На правах рукописи

Лопатин Евгений Игоревич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 0,38…10 кВ

(НА ПРИМЕРЕ РЯЗАНСКОГО РЕГИОНА)

Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве (по техническим наук

ам)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012 1

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Васильева Татьяна Николаевна

Официальные оппоненты: Копылов Сергей Игоревич, доктор технических наук, старший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный заочный университет», профессор кафедры «Электротехники и автоматики»

Олин Дмитрий Михайлович кандидат технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костромская государственная сельскохозяйственная академия», доцент кафедры «Электроснабжение»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина».

Защита состоится « 18 » апреля 2012 года на заседании диссертационного совета Д220.056.03 при Российском государственном аграрном заочном университете по адресу:

143900 Московская область, г. Балашиха, ул. Юлиуса Фучика, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета ФГБОУ ВПО РГАЗУ, и на сайте: www.rgazu.ru.

Автореферат разослан « 15 » марта 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент Мохова О.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Система электроснабжения сельскохозяйственных потребителей напряжением 0,38…10 кВ характеризуется низкими показателями надежности и значительным недоотпуском электроэнергии присоединенным потребителям. Продолжительность перерывов в электроснабжении по Рязанской области составляет 90 – 130 часов в год. Это обусловлено высоким износом оборудования трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ, значительной протяженностью воздушных линий электропередачи напряжением 0,38…10 кВ, выполненных неизолированными проводами, эксплуатацией несовершенных коммутационных аппаратов, радиальным, в основном, принципом построения электрических схем.

Электрическое хозяйство Российской Федерации включает воздушные линии электропередачи напряжением 0,38…110 кВ протяженностью свыше 2,5 млн. км и трансформаторных подстанций 6…110 кВ суммарной мощностью свыше 300 МВА. Из них электрические сети сельскохозяйственного назначения напряжением 0,38…110 кВ общей протяженностью около 2,3 млн.

км, напряжением 6…10 кВ – около 1,2 млн. км, напряжением 0,38 кВ – свыше 800 тысяч километров. В Рязанском регионе эксплуатируется свыше тысяч км линий электропередачи напряжением 0,38-10 кВ и около 8,5 тысяч распределительных и трансформаторных пунктов. Из общего числа отказов электрооборудования электрических сетей всех уровней напряжения на электрооборудование напряжением 0,38…10 кВ приходится до 70-75% отказов.

Огромный вклад в развитие теории надежности внесли Гук Ю.Б., Будзко И.А., Гнеденко Б.В., Левин М.С., Лещинская Т.Б., Васильева Т.Н., Копылов С.И., Воробьев В.А., Сырых Н.Н., Рыбаков Л.М. и другие. Вместе с тем, существующие методы оценки технического состояния электрических распределительных сетей учитывают параметры вне их связи с природноклиматическими факторами, условиями эксплуатации, квалификацией персонала.

Важное значение приобретает прогнозирование надежности и технического состояния электрических распределительных сетей 0,38-10 кВ сельскохозяйственного назначения. Для сокращения числа отказов и повышения надежности системы электроснабжения в целом, наиболее целесообразным является совершенствование системы технического обслуживания электрооборудования, так как полная модернизация и замена электрооборудования новым потребует крупных единовременных капиталовложений. Поэтому вопросы повышения надежности системы электроснабжения за счет совершенствования комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования являются актуальными.

Цель работы – совершенствование системы технического состояния электрооборудования для повышения надежности сельских электрических распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ с учетом влияния природно-климатических факторов.

Объектом исследования является силовое электрооборудование сельских распределительных сетей напряжением 0,38…10 кВ.

Предметом исследования является математическая модель оценки и совершенствования технического состояния электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38…10 кВ.

';

Задачи исследования:

1. Анализ методов оценки технического состояния электрооборудования, классификация причин его отказов на основе статистической обработки данных в сельских электрических распределительных сетях напряжением 0,38…10 кВ Рязанского региона;

2. Определение законов распределения аварийных отказов электрооборудования;

3. Теоретическое обоснование и аналитическое исследование влияния природно-климатических факторов на количество отказов электрооборудования воздушных линий электропередачи напряжением 0,38…10 кВ;

4. Формирование методики и разработка математической модели оценки эффективности комплекса средств повышения надежности электроснабжения на основе теории массового обслуживания;

5. Имитационное моделирование надежности электроснабжения потребителей напряжением 0,38..10 кВ с помощью системы оценки эффективности комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.

Методы исследования. Исследование базируется на теории надежности, методов математического моделирования, математической статистики, корреляционно – регрессионного анализа, теории массового обслуживания.

Расчеты проведены с помощью пакетов прикладных программ Statistica 6. корпорации STATSOFT, SYSTAT 11.00.01 корпорации SYSTAT, математический модуль Mahtcad 2001 pro. Численные результаты получены с использованием разработанного на языке программирования Delphi программного обеспечения.

Новизна работы заключается в следующем:

1. Определении степени влияния основных факторов на техническое состояние силового электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38-10 кВ;

2. Построении математической модели на основе корреляционно – регрессионного анализа, устанавливающей зависимость между природноклиматическими факторами, действиями обслуживающего персонала и отказами электрооборудования;

3. Создании с применением системы массового обслуживания математической модели оценки влияния каждого из рассматриваемых средств на повышение надежности электроснабжения;

4. Разработке методики, алгоритма и программного обеспечения «Эксперт 1.0» для оценки эффективности комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.

Достоверность разработанных научных положений, методик, сделанных выводов и рекомендаций обеспечивается корректным применением современных методов исследования; использованием методов математической статистики, представительным объемом статистического материала; совпадением результатов, полученных для моделей и реальных электрических сетей Рязанского региона.

На защиту диссертации выносятся следующие положения:

1. Обоснование разнообразия закономерностей распределения причин отказов по дням электрооборудования сельских распределительных электрических сетей напряжением 0,38…10 кВ;

2. Разработка математической модели оценки влияния природно - климатических факторов на отказы электрооборудования для формирования комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования;

3. Метод оценки влияния природно-климатических факторов, его учет при планировании комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования для повышения надежности системы электроснабжения;

4. Выбор эффективной систем технического обслуживания электрооборудования сельских распределительных электрических сетей за счет оптимальной стратегии проведения ремонтных работ, определения количества специальной техники и эксплуатационного персонала, обеспечения ремонтных подразделений запасными частями и оборудованием.

Практическую значимость представляет методика оценки технического состояния и повышения эффективности сельских распределительных электрических сетей, реализованная в программном обеспечении «Эксперт 1.0», написанного на языке Delphi версии 7.0 фирмы Borland, позволяющая предприятиям электрических сетей обеспечивать нормируемый уровень надежности электроснабжения у потребителей за счет внедрения рекомендуемого комплекса средств по техническому обслуживанию электрооборудования.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы приняты к реализации на:

- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Сасовские электрические сети» «Пителенский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 24.05.2011 года;

- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Рязанские электрические сети» «Рыбновский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 06.06.2011 года;

- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Рязанские электрические сети» «Пронский РРЭС», что подтверждается актом внедрения 14.10.2011 года.

- ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго» производственное объединение «Рязанские электрические сети» «Михайловский РЭС», что подтверждается актом внедрения 12.12.2011 года;

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись на международной научно - практической конференции в г. Москве (ГНУ ВНИИМ, 2010 г.), научно - практической конференции г. Троицк (ФГОУ ВПО УГАВМ, 2009 г.), научно - практической конференции г. Мичуринске (ФГОУ ВПО МичГАУ, 2011 г.), международных научно - практических конференциях и семинарах в г. Рязани (ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2009 - 2011 г.), третьем этапе Всероссийской научно - практической конференции в г. Саратове (ФГОУ ВПО СГАУ, 2011 г.), а также на семинарах по повышению квалификации и обучению эксплуатационного персонала ОАО МРСК «Центра и Приволжья» филиал «Рязаньэнерго».

Личный вклад автора. Разработка математической модели оценки и совершенствования технического состояния электрооборудования сельских распределительных сетей напряжением 0,38…10 кВ, формирование на ее основе методики, построение алгоритма и создание программного обеспечения «Эксперт 1.0», апробирование результатов исследования, внедрение разработок в практику и подготовка основных публикаций по научной работе.

Публикации. Научные положения, полученные автором, опубликованы в 12 изданиях, из них 3 - по перечню ВАК.

Структура диссертации и ее объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы составляет 274 страницы. Основная часть состоит из 163 страницы, включает 68 таблицы и 67 рисунков. Библиографический список содержит 125 наименований. Приложение составляет 120 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованна актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи, излагаются положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ средств и методов повышения надежности системы электроснабжения» выполнен анализ существующих методов оценки технического состояния электрооборудования. Рассмотрено современное состояние системы электроснабжения промышленных, сельскохозяйственных и коммунально - бытовых потребителей распределительных сетей напряжением 0,38…10 кВ. При этом обоснованна необходимость повышения надежности системы электроснабжения и совершенствования системы технического обслуживания электрооборудования.

Система технического обслуживания включает в себя комплекс средств:

1) повышение требований к эксплуатационному персоналу, к производственной дисциплине и росту квалификации;

2) рациональная организация текущих и капитальных ремонтов;

3) механизация ремонтных работ;

4) обеспечение аварийных запасов материалов и оборудования;

5) совершенствование методов и сокращение времени поиска отказов электрооборудования;

6) проведение работ под напряжением.

Применение комплекса средств технического обслуживания позволит поддержать работоспособное состояние изношенного электрооборудования, поскольку его полная модернизация потребует значительных единовременных капиталовложений, что в данное время для энергоснабжающих компаний не представляется возможным.

Кроме того, существующие методы оценки технического состояния электрических распределительных сетей учитывают параметры вне их связи с природно-климатическими факторами, условиями эксплуатации, квалификацией персонала.

Во второй главе «Теоретические обоснование и аналитическое исследование влияния природно-климатических факторов на техническое состояние сельских электрических распределительных сетей напряжением 0,38- кВ» выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, направленных на оценку числа и причин отказов силового электрооборудования, их классификации, определения законов распределения, а также степени влияния основных факторов на его техническое состояние.

Рассмотрены статистические данные по причинам отказов электрооборудования, полученные в ходе его эксплуатации в период с 1994 по 2007 год на энергоснабжающих предприятиях Рязанского региона.

Проанализированы также ежедневные природно-климатические факторы, полученные в результате многолетних наблюдений по Рязанскому региону с 1994 по 2000 год и информация, принятая с сервера «Погода России» за период с 2001 по 2007 годы включительно.

Условно все отказы по причине возникновения были классифицированы на четыре группы:

Природно-климатические;

Природно-климатические факторы являются причиной отказов электрооборудования в 50 – 55 % случаях (рисунок 1). При детальном изучении установлено, что предпосылками в 80% случаях отказов электрооборудования является его высокий износ, и их возможно предотвратить при соответствующей системе технического обслуживания и текущего ремонта.

Рисунок 1. Гистограмма распределения причин отказов Обработка статистических данных, полученных в ходе эксплуатации электрооборудования распределительных сетей напряжением 0,38…10 кВ, а также природно-климатических факторов, произведена в три этапа.

На первом этапе выполнено построение статистического ряда в виде гистограммы (рисунок 2) для создания наглядности изображения при большом количестве исходных данных.

Рисунок 2. Гистограмма кумулятивных частот попадания в интервалы Определен закон распределения случайной величины, за которую был принят отказ электрооборудования. Закономерности, наблюдаемые в массовых случайных явлениях, проявляются тем точнее и отчетливее, чем больше объем статистического материала. Теоретически при достаточном количестве опытов свойственные этим случайным величинам закономерности будут осуществляться сколь угодно точно. К методике обработки экспериментальных данных были предъявлены требования, чтобы она, сохраняла типичные, характерные черты отказов электрооборудования и отбрасывала все несущественное, второстепенное, связанное с недостаточным объемом опытного материала. На первом этапе обработки решена задача сглаживания или выравнивания статистических данных, представления их в наиболее компактном виде с помощью простых аналитических зависимостей.

Второй этап включал проверку правдоподобия гипотезы о законе распределения. Была определенна степень правдоподобия статистического материала с подобранным законом распределения при помощи критериев Пирсона и Колмогорова.

Для причин отказов с нормальным законом распределения применен расчет по критерию Стьюдента.

На третьем этапе произведено нахождение неизвестных параметров распределения путем расчета числовых характеристик случайной величины по данным выборки. Результаты расчета были сведены в таблицы частот и кумулятивных частот попадания данных в интервалы разбиения (таблица 1) и построены гистограммы.

Выявлено, что значение фактических критериев согласия Пирсона, Колмогорова, Стьюдента теоретических и экспериментальных величин количества отказов электрооборудования не превышает табличного. Для всех законов распределения доверительная вероятность расчета равна = 0,95, относительная ошибка - =0,1, уровень значимости принят = 0,01.

Таблица 1. Таблица частот и кумулятивных частот попадания данных в интервалы разбиения