Оценка эффективности применения диагностического комплекса в системах электроснабжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

In article considers the main problems that reduce the quality of regulatory systems. The possibilities of creating a control method with forecasting that does not require any preliminary tuning are considered.

Key words: regulator, nonlinearity, control with prediction, regulator settings.

Belyaev Yuri Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, academician IASS, teplofon@,bk.ru, Russia, Novomoskovsk, Novomockovsk affiliate branch of D.I. Mendeleyev University of Chemical Techology of Russia,

Predmestin Vladimir Rudolfovich, candidate of technical sciences, docent, corresponding member of IASS, docent_ 7 7@,mail. ru, Russia, Novomoskovsk, Novomockovsk affiliate branch of D.I. Mendeleyev University of Chemical Techology of Russia,

Kireev Pavel Anatolyevich, candidate of technical sciences, docent, paki-reev@gmail.com, Russia, Novomoskovsk, Novomockovsk affiliate branch of D.I. Mendeleyev University of Chemical Techology of Russia,

Predmestin Ivan Vladimirovich, student, ipredmestin@,mail.ru, Russia, Moscow, D.I. Mendeleyev University of Chemical Techology of Russia.

УДК 621.313

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

С.В. Ершов, Л.Э. Андре

Рассмотрены вопросы повышения надежности систем электроснабжения за счет применения диагностического комплекса. За счет проведения диагностических обследований, возможно уменьшить объемы ежегодных эксплуатационных затрат при работе трансформаторных подстанций для различных уровней напряжения. Уменьшение текущего объема достигается за счет замены части работ по обслуживанию электроустановок диагностическим обслуживанием без снижения качества выполнения задачи.

Ключевые слова: электроснабжение, надежность электроснабжения, диагностический комплекс.

Устойчивость и безостановочность электроснабжения потребителей достигаются, прежде всего, созданием требуемых резервов генерирующих мощностей и обеспечением безотказности электрооборудования. Одним из путей достижения безотказности является повышения качества электрооборудования, т.е. устранение на стадиях производства и эксплуатации источников дефектов, ведущих к отказам и аварийным остановкам электрооборудования [4].

Использование методов и средств комплексной диагностики - еще один важнейший путь обеспечения безотказности электрооборудования. Применение диагностического комплекса вызвано тем, что не все источники дефектов удается устранить. Например, не всегда определен физический механизм проявления дефекта, или устранение дефекта принципиально невозможно при современном развитии техники и технологии, или способ устранения очень дорог. В таких случаях снижение аварийных простоев и ремонтных затрат достигается из-за раннего выявлению дефектов, проявляется уже в эксплуатации, и своевременному их устранению. Обнаружение дефектов на первой стадии - это лишь первая стадия необходимых эксплуатационных действий. Далее требуется прогноз развития дефектов и оценка технического состояния установки. Сочетание этих действий позволяет обоснованно выбрать наилучший вариант технического обслуживания системы электроснабжения с учетом его состояния.

Задачей создания системы электроснабжения с учетом прогнозирования отказов электрооборудования может быть уменьшение аварийных простоев и снижения затрат на ремонты электрооборудования на основе предварительного определения дефектов и своевременного их устранения. В нее входят методы и технические средства раннего определения дефектов (включая математическое обеспечение, алгоритмы, программы), информационная база, средства автоматизации и способы представления диагностической информации. Диагностические методы и информационная база используются для оптимизации эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

В однородной системе электроснабжения, имеющей рабочую мощность Бр и нагрузку ¿н и состоящей из п одинаковых элементов, характеризующих мощность системы, с относительной длительностью аварийного простоя т, средневероятный дефицит мощности АР и производные от него ЭАР/Э8р, ЭАР/Эт с достаточной степенью точности удовлетворяют следующим уравнениям:

АР = (Бн - Бр )(1 - ат (ят)) + дБр (1 - ат_х (ИТ));

(1)

л

^ = /Бр = Бр 1 - От (ИТ) + ПТРт-1 (ИТ) + И ^ - 1 Рт (ИТ) ,

ЭТ I IБР ) )

где От (ит) = ^ Ру (ит) = ^ ; т - целая часть

у=0 у=0

целая часть величины

п ;/1,/2- безразмерные показатели.

Если мощность на компенсацию нагрузки (пт) является случайной величиной, распределенной по нормальному закону с плотностью распределения:

f (* ) = —^ е Су! 2Р

1 I

I ( х-х

21 С

где х=пт, х = Бр (I - т), с = Б.

т(1 -т)

п

Тогда с учетом ранее вычесленных результатов выражение (I) при-

мет вид

ЛР = (Бн + тБр - Бр )у(2) + Б. ЭЛР

ЭБ р

ЭЛР Эт

=(т- 1)у( 2 ) + ф( 2 )

= f2 Бр = Бр

У( 2 ) + ф( 2 )-

т(1 -т)

п

т(1 -т)'

п

(1 - 2т)

ф(2)

(2)

где

V

т(1 -т) I 2 -

Ф( 2 ) = ^= I е 2 бх.

V Бр

^4пт(1 -т) у(2) = 0,5 + Ф(2) ,

у( 2 ) =

0

Годовой недоотпуск электроэнергии, вычисленный с установленной вероятностью

Ж = X Ц ЛР (Бр1,Бн 1,т1,п1),

I=1

где tl- длительность периода, в течении которых величины Бр,Бн,т, п постоянны и равны соответственно Бр1, Бн1,т1 ; Ь- число данных интервалов.

Для облегчения расчетов и большей наглядности представления результатов примем дополнительные допущения. Выделим Р периодов года продолжительностью ^ в течение которых максимум нагрузки системы будем считать постоянным и равным Бну. Положим, что в течение такого периода существующая мощность системы остается постоянной и равной Бр у, суточное изменение нагрузки в пределах каждого временного промежутка одинаково, а суточный недоотпуск

tм,уЛР (Бр,у , Бн,у >ту>пу )

w

где - эквивалентная длительность суточного максимума.

89

I

2

2

2

I

1

2

1

При у = /м, ту = т, «у = п получим:

" I (»Ъ,п). (3)

24 У=1

Применяя понятие годовой ремонтной площади системы электроснабжения, объединим величины 5р,у с величиной располагаемой мощности системы 5расп :

т ы

IК ( 5расп. - 5ру ) = 11 р4Р1 = 8760 ' крем ' 5расп., (4)

у=1 1=1

где Р[, 1рд - мощность и среднегодовое время текущего ремонта ¿-го элемента системы электроснабжения; N суммарное число элементов системы электроснабжения; крем. - относительная продолжительность планового простоя.

Недоотпуск минимизируется при

Г с Л

у , (5)

с

р У

5р.

V сн. у

где 5н— годовой максимум нагрузки; 5р- расчетная мощность системы электроснабжения, соответствующая годовому максимуму нагрузки. В силу (4) и (5) для 5р имеем:

к Я =( 1 - к ) Я •

н р \ рем / расп'

т / Я (7)

к = I 1УЯн.У

н У=18760 • Ян

Пусть устройства диагностики применяются на 5) элементах системы мощностью Р), при этом за счет этого среднегодовое время аварийного (непланового) останова каждого агрегата уменьшается на А/ а время планового останова увеличивается на упА/), тогда

Я /р / А//

Ат=- ] ] ] •

8760 (1 - крем) Яр

расп

Я ;Р; А/,

(8)

Ак = / / / рем 8760 • Я

расп

а стоимость средств диагностики

Цд =8 1 Р/ / /.

Будем считать, что усиление резерва мощности 5расп системы на АЯ соответствует приращению 5расп на А5. На основании (5), (6) для малых приращений будем иметь:

А8р,у=-^(А5 (1 - крем) - ЯраСпАкрем). (9)

к нЯн

Используя (3), находим малое изменение (уменьшение) Дw за счет диагностирования. При ДЪ=0 с учетом (9), (5)-(8), а также (1) или (2), получаем:

<1 л

м

V 24 у

( /2 - /\Уп )

(10)

Таким образом, в отсутствии приращения резерва мощности применение диагностического комплекса эффективно, если ежегодное снижение ущерба от недоотпуска y0Дw где у0 удельный ущерб от недоотпуска электроэнергии, не меньше относительных ежегодных затрат на диагностику ЕнЦд т.е. критическая величина Уд равна

Уд=

А

Е V Ен у

Г * \

V 24 у

(/2 - /Уп).

(11)

Используя (3), (7), (8) и (9), получаем, что добавочный резерв мощности ДV, обеспечивающий такое же ежегодное снижение недоотпуска Дw как и диагностика, равен:

ДУ

Ъ ; Р

8760 (1 - крем ) V

г I п

Л

(12)

Отсюда максимальная величина Уд гарантирующая большую эффективность капиталовложений в диагностику, чем в резерв мощности:

V

_ куд

(р+Ен)

8760 (1 - крем)

А-У

г 1п ,/1

(13)

где куд, р - удельные капиталовложения в резерв мощности и удельные ежегодные издержки его эксплуатации, Ен- нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.

Из (10) и (12) видно, что при том и другом подходе к оценке эффективности диагностики показатели надежности электроснабжения пропорциональны множителям:

А-У

п

.л

=Д?//2 ■ 1 /х

■Д; Уп /

(14)

Зависимость показывает, во сколько раз взнос непланового простоя в бесперебойность электроснабжения больше, чем влияние планового простоя. Эту величину можно назвать коэффициентом системной значимости непланового простоя (по отношению к плановому). Для количественных расчетов проведены расчеты по (11), (13), (1) или (2) при значениях уп равных нулю или единице. Величины п и т принимались соответственно 50 и 0,04. Для остальных параметров полагаем: р=0,075, Ен=0,125, куд =150 руб/кВт, у0=0,8 руб./кВт• ч, крем =0,2, /м=4 ч.

91

м

Основные результаты расчетов даны на рис. 1-3 в виде зависимо/2

стей критических значении Уд и показателей —2 от относительного макси-

/1

Я,

мума нагрузки —Выбор типа модели выбора нагрузки мало сказывает-

Яр

ся на критических значениях Уд при ограничениях на резерв мощности. Результаты, показанные на рис. 1 и 3, зависят от модели изменения нагрузки, однако с учетом их взаимного согласия и оценочного характера расчетов выбор типа модели изменения нагрузки можно считать несущественным. Отметим также, что коэффициент общей значимости непланового простоя

/2

принято считать равным 2,0. В соответствии с рис.3 такое значение — ха-

/1

рактерно для достаточно широкого диапазона относительных максимумов нагрузки.

При Уд не выше 0,04-0,10 руб./кВт ч применение комплексной диагностики эффективнее, чем увеличение резерва мощности. Если увеличение резерва мощности невозможно и эффективность оценивается по ущербу от недоотпуска электроэнергии, то применение средств комплексной диагностики может быть оправдано при значительно больших удельных вложениях - до 0,150,80 руб./кВт- ч. Как и следовало ожидать, оба подхода дают одинаковую оценку (Уд »0,10 руб./кВт-ч) при оптимальной величине аварийного резерва. В данном случае, этому соответствует значение относительного максимума нагрузки около 0,92.

руб

кВт - ч

0,15

0,05

0

"1

0,90 0,92

0,94 0,96

0,98

Рис. 1. Сопоставление вложений в диагностику и резервирование мощности: 1,1'- мощность на покрытие нагрузки распределена по нормальному закону (1- уп =0, 1- уп =1); 2, 2'- однородная дискретная модель покрытия нагрузки (2- уп = 0, 2 - уп = I)

92

V, _руб *6т- ч 0,6(1

0,4(1 0,20

Хл

2 —^^

1'

0<0 0,92 0, У 4 0,96 0,9& &

К.

Рис. 2. Максимально допустимые удельные вложения в диагностику при ограничении приращения резерва мощности: 1,1 мощность

на покрытие нагрузки распределена по нормальному закону (1- уп =0, 1'- уп =1); 2, 2'- однородная дискретная модель покрытия

нагрузки (2- уп = 0, 2- уп =1)

1

1 — - -А-

0,98 а,96 0,92 0,90 3

Рис. 3. Зависимость коэффициента системной значимости

Л

непланового простоя — от относительного максимума нагрузки :

1 - мощность на покрытие нагрузки распределена по нормальному закону; 2- однородная дискретная модель покрытия нагрузки

Можно сформулировать следующую относительную оценку эффективности внедрения диагностического устройства, существенно менее подверженную влиянию изменения цен и времени: диагностический ком-

93

плекс со стоимостью, равной (или меньшей) затрат на электрооборудование, экономически эффективно, если оно уменьшает ежегодное время непланового простоя на 6-30 ч.

Список литературы

1. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах /; под. общ. ред. В. П. Ларионова. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Энергоатомиздат, 2006. 464 с.

2. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 2008. 239 с.

3. Вааг Л. А., Захаров С.Н. Методы экономической оценки в энергетике. М.: Госэнергоиздат, 2012. 272 с.

4. Верзаков Г.Ф. Введение в техническую диагностику; под. общ. ред. К. Б. Карандеева. М.: Энергия, 2012. 224 с.

5. Виноградова Л.В., Игнатьев Е.Б., Попов Г.В. Компьютерная система диагностики трансформаторного оборудования // Повышение эффективности работы ТЭС и энергосистем. Ивановский гос. энергетический унт. Иваново, 2007. С. 88-92.

Ершов Сергей Викторович, канд. техн. наук, доц., erschov.serrg@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Андре Лумонансони Эдуарду, магистр, lumonansoni_rijo@Jive.com.pt, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ESTIMATION OF EFFICIENCY OF DIAGNOSTIC COMPLEX APPLICATION IN ELECTRICAL SUPPLY SYSTEMS

S. V. Yershov, L.E. Andre

There are considered questions of increase of reliability of power systems due to the use of the diagnostic complex. By conducting diagnostic tests, it is possible to reduce the annual operating costs when operating transformer substations for various voltage levels. Decrease the current volume is achieved by replacing part of the maintenance of electrical diagnostic service without compromising the quality of task execution.

Key words: electricity, supply reliability, diagnostic complex

Ershov Sergey Victorovich, candidate of technical science, docent, erschov. serrg@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Andre Lumonansoni Eduardo, magister, lumonansoni_rijo@live.com.pt, Russia, Tula, Tula State University