CC BY
22
УДК 621.31:658.382.3
Выбор мероприятий и средств повышения электробезопасности в электрических сетях 0,38-10 кВ по многокритериальной модели
Н. Р. Горбунова,
МИЭЭ, заведующая УКП, аспирант МГАУ
Рассмотрен выбор средств повышения электробезопасности по многокритериальной модели с учётом травматизма и неопределённости исходной информации.
Ключевые слова: травматизм, электрические сети, электробезопасность, многокритериальность.
Распределительные электрические сети (РЭС) напряжением 0,38-10 кВ являются наиболее распространёнными во всех энергосистемах страны и составляют более 80 % общей протяжённости воздушных линий. Анализ технического состояния электрических сетей России напряжением 0,38-10 кВ свидетельствует о том, что значительная часть линий электропередач, оборудования подстанций несовершенны по конструкции, морально и физически устарели (износ 80 % и более) и не отвечают современным требованиям электробезопасности и надёжности электроснабжения [1].
За минувшее десятилетие (2000-2009 гг.) 49 % несчастных случаев в энергетике, связанных с электротравматизмом, привели к летальному исходу, а ещё 25 % - к тяжёлым последствиям. Около половины - 48 % - всех электротравм сопровождались термическими ожогами [2, 3]. Поэтому для уменьшения травматизма в электрических сетях необходимы мероприятия и средства, повышающие электробезопасность сетей 0,38-10 кВ.
По статистике, травматизм в электроустановках объясняется снижением уровня квалификации и подготовки персонала, а также увеличением количества электроустановок, находящихся в неудовлетворительном техническом состоянии и имеющих опасные дефекты [2, 3]. Поэтому электробезопасность зависит от ряда факторов, учитывающих квалификацию обслуживающего персонала и соблюдение им норм и правил работы в электроустановках; техническое состояние электрооборудования и степень его износа; надёжность системы электроснабжения и др. Решение задачи по выбору мероприятий и средств повышения электробезопасности распределительной электрической сети 0,38-10 кВ целесообразно проводить одновременно по нескольким показателям (критериям), т. е. по многокритериальной модели [4-6].
В качестве одного из критериев был принят показатель, оценивающий уровень травматизма в распределительных сетях, - коэффициент частоты травматизма (ктравм). Он определяется отношением числа пострадавших к среднесписочной численности рабочих и служащих за отчётный период, отнесённый к 1000 работающих [7]:
^травм =^Ю00,
где Т - общее число пострадавших за определённый период времени независимо от того, закончилась ли временная нетрудоспособность в этом периоде;
Р - среднесписочная численность работников за этот период времени.
Так как травматизм в электроустановках объясняется, в том числе, увеличением количества электроустановок, находящихся в неудовлетворительном техническом состоянии, то вторым критерием принято техническое состояние электрооборудования. В качестве показателя технического состояния взят коэффициент физического износа электрооборудования, зависящий от количества лет эксплуатации электрооборудования ^изн) (табл. 1) [8].
Снижение уровня квалификации и подготовки персонала, увеличение количества электроустановок, находящихся в неудовлетворительном техническом состоянии, - всё это непосредственно влияет на надёжность электроснабжения, на увеличение отказов в работе электрооборудования, на увеличение недоотпуска электроэнергии потребителям. В свою очередь, снижение надёжности электроснабжения влияет на электробезопасность. Поэтому третьим критерием принят недоотпуск электроэнергии С^н) за год [5, 6, 8]:
где Рй - активная нагрузка г-го элемента в год <:, кВт;
N - число участков линии;
Хр - частота аварийных и плановых отключений соответственно;
га
Р
п.р средняя продолжительность аварийных и
плановых отключений соответственно; у - коэффициент, учитывающий меньшую тяжесть плановых отключений, у=0,33; ос'"1 - коэффициент дисконтирования,« = - 1
Еш=0,1 приведения.
11 (1 + Япн)"
- коэффициент нормативного
№2 (44) 2012, март-апрель
Таблица 1
Коэффициент износа линий и подстанций в зависимости от количества лет эксплуатации
Элементы системы электроснабжения Количество лет эксплуатации
1 5 10 15 20 25 30
ВЛ 35-110 кВ на опорах: деревянных железобетонных металлических 0,05, 0,033 0,02 0,25 0,165 0,1 0,5 0,33 0,2 0,75 0,495 0,3 1,0 0,66 0,4 1,25 0,825 0,5 1,5 0,99 0,6
РТП 35-110/10 кВ 0,033 0,165 0,33 0,495 0,66 0,825 0,99
ВЛ 10 кВ на опорах: деревянных железобетонных 0,05 0,033 0,25 0,165 0,5 0,33 0,85 0,495 1,0 0,66 1,25 0,825 1,5 0,99
ТП 6-35/0,4 кВ 0,33 0,165 0,33 0,495 0,66 0,825 0,99
ВЛ 0,38 кВ на опорах: деревянных железобетонных 0,05 0,033 0,25 0,165 0,5 0,33 0,75 0,495 1,0 0,66 1,25 0,825 1,5 0,99
Так как системы электроснабжения подвергаются воздействиям природно-климатических явлений, управляются людьми и испытывают на себе различные изменения технической и социальной политики, преобразований в обществе и т. д., то при решении данной задачи сталкиваемся с рядом факторов, наличие которых объясняется особенностью сложных систем и объективно существующей неопределённостью наших знаний о них. Для снятия неопределённости необходимо получить дополнительную информацию, например, экспертную. Экспертные опросы показали высокую точность прогнозов и совпадение результатов опроса со статистическими данными. К достоинствам экспертных опросов можно отнести большой профессиональный опыт и интуицию.
В данной работе, в отличии от предыдущих работ по оптимизации параметров систем электроснабжения по многокритериальной модели, учитываются два фактора, отражающие неопределённость среды. К неопределённой информации при выборе мероприятий и средств повышения электробезопасности систем электроснабжения относится прежде всего закон изменения электрических нагрузок на перспективу [6], так как рост нагрузки при ветхом состоянии распределительных сетей может привести к пробоям изоляции, что усилит износ оборудования и повысит риск травматизма. Работниками Борисоглебской РЭС ОАО «МРСК Центра» -«Воронежэнерго» определены значения электрической нагрузки для данного района на расчётный период с 2011 по 2020 год по коэффициенту роста (Кр) с учётом прогнозных показателей энергетической стратегии России на период до 2030 г. В результате обработки данных получено распределение вероятностей (р) коэффициента роста нагрузки на перспективу 10 лет [4, 5]:
р=0,14 для Кр=1,0; р=0,38 для Кр=1,4; р=0,48 для Кр=1,8.
Другим неопределённым фактором при выборе мероприятий и средств повышения электробезопасности систем электроснабжения является уровень подготовки обслуживающего персонала, соблюдение
им норм и правил работы в электроустановках, так как именно от этого зависят качество и безопасность выполняемых работ и поддержание электрооборудования в технически исправном состоянии. Для учёта уровня квалификации и дисциплины электротехнического персонала по охране труда предлагается применять обобщённый коэффициент безопасности
труда кбезоп [7].
Коэффициент безопасности труда (кбезоп) в общем случае отражает два показателя:
1. Коэффициент соблюдения правил безопасности, который определяется отношением числа работающих на определённом энергообъекте, соблюдающих правила техники безопасности, ко всему числу работников энергообъекта:
где п - число работающих на определённом энергообъекте с соблюдением правил безопасности;
N - общее число работающих на энергообъекте.
2. Коэффициент технической безопасности машин (электрооборудования), который соответствует стандартам безопасности, ко всему количеству электрооборудования энергообъекта:
где т - число машин (электрооборудования), соответствующее стандартам безопасности;
М - общее число электрооборудования на энергообъекте.
Для определения значения коэффициента безопасности (кбезоп) сотрудникам Борисоглебской РЭС ОАО «МРСК Центра» - «Воронежэнерго» было предложено ответить на вопросы анкеты, отражающие степень снижения уровня травматизма в зависимости от снижения уровня квалификации и подготовки персонала при обслуживании электроустановок данного энергообъекта.
По данным экспертного опроса построен график функции принадлежности (ФП) экспертных оценок (рис. 1) [4, 5].
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ I утш.еп(М.:ш
№2 (44) 2012, март-апрель
0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08
0,06
0,18
0 195
0,16 0 ,157
1,13
0,11
0,07
0,4 0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
Рис. 1. График зависимости функции принадлежности от кбезоп
В работе рассмотрены четыре варианта повышения электробезопасности Борисоглебской распределительной электрической сети с учётом надёжности электроснабжения: фх - состояние рассматриваемых электрических сетей без преобразований; стратегия ф2 - применение воздушных линий с изолированным покрытием и самонесущих изолированных проводов в рассматриваемых сетях; стратегия ф3 - резервирование и секционирование воздушных линий; стратегия ф4 - перевод линий на более высокий класс напряжения [6].
Таким образом создалась ситуация принятия решения: матрица рассматриваемых стратегий:
V
9 =
; матрица частных критериев: у =
матрица неопредёленного фактора 9 =
где $=кр-кбез0Т1.
Далее проведено имитационное моделирование и рассчитаны значения частных критериев при различных состояниях среды для рассматриваемых стратегий фх - ф4 [4, 5].
В табл. 2 приведены матрицы частных критериев на рассматриваемые 10 лет.
В соответствии с алгоритмом решения многокритериальных задач [4, 5, 8] следующим этапом является свёртка частных критериев в единый оценочный функционал. Как показала практика, при решении задач оптимизации параметров систем электроснабжения 0,38-110 кВ [4] наиболее целесообразен мультиплика-
тивный способ, так как при такой свёртке оптимальный вариант не зависит от числа рассматриваемых стратегий и способа нормирования частных критериев, необходимых при аддитивной свёртке.
Мультипликативный оценочный функционал имеет вид
где - недоотпуск электроэнергии, кВт • ч;
кизн - коэффициент износа электрооборудования; к*изн - коэффициент износа электрооборудования
от увеличения нагрузки; ктравм - коэффициент травматизма;
105 - коэффициент, учитывающий размерность.
Весовые коэффициенты частных критериев приняты одинаковыми для рассматриваемых критериев.
В табл. 3 даны результаты расчёта единого оценочного функционала Р(кВт-ч)-105 мультипликативным способом.
Таблица 3 Матрица оценочного функционала F
Р 9 ф1 ф2 ф3 ф4
к * к ^р безоп 6,356 0,36 2,87 0,49
0,38 7,7 0,396 3,47 0,5
0,48 15,49 0,75 6,99 0,9
Из данных матрицы оценочного функционала видно, что наименьшим значениям соответствуют стратегии ф2 и ф4. Для технических оптимизационных задач существует ряд критериев выбора лучшего решения из рассматриваемых стратегий. Среди них наиболее устойчивый - критерий Байеса, по которому лучшее решение (В) соответствует минимуму (максимуму) математического ожидания оценочного функционала. В данной задаче лучшее решение (В) соответствует минимуму математического ожидания оценочного функционала, так как количество недоотпуска электроэнергии из-за вероятности повреждения электрооборудования коэффициент износа электрооборудования и коэффициент электротравматизма обслуживающего персонала должны стремиться к минимальным значениям.
¡=1
где В - выигрыш (проигрыш) при принятии решения, ф(;
фг - рассматриваемое решение (стратегия); фг= (ф1, ...,фт) - матрица возможных стратегий (решений);
Р - оценочный функционал для т-й стратегии
при ¿-м состоянии среды; „
pi ~ вероятность состояния среды, причем ^ А = 1»
п - число рассматриваемых состояний среды.
Таблица 2
Матрица частных критериев
Р
Wн•105, кВт-ч к изн к травм
Фх ф2 ф3 ф4 Ф1 ф2 ф3 ф4 ф1 ф2 ф3 ф4
8,56 2,85 3,86 3,98 0,99 0,5 0,99 0,33 0,75 0,25 0,75 0,375
7,19 2,39 3,24 3,34 1,19 0,575 1,19 0,363 0,9 0,288 0,9 0,413
9,24 3,08 4,17 4,3 1,49 0,7 1,49 0,43 1,125 0,35 1,125 0,49
0,14 0,48
Л
*
а Л
9
№2 444) 2012, март-апрель
Расчёт значений выигрыша (проигрыша) для рассматриваемых стратегий по критерию Байеса показал следующие значения: для В1 - 10,45; для В2 - 0,56; для В3- 5,07 и для В4 - 1,31.
Минимальное значение по критерию Байеса соответствует стратегии 2 - применение воздушных линий с изолирующим покрытием и самонесущих изолированных проводов. Действительно, изолированные провода обладают высокой надёжностью и электробезопасностью, их применение даёт преимущество как при монтаже, так и при эксплуатации. Значительное уменьшение случаев электротравматизма при эксплуатации таких линий связано с отсутствием многочисленных замен повреждённых изоляторов, дефектного провода, выправки или замены дефектных траверс, практическим исключением коротких межфазных замыканий и замыканий на землю.
Анализ травматизма в электрических сетях 0,3810 кВ позволяет сделать вывод, что для его предупреждения и уменьшения необходимо проводить работу в организациях в нескольких направлениях.
1. Проведение профилактических мероприятий, основанных на глубоком и объективном анализе условий возникновения несчастных случаев и правил безопасного проведения работ, позволит снизить уровень производственного травматизма. Необходимая оперативность профилактических мер достигается оперативностью этого анализа и оперативностью его доведения до персонала. Правильная организация учёта сведений о травмах, достоверность оперативной первичной информации и её полнота во многом опреде-
ляют результативность профилактических мер по предупреждению электротравматизма, а улучшение сбора необходимой информации позволяет уменьшить долю невыявленных отказов, установить истинные причины отказов.
2. С целью обеспечения эффективности, надёжности и безопасности профессиональной деятельности необходимо разрабатывать и внедрять эффективные методики подбора и подготовки кадров, создавать собственные системы профессиональной подготовки, переподготовки, поддержания и повышения квалификации персонала, разрабатывать методическое и правовое обеспечение системы подготовки и аттестации персонала, совершенствовать и внедрять программные средства обучения и тестирования знаний.
3. Для предупреждения производственного электротравматизма необходимо построение и широкое внедрение универсальных интеллектуальных систем подготовки и аттестации специалистов и работников по электробезопасности. В целях предотвращения травматизма в каждой энергокомпании должна разрабатываться политика компании в области охраны труда, производственной безопасности и сохранения здоровья персонала, которая должна соответствовать требованиям стандарта Международной организации труда МОТ-СУОТ 2001/]Ь0-0БМ 2001.
4. Улучшение технического состояния распределительного комплекса позволит повысить как электробезопасность системы электроснабжения, так и её надёжность.
Литература
1. Положение о технической политике ОАО «ФСК ЕЭС» в распределительном сетевом комплексе. - М., 2006. [Электронный ресурс]. Код доступа: http://www.mrsk-1.ru/docs/tex1.pdf.
2. Анализ причин несчастных случаев на энергоустановках с 1 января 2001 по 1 мая 2005 года (по статистическим данным) / Н. П. Дорофеев, В. Л. Титов, Б. М. Степанов. [Электронный ресурс]. Код доступа: http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=655.
3. Об итогах деятельности подразделений производственного контроля и охраны труда в 2010 году. [Электронный ресурс]. Код доступа: cpd.mrsksevzap.ru/.../388.pptx?...МРСК.
4. Левин М. С., Лещинская Т. Б. Методы теорий решений в задачах оптимизации систем электроснабжения: Учебное пособие. - М.: ВИПКэнерго, 1989. - 130 с.
5. Лещинская Т. Б., Князев В. В. Многокритериальная оценка технико-экономического состояния распределительных электрических сетей. - М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2006. - 100 с.
6. Лещинская Т. Б., Наумов И. В. Электроснабжение сельского хозяйства. - М.: КолосС, 2008. - 655 с.
7. Тургиев А. К., Луковников А. В. Охрана труда в сельском хозяйстве. - М.: ИЦ «Академия», 2003. - 320 с.
8. Лещинская Т. Б. Методы многокритериального выбора в инженерных задачах / Электрические аппараты и электротехнологии сельского хозяйства. Сборник научных трудов. - М. МГАУ, 2002. - С. 3-21.
The choice of measures and means to improve the electrical safety in electrical networks of 0,38-10 kV of multicriteria model
N. R. Gorbunova,
MIEE, Head of Training and consulting office, post-graduate student of MSAU
Consider the choice of means to improve the electrical safety of the multicriteria model taking into account injuries and uncertainty of initial information.
Keywords: traumatism, electrical networks, electrical safety, multicriteria.
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ I wmv.encfni
№2 (44) 2012, март-апрель
