Разработка методики комплектования запасными элементами электрических сетей 10 кВ на основе прогнозирования отказов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат технических наук Волков, Сергей Владимирович

• Волков, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Волков, Сергей Владимирович

Перечень условных обозначений и сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРИНЦИПЫ СНАБЖЕНИЯ ЗАПАСНЫМИ ЧАСТЯМИ.

1.1. Особенности снабжения предприятий запасными частями.

1.2. Методы снабжения предприятий запасными частями.

1.3. Выводы.

Глава 2. АНАЛИЗ ОТКАЗОВ ЭЛЕМЕНТОВ И АППАРАТОВ В

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 10 кВ.

2.1. Анализ отказов элементов распределительной электрической сети 10 кВ.

2.2. Анализ отказов аппаратов распределительной электрической сети 10 кВ.

2.3. Выводы.

Глава 3. ВЛИЯНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОТКАЗЫ ЭЛЕМЕНТОВ И АППАРАТОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 10 кВ.

3.1. Основные воздействующие факторы.

3.2. Влияние одного климатического фактора на отказы элементов и аппаратов.

3.3. Влияние нескольких климатических факторов на отказы элементов и аппаратов.

3.4. Выводы.

Глава 4. РЕГРЕССИОННЫЙ АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ ЧАСТОТЫ

ОТКАЗОВ ОТ ВРЕМЕНИ ГОДА.

4.1. Регрессионный анализ зависимости частоты отказов элементов.

4.2. Регрессионный анализ зависимости частоты отказов аппаратов.

4.3. Выводы.

Глава 5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОТКАЗОВ ЭЛЕМЕНТОВ И

АППАРАТОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

СЕТИ 10 кВ.

5.1. Обоснование гипотезы о нормальном законе распределения отказов.

5.2. Прогнозирование количества отказов за месяц.

5.3. Прогнозирование количества отказов за сезон года.

5.4. Прогнозирование количества отказов за год.

5.5. Обеспечение запасными элементами и аппаратами распределительных электрических сетей 10 кВ на основе вероятностного прогнозирования.

5.6. Выводы.

Глава 6. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

ОТКАЗОВ.

6.1. Задачи программы PROGNOZ2.0.

6.2. Алгоритм программы Р R О G N О Z 2.0.

6.3. Описание процедур и функций программы.

6.4. Описание программыPROGNOZ2.0.

6.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики комплектования запасными элементами электрических сетей 10 кВ на основе прогнозирования отказов»

Актуальность темы. Надежное электроснабжение потребителей является важнейшей хозяйственной задачей.

Аварийность распределительных сетей напряжением 10 кВ в нашей стране примерно в 2 - 7 раз выше, чем в зарубежных странах. 75% всех аварий приходится на однофазные замыкания на землю, которые, затем, могут привести к более тяжелым последствиям, двух- и трехфазным коротким замыканиям. Аварийность BJI 10 кВ в расчёте на 100 км линий составляет 6-7 аварий в год для районов с умеренным климатом и 20 - 30 аварий в год со сложными климатическими и грунтовыми условиями (районы Сибири и севера). Наиболее крупными балансодержателями электрических сетей напряжением 10 кВ являются региональные энергетические системы, предприятия по добыче и транспортировке нефти и газа, сельские электрические сети.

Для энергетических предприятий актуальна задача обеспечение работоспособности потребителей, получающих питание по электрическим сетям класса напряжения 10 кВ. В случае возникновения отказов, они должны быть устранены за минимально возможное время.

В связи с этим, важное значение приобретает формирование запаса элементов и аппаратов для распределительных электрических сетей 10 кВ. В настоящее время принципы формирования запаса не имеют научного обоснования. Существующие на данный момент количественные нормы при формировании запасными частями распределительных сетей 10 кВ не учитывают ряд важных факторов влияющих на интенсивность отказов в сетях данного класса напряжения:

- внешних (климатических) факторов;

- сроки эксплуатации электрооборудования;

- условий эксплуатации;

- квалификация обслуживающего персонала.

Прогнозирование отказов элементов и аппаратов распределительной сети 10 кВ позволит снизить время перерыва электроснабжения потребителей.

В диссертационной работе разработана методика комплектования запаса электрооборудования на основе прогнозирования частоты их отказов. Анализ статистических данных и использование принципов вероятностного прогнозирования позволит выполнить прогноз с учетом вышеизложенных факторов и для конкретных распределительных сетей определенного региона. Причем прогнозирование может проводиться с произвольной доверительной вероятностью (в зависимости от последствий отказов), а также за интересующий интервал времени.

Предложенный подход позволит оптимизировать экономические затраты на формирование запасов для распределительных сетей 10 кВ; (уменьшить их в случае превышения запаса над прогнозируемым количеством отказов и увеличения в случае недостатка). Данный метод, также, позволяет заранее планировать расходы на закупку элементов и аппаратов для распределительных сетей 10 кВ, что в новых экономических условиях трудно переоценить.

Цели и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка методики обеспечения запасом электрооборудования распределительных электрических сетей 10 кВ на основе вероятностного прогнозирования.

Проведение теоретических и практических исследований направленных на достижение цели диссертационной работы потребовало решения следующих задач:

1. Сбор информации об отказах элементов и аппаратов в распределительных электрических сетях 10 кВ сельских районов. Анализ закономерностей возникновения отказов, их статистическая обработка и графическая интерпретация.

2. Исследование влияния климатических факторов (температура, влажность, количество осадков, интенсивность грозовой деятельности) на частоту отказов в распределительных электрических сетях 10 кВ. Обоснование необходимости учета климатических особенностей региона при формировании запаса элементов и аппаратов.

3. Исследование закономерностей распределения отказов в течение года в распределительных сетях республики Марий Эл.

4. Определение математического ожидания и прогнозирование частоты отказов элементов распределительных сетей 10 кВ в заданный интервал времени. Прогнозирование отказов элементов и аппаратов с выбранной доверительной вероятностью.

5. Создание программного обеспечения («PROGNOZ») для прогнозирования отказов в распределительных сетях республики Марий Эл.

Методы исследований. При проведении исследований использовались положения теории вероятностей и математической статистики, теория надежности, теория эксплуатации. Широко применялись элементы регрессионного анализа и математические (итерационные) методы вычислений, система STATISTICA (statistica 5.0 и statistica 6.0) корпорации STATSOFT. При создании программного обеспечения («PROGNOZ») использовалась среда программирования Delphi 6.

Научная новизна работы заключается в разработке методики обеспечения запасом элементов и аппаратов распределительных электрических сетей 10 кВ включающей:

1. Анализ влияния климатических факторов на интенсивность отказов элементов и аппаратов распределительной сети 10 кВ, а также влияния различных сочетаний действующих факторов на основе собранной многолетней статистики об отказах изоляторов воздушных линий, линейных разъединителей, вентильных подстанционных разрядников и обрывах проводов.

2. Принцип формирования запаса электрооборудования с учетом особенностей распределительных сетей конкретного региона и учета факторов, влияющих на интенсивность отказов элементов сети.

3. Подтверждение гипотезы о нормальном законе распределения отказов элементов и аппаратов в распределительной электрической сети 10 кВ.

4. Реализованные на практике принципы вероятностного прогнозирования с доверительной вероятностью 0,9; 0,95; 0,99.

5. Созданное программное обеспечение с реализацией возможности прогнозирования количества отказов элементов электрической сети. Основные положения, выносимые на защиту, заключаются в следующем:

1. Обоснование необходимости выборочного подхода к распределительным электрическим сетям, находящимся в различных климатических регионах при комплектовании их запасными элементами.

2. Применение методов вероятностного прогнозирования для обеспечения запасом элементов и аппаратов распределительных сетей.

3. Реализация на практике принципов вероятностного прогнозирования с доверительной вероятностью 0,9; 0,95; 0,99 с использование вычислительной техники.

Достоверность результатов, полученных в ходе диссертационной работы, подтверждается адекватностью полученных на практике результатов. Достоверность результатов обеспечивается тщательным сбором статистических сведений, а также корректным применением законов теории вероятностей и математической статистики.

Практическая ценность. Выполненные исследования и полученные в ходе их результаты могут использоваться энергоснабжающими организациями (районные электрические сети) находящиеся как в регионе

Поволжья, так и за его пределами, а также другими организациями, обслуживающими распределительные электрические сети 10 кВ.

Основное практическое значение диссертационной работы заключается в том, что предложен новый подход в прогнозировании отказов в районных электрических сетях 10 кВ и в формировании запаса элементов и аппаратов на его основе.

Предложенные методы приведут к экономическому эффекту за счет повышения надежности электроснабжения.

Личный вклад автора. Автор диссертационной работы принимал непосредственное участие в сборе, обработке и анализе статистических данных и их интерпретации. Автор выполнил работу по исследованию влияния внешних факторов на интенсивность отказов в распределительных сетях, провел регрессионный анализ распределения отказов в течение года, применил метод вероятностного прогнозирования к распределительным электрическим сетям 10 кВ сельскохозяйственного назначения республики Марий Эл.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и региональных конференциях, в том числе:

1. XXI Международная межвузовская школа-семинар «Методы и средства технической диагностики» (июль 2004 года).

2. Челябинский агроинженерный университет, 2006 год.

3. XXIII Международная межвузовская школа-семинар «Методы и средства технической диагностики» (июль 2006 года).

Публикации. По результатам исследований соискателем в соавторстве опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем составляет 188 страниц текста. Основной материал изложен на 134 страницах, иллюстрирован 62 рисунками, содержит 16 таблиц и 87 формул. Список использованных источников включает 69 наименований. К диссертационной работе прилагается оригинальный диск с дистрибутивом программы PROGNOZ.

Заключение диссертации по теме «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», Волков, Сергей Владимирович

7. Результаты исследования внедрены в учебный процесс по курсу «Электроснабжение» и в электросетевые предприятия: ОАО «Энергия» и в опытную эксплуатацию в Сернурском отделении «Мариэлектросетьсервис».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Волков, Сергей Владимирович, 2006 год

1. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия, термины и определения.

2. Калявин В.П. Рыбаков JT.M. Надежность и диагностика электроустановок : Учеб. пособие. / Map. гос. ун-т Й-Ола. - 2000. - 348с.: ил.

3. Калявин В.П., Мозгалевский А.В., Галка B.J1. Надежность и техническая диагностика судового электрооборудования и автоматики: Учебник.СПб.: Элмор, 1996.

4. Рыжиков Ю.И. Теория очередей и управления запасами, Ю.И. Рыжиков. СПб.: Питер, 2004, - 384с.

5. Надежность изделий в машиностроении. Система сбора и обработки информации. Требования к содержанию форм учета наработок повреждений и отказов РД-5 0-204-89.

6. Нормы аварийного страхового запаса основных материалов, запасных частей и изделий для воздушных линий электропередачи 0,38-20 кВ. HP 34-00-095-86. - СПО Союзтехэнерго. - 1986.

7. Методика расчета потребности и распределения фондов на материально-технические ресурсы для ремонтно-эксплуатационных нужд распределительных электрических сетей 0,38-20 кВ с воздушными линиями электропередачи РД 34.10.394-89. - СПО Союзтехэнерго. - 1990.

8. Волков С.В.; Рыбаков JT.M. Принцип прогнозирования отказов в распределительных электрических сетях ЮкВ. // Методы и средства технической диагностики: Сборник научных статей/ Map. гос. ун-т -Йошкар-Ола. 2004. - С. 185-190.

9. Нормы аварийного запаса материалов и оборудования для восстановления воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ -РД 34.10.393.-88. СПО Союзтехэнерго. - 1988.

10. Нормы аварийного запаса материалов и оборудования для восстановления воздушных линий электропередачи напряжением 0,4-35 кВ -РД 34.10.385.-77. СПО Союзтехэнерго. - 1977.

11. Нормы аварийного страхового запаса основных материалов запасных частей и изделий для воздушных линий электропередачи 0,38-20 кВ РД 34.10.172.-86. - СПО Союзтехэнерго. - 1986.

12. Методика по разработке нормативов потребности в резервном оборудовании и запасных частях для ремонтного обслуживания энергосистем РД 34.10.104.-79. - ВННИЭ. - 1979.

13. Лещинская Т.Б., Полянина И.Н. Среднестатистические модели воздушных линий (BJ1) 10 кВ в районах с малой плотностью нагрузки-Методы и средства технической диагностики: Сборник научных статей/ Map. гос. ун-т Йошкар-Ола. - 2004.

14. Концепция развития электрификации сельского хозяйства России. М.: ВИЭСХ, 2001. - 3 7 с.

15. Стребков Д.С., Тихомиров А.В. Перспективные направления энергообеспечения и энергоснабжения в сельском хозяйстве // Энергообеспечение и энергосбережение в сел.хоз-ве.-М.,2003.-Ч.1.-С.З-12.

16. ГОСТ 27.502-83. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдений.

17. Гук Ю.Б. Анализ надежности электроэнергетических установок. JL: Энергоатомиздат, 1989

18. Аварийность в электроэнергетике: Информ. бюл. №5. М.: СПО ОРГРЭС, 1995.-32 с.

19. Сырых Н.Н. Техническое обслуживание и ремонт электрооборудования в сельскохозяйственном производстве. М.: Росагропромидат, 1992.

20. Яковлев J1.B. Оценка технического состояния воздушных линий электропередачи 35 750 кВ и мероприятия по повышению их надежности // Электрические станции. - 1998. - №6. - С. 25-33.

21. Рыбаков JI.M., Шумелева Е.С., Соловьев Д.Г. Анализ повреждений распределительных сетей 10 кВ //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2003. -№1 - С. 25-27.

22. Рыбаков Л.М., Столяров С.В., Наумов Е.Н. Техническое состояние сетей 10 кВ // Электрика. 2002. - №2. - С Л 9-21.

23. Техника высоких напряжений: Учебник для студентов электротехнических и электроэнергетических вузов / Под общ. ред. Д.В. Радзевича. 2-е изд., перераб. и доп. М: Энергия. - 1976.

24. Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах: Учебник для вузов / Под общ. ред. В.П. Ларионова. 3-е изд., перераб. и доп. М: Энергоатомиздат. - 1986.

25. Базуткин Б.В., Ларионов В.П. Техника высоких напряжений (изоляция и перенапряжения), М.: Энергия, 1986 - 372 с.

26. Рыбаков Л.М. Методы и средства обеспечения работоспособности электрических распределительных сетей 10 кВ: научное издание. М.: Энергоатомиздат, 2004. - 421 с.

27. Федосенко Р.Я., Мельников А.Я. Эксплуатационная надежность электросетей сельскохозяйственного назначения М.: Энергия, 1977 - 320 с.

28. Рыбаков Л.М., Сошников А.Е., Соловьев Д.Г. Анализ причин аварийных отключений в распределительных сетях 10-35 кВ // Электрика -2001. -№3. С. 16-20.

29. Афифи А. Эйзен С. Статистический анализ: Подход с использованием ЭВМ. Пер. с англ. М.: Мир 1982. - 488с., ил.

30. Тюрин Д.Н. Макаров А.А. Статистический анализ данных на компьютере / Под ред. В. Э. Фигурнова М.: ИНФРА - М, 1998. - 382с.:ил.

31. Петрович М.Л. Давидович М.И. Статистическое оценивание и проверка гипотез на ЭВМ М.: Финан. и стат. 1989. - 191с.: ил.

32. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. - М., 1998. - 592 с.

33. Боровиков В.П. Популярное введение в систему STATISTICA. -М., 1998.-266 с.

34. Климатологический справочник СССР: Метеорологические данные за отдельные годы. Вып. 29. Ч. 5. Куйбышев. - 1980. - 6 с.

35. Рыбаков JI.M., Семко Г.Н., Рыбакова Г.А. Анализ повреждаемости оборудования в сельских сетях: Метод, вопр. исслед. надежности больших систем энергетики // Тр. АН СССР, Сиб. отд-ие. -Кишинев. 1984. - Вып. 29. - С. 86-89.

36. Котиков В.И., Рыбаков JI.M., Столяров С.В. Анализ технического состояния распределительных сетей 10-35 кВ // Методы и средства технической диагностики: Сборник научных статей. Вып XVII/ Map. гос. ун-т-Йошкар-Ола. -2000. С. 140-145.

37. Котиков В.И., Рыбаков JI.M., Столяров С.В. Повышение надежности работы распределительных сетей 10-35 кВ // Методы и средства технической диагностики: Сборник научных статей. Вып XVII/ Map. гос. ун-т Йошкар-Ола. - 2000. С. 146-151.

38. Мякинин Е.Г. Оценка дугостойкости штыревых изоляторов BJI-10 кВ // Повышение надежности электрооборудования в сельском хозяйстве: Сб. науч. тр. /ЧИМЭСХ. Челябинск. - 1990. - С. 64-69.

39. Кокарев А.Б. Исследование штыревых фарфоровых изоляторов сельских электрических сетей напряжением 10 кВ с целью повышения их эксплуатационной надежности: Авторефер. дис.канд. техн. наук. -Челябинск.-1981.-19 с.

40. Волков С.В., Рыбаков JI.M. Влияние климатических факторов на отказы в распределительных сетях 10 кВ // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2006. №2. - с. 4-6.

41. Аносов А.В. Вычислительные методы для инженеров, М: Энергия, 1986.-346 с.

42. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965. - 524 с.

43. Барлоу Р., Протан Ф. Математическая теория надежности. Пер с англ. М.: Сов. радио, 1969. - 488 с.

44. Гук Ю.Б., Казак Н.А., Мясников А.В. Теория и надежности систем электроснабжения. М.: Энергия, 1970. - 176 с.

45. Половко A.M. Основы теории надежности. М.: Наука, 1965.446 с.

46. Меламедов И.М. Физические основы надежности. JL: Энергия, 1970.- 152 с.

47. Баврин И.И., Матросов B.JI. Общий курс высшей математики: Учеб. для студентов физ.-мат. спец. пед. Вузов. М.: Просвещение, 1995. -464 е.: ил.

48. Баврин И.И., Матросов B.J1. Краткий курс теории вероятностей и математическая статистика. М.: Прометей, 1989.

49. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1988.

50. Пугачев B.C. Теория вероятностей и математическая статистикаМ.: Наука, 1979.

51. Волков С.В., Рыбаков JI.M. Вероятностное прогнозирование отказов элементов и аппаратов в распределительной сети 10 кВ // Электрика, 2004.-№ 2.-С. 19-21.

52. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Пер. с англ.-М.: Мир, 1984.-Т. 1.

53. Ширяев А.Н. Вероятность: Учеб. пособ. для вузов. 2-е изд. Перераб. И доп. - М.: Наука, 1989. - 640 с.

54. Маджарова Т.В. Экспериментальное определение закона распределения и корреляционных связей. // Надежность и контроль качества, 1970.- №5.

55. Гмурман В.Е. Теория вероятности и математическая статистика: Учеб. пособие для вузов. 8-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 2002. - 479с.: ил.

56. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятности и математической статистике: Учеб. пособие для студентов вузов / В.Е. Гмурман 6-е изд., доп. - М.: Высш. шк., 2002. - 405с.: ил.

57. Анчарова Т.В., Пищур А.П. Анализ и нормирование электропотребления предприятий средней и малой мощности с многономенклатурным производством.// Вестник МЭИ, 2003. №2. -С. 39-42.

58. Волков С.В., Рыбаков JI.M. Прогнозирование отказов элементов и аппаратов в распределительной сети 10 кВ // Проблемы энергетики, 2004. -№1-2.-С. 84-88.

59. Волков С.В., Рыбаков JI.M. Прогнозирование отказов элементов и аппаратов в распределительных сетях 10 кВ республики Марий Эл // НАУКОВ1BICTI, №1(9) 2006. - С. 97-100.

60. Буторин В.А., Рыбаков JI.M., Волков С.В. Прогнозирование отказов и комплектование запасными элементами распределительных сетей ЮкВ // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2005. №1. -С. 21-23.

61. Волков С.В., Рыбаков JI.M. Обоснование комплектования аварийным запасом элементов, аппаратов и оборудования распределительной сети 10 кВ // Проблемы энергетики, 2004. № 3-4. - С. 87-90.

62. Рыбаков JI.M., Волков С.В., Максимова И.В. Обоснование комплектования распределительных сетей аварийным запасом ее элементов.// Энергетик, 2004. №12. - 31-33.

63. Зубов А.А. Программирование на Delphi: СПб: Питер, 2005396с.

64. DELPHI Программирование на языке высокого уровня: Учебник для вузов. СПб: Питер, 2004 - 639с.

65. Приемы программирования на Delphi. Архангельский А.Я. М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2003. - 780 с.

66. Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi. Д.М. Баккелл. СПб.: ООО «ДиаСофтЮП», 2003. 556 с.

67. Delphi: Справочное пособие. А .Я. Архангельский. М.: Бином, 2003. -1023с.

68. Рыбаков JT.M., Волков С.В., Иванов А.А. Прогнозирования отказов элементов и аппаратов в распределительных сетях 10 кВ с использованием программного обеспечения // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2006. №2. - С. 6-8.

69. Волков С.В., Иванов А.А., Рыбаков JT.M. Прогнозирование отказов элементов и аппаратов в распределительных сетях 10 кВ республики Марий Эл // НАУКОВ1BICTI, №1(9) 2006. - С 9-15.