CC BY
42
УДК 621.311.019
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ РАЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
Ю.А. БОЙЦОВ *, А.П. ВАСИЛЬЕВ **
*ОАО «Ленэнерго»
** Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
В статье рассматривается решение задачи рациональной организации системы оперативного обслуживания электрических сетей 6-330 кВ.
Предложена методика выбора оптимальной системы оперативного обслуживания электрических сетей, в том числе и при возможных ограничениях. Методика позволяет анализировать состояние существующих систем оперативного обслуживания электрических сетей, оценивать возможности системы оперативного обслуживания в различных экстремальных ситуациях и разрабатывать мероприятия по её совершенствованию.
Описание обслуживающих систем электрических сетей.
Системам оперативного обслуживания электроустановок электрических сетей свойственна определенная организация. По своему составу системы можно разделить на системы с одним обслуживающим каналом (бригада, устройство телемеханики и т.д.) и многими каналами обслуживания, называемые в теории массового обслуживания одноканальными и многоканальными. В свою очередь, многоканальные системы могут состоять из однотипных и разнотипных (по производительности и назначению) каналов.
Виды оперативного и технического обслуживания подстанций 35 кВ и выше могут быть следующими:
• оперативное обслуживание местным оперативным персоналом;
• оперативное обслуживание оперативно-выездными бригадами (ОВБ). За ОВБ закрепляется автомашина, оборудованная радиосвязью для возможности обслуживания подстанций в закрепленной за ней зоне. Зона обслуживания ОВБ может устанавливаться в широких пределах.
Оперативное обслуживание местным оперативным персоналом может быть организовано следующим образом:
• дежурство на подстанции двух электромонтеров в смене;
• дежурство на подстанции одного электромонтера в смене;
• дежурство на дому одного электромонтера в смене.
Дежурство электромонтеров организуется круглосуточно.
Объём оперативного обслуживания может изменяться.
Квалификация электромонтеров ОВБ устанавливается в зависимости от сложности обслуживающих устройств.
Оперативное обслуживание распределительных сетей 0,4-10 кВ выполняется ОВБ распределительных сетей. Оперативное обслуживание распределительных сетей может выполняться в установленных объемах (как правило, ограниченных) бригадами централизованного ремонта распределительных сетей.
Для подстанций 35 кВ и выше, линий электропередачи и распределительных сетей 0,4-10 кВ организуются участки по оперативному обслуживанию. Зоны участков могут устанавливаться в широких пределах.
Удаленность объектов электрических сетей от мест постоянного
© Ю.А. Бойцов, А.П. Васильев
Проблемы энергетики, 2008, № 1-2
размещения вызывает значительные затраты времени на доставку (перемещение) бригад к месту работ.
Организация эксплуатации электрических сетей предусматривает сооружение ремонтно-производственных баз (РПБ), оснащение средствами автоматики, диспетчерского и технологического управления.
С баз осуществляется обслуживание и ремонт подстанций 35 кВ и выше, линий электропередачи, распределительных сетей, а также оперативнодиспетчерское управление электрическими сетями всех напряжений.
На базах размещаются машины и механизмы, устройства СДТУ, мастерские, аварийный запас материалов и оборудования.
Стоимость сооружения ремонтно-производственных баз, оснащения их автомашинами, средствами диспетчерского и технологического управления существенно зависит от типа базы, разница в стоимости достигает более 20 раз.
При разработке схем оперативного обслуживания в первую очередь выбирается местоположение ремонтно-производственных баз, определяется объем и зона обслуживания электрических сетей оперативно-выездными бригадами, размещаемых на каждой базе. Определяются затраты на содержание каждой бригады.
Для оперативной работы на ремонтно-производственных базах организовываются диспетчерские или оперативные пункты, оборудованные средствами диспетчерского и технологического управления. Количество и места размещения диспетчерских пунктов должны устанавливаться исходя из схемы электрических сетей, состояния дорог, технического состояния оборудования.
Из-за того, что объекты электрических сетей распределены на значительной территории и обслуживающий персонал находится, как правило, вдали от этих объектов, обслуживание требований каждым каналом состоит из двух этапов:
1) доставка персонала ОВБ к месту работы или передача команд на устройства телемеханики, расположенные на подстанции;
2) выполнение работы обслуживания или выполнение устройством телемеханики полученной команды.
Затраты на доставку персонала на объект являются важнейшей характеристикой системы оперативного обслуживания, зависят от удаленности объекта от ремонтно-производственной базы - постоянного место размещения персонала, транспорта, состояния дорог. Затраты на доставку обслуживания определяются из опыта путем статистических методов анализа численных значений затрат на доставку персонала.
Затраты на обслуживание требований конкретного оборудования зависят от объемов и типа оборудования, вида обслуживания (тарифных ставок рабочих и ИТР), стоимости машиночасов бригадных автомобилей и механизмов, затрат на эксплуатацию устройств телемеханики и автоматики.
В систему эксплуатации современных предприятий электрических сетей входят устройства телемеханики и связи. Устройства телемеханики подразделяются по типу и выполняемым функциям. Условно в энергосистемах оснащенность устройствами телемеханики определяется четырьмя уровнями:
1) телеуправление и телесигнализация;
2) телесигнализация;
3) вызывная телесигнализация;
4) отсутствие устройств телемеханики.
Это могут быть: управляющие вычислительные комплексы, устройства телемеханики, устройства телесигнализации. Объем информации этих устройств,
система сбора и передачи информации многообразны.
Перечень (объем) устройств СДТУ, затраты на их приобретение определяются при выборе системы организации эксплуатации электрических сетей.
В последнее время как средство оперативного обслуживания бурное развитие получила автоматизация электрических сетей. В результате применения новой технологии на основе микропроцессорной и информационновычислительной техники:
• повышается надежность осуществления всех функций управления, благодаря автоматическому диагностированию состояния оборудования, включая вторичные цепи;
• расширяются возможности использования всего объема исходной информации;
• сокращается избыточность цепей и информации, необходимой для обеспечения надежности;
• повышается достоверность и содержательность информации, что позволяет формировать более обоснованные решения в системе управления;
• появляются возможности для создания адаптивных систем релейной защиты, автоматики и управления.
В итоге создаются объектно-ориентированные интегрированные системы управления (ИСУ), реализующие:
• функции измерения, диагностирования, контроля, оперативного и автоматического управления;
• сбор, обработку, отображение и документирование оперативной информации;
• передачу информации на пульты оперативного управления;
• выполнение вычислений, необходимых в процессе оперативного
обслуживания.
ИСУ охватывают как подстанционный, так и элементный уровень управления, в том числе:
• релейную защиту: основную, резервную, устройства телеотключения;
• АРН и автоматическое регулирование реактивной мощности;
• управление дугогасящими катушками;
• АПВ и программные коммутационные переключения;
• управление оборудованием (отображение схемы, оперативные
переключения, блокировки, синхронизация);
• связь с диспетчерским пультом;
• измерения электроэнергии;
• контроль и регистрацию (определение мест повреждения, контроль режима, регистрацию параметров, анализ режима);
• автоматический анализ оперативной и эксплуатационной информации;
• технические функции (приемные испытания, оценку данных).
Оснащение электрических сетей и диспетчерских центров различных
уровней комплексами ИСУ позволяет организовать обмен информацией (исходной и управляющей) в оперативном и автоматическом режимах. Благодаря этому может быть существенно повышена надежность и эффективность
функционирования электрических сетей и производительность труда
оперативного персонала.
На основе микропроцессорных устройств, малогабаритных удаленных терминалов, размещаемых на опорах воздушных линий и развитой связи, © Проблемы энергетики, 2008, № 1-2
осуществляется комплексная автоматизация распределительных сетей, что обеспечивает повышение надежности и экономичности их функционирования посредством:
• отделения места повреждения и восстановления электроснабжения обесточенных потребителей;
• регулирования режима по напряжению и реактивной мощности;
• изменения конфигурации схемы сети с целью устранения перегрузки и минимизации потерь электроэнергии;
• автоматизации контроля за потреблением электроэнергии и управления нагрузкой;
• телеуправления выключателями и другими коммутационными аппаратами линий, трансформаторов и конденсаторных батарей;
• регистрации аварийных событий.
По сути, на этой основе создаются системы искусственного интеллекта, оказывающие интеллектуальную поддержку оперативному персоналу и диспетчерам электрических сетей.
Объем функций автоматики, телемеханики, местного персонала, ОВБ и ремонтного персонала, имеющих права оперативного персонала, устанавливаются исходя из местных условий, при этом предусматривается определенное резервирование между ними. Так, например, при отсутствии устройств телемеханики или её отказе их функции выполняются персоналом. Для каждого вида оборудования определены функции и объем работ по оперативному обслуживанию.
Анализ технологических нарушений показывает, что в числе причин, снижающих надежность электрических сетей, имеют место причины, связанные с функционированием системы оперативного обслуживания.
Действие факторов, снижающих надежность электрических сетей, может быть скомпенсировано или ослаблено за счет выбора соответствующей структуры системы оперативного обслуживания.
Для оперативного обслуживания электрических сетей создаются системы, состоящие из множества различных устройств, характеризуемых разными функциональными возможностями и сложностью.
Необходимо организовать систему оперативного обслуживания электрических сетей так, чтобы суммарная стоимость размещения субъектов обслуживания, доставки обслуживания и собственно обслуживания объектов была минимальной, при фиксированном размещении подстанций и изменяемых объёмах обслуживания.
С учётом вышеизложенного, создадим математическую модель и напишем алгоритм выбора рациональной системы оперативного обслуживания электрических сетей.
Введем индексные множества:
М={1*т} - множество возможных мест размещения субъектов обслуживания (эксплуатационных баз, ОВБ, ТМ, пульта управления и т.д.);
ге {1*т} - место их размещения;
Л={1*«} - множество объектов обслуживания;
уе {1^и} - объект обслуживания;
¿[Л'] - необходимый объем обслуживания объектов обслуживания за определенный период, (чел./час), ¿[Л] = {Ь1,Ъ2, ...,Ьп};
Ь} - объем обслуживания в пункте }, } е{1*«};
X[i, j] - объем обслуживания субъектом i объекта j;
ct[M, N] - матрица затрат на обслуживание объектов (учитываются транспортные затраты на доставку каналов (бригад) и затраты на выполнение обслуживания), т.е.
ct [i, j ] = ct l[i, j ]+ ct 2[i, j ],
где ctl [i, j] - транспортные затраты на доставку единицы обслуживания (чел./час) субъекта i на объект обслуживания j; ct2 [i, j] - стоимость единицы обслуживания (чел./час) с базы i на объект j.
Для каждого места ie{1*m} задано множество вариантов строительства субъектов обслуживания. Die {1,2,...s} - набор возможных вариантов субъектов обслуживания в месте размещения i. Обозначим D=UDi возможные варианты баз Di e {1, 2,... ,s}. Возможными вариантами Di, например, могут быть:
D1 - одна ОВБ;
D2 - постоянный дежурный;
D3 - днём постоянный, ночью ОВБ;
D4- две ОВБ;
D5- ТМ телеуправление, телесигнализация, телеизмерение.
Пусть d - конкретный тип субъекта обслуживания. По каждому deD задаются две величины:
a[d] - максимальный объем обслуживания при варианте размещения d, (чел./час);
c[d] - стоимость размещения субъекта обслуживания типа d, (чел./час.). Таким образом, решение задачи организации рациональной системы оперативного обслуживания электрических сетей сводится к поиску набора вариантов субъектов обслуживания d[M] и плана обслуживания X[M, N] - таких, чтобы суммарная стоимость размещения субъектов обслуживания, доставки обслуживания и собственно обслуживания объектов была минимальной, при фиксированном размещение подстанций и изменяемых объёмах обслуживания. Целевая функция задачи:
1[М ]• c[d [M ]] + XS ct [i, j ]■ X [i, j ]—-—^ min, (1)
d, X
ieM jeN
где 1 [M] = (1,1... 1) - единичный вектор длины m.
Минимум целевой функции (1) ищется при следующих ограничениях:
1) отрицательных объемов обслуживания и ремонта не существует X[M, N]>0[M, N], (0[M, N] - нулевая матрица);
2) варианты субъектов обслуживания в пункте i выбираются из числа возможных:
d(i)eDi, ieM;
3) потребности объектов обслуживания удовлетворяются: l[M]-X[M, N|=Ä[N|;
4) возможности субъектов обслуживания не превосходят заданных величин
a[d]:
X[M, N]-l[N]<a[d [M]].
В большинстве случаев целесообразно рассмотреть целевую функцию без учета затрат на размещение субъектов обслуживания (они уже имеются в требуемом объеме или нет ресурсов на их развитие). В этом случае целевая функция (1) примет вид
’•/]■ X[i ,j]—-^rnin, (2)
X
ieM jeN
а из ограничений исключается ограничение d(i)eDi, ieM. В этом случае получаем классическую задачу линейного программирования, которую можно решать, используя симплекс-метод. В результате ее решения находим оптимальный план обслуживания X[i, j].
Покажем на примерах использование методики для анализа системы оперативного обслуживания группы подстанций.
Имеются три подстанции 220 кВ, которые характеризуются следующими показателями за май месяц 2007 года:
необходимым объёмом обслуживания объектов обслуживания за этот период по каждой подстанции, чел./час:
80
b[ N ] = 40;
30
затратами на оперативное обслуживание, чел./час:
18 36 48 ct 2 = 36 24 42;
60 36 30
транспортными затратами на доставку обслуживания, чел./час:
26 ct 1 = 12.
10
Рассчитаем затраты на оперативное обслуживание и транспортные затраты. Разместим ОВБ на базе 1.
Объём обслуживания с базы 1:
80 40 30
X = 0 0 0 .
000
Вычислим суммарные затраты при размещение ОВБ на базе 1. Исходя из формулы (2)
ct 1 = ct 1 ■ X + ct 2 ■ X .
Получим, что при размещение ОВБ на базе 1 суммарные затраты составят ct 1 = 18 ■ 80 + 36 ■ 40 + 48 ■ 30 + 26 ■ 80 +12 ■ 40 +10 ■ 30 = 7180 чел./час,
из них транспортные затраты составляют & 2 = 26 • 80 +12 • 40 +10 • 30 = 2860 чел./час.
Аналогично, вычисляя затраты при размещение ОВБ на других базах, получаем результаты, изображенные в виде графиков на рисунке.
1 2 3
Рис. Изменение суммарных затрат на оперативное обслуживание электрических сетей при
изменение места размещения
Существует и другой вариант оперативного обслуживания, когда на одной подстанции базируется ОВБ, а две другие в дневное время обслуживают дежурные электромонтёры (ДЭМ). Каждый ДЭМ закреплён за определённой подстанцией. В вечернее и ночное время подстанции обслуживаются ОВБ. В этом случае имеют место три варианта размещения баз.
Разместим ОВБ на базе 1, а на базах 2 и 3 - ДЭМ.
Транспортные затраты на доставку единицы обслуживания, чел./час:
13
& 1 = 6 .
5
Объём обслуживания составит
80 20 12
X = 0 20 0 .
0 0 18
Вычислим суммарные затраты при таком размещение ОВБ и ДЭМ на двух подстанциях. Исходя из формулы (2)
еї 1 = еї 1 • X + еї 2 • X .
Получим, что при размещение ОВБ на базе 1, а ДЭМ - на базах 2 и 3, суммарные затраты составят, чел. /час,
еї 1 = 18 • 80 + 36 • 40 + 48 • 30 + 26 • 80 +12 • 40 +10 • 30 = 7180..
Из них транспортные затраты составляют, чел. /час
еї 1 =13•80 + 6•40 + 5•30 = 1430.
Изменяя места размещения ОВБ и ДЭМ, получаем результаты, которые приведены в виде графиков на рис. 1.
Методика выбора оптимальной структуры системы оперативного обслуживания электрических сетей позволяет производить детализацию объектов обслуживания, например: подстанция, группа оборудования, единица оборудования и т.д.; и субъектов обслуживания, например: группа бригад, бригада, устройство телемеханики и т.д., в зависимости от целей решаемой задачи. Меняя правые части ограничений - повышая или понижая объем требований объектов, можно получать более или менее напряженные планы и оценивать возможности системы оперативного обслуживания в различных экстремальных ситуациях и при ограничениях на эксплуатацию.
Таким образом, используя математическую модель, можно создать рациональную структуру систем оперативного обслуживания.
Выводы
1. Организация рациональной системы оперативного обслуживания электрических сетей может быть осуществлена на основе предложенной методики.
2. Расчётные примеры показывают, что затраты на различные варианты системы оперативного обслуживания одних и тех же подстанций могут существенно различаться (в 2 и более раза).
Литература
1. Васильев А.П., Вилков Б.Н. Математическая модель оценивания оперативного обслуживания и ремонта электрических сетей. Ст. Электротехника и электроэнергетика. Вопросы надёжности // Труды СПбГТУ № 460. - СПб: СПбГТУ. - 1996. - С.179-182.
2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. - М.: Министерство энергетики Российской Федерации, 2003.
Поступила 09.07.2007
