коэффициент полезного действия, аппарат вихревого слоя.
Аппарат вихревого слоя (АВС) классического варианта (рис. 1) состоит из индуктора 1, статора, который создает вращающееся магнитное поле необходимой мощности [1].
486
