Выбор направлений оптимизации систем электроснабжения промышленных предприятий

Бабурин Сергей Васильевич — Tue, 26 May 2015 11:45:26 +0000

В настоящее время большое внимание уделяется надежности электроснабжения промышленных предприятий. В рамках энергетической стратегии России к 2030 году надежность электроснабжения должна быть не ниже 0,9997 [1]. Кроме того во многих отраслях промышленности существуют свои ведомственные руководящие документы, в которых приводятся требуемые значения вероятности безотказной работы и коэффициента готовности.
Помимо этого требования обеспечить непрерывность технологического цикла во всех отраслях промышленности накладывает дополнительные требования к надежности электроснабжения. Так, например, на нефтеперекачивающих станциях время критического перерыва в электроснабжении синхронных двигателей привода насосов составляет порядка 0,01-0,015 с. Поэтому необходимо произвести оценку существующих типовых схем электроснабжения с точки зрения надежности. И предложить варианты повышения надежности до требуемого уровня.
Все типовые схемы электроснабжения промышленных предприятий предполагают питание от сетей централизованного электроснабжения. Однако эти сети допускают перерыв в электроснабжении до 72 часов в год [1], что соответствует коэффициенту готовности К_г=0,991. Таким образом, питание только от сетей централизованного электроснабжения уже не удовлетворяет требуемым значениям.
Кроме того, в настоящее время имеет место быстрое старение электроэнергетического оборудования, что требует инвестиций на ввод нового оборудования, модернизацию и продление срока службы действующего оборудования в связи с чем уровень надежности электроснабжения значительно снижается. Поэтому необходимо произвести анализ существующих типовых схем электроснабжения промышленных предприятий.
Схемы электроснабжения современных промышленных предприятий являются структурно-сложными с большим количеством перекрестных связей. Поэтому для анализа надежности таких схем необходимо использовать логико-вероятностный метод. Который позволяет не только определить показатели надежности системы в целом, но и оценить показатели элементов системы. К таким показателям относятся значимость, положительный и отрицательный вклад.
Значимость элемента показывает увеличение надежности системы при повышении вероятности безотказной работы элемента с 0 до 1, то есть это максимально возможное улучшение:
.
В реальности же существующие элементы уже обладают какой-то вероятностью безотказной работы отличной от нуля (p_i). Поэтому целесообразнее при анализе использовать значения положительных вкладов элементов. Они представляют из себя возможное увеличение надежности системы при повышении вероятности безотказной работы элемента с текущего значения до 1, то есть это реальные возможности по улучшению надежности:
.
Отрицательный вклад наоборот показывает, насколько уменьшится надежность системы при уменьшении вероятности безотказной работы элемента с текущего значения до 0. То есть показывает наиболее уязвимые элементы, от потери которых наиболее пострадает надежность системы:
.
Определение этих показателей, как и расчет показателей надежности системы вручную очень трудоемкий процесс. Поэтому используются специальные программные комплексы для расчета надежности. Для этих целей среди всего многообразия существующего программного обеспечения наиболее предпочтительным выглядит программный комплекс “АРБИТР” [2]. Несомненным преимуществом этого комплекса является построение модели в виде схемы функциональной целостности, которая, по сути, представляет собой туже самую привычную систему электроснабжения, в отличие, например, от общепринятых в ядерной энергетике деревьев отказов.
По значениям этих показателей можно выделить те элементы, в модернизацию которых следует вкладывать денежные средства, чтобы повысить уровень надежности системы. Если же значения положительных вкладов элементов системы невелики, и прибавка, которую можно получить при их модернизации, мала, то необходимо предусматривать другие меры повышения надежности.
К числу таких мер можно отнести резервирование наиболее важных элементов системы; применение дополнительных источников электрической энергии, в роли которых могут выступать как традиционные автономные источники, работающие на дизельном топливе или природном газе, а также альтернативные и возобновляемые источники энергии, использование быстродействующего автоматического ввода резерва.
Кроме того, может применяться временное резервирование в виде накопителей в системе, позволяющих создавать некоторый запас времени для устранения отказов [3]. Это наиболее распространено в транспортных системах и достигается за счет устройства, например бункеров. Также возможно применение источников бесперебойного питания для наиболее требовательных к перерывам электроснабжения потребителей, которые опять же позволяют создать резерв по времени необходимый для восстановления питания от основного источника.
Нередки случаи, когда система наоборот обладает структурной избыточностью. В таких системах, возможно, существуют элементы, которые можно исключить без снижения надежности. В каких-то случаях вместо наиболее уязвимых элементов можно использовать другие. Например, вместо длинной питающей кабельной линии, обладающей высоким значением частоты отказов, можно установить автономную электростанцию. При этом общий уровень надежности системы в целом останется на прежнем уровне, а может даже вырасти.
Таким образом, выбор рациональной структуры систем электроснабжения промышленных предприятий целесообразно производить на основе оценки надежности системы. В том числе и с использование логико-вероятностного моделирования системы. А направления оптимизации определять на основе анализа показателей роли элементов в обеспечении ее надежности.

Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации» » Бабурин Сергей Васильевич

Выбор направлений оптимизации систем электроснабжения промышленных предприятий