Текст книги "Энергетика глазами молодых (сборник)"

Оценка ущерба от перерывов электроснабжения при проектировании электрических сетей

Малков И. С. – студент группы Э-31, Грибанов А. А. – к.т.н., доцент РФ, Алтайский край, г. Барнаул, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

Электроэнергетика как отрасль промышленности имеет ряд особенностей, присущих только ей. Продуктом производства является электроэнергия, которая не может быть аккумулирована в больших количествах и на длительный период времени, что приводит к значительным потерям при перерывах в электроснабжении. Поэтому снижение финансовых рисков энергопроизводителей определяется, главным образом, надежностью работы распределительных электрических сетей. Хотя показатели количества отключений и недоотпуска электрической энергии согласно данным федеральной службы статистики по субъектам РФ постоянно снижаются, это не защищает производителей от ущербов, возникающих при перерывах электроснабжения. Поэтому проблема управления надежностью энергоснабжения, связанная с прогнозом ущерба от возможных отключений является актуальной, особенно в условиях энергодефицита для территории Алтайского края.

В России фактический ущерб, причиненный нарушением электроснабжения, оценивается в соответствии с методикой расчёта ущерба МТ-34-70-001-95 РАО «ЕЭС России», в которой удельный ущерб предложено принимать в тройном размере средней цены на электроэнергию [1]. Эта величина удельного ущерба от недоотпуска электроэнергии явно не отражает реальной ситуации финансовых рисков энергопроизводителей.

При проектировании электрических сетей, предназначенных для питания потребителей II и III категорий, схемы электроснабжения выбираются, как правило, на основе технико-экономического сравнения вариантов по приведенным затратам, включающим народнохозяйственный ущерб от перерывов в электроснабжении. Согласно методике, рекомендуемой институтом «Энергосетьпроект», при проектных расчетах общий ущерб представляется в виде ущерба от аварийных и плановых перерывов электроснабжения и затрат, связанных с аварийным ремонтом оборудования в энергосистеме. Однако, поскольку в ПУЭ нет классификации конкретных приемников и четких рекомендаций по построению систем электроснабжения, то определение категории надежности представляется недостаточно обоснованным [2].

В сложившихся в настоящее время рыночных условиях хозяйствования представляет интерес система, когда энергопроизводители смогут сами определять необходимый им уровень надёжности, взвешивая дополнительные затраты на её обеспечение и ущербы от возможных отключений. Решение может быть принято на этапе проектирования, при рассмотрении вариантов электроснабжения с использованием статистических данных о повреждаемости элементов, количественной оценки надёжности и вероятного ущерба от ожидаемого среднегодового времени плановых и аварийных отключений. Приоритетным будет являться вариант с минимальными приведенными затратами.

Существующая методология Российского научного общества анализа риска позволяет оценить ущерб от перерывов электроснабжения с учётом плановых и случайных отключений. Однако аналогичные расчёты для стадии проектирования электроснабжения требуют обобщения и анализа статистически достоверных данных, которые не представлены в фонде федеральной службы статистики [3].

Подобные исследования выполнены в рамках гранта при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, в которых обобщен опыт использования в мировой практике индекса системной надежности электроснабжения, отражающего среднее число перерывов в электроснабжении в год на одного потребителя. На основе систематизированных данных по оценке прямого ущерба, вызванного перерывами в электроснабжении основных категорий потребителей, получены усредненные зависимости удельного ущерба от длительности отключения в электроснабжении [4]. Полученные зависимости могут быть адаптированы к условиям России и использоваться для прогноза ожидаемого ущерба.

Ниже мы приводим авторский проект алгоритма оценки ущерба по приведенным проектным затратам.

Ущерб от перерывов электроснабжения имеет две составляющие – недоотпуск продукции (электроэнергии) и внезапность перерыва электроснабжения. Ущерб от недоотпуска можно посчитать, зная мощность предприятия и годовую продолжительность отключений. Ущерб от внезапности можно оценить, зная количество аварийных отключений в год и энергию производственного цикла (время цикла и мощность предприятия) приближенно – если считать что он охватывает весь производственный цикл.

Объем недоотпущенной электроэнергии:

Ущерб от внезапности прямо зависит от интенсивности отказов питающего объекта, потребляемой предприятием мощности и времени производственного цикла.

Так как интенсивность отказов питающего объекта фигурирует в формулах для расчета ущерба, ее целесообразно использовать как меру надежности электроснабжения предприятия. Следующие один за другим через случайные промежутки времени отказы системы электроснабжения образуют поток случайных событий, который можно полагать простейшим пуассоновским, так как выполняются три основных условия: ординарность, стационарность и отсутствие последствия.

Первое условие определяется высокой надежностью систем электроснабжения – факт отказа является редким событием (простейший поток несовпадающих событий). Второе условие предполагает, что система обслуживания обеспечивает поддержание надежности системы электроснабжении на стабильном уровне. Третье условие предъявляет требования к восстановлению системы электроснабжения при отказе – надёжность системы восстанавливается до первоначального уровня.

Из сказанного выше – интенсивность отказов питающего объекта можно считать постоянной в пределах срока эксплуатации оборудования. Зная интенсивности отказов объектов схемы (выключатели, трансформаторы, разъединители и т. д.), можно рассчитать интенсивность отказов всей схемы.

Вероятность безотказной работы и вероятность отказа элемента схемы:

То есть  не зависит от мощности предприятия (в пределах одного класса напряжения питающего объекта) – только от его вида (химическая промышленность, металлургия и т. д.) и от интенсивности отказов питающего объекта

Для расчета необходимы данные: годовая продолжительность отключений предприятия, время производственного цикла, схема питающего объекта. Такая информация собирается по предприятиям различных отраслей промышленности с питающими объектами различных классов напряжения. Строятся графические обобщенные типовые зависимости.

При проектировании новых объектов ущерб от возможных перерывов электроснабжения можно учитывать, рассчитав интенсивность отказов схемы проектируемого объекта. По графику находится , умножается на капитальные затраты и суммируется с приведенными затратами по варианту. Критерий оптимального решения – минимум приведенных затрат.

Таким образом, ущерб от перерывов электроснабжения имеет смысл учитывать на стадии проектирования электрических сетей. Это позволит обеспечить надежность электроснабжения при минимальных затратах.

Список использованных источников

1. МТ-34-70-001-95. Методика расчета экономического ущерба от нарушений в работе энергетического оборудования

2. Правила устройства электроустановок [Текст]: все действующие разделы седьмого издания с изменениями и дополнениями по состоянию на 1 февраля 2015 г. – 7-е изд. – Москва: Кнорус, 2015. – 488 с. – ISBN 5-406-04462-9.

3. Данные федеральной службы статистики по субъектам РФ. – Режим доступа http://www.gks.ru/dbscripts/cbsd/dbinet.cgi

4. А. В. Лесных, В. В. Лесных Оценка ущерба и регулирование ответственности за перерывы в электроснабжении: зарубежный опыт: отчет по гранту № 04-06-80056. – Москва – Иркутск, 2005.– 17 с. – Режим доступа: http://www.dex.ru/riskjournal/2005/2005_2_1/33-49.pdf.

Оценка эффективности методов диагностики силовых трансформаторов

Марков Д. А. – студент группы Э-31, Грибанов А. А. – к.т.н., доцент РФ, Алтайский край, г. Барнаул, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

Эффективное функционирование городских предприятий в современных условиях связано с наличием всех необходимых ресурсов. Важнейшим ресурсом является энергия. В современных условиях большинство технологических процессов используют электрическую энергию в качестве основного вида для преобразования в другие виды. Полное или частичное прекращение поступления электрической энергии приводит к существенным, а иногда и невосполнимым финансовым потерям.

Надёжное электроснабжение потребителей возможно при обеспечении параметров технического состояния всех элементов системы в нормируемых пределах. Одним из важнейших элементов систем электроснабжения является силовой трансформатор. В настоящее время существенная доля трансформаторов, эксплуатируемых в городских и пригородных электрических Барнаула, выработала нормативный срок эксплуатации. Поэтому вопросы дальнейшей эксплуатации напрямую зависят от своевременного определения тенденций дальнейшего изменения их технического состояния. Своевременное обнаружение дефектов трансформаторов позволяет продлить срок службы трансформатора, предотвратить возникновение аварийных выходов из строя, а также обеспечивать эффективное планирование вывода трансформаторов в ремонт. Решить весь комплекс этих важных задач позволяет использование большого количества методов диагностики. Среди всего многообразия методов диагностики предпочтительными являются методы, осуществляемые без снятия рабочего напряжения. В этой группе методов наибольшее распространение получили следующие [1]:

– тепловизионное обследование;

– вибродиагностика;

– анализ масла из бака трансформатора.

Достоинствам и функциональному применению этих методов диагностики посвящён большой перечень работ [1–7]. Так, тепловизионное обследование позволяет делать выводы о состоянии оборудования по отклонениям температуры в ключевых точках как в большую, так и в меньшую сторону. Важным является понимание происходящих в оборудовании процессов, следствием протекания которых и становится изменение температурного поля от естественного, регистрируемого при работе исправных трансформаторов. Если понимание протекающих процессов отсутствует, то изменение температурного поля может быть истолковано неверно, а это, в свою очередь, скажется на эффективности выполнения восстановительных мероприятий: при вскрытии оборудования диагноз может не подтвердиться. Более того, может оказаться так, что необходимо проводить совсем другой набор восстановительных мероприятий для конкретного трансформатора. Неправильное планирование мероприятий по подтверждению диагноза может привести к порче отдельных элементов трансформатора (например, маслонаполненных вводов, которые являются неремонтопригодными). В самом плохом случае может оказаться так, что на момент постановки диагноза данный элемент был вполне работоспособен. Поэтому принимать решение о проверке диагноза и выполнении восстановительных работ стоит при получении сходных выводов при использовании разных методов диагностики.

Тем не менее, на практике наряду с необходимостью выполнения требований действующей нормативно-технической документации в части проведения регламентированных испытаний и диагностики стоит проблема сокращения затрат времени и ресурсов на проведение этих мероприятий. Решением проблемы может стать разработка метода, позволяющего проводить удалённую диагностику на основе использования комплекса технических устройств, выполняющих свои функции по команде с диспетчерского пункта или другого пункта управления сетями. Практика показала, что различные методы наложения тестирующего сигнала на основную частоту 50 Гц дают ограниченный эффект при их использовании, так как в силовом трансформаторе и окружающей сети сигнал для своего прохождения может найти сравнительно большое количество путей, учесть которые в их полноте не представляется возможным. Поэтому до сих пор для диагностики сложных объектов распространение получают зарекомендовавшие себя во времени методы диагностики.

Тем не менее, проблема выбора эффективного метода диагностики для использования в конкретной ситуации остаётся нерешённой. Как уже было отмечено выше, необходимо обращать внимания не только на достоинства методов диагностики, но и на их недостатки. Так, метод хроматографического анализа растворённых в трансформаторном масле газов может быть применён для выявления медленно развивающихся дефектов. Если в трансформаторе имеет место быстро развивающийся дефект, то до момента получения результата анализа он может успеть выйти из строя, так как обработка результатов может проводиться только на специальном аналитическом оборудовании, которое расположено только в условиях химической лаборатории. Такая лаборатория, как правило, может находиться на большом удалении от места эксплуатации трансформатора. Кроме того, при правильной организации диагностических мероприятий она должна быть загружена заказами, что приводит к некоторому ожиданию в очереди. Поэтому и говорят о целесообразности обнаружения только медленно развивающихся дефектов, а в редких случаях и быстро развивающихся дефектов. Стремительно развивающиеся дефекты методами хроматографического анализа выявлены быть не могут, так как дефект успеет развиться до крайней стадии и трансформатор выйдет из строя.

Вибрация является одним из следствий особого устройства электрических машин с шихтованным магнитопроводом. Однако в ряде случаев при нарушении правильной работы магнитной системы она может дать соответствующую информацию.

Таким образом, можно заметить, что каждый отдельно рассматриваемый метод диагностики позволяет получать информацию о техническом состоянии трансформатора, но возможны ситуации, когда опираясь только на один метод диагностики можно получить недостоверную картину и сделать неверные суждения о текущем состоянии трансформатора и прогнозе его поведения в перспективе разных горизонтов прогноза. Поэтому актуальной является проблема правильной интерпретации результатов измерений. К настоящему времени разработаны эффективные методики по анализу результатов диагностики [8]. Однако, использование на практике положений этих методик показывает, что в ряде случаев имеющаяся в них информация не позволяет сделать правильные выводы, в связи с чем необходима доработка руководящих документов.

Однако этим перечень современных методов диагностики не исчерпывается. В ведущих научных центрах нашей страны ведётся разработка методов диагностики, основанных на последних достижениях науки и техники. Для оценки их эффективности необходимо иметь методику, которая бы позволяла сравнивать методы диагностики между собой. Важнейшим при сравнении является определение элементов силовых трансформаторов, которые позволяет диагностировать тот или иной метод. С точки зрения полноты получения информации о диагностируемом объекте методы могут иметь различную эффективность. К тому же методы можно сравнивать по другим критериям, к которым относится стоимость оборудования, время на проведение измерений и на анализ их результатов, требуемая квалификация персонала. Учесть все критерии довольно затруднительно. Поэтому разработка методики сравнения методов диагностики как уже используемых, так и только разрабатываемых представляет собой сложную задачу.

Для решения этой задачи в первую очередь необходимо выделить основные группы критериев эффективности диагностики. Систематизация и ранжирование критериев эффективности позволит выделить наиболее важные из них, которые и будут использоваться в дальнейшем при проведении сравнения методов диагностики между собой.

Наиболее важным представляется рассмотрение диагностики на основе теории информации. В основе этого подхода лежит сопоставление количества информации об исследуемой системе, которое можно получить при использовании того или иного метода диагностики со всей информацией о системе. Как правило, конкретный метод диагностики направлен на установление технического состояния отдельного узла трансформатора. В некоторых случаях информационный поток может извлекаться с присущих трансформатору вещественных (например, трансформаторное масло) или полевых (например, внешнее электромагнитное поле при работе трансформатора) носителей информации. И вопрос сводится к тому, позволяет или нет исследуемый метод диагностики извлечь с носителя всю доступную информацию. Зачастую ответ на данный вопрос подразумевает использование смежных областей науки и, как следствие, могут быть получены концепции перспективных методов диагностики.

Таким образом, проведение исследований по данной теме будет иметь не только конкретный практический результат, но и покажет перспективы развития методов диагностики трансформаторного оборудования.

Список использованных источников:

1. Вилков, С. А. Обзор современных способов диагностирования силовых трансформаторов и автотрансформаторов [Электронный ресурс] / С. А. Вилков // Современные научные исследования и инновации. – 2012. – № 9. – Режим доступа: http://web.snauka.ru/issues/2012/09/16794.

2. Гавриленко, А. В., Долин, А. П. Методика вибрационного обследования силовых трансформаторов, 2004.

3. Сидельников Л. Г., Седунин А. М., Сыкулев А. Ю. ООО «ТестСервис» Диагностика масла в силовых трансформаторах.

4. Сидельников Л. Г., Седунин А. М., Сыкулев А. Ю. ООО «ТестСервис» Вибродиагностика и измерение частичных разрядов в силовом трансформаторе.

5. Голоднов, Ю. М. Контроль за состоянием трансформаторов. – Москва: Энергоатомиздат, 1988 – 88 с.: ил.

6. Михеев, Г. М. Тепловизионный контроль высоковольтного оборудования: Учебное пособие. – Чебоксары: Изд-во Чуваш ун-та, 2004. – 180 с.

7. Основные положения методики инфракрансой диагностики электрооборудования и ВЛ. / Под ред. С. А. Бажанова, Москва, 1999. – 181 с.

8. РД 153-34.0-46.302-00 Методические указания по диагностике развивающихся дефектов трансформаторного оборудования по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в масле. – Москва, 2001.

Экономические аспекты энергетики

Мартыненко В. А. – студент группы Э-31, Шипицына Е. В. – доцент РФ, Алтайский край, г. Барнаул, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

Не вызывает сомнения тот факт, что основным видом экономической деятельности современной цивилизации является производство товаров и услуг. Для производства товара или выполнения услуги требуется некоторое количество электроэнергии. Указанная специфика электрической энергии отличает энергетику от других отраслей народного хозяйства, потому что от того, насколько эффективным будет управление энергетикой, зависит уровень жизни общества. Следовательно, имеется необходимость понимания закономерностей, не зависящих от человека, на основании которых выстраивается любая научно-прикладная и фундаментально-научная сфера деятельности человечества.

Всякое управление подразумевает под собой наличие какой-либо цели (управление без цели невозможно). Таким образом, процесс управления отдельной отраслью подразумевает наличие целей по отношению к процессам, носящим объективный характер и протекающим в окружающей среде.

В энергетике, в частности, для повышения качества управления данной отраслью следует наполнить метрологической состоятельностью последовательность следующих этапов, отвечающих как за качество управления целой отраслью, так и на различных уровнях взаимовложенности процессов.

Определение фактора среды, в отношение которого имеется потребность управления. В электроэнергетике к таким факторам можно отнести: рост потребления и, следовательно, динамическое изменение величины потерь электрической энергии, изменение цен на тарифы электроэнергии, технический износ оборудования. Отличительная особенность данного этапа – это способность субъекта управления различать из множества объективно существующих процессов те, которые обладают наибольшей значимостью и порождают множество других.

Формирование стереотипа распознавания этого фактора в перспективе. На данном этапе следует решить задачу о создании метрологии, которая может выражаться в различных формах: математических моделях, лексических формулировках и иных способах описания, от их точности будет зависеть качество управления процессом.

Создание вектора целей управления в отношении выбранного фактора или группы факторов с целью внесения его в общий вектор целей структуры управления. Осуществляется это на основе решения задачи об устойчивости объекта либо процесса управления, под которой понимается предсказуемость его поведения под влиянием внешних факторов среды и внутренних факторов системы управления. Неоспоримо то, что энергетика не может рассматриваться обособленно от других сфер общественной деятельности, таких, например, как экономика, экология, политика и др. Внесение выявленного фактора среды в общий вектор цели системы управления, может оказывать влияние на существующую иерархию векторов целей.

Выработка концепции и стратегии выполнения поставленных задач и достижения поставленных целей, которые определены субъектом управления на заданные сроки.

Организация целесообразных структур, которые будут осуществлять управление. Такими структурами могут выступать информационно-алгоритмические и материальные структуры, по которым осуществляется циркуляция информации с момента целеполагания, и в дальнейшем, в процессе управления.

Контроль деятельности структур в процессе управления, осуществляемого ими, и координация взаимодействия различных структур.

Ликвидация структур по факту достижения ими заданной цели с целью высвобождения ресурсов системы управления, что позволит использовать освободившийся потенциал для организации новых структур, а также поддерживать ликвидированные структуры в работоспособном состоянии до следующего использования.

Представленная последовательность этапов – это полная функция управления [1].

Полная функция управления (ПФУ) – одно из важнейших и ключевых понятий достаточно общей теории управления, с его помощью можно идентифицировать объективные явления независимо от среды протекания рассматриваемого процесса. Благодаря ПФУ возможна полная оценка состояния процесса управления. В случае обрыва последовательности этапов или не разрешения субъектом управления по каким-либо причинам, появляются условия для возможного снижения качества управления. Благодаря такой последовательности этапов появляется возможность осуществлять управление любыми процессами по полной функции – таким образом обеспечивается высокий уровень качества управления процессом с момента целеполагания и в течение всего процессе управления.

Электроэнергетика имеет отличительную особенность – повышение себестоимости электроэнергии приведет к росту тарифов, что, в свою очередь, очевидно приведет к повышению стоимости практически всех товаров, производимыми обществом. Энергетика, на ряду с любой другой наукой, должна быть наделена адекватной метрологией, которая будет включать в себя: приборно-измерительную базу, а также понятийно-терминологический аппарат, основываясь на которых будут осуществляться процессы выявления и описания объективных закономерностей и природы их происхождения.

Требуется рассмотреть процесс роста потребления электроэнергии и дать определение данному явлению.

Для чего человечеству нужна электроэнергия? Электрическая энергия используется обществом и отдельными его членами для удовлетворения разного рода потребностей. В процессе глобализации и общественного объединения труда, а также для удовлетворения потребностей требуется обеспечить процессы производства и потребления необходимым и достаточным количеством электрической энергии определенного качества. Различные потребности имеют свои особенности и специфику. В действительности же, спектр потребностей общества зависит от различных условий: климатических, географический, демографических и т. д.

Существуют ли процессы производства и потребления материальных благ, оказывающие своё негативное воздействие на экологическую обстановку? Какой должна быть политика государства в отношении к таким процессам? Решение данного вопроса должно рассматривать спектр разграничения характера потребностей с учётом различных особенностей и выделять из этого множества потребностей, являющихся непредсказуемыми и разрушительными по своему характеру.

Основываясь на выше сказанном, определим, что же называется ростом потребления электроэнергии.

Процесс роста потребления электроэнергии – это увеличение доли производимой электроэнергии в процессе объединения труда, направленного на удовлетворение всего спектра потребностей различного характера общества в целом и отдельных его членов. Исходя из составленного определения, целесообразным будет ознакомиться с тем, какое внимание уделяется фактору роста потребления электрической энергии со стороны государства [2, 4].

Как было сказано выше, указанное обстоятельство представляет собой объективный процесс, оказывающий влияние на экономику, энергетику и другие отрасли общественной деятельности. Снижение выработки мощностей может оказать негативное влияние на экономическое благосостояние общества. Значит, существует необходимость обеспечения процесса передачи и потребления электрической энергии необходимым уровнем надёжности функционирования. Эта задача решается благодаря функционированию релейной защиты и автоматики, однако надёжность всей системы зависит от способности элементов структуры сетей выполнять заданные функции с определённым запасом устойчивости и сроком эксплуатации оборудования.

Постоянный рост потребляемой электроэнергии воздействует на электроэнергетическую систему, от которой, в основном, зависит величина потерь [3]. Данный фактор будет оказывать своё влияние в перспективе, постоянно увеличивая объём информации, обрабатываемый системой управления. Прогнозирование характера появления и специфики новой информации представляет собой очень сложную задачу. Важность для структур, определяющих концепцию управления электроэнергетикой, представляет задача создания схемы управления, способной своевременно реагировать и адаптировать потенциал системы к разрешению появляющихся задач.

Выводы.

С точки зрения достаточно общей теории управления сделано краткое описание объективного фактора окружающей среды, оказывающего своё влияние на общество в целом и электроэнергетику в частности.

Увеличение числа параметров управления процессом способствует более детальной оценке качества управления с учетом реального воздействия электроэнергетики на другие сферы, однако это нуждается в более детальной проработке и учёте в рамках государственной политики.

Дифференциация характера потребностей общества способствует устранению излишков нагрузки на объекты электроэнергетики, тем самым снижается величина потерь электроэнергии в элементах сети. Однако эта задача представляет собой целый комплекс вопросов и не может решаться только в сфере электроэнергетики, она требует совместного участия сразу нескольких сфер общественной деятельности.

Более точное выявление и решение проблем, имеющих большое значения для общества, возможно на основании теории, способной выполнять функцию междисциплинарного взаимодействия. Данная теория рассмотрена в представленной статье.

Список использованных источников:

1. Достаточно общая теория управления. (Вторая редакция 2003–2004 гг.) – Москва: НОУ «Академия управления», 2011 г. – 416 с.

2. Министерство энергетики Российской Федерации. Энергетическая стратегия России на период до 2035 года. / Москва – 2014. – 237 c.

3. Поспелов Г. Е. Потери мощности и энергии в электрических сетях. / Под ред. Г. Е. Поспелова. – Москва: Энергоиздат, 1981. – 216 с., ил.

4. Правительство Российской Федерации. Стратегия развития электросетевого комплекса Российской Федерации. / Москва. 2013 г. № 511-р – 43 с.