CC BY
68
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
УДК 621.311
В.Г.Гольдштейн, Ю.П.Кубарьков, К.В.Ревякина, А.Ю.Рыгалов
ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ НАДЁЖНОСТИ И РИСКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Аннотация
В статье рассмотрена задача повышения надежности работы схемы электроснабжения электротехнических комплексов и систем электроснабжения при использовании ИТ-технологий, приведены составляющие для построения математической модели типовой схемы.
Ключевые слова:
надежность, электроснабжение, оценка риска, аварийное отключение.
V.Goldshtein, Y.Koubarkov, K.Reviakina, A.Rygalov APPLYING OF INFORMATION KNOW-HOWS FOR AN ESTIMATION OF A LEVEL OF RELIABILITY AND RISK OF POWER OBJECTS
Abstract
In the article the problem of a reliability augmentation of activity of the scheme of electrical power supply of electrotechnical complexes and electrical power systems is reviewed at usage of IT-know-hows, the mathematical models, component for construction, of a typical circuit are adduced.
Keywords:
reliability, electrical power supply, estimation of risk, emergency switching-off.
Основу современного электроэнергетического комплекса России составляют примерно 600 электростанций с суммарной мощностью 210 ГВт, находящиеся в собственности 7 оптовых генерирующих компаний, 14 территориальных
генерирующих компаний, ОАО "РусГидро" и ОАО «Концерн Росэнергоатом». Выработанную электроэнергию распределяют 13 межрегиональных распределительных сетевых компаний. И даже эти числа дают лишь отдаленное представление о сложности крупнейшего энергообъединения в мире. Важнейшим для сохранения работоспособности системы является вопрос надежности. Он возникает как на стадии проектирования, так и при эксплуатации.
На стадии проектирования надежность является одним из определяющих факторов при выборе вариантов, предложенных к рассмотрению. Возьмем простейший пример: количество отказов линии электропередач в большой степени зависит от маршрута прокладки. Так воздушная линия, проложенная в лесной зоне, оказывается отключенной из-за аварий чаще, чем проходящая в степной зоне. Если этот фактор учесть при оценке стоимости содержания проектируемой ЛЭП и изменить маршрут прокладки или заменить ее кабельной линией, то эксплуатирующая сетевая компания сэкономит значительные средства в долгосрочной перспективе, хоть строительство и будет более капиталоемким.
При эксплуатации энергооборудования в любом случае возникают сбои и отказы. Они приводят к остановке энергоснабжения или ухудшению качества электроэнергии. Это определяет возможные финансовые потери как у поставщика электроэнергии, так и у потребителя. Таким образом, обе стороны заинтересованы в адекватной оценке рисков.
Одними из основных для российской энергетики были и остаются производственные риски, а именно:
• риск перехода на работу с вынужденными (аварийно допустимыми) нагрузками;
• риск единовременного резкого увеличения нагрузки потребителей сверх допустимой;
• технические риски, связанные с эксплуатацией оборудования.
Для сведения этих рисков к минимуму необходим строгий контроль за состоянием оборудования и его своевременные ремонты или замена (при необходимости). А для этого необходимы полные и актуальные знания об основных фондах.
Разработанная в Самарском государственном техническом университете ИАС «Пегас» предоставляет широкие возможности хранения всего комплекса документации по техническому обслуживанию и ремонтам с удобным поиском. Все документы в унифицированной форме хранятся в базе данных. В любой момент можно создать запрос и быстро найти интересующую информацию.
Это создает возможность оптимизировать процесс эксплуатации и обслуживания электрооборудования, проводить оценку состояния в реальном режиме времени и наиболее дешевым способом поддерживать работоспособность оборудования. Наличие и простой доступ к паспортной информации оборудования также облегчает планирование регламентного обслуживания.
Для решения вопросов надежности важна система управления режимами электроэнергетической системы. Изначально она строилась на принципах распределенного разума, дозировки воздействий, обратной связи и т.д. Однако текущий момент развития технологий представляет совершенно другие возможности как в отношении обмена информацией между узлами управления, так и методов ее переработки. В последнее время достаточно часто для этого привлекаются не численные модели управляемых процессов, а дедуктивные методы, с помощью которых удается создать средства поддержки диспетчерского персонала ЭЭС при формировании управляющих решений в реальном времени. При достаточно полной наблюдаемости системы увеличивается точность прогнозов и упрощается их составление. Возникает возможность автоматизации прогнозирования.
Еще одним важным фактором, влияющим на надежность электроэнергетической системы, является циклическая прочность электрооборудования. Выделены три главных проблемы в этом направлении:
• расчетно-экспериментальный анализ напряженно-деформированных состояний (с, е) с учетом механических Рэ, термических 01, аэрогидродинамических 0эаЪ, электромагнитных воздействий 0эет. При этом локальные напряжения сэтах и деформации еэтах зависят от эксплуатационного числа циклов нагружения №, времени тэ и температуры t:
к „ }=р, Рэ. о:. оа. е:„. р,. Nэ у,»:}.
(1)
• анализ закономерностей циклического упругого и упругопластического деформирования для варьируемых частот /т, амплитуд напряжений С и деформаций ежа , температур 1и и времени ти
^ ах, С ах } = РХи \/т, (<, ^ }1", ^ }; (2)
• анализ критериев и условий накопления повреждений сГ, а также циклической долговечности ^ для стадий образования и развития трещин
{с ■, к }= ^ , (с, «а”) 1' ,ти}. (3)
Результаты экспериментальных и расчетных исследований на образцах, моделях и натурных конструкциях энергооборудования дают возможность определить запасы по напряжениям пс, деформациям пе, числу циклов пм, времени п т и размеру трещин П1
сс ес N. т с 1с I
— ,—^,—, — ,— > (4)
сэ еэ Nэ тэ Iэ
^ишах тах у ^ J ,
где индекс «с» относится к критической (предельной) величине соответствующей характеристики прочности, долговечности и трещиностойкости, а индекс «э» - к соответствующим величинам при эксплуатации. Все это можно свести в блок-схему (рис.1).
\па. пе. пм. пт. пи
Проектирование
Изготовление
Эксплуатация
13 САПР ЭВМ
Проект Модели
Исходное состояние
Критерии
г, т, пан, «л от, и. га
Прочность, долговечность, ресурс, живучесть, безопасность
Контроль
Материалы
Исходный ресурс
Контроль ЭВМ
Работоспособность, ЭВМ, уточненный ресурс
Критерии
Информация
Ресурс, контроль, режимы
р,т,ча[м],[Р]
Пусковые испытания
Физический пуск Эксплуатация
Подтверждение проекта, остаточный ресурс
Критерии, ЭВМ, БЩЧ, БСР
РД.Яи^лФДп^
Живучесть, безопасность, остаточный ресурс
Анализ оборудования ГЭС, АЭС, ТЭС, СЭ
Рис.1. Схема анализа прочности, живучести и безопасности энергооборудования
Как видно, анализ прочности - это очень сложный и трудоемкий процесс. Применение информационных технологий позволит упростить и ускорить его, а также сведет негативное влияние человеческого фактора к минимуму.
Рис.2. Алгоритм действий, направленных на оптимизацию уровня надежности и риска энергетических объектов
Модель может строиться как на основе математических методик. так и на базе экспертной оценки. Экспертная оценка должна включать:
1) выявление и идентификацию предполагаемых рисков.
2) анализ и оценку рисков.
Результаты оценки обрабатываются системой и выводится. во-первых. решение о согласованности и. во-вторых. оптимальное решение.
Наблюдаемость режимов работы энергосистемы обеспечивается потоками информации, идущими синхронно с энергоснабжением. Это полностью соответствует концепции создания интеллектуальных энергетических систем, принятой правительством РФ.
Методика анализа прочности оборудования отбирается по критерию наименьшей погрешности, который проверяется путем статистического исследования достоверности результатов.
Надежность всей энергосистемы в целом будет являться суммарным значением надежности отдельных объектов, таких как, электростанции, магистральные и распределительные сети и т.д. Алгоритм действий, направленных на оптимизацию уровня надёжности и риска каждого из энергетических объектов, представлен на рис.2.
Таким образом, для автоматизации комплексной оценки надежности и рисков необходимы:
1. Модель надежности энергосистемы.
2. Наблюдаемость режимов работы.
3. Единый отработанный принцип анализа прочности, живучести и безопасности электрооборудования.
4. Система хранения, поиска и выдачи информации в унифицированной
форме.
Сведения об авторах Кубарьков Юрий Петрович,
доцент Самарского государственного технического университета, к.т.н.
Россия, 443010, Самара, ул. Молодогвардейская, 244 Тел. 8-(846)-242-37-89;
Эл. почта: tsara.cuba@vandex.ru
Гольдштейн Валерий Геннадьевич,
профессор Самарского государственного технического университета, д.т.н.
Россия, 443010, Самара, ул. Молодогвардейская, 244 Тел. 8-(846)-242-37-89
Ревякина Катерина Викторовна,
студентка Самарского государственного технического университета Россия, 443010, Самара, ул. Молодогвардейская, 244 Тел. 8-(846)-242-37-89
Рыгалов Алексей Юрьевич ,
аспирант Самарского государственного технического университета Россия, 443010, Самара, ул. Молодогвардейская, 244 Тел. 8-(846)-242-37-89
