Е.И. Лопатин
Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева, г. Рязань, Россия
Техногенная авария, связанная с массовыми перерывами в системе электроснабжения Центрального федерального округа в конце 2010 – начале 2011 года, показала, что электрооборудование распределительных сетей 0,38…10 кВ имеет низкие показатели надежности и высокую вероятность возникновения отказа. В первую очередь это связано с большой протяженностью воздушных линий, выполненных неизолированными проводами и воздействием на них ряда отрицательных внешних факторов. Для оценки организационно-технических мероприятий по повышению надежности электроснабжения были рассмотрены статистические данные по отказам электрооборудования [2,3,5], полученные в ходе его эксплуатации в период с 1995 по 2007 год на муниципальном унитарном предприятии «Рязанские городские распределительные электрические сети». Рассмотрены ежедневные природно-климатические факторы, полученные в результате наблюдений по городу Рязани с 1995 по 2000 год [4], и информация, принятая с сервера «Погода России» [1] за период с 2001 по 2007 годы включительно. Условно все отказы по причине возникновения можно подразделить на четыре фактора:
1) Природно-климатические;
2) Эксплуатационные;
3) Внешние независимые;
4) Прочие.
Под природно-климатическими факторами понимаются отказы, обусловленные ветровыми нагрузками, атмосферными осадками, температурными колебаниями, грозовыми перенапряжениями и влажностью. К эксплуатационным факторам относятся некачественный ремонт и монтаж электрооборудования, перегрузка и несимметрия по фазам, несинусоидальность напряжения и т. п. Внешние независимые факторы обусловлены повреждением электрооборудования крупногабаритными машинами и механизмами, попаданием под напряжение животных и птиц, хищением электрооборудования или его частей. К прочим факторам относятся все остальные.
Был сделан вывод, что природно-климатические факторы являются причиной отказов в 27 - 29%, эксплуатационные 50-54 %, внешние независимые факторы 9 - 11%, прочие в 5 -6% случаях. Распределение причин отказов показано на гистограмме, изображенной на рисунке 1.
Рис. 1 – Гистограмма распределения причин отказов.
В свою очередь до 80% отказов обусловлены, в частности, гололедно - ветровыми нагрузками, атмосферными осадками и температурными колебаниями. Их возникновение возможно предотвратить при соответствующей системе организационно-технических мероприятий. Зависимость отказов оборудования воздушных линий 0,38…10 кВ от гололедно-ветровых нагрузок и человеческого фактора, по данным оперативно-диспетчерской службы за 2007 год [6], показана на трехмерной гистограмме (рисунок 2).
Рис. 2 – Зависимость отказов оборудования воздушных линий 0,38…10 кВ от гололедно-ветровых нагрузок и человеческого фактора.
Для повышения надежности электрооборудования распределительных сетей 0,38…10 кВ предлагается методика оценки эффективности четырех составляющих организационно-технических мероприятий [5]:
1). Повышение требований к производственной дисциплине персонала;
2). Рациональная организация капитальных и текущих ремонтов;
3). Механизация работ по восстановлению линий;
4). Обеспечение аварийных запасов материалов и оборудования.
Для разработки данной методики оценки был применен метод теории массового обслуживания [7,8]. Каждую составляющую организационно-технических мероприятий рассматриваем как одноканальную или многоканальную систему массового обслуживания (СМО) с ограниченной очередью (система с потерями) для потребителей 1 категории и неограниченной очередью (система без потерь) для потребителей 2 и 3 категории по надежности электроснабжения. За один канал (систему) обслуживания принимается одна организационная единица (количество бригад, техники и т.д.). Энергоснабжающее предприятие в целом рассматривалось как многоканальная СМО.
Возникновение отказа было рассмотрено как поток однородных заявок (пуассоновский поток), появляющихся одно за другим в случайные моменты времени.
Для систем с ограниченной очередью заявка, поступившая в СМО в момент, когда все каналы обслуживания заняты, получает отказ и уходит в другую обслуживающую систему (например, подрядную организацию).
Рассмотрим n - канальную СМО. На вход системы подается простейший поток заявок с интенсивностью . Время обслуживания T0gp является случайной величиной, распределенной по показательному закону с параметром Д. Если заявка поступила в тот момент когда свободны k каналов, то она принимается одним из них и обслуживается до конца. Указанная СМО была рассмотрена как система S с конечным числом состояний, равным (714- lj: So - (занятых каналов нет, все каналы свободны), Sj - (занят ровно один канал), S2A - (занято два канала), Sn (заняты все каналы, свободных нет).
Схема возможных переходов системы из одного состояния в другое изображена на рисунке 3.
Рис. 3 – Схема возможных переходов системы из одного состояния в другое.
Для оценки организации капитальных и текущих ремонтов предприятие было рассмотрено как многоканальная СМО. Основным критерием оценки является стратегия технического обслуживания и ремонта электрооборудования на предприятии. В отличие от остальных составляющих организационно-технических мероприятий оценка моделируемой СМО является качественной, а не количественной.
Для оценки численности персонала предприятие рассматриваем в целом как многоканальную СМО (по числу организационных единиц или подразделений). Рассмотрение каждого подразделения как одноканальной СМО с ограниченной очередью для потребителей первой категории и неограниченной очередью для потребителей второй и третьей категории невозможно, так как в случае занятости первого канала заявка передается во второй и т.д. Исходные данные не позволяют установить, сколько времени необходимо одной бригаде для удовлетворения всего потока заявок.
Количество запасных частей рассматривается как ограниченная или неограниченная очередь, а энергоснабжающее предприятие как одноканальная СМО. В случае привлечения сторонних организаций рассматривается СМО с двумя и более каналами. Ограничение очереди (снижение объема склада) ведет к увеличению коэффициента простоя предприятия, к возможной потере заявок. Неограниченная очередь, связанная с наличием запасных частей и оборудования, ведет к дополнительным финансовым затратам, но на предприятии увеличивается вероятность принятия дополнительного объема заявок.
При выполнении оценки механизации монтажных и ремонтных работ каждая единица техники рассматривается как один канал обслуживания, а весь парк как многоканальная СМО.
Разработанная методика была применена для оценки организационно-технических мероприятий повышения надежности муниципального унитарного предприятия «Рязанские городские распределительные электрические сети». На ее основании можно утверждать, что в среднем коэффициент простоя оперативно-выездных бригад, а также эксплуатационных штатов равен 0,25 (25%), спецтехники 0,59 (59%). В периоды с высокой интенсивностью возникновения заявок возникает большая вероятность отказа в обслуживании 0,35 (35 %), что вынуждает привлекать подрядные организации. Среднее время нахождения заявки в очереди составляет 40 минут. Среднее время обслуживания заявки составляет 89 минут. Обеспеченность предприятия запасными частями оценивается как удовлетворительная.
Муниципальному унитарному предприятию «Рязанские городские распределительные электрические сети» рекомендуется пересмотреть подход к стратегии технического обслуживания и ремонта, увеличить штат оперативно-выездных бригад или создать ремонтное подразделение, провести дополнительное обучение персонала. В периоды с высокой интенсивностью отказов необходимо привлекать сторонние подрядные организации. Для сокращения времени продолжительности отказа предлагается обеспечить удаленные филиалы предприятия собственными складами запасных частей.
Литература
1) URL: meteo info space. ru
2) Васильева, Т.Н. Надежность электрооборудования распределительных электрических сетей 6 – 10 кВ Муниципального предприятия «Рязанские городские электрические сети». Отчет по хоздоговорной работе. – Рязань, 1995 - 2007 гг.
3) Васильева, Т.Н., Строилов, Ю.Ф. Кадровая политика в Рязанских городских электрических сетях// Энергетик. - №10. - 1999 г. - с. 25 – 26
4) Лопатин, А.М. Дневник наблюдений за погодой в г. Рязани и Рязанской области. 1995 – 2000гг.
5) Лещинская, Т.Б. Электроснабжение сельского хозяйства.- М.: КолосС, 2006.- 368с.: ил.
6) Муниципальное унитарное предприятие «Рязанские городские распределительные электри
ческие сети» - Технический отчет за 2007 год. Рязань, 2008. С. 4 – 16.
7) Новиков, О.А., Петухов, С.И. Прикладные вопросы теории массового обслужива-ния//Советское радио, М., 1969.
8) Элементы теории массового обслуживания/ Сост. Е.И.Троицкий. – Рязань, 2003. - 58 стр.
Источник - ВЕСТНИК МичГАУ, № 1, Печатная версия