CC BY
22
УДК 621.311 DOI 10.46689/2218-5194-2022-1-1-261-271
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Р.В. Клюев, М.Т. Плиева, Т.Т. Гудиев, М.Ю. Шамрин
Проведены исследования различных нарушений электроэнергетической системы на примере ПАО «Россети Северный Кавказ» «Севкавказэнерго». Полученные данные используются для разработки автоматизированной системы комплексного анализа надежности отдельных элементов системы. Наряду с этим разработаны эффективные мероприятия по повышению уровня надежности элементов на примере анализа технологических нарушений (аварий) за 2019 - 2020 годы. В целях повышения уровня эксплуатационной надежности и устойчивости работы электрических сетей и электротехнического оборудования рассматриваемой электроэнергетической системы, а также для обеспечения надежности работы существующих подстанций напряжением 35...110 кВ и бесперебойного электроснабжения потребителей, снижения эксплуатационных и ремонтных затрат, повышения степени безопасности обслуживающего персонала был сформирован комплекс работ по техническому перевооружению и реконструкции электрооборудования подстанций и воздушных линий. Все эти работы предусмотрены в автоматизированной системе управления техобслуживанием и ремонтами оборудования. В системе осуществляются анализ выявленных дефектов в части влияния на надежность, определение приоритетности устранения дефектов, планирование товарно-материальных ценностей и загрузки персонала бригад.
Ключевые слова: электроэнергия, технологические нарушения, воздушные линии, автоматизированная система, надежность, ремонт оборудования.
Введение
Повышение надежности электрических сетей с учетом прогнозирования ухудшения погодных условий и прочих причин, вызываемых различными технологическими нарушениями, может быть достигнуто за счет анализа данных по техническому перевооружению и реконструкции действующего электрооборудования подстанций (ПС), воздушных линий (ВЛ) и устранению технических недостатков. В числе первоочередных задач по повышению надежности и контролю качества электрической энергии -модернизация материально-технической базы, а также достоверный учёт и улучшение показателей надёжности [1 - 4]. В этой связи разработана программа, которая затрагивает районные электрические сети в зоне эксплуатационной ответственности на примере компании «Россети». Запланированы капитальный ремонт почти 70 % объектов, большой объём работ по замене воздушных линий и подстанций, реконструкция систем энергоснабжения и отопления, благоустройство территорий. Это важно не только для создания благоприятных условий труда, но и для защиты здоровья персонала электросетевой компании.
Инновационные решения позволят повысить надёжность электроснабжения потребителей и сократить потери в электрических сетях. Планируется создать производство необходимого оборудования в России, а также развивать компонентную базу для управления технологическими процессами [5, 6].
Теория вопроса
В данной работе проведен анализ вследствие технологических нарушений, повлекших временный перебой в работе электрической сети, на примере ПАО «Россети Северный Кавказ» «Севкавказэнерго». Необходимо заблаговременное создание системы мотивации персонала базового уровня для фиксации всех нарушений, а также внедрение автоматизированной системы управления мобильными бригадами с реализацией функций учета дефектов оборудования в рамках системы внутреннего технического контроля (СВТК) и электронного наряда-допуска (Цифровой электромонтер).
Методика проведения исследований
Проведен анализ динамики повреждений в электроэнергетической системе на примере компании «Россети», позволяющий использовать полученные результаты в аналогичных энергосистемах. В связи с реализаций комплекса мероприятий в рамках производственных программ технического обслуживания и ремонтов, в том числе с учетом вышеуказанных мероприятий, 2020 года по сравнению с 2019 годом, зафиксирована следующая динамика повреждений оборудования в сети 0,4 кВ и выше:
- электрооборудование подстанций, на уровне 2019 года 5 случаев
(+0%);
- воздушные линии электропередачи, рост с 75 до 89 случаев (+18,7 %);
- кабельные линии электропередачи, рост с 4 до 17 случаев (+325 %);
- устройства релейной защиты и автоматики (РЗиА), рост от 3 до 5 случаев (+66,6%);
- средства связи и телемеханики, на уровне 2019 года - 0 случаев
(0 %);
- системы диспетчерского и технологического управления (СДТУ) электротехническим оборудованием, снижение с 3 до 1 случая (-66,6 %).
Вышеприведенное увеличение количества повреждений оборудования подстанций, воздушных линий и РЗиА связано с неудовлетворительным техническим состоянием оборудования (старение изоляции, потеря механической прочности провода, изменение свойств материала и т.д.) [710], несвоевременным выявлением и устранением дефектов, воздействием
посторонних лиц и организаций, а также с воздействием повторяющихся стихийных явлений.
Основные причины технологических нарушений
В 2020 году по сравнению с 2019 годом зафиксирована следующая динамика показателей аварийности. Данные получены из Единого перечня сетевой отчетности и актов расследования аварий):
- в сети 0,4 кВ и выше рост технологических нарушений на 3,5 %, в количественном отношении - с 140 технологических нарушений в 2019 году до 145 технологических нарушений в 2020 году, в том числе:
- до 1 кВ (вторичные цепи) снижение технологических нарушений на 66,6 %, в количественном отношении с 3 технологических нарушений в 2019 году до 1 технологических нарушений в 2020 году;
- в сети 0,4 кВ снижение технологических нарушений на 26 %, в количественном отношении с 23 технологических нарушений в 2019 году до 17 технологических нарушений в 2020 году;
- в сети 6-10 кВ снижение технологических нарушений на 7,2 %, в количественном отношении с 55 технологических нарушений в 2019 году до 51 технологических нарушений в 2020 году;
- в сети 35 кВ рост технологических нарушений на 0 %, в количественном отношении с 2 технологических нарушений в 2019 году до 2 технологических нарушений в 2020 году;
- в сети 110 кВ и выше рост на 28 %, в количественном отношении -с 57 технологических нарушений в 2019 году до 73 технологических нарушений в 2020 году;
Показатель удельной аварийности (аварии/тыс. у.е.) в сети 0,4 кВ и выше возрос на 5,5 % с 2,22 ед. в 2019 году до 2,35 ед. в 2020 году.
Показатель средней длительности перерыва электроснабжения потребителей, по причине технологических нарушений (аварий) в сети 0,4 кВ и выше возрос на 0 % с 1,9 час. За 2019 год до 1,9 час. за 2020 год.
Суммарный недоотпуск электроэнергии снизился на 40,6 %, с 105,279 МВт-ч в 2019 году до 62,502 МВт-ч в 2020 году.
Суммарный экономический ущерб снижен на 95,1 %, с 28205,3 тыс. руб. в 2019 году до 1376,9 тыс. руб. в 2020 году (рис. 1 - 4).
Рис. 1. Динамика технологических нарушений (аварий)
2019 год
2020 год
П=р =-п1сь[ талшгратур-скр у/какц=гс воздуха
I Атиосфгрныг гтЕрекггЕрыггкюг ¡Грс;1)
I ВоЗДЗКСТБК^ ПОВТОрПОЩЮСС! стилшшых
двланнн
I ВоЩЕНСГБНа повторязопцнхсг сгнлшшых ЯЫ12НКК (В 2ГЭр)
СЕ^хгтрс гКШ05ЕС^=нстбк5СТ1(Ы{Ц
(В«Щ>)
I СБЭрхпрогкшоаБО^ЕЙетБна-гткннк (ПрОЧК^)
Рис. 2. Природные воздействия
1С
2019 год
2020 год
Дт^ткгь: грсткп. тксгр-^кцкк. к;гппш1=кия ЗслГтК^ГБКеЖКБСГКЁ?; к [ГТИЦ
Во^НСТЕНЕОрГаНН^аЦНИ. уЩСТЕуЮЩИХЕ ТЕХН{ЖС-ГИЧ=СЫ1М про-[рсс=
шктарсЕшослшц н организации
Рис. 3. Сторонние воздействия
2019 год 2020 год
■НЗЕКШЕЕКЫЗ [рпш
■Нз соотитсти ыатермапющ. ушль. щ 11 ни! дзЬглмссдас воршпкш
■Н^^ддыге^оркг-эы-:« шиши сосншк {о^ю^ оБоор>джн£Е
Рис. 4. Недостатки эксплуатации
Данные получены в результате проведенного сравнительного анализа, в ходе которого необходимо рассматривать многоуровневую систему внутреннего технического контроля [11 - 13], основанную на отношениях сетевой компании. Система устанавливает порядок взаимодействия, распределение функций и ответственности между структурными подразделениями компании.
Показатели уровня надежности оказываемых услуг
Автоматизация должна реализовываться путем обеспечения участников системы внутреннего технического контроля (СВТК).
Автоматизация процессов в рамках СВТК направлена на повышение эффективности функционирования СВТК, сокращение затрат времени на процессы сбора, обработки и анализа информации, унификацию подходов к решению типовых задач и поддержку принятия решения по корректирующим действиям [14 - 16].
Необходимо наличие программно-аппаратных средств, позволяющих решать комплекс задач, установленных для каждого уровня системы, и их интеграцию в производственные системы управления (СУПА) и другие.
Результатом процесса автоматизации мониторинга и воздействия на состояние оборудования и его эксплуатации должно стать повышение эффективности такого воздействия (рис. 5).
Рис. 5. Организация мониторинга, анализа и воздействия на оборудование (изменение эксплуатационного состояния, параметров работы, проведение технического обслуживания
и ремонта (ТОиР))
Необходимо предусмотреть внедрение процессной модели функционирования СВТК, предусматривающей анализ результатов функционирования системы и корректирующие действия. Процессная модель СВТК предусматривает реализацию алгоритма по следующему циклу: Планируй - Делай - Контролируй - Воздействуй (рис. 6).
При отсутствии в структуре электроэнергетической системы одного из промежуточных уровней функционал этого уровня передается вышестоящему уровню.
Рис. 6. Процессная модель СВТК
Процессный подход СВТК рассматривает управление как процесс непрерывного чередования функций (ПДКВ): планирования (П), организации и осуществления запланированных мероприятий (Д), контроля (К), разработки управленческих решений и мотивации их исполнения по результатам контроля (В).
Для проведения анализа должна использоваться информация, кото-
рая отражает реальное положение технического состояния и организации эксплуатации оборудования.
Первая и вторая обозначенные проблемы связаны друг с другом, при этом первая актуальна в секторе промышленного потребления, вторая - в секторе населения.
Оперативная оценка надежности электроэнергетической системы в области оперативно-технологического и ситуационного управления и нахождение наиболее простого и эффективного решения вопросов оперативного устранения технологических нарушении и неправильного режима работы оборудования на примере частоты отказов оборудования ПАО «Россети» использует совершенно новый подход к плановым работам, что позволит уже к 2023 году внедрить работы под напряжением во всех дочерних сетевых компаниях.
Заключение
1. Полученные в работе данные используются для разработки автоматизированной системы комплексного анализа надежности отдельных элементов системы. Наряду с этим сформированы эффективные мероприятия по повышению уровня надежности элементов на примере анализа технологических нарушений (аварий) за 2019 - 2020 годы.
2. Важной является интеграция системы «Цифровой электромонтер» с автоматизированной системой управления техобслуживанием и ремонтами оборудования АСУ ТОиР.
3. Использование планшетов и автоматизированного рабочего места (АРМ) в автоматизированной системе управления мобильными бригадами (АСУ МБ) предполагает возможность разработки и использования в электронном виде следующих документов: актуализированной единой базы типовых нарушений (глоссарий); чек-листов (памяток) по видам направлений и типам оборудования на основании актуализированной единой базы типовых нарушений (глоссарий); дефектов оборудования с хранением информации в единой базе АСУ ТОиР (с привязкой подтверждающих материалов); привязки дефектов к единице оборудования.
4. Управление выявленными дефектами в АСУ МБ и АСУ ТОиР включает автоматическое определение критичности дефектов; назначение сроков устранения в соответствии с критичностью; назначение лиц, ответственных за устранение дефектов.
5. Мониторинг электронного журнала производственного технического контроля базового уровня СВТК в АСУ ТОиР обеспечивает: прозрачность процесса управления дефектами с целью снижения количества невыявленных или неконтролируемых дефектов; прозрачность процесса оформления производства работ; контроль и анализ занятости персонала бригад.
6. Планирование устранения дефектов, нарушений, замечаний в
АСУ ТОиР включает анализ выявленных дефектов в части влияния на надежность; определение приоритетности устранения дефектов; планирование ТМЦ (товарно-материальных ценностей); планирование загрузки персонала бригад.
7. Устранение дефектов и фиксация требуемой информации в АСУ ТОиР включают анализ своевременности устранения дефектов; анализ используемых трудозатрат и ТМЦ; повышение надежности электроснабжения потребителей, в том числе за счет повышения ИТС оборудования; подключение всех уровней СВТК к внесению выявленных дефектов и нарушений.
Список литературы
1. Ge L., Quan L., Zhang X. Efficiency improvement and evaluation of electric hydraulic excavator with speed and displacement variable pump // Energy Conversion and Management 150. 2017. P. 62-71.
2. Gutierrez G., Celeita D., Ramos G. Ground-directional solution to improve selectivity in underground mining power systems protection // Computers & Electrical Engineering 80. 2019.
3. Li J., Zhan K. Intelligent Mining Technology for an Underground Metal Mine Based on Unmanned Equipment // Engineering 4. 2018. P. 381391.
4. Holmberg K., Kivikyto-Reponen P., Harkisaari P. Global energy consumption due to friction and wear in the mining industry // Tribology International 115. 2017. P. 116-139.
5. Griazev M.V., Kachurin N.M., Spirin V.I. Energy-efficient technologies of integrated coal and mining waste development in the Moscow Coal Basin in the context of secure and sustainable supply of row materials in Central Russia // Eurasian Mining. 2016. No 2. P. 15-19.
6. Васильев П.В., Стась Г.В., Смирнова Е.В. Оценка риска травматизма при добыче полезных ископаемых // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 2. С. 45-58.
7. Анализ состояния изоляции электрооборудования горнометаллургических комбинатов / Р.В. Клюев, И.И. Босиков, О.А. Гаврина, К.С. Крысанов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 2. С. 201-215.
8. Разработка методики обеспечения электробезопасности электрических сетей карьеров / Р.В. Клюев, В.И. Голик, И.И. Босиков, О.А. Гаврина // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 3. С. 74-91.
9. Статистический анализ повреждений в карьерной сети горнометаллургического комбината / Р.В. Клюев, И.И. Босиков, О.А. Гаврина,
К.С. Крысанов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2021. Вып. 1. С. 168-178.
10. The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore deposits development / V.I. Golik [and others] // The Social Sciences (Pakistan). 2016. Т. 11. № 18. P. 4348-4351.
11. Plieva M. T., Gavrina O. A., Kabisov A. A. Analysis of technological damage at 110 kV substations in JSC IDGC of the North Caucasus- «Sev-kavkazenergo» Int. Multi-Conf. on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon) (Vladivostok) Inspec Accession Number 19229305. 2019.
12. Klyuev R. V., Bosikov I. I., Gavrina O. A. Use of wind power stations for energy supply to consumers in mountain territories Proceedings International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon) INSPEC Accession Number 19080062. 2019.
13. К концепции одностадийной выемки запасов металлических месторождений / В.И. Голик, Ю.И. Разоренов, Ю.В. Дмитрак, В.Б. Заалишви-ли // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 4. С. 151-167.
14. Инновационные технологии на предприятиях урановой отрасли / В.И. Голик, Ю.В. Дмитрак, О.З. Габараев, Х.Х. Кожиев // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 3. С. 131140.
15. Учет влияния ситуационных геомеханических условий для совершенствования дегазации подрабатываемого массива горных пород / В.С. Бригида, В.И. Голик, Ю.В. Дмитрак, О.З. Габараев // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2019. Вып. 2. С. 279288.
16. Heylen E., Deconinck G., Hertem D. Review and classification of reliability indicators for power systems with a high share of renewable energy sources // Renewable and Sustainable Energy Reviews 97. 2018. Р.554-568.
Клюев Роман Владимирович, д-р техн. наук, проф., kluev-roman@rambler.ru , Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Плиева Мадина Толиковна, канд. с/х наук, доц., madosya80@mail.ru , Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет),
Гудиев Тамерлан Тамазиевич, асп., knyaz-tam amail.ru , Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет),
Шамрин Максим Юрьевич, канд. юрид. наук, доц., akr177@protonmail.com, Россия, Москва, Московский государственный юридический университет им. О.Е. Ку-тафина (МГЮА)
DEVELOPMENT OF AN AUTOMATED SYSTEM FOR PROVIDING RELIABLE FUNCTIONING OF THE ELECTRIC POWER SYSTEM
R.V. Klyuev, M.T. Plieva, T.T. Gudiev, M.Yu. Shamrin
The article studies various violations of the electric power system on the example of PJSC "Rosseti North Caucasus" "Sevkavkazenergo". The data obtained are used to develop an automated system for a comprehensive analysis of the reliability of individual elements of the system. Along with this, effective measures have been developed to improve the level of reliability of elements using the example of the analysis of technological disturbances (accidents) for 2019-2020. In order to increase the level of operational reliability and stability of the operation of electrical networks and electrical equipment of the considered electric power system, as well as to ensure the reliability of the operation of existing substations with a voltage of 35-110 kV and uninterrupted power supply to consumers, reduce operating and repair costs, increasing the degree of safety of service personnel, a set of works was formed on the technical re-equipment and reconstruction of the electrical equipment of substations and overhead lines. All these works are provided for in the automated control system for maintenance and repair of equipment (ACS MRE). The system analyzes the identified defects in terms of their impact on reliability, determines the priority of eliminating defects, planning inventory and workload of team personnel.
Key words: electric power, technological disturbances, overhead lines, automated system, reliability, equipment repair.
Klyuev Roman Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, kluev-roman@rambler.ru , Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Plieva Madina Tolikovna, candidate of technical sciences, docent, ma-dosya80@mail.ru , Russia, Vladikavkaz, North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University),
Gudiev Tamerlan Tamazievich, postgraduate, knyaz-tam@mail.ru , Russia, Vladikavkaz, North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University),
Shamrin Maxim Yurievich, candidate of law, docent, akrl77@protonmail. com, Russia, Moscow, Kutafin Moscow State Law University (MGUA)
Reference
1. Ge L., Quan L., Zhang H. Improving the efficiency and evaluation of the electro-hydraulic excavator pump with variable speed and displacement // energy Conversion and management 150. 2017. S. 62 to 71.
2. Gutierrez, G., Salata D., Ramos G. Ground-directional solution to increase the selectivity of the protection of power systems underground mining // Computers and electrical engineering 80. 2019.
3. Lee J., Zhang K. Intelligent mining technology for an underground mine based on unmanned equipment // Engineering 4. 2018. pp. 381-391.
4. Holmberg K., Kivikite-Reponen P., Harkisaari P. Global energy consumption due to friction and wear in the mining industry // International Tribology 115. 2017. pp. 116-139.
5. Gryazev M.V., Kachurin N.M., Spirin V.I. Energy-efficient technologies of integrated processing of coal and mining waste at the Moscow Coal Plant in the context of
safe and sustainable supplies of raw materials to Central Russia // Eurasian Mining. 2016. No. 2. pp. 15-19.
6. Vasiliev P.V., Stas G.V., Smirnova E.V. Assessment of the risk of injury in the extraction of minerals // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2016. Issue. 2. pp. 45-58.
7. Analysis of the state of insulation of electrical equipment of mining and metallurgical plants / R.V. Klyuev, I.I. Bosikov, O.A. Gavrina, K.S. Krysanov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2020. Issue. 2. pp. 201-215.
8. Development of methods for ensuring electrical safety of electrical networks of quarries / R.V. Klyuev, V.I. Golik, I.I. Bosikov, O.A. Gavrina // Proceedings of Tula State University. Earth sciences. 2020. Issue 3. pp. 74-91.
9. Statistical analysis of damages in the quarry network of the mining and metallurgical combine / R.V. Klyuev, I.I. Bosikov, O.A. Gavrina, K.S. Krysanov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2021. Issue 1. pp. 168-178.
10. Providing prospects for the transformation of mining into underground mining for the development of Russian iron ore deposits / V.I. Golik [et al.] // Social Sciences (Pakistan). 2016. No. 11. No. 18. pp. 4348-4351.
11. Plieva M. T., Gavrina O. A., Kabisov A. A. Analysis of technological damages at 110 kV substations of JSC IDGC of the North Caucasus - JSC Severo-Kavkazenergo. Multiconference. Industrial Engineering and Modern Technologies (Fareastcon) (Vladivostok), Registration number 19229305. 2019.
12. Klyuev V. R., Bosikov I. I. Gavrila O. A. the Use of wind power stations for supplying electricity to consumers in the mountainous areas of Materials of the International Ural conference on electrical power (UralCon), Registration number 19080062. 2019.
13. The concept of a one-step extraction of metal stocks fields / V. I. Golik, J. I., Razorenov, V. Dmitruk, V. B. Zaalishvili // Izvestiya of the Tula state University. Earth sciences. 2020. Issue 4. pp. 151-167.
14. Innovative technologies at the enterprises of the uranium industry / V.I. Golik, Yu.V. Dmitrak, O.Z. Gabaraev, H.H. Kojiev // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2020. Issue 3. pp. 131-140.
15. Taking into account the influence of situational geomechanical conditions for the improvement of degassing of a part-time rock mass / V.S. Brigida, V.I. Golik, Yu.V. Dmitrak, O.Z. Gabaraev // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2019. Issue. 2. pp. 279-288.
16. Heylen E., Dekonink G., Hertem D. Review and classification of reliability indicators of power systems with a high share of renewable energy sources // Reviews of renewable and sustainable energy 97. 2018. pp.554-568.
