Общие положения
Проблема обеспечения надежного электроснабжения является задачей целенаправленной деятельности в искусственно созданной системе, поэтому может быть отнесена к управленческой. С этих позиций в самом общем виде такая задача может быть сформулирована как выработка управленческих решений по определению параметров системы электроснабжения и их реализация в соответствии с заданными критериями и средствами.
Здесь "средства" будем понимать достаточно расширенно. С одной стороны, это методы, с помощью которых решается задача, а с другой – это информация о тех материалах, оборудовании и других ресурсах, которая может быть использована при выработке управленских решений и которая адекватно отражает характеристики (физические, технические, экономические и др.) располагаемого материала, оборудования и т.д. В связи с этим далее будем условно средства подразделять на методические и инженерные. Далее описываются преимущественно методические.
Очевидно, первым и основным методическим средством должен стать системный подход, который позволяет рассматриваемую весьма сложную и многообразную задачу представить в виде системы подзадач. Подразделение общей задачи на систему подзадач возможно различными способами. Естественным желанием и требованием к такому разделению является обеспечение максимальной независимости получающихся подзадач между собой. Далее представляются возможные подходы такой декомпозиции общей задачи.
Если опираться на системный подход и представить рассматриваемый объект как систему процессов, то целесообразно выделить две группы существенных процессов. Первая – физические процессы в объекте: преобразование, передача, распределение, потребление электроэнергии, характеризующие функции объекта; износ и старение, восстановление ресурса, утилизация оборудования, характеризующие использование материала объекта. Вторая – управленческие процессы: целеполагание и выработка решений, организация регулирования, благодаря которым первые (физические) процессы направляются в определенное русло.
Такое рассмотрение общей задачи позволяет подразделить ее на подзадачи:
· изучение и описание физических процессов в объекте;
· выбор критериев и выработки управленческих решений;
· реализация управленческих решений.
Решение первой подзадачи в плане надежности электроснабжения рассматривалось в гл. 2–5. Приложение этих методов к конкретным системам электроснабжения будет связано с выбором средств обеспечения надежности, которые рассматриваются ниже.
Из двух других подзадач определяющей является выбор критериев (о них шла речь в гл. 6) и выработка решений (с учетом решения первой подзадачи), которая далее и рассматривается.
Выбор критериев, которые по смыслу являются моделями целей, осуществляется на этапе целеполагания. В процессе целеполагания происходят балансирование и приведение в соответствие желаний лиц, принимающих решения (субъектов отношений), с располагаемыми средствами.
Состав лиц, принимающих решения (субъектов отношений), определяется организацией систем электроснабжения. Следовательно, и состав решаемых задач прямо зависит от такой организации: состава субъектов, их отношений и т.д.
Таким образом, общая задача обеспечения надежности электроснабжения может быть подразделена, с одной стороны, по составу лиц, принимающих решения, а с другой – по составу средств, используемых для рассматриваемых целей.
Методически удобно начать рассматривать декомпозицию задач с анализа средств обеспечения надежности, а затем перейти к субъектному анализу.
Средства обеспечения надежности
Надежность элементов
Создание объекта (системы электроснабжения), выполняющего заданные функции, обычно начинается с анализа существенных процессов, которые должны протекать в его элементах (например, потоки мощности в элементах электрической сети), а затем подбора элементов, которые обеспечат протекание этих процессов (например, сечение и материал проводов ЛЭП, по которым передаются эти мощности, конструкции гирлянд изоляторов, опор и т.д.). Очевидно, от количества и качества элементов будут зависеть работоспособность объекта, его способность выдерживать возможные возмущения, перегрузки, т.е. надежность.
Обычно системы электроснабжения рассчитываются и строятся под определенные заданные нагрузки на их элементы (токовые, напряжения, механические и т.д.). Можно предположить, что если действительные нагрузки не будут превышать расчетные (номинальные), то элементы отработают срок своей жизни без отказов. Реально же на элемент эпизодически действуют различные возмущения, превышающие номинальные, проявляются скрытые дефекты проекта, изготовления, монтажа, в результате чего происходят отказы элемента до истечения срока его жизни. Для уменьшения этого влияния обычно увеличивают прочность элемента, закладывая определенные запасы, которые могут реализоваться путем использования более прочных материалов, за счет конструктивных усовершенствований элемента и т.п.
Таким образом, создание запаса прочности элементов является одним из средств повышения надежности систем электроснабжения.
Структуризация и резервирование
Надежность объекта-системы определяется не только прочностью конструкций материалов, из которого изготовлены элементы, но и тем, как вообще структурированы элементы системы. Та же электрическая сеть может быть построена по кольцеобразной, радиальной или смешанной схеме. И во всех этих вариантах сети даже при одинаковых запасах прочности в элементах надежность ее будет различной. Это следует из известного положения, что структура объекта во многом обусловливает его свойства. Следовательно, определенным образом направленная структуризация объекта (системы) при его создании также является средством обеспечения надежности.
Если созданием запаса прочности обеспечивается повышение надежности за счет избыточности внутри элементов системы, то возможно повышение надежности системы электроснабжения и за счет создания внешней избыточности – резервирования.
Резервирование (лат. reservo – сберегаю, сохраняю) – повышение надежности системы введением дополнительных элементов и функциональных возможностей сверх минимально необходимых для нормального выполнения системой заданных функций. Различают следующие его виды.
Структурное резервирование – метод повышения надежности системы, предусматривающий использование избыточных элементов, входящих в физическую структуру системы (например, установка дополнительных трансформаторов на подстанциях; сооружение избыточных цепей ЛЭП, когда пропускная способность первоначальных цепей еще не исчерпана; установка дополнительных – резервных – генераторов в системе и т.д.).
Временное резервирование – метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточного времени, выделенного для выполнения объектом его заданных функций. Например, резервный генератор в системе по своему прямому назначению используется очень небольшую часть общего времени, а остальную часть времени находится в состоянии ожидания отказов работающих генераторов. Этот резерв времени может быть использован для повышения надежности в соседней системе, связанной с первой, когда тот же резервный генератор будет включен для замещения отказавшего здесь генератора.
Информационное резервирование – метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование избыточной информации сверх минимально необходимой для выполнения заданных функций. Например, если при отказе и отключении какого-либо элемента электрической сети оставшиеся элементы перегружаются и требуется их срочная разгрузка, то по информации об отключении элемента сети производится отключение части нагрузки, исходя из возможной максимальной загрузки сети. Если же информацию об отключении элемента сети дополнить еще и информацией о доаварийной загрузке сети, то после отказа элемента можно отключить нагрузку в меньшем размере, в соответствии с реальной, а не предполагаемой максимальной загрузкой сети.
Функциональное резервирование – метод повышения надежности объекта, предусматривающий использование способности элементов выполнять дополнительные функции вместо основных или наряду с ними. Например, межсистемная ЛЭП, предназначенная для транспорта электроэнергии из одной системы в другую, может выполнять и другие функции – взаиморезервирование генераторов в этих системах, реализацию эффекта совмещения максимумов нагрузок систем и т.д. Трансформаторы на отдельных подстанциях помимо своего основного назначения могут быть использованы и для осуществления плавки гололеда током на проводах и тросах воздушных линий с целью повышения их надежности.
Нагрузочное резервирование – метод повышения надежности объекта, предусматривающий способности его элементов воспринимать дополнительные нагрузки сверх номинальных. Как правило, здесь временное повышение степени использования (увеличения объема выполняемых функций) осуществляется за счет более быстрого срабатывания ресурса объекта. Например, при отказе одного трансформатора допускается временная перегрузка второго, которая приводит к более быстрому срабатыванию его ресурса.
В зависимости от схемы использования резервного элемента в системе различают:
· общее резервирование, при котором резервируется объект в целом;
· раздельное резервирование, при котором резервируются отдельные элементы системы или их группы;
· скользящее резервирование (резервирование замещением), при котором группа основных элементов системы резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе (например, передвижной резервный трансформатор на предприятии электрических сетей, привозимый на подстанцию на время ремонта основного трансформатора).
В зависимости от режима использования резервного элемента различают:
· нагруженный резерв, когда резервный элемент находится в том же режиме загрузки, что и основной;
· облегченный резерв, когда резервный элемент находится в менее нагруженном режиме, чем основной;
· включенный резерв (в энергетической практике часто называемый "горячим"), когда резервный элемент готов в любое время взять на себя функции резервного элемента;
· невключенный резерв (в энергетической практике часто называемый "холодным"), когда требуется определенное время для ввода резервного элемента в работу.
Для характеристики степени резервирования используется понятие кратность резервирования как отношение числа резервных элементов к числу резервируемых элементов объекта.
Часто под кратностью резервирования, например в электрических сетях, понимается отношение пропускной способности сети после отключения основных элементов к пропускной способности этих элементов. В тех случаях, когда кратность резервирования равна единице, говорят, что имеет место дублирование.
Управление
Создание резервов, запасов является, как правило, необходимым условием обеспечения надежности систем. Однако степень использования этих резервов и запасов существенно зависит от системы управления (регулирования).
Так, равномерная, пропорциональная загрузка различных элементов системы повышает надежность за счет более эффективного использования их ресурса, поскольку сработка ресурса обычно нелинейно зависит от загрузки объекта (например, если два одинаковых трансформатора на подстанции загружать неравномерно, то их суммарный ресурс будет сработан быстрее, чем это имело бы место при их равномерной загрузке). Выявление, предупреждение отказов на основе использования диагностических систем позволяет существенно поднять надежность и уменьшить отрицательные последствия отказов.
Время восстановления объекта после отказа прямо зависит от скорости локализации повреждения, от организации и приведения ремонтных работ. От системы управления прямо зависят скорость и объем ввода резервов и степень их использования. Наиболее эффективна здесь автоматизация управления.
К системе управления в широком смысле следует отнести и производственный персонал. Повышение квалификации производственного персонала является весьма эффективным средством обеспечения надежности. С деятельностью персонала связаны организационно-технические средства обеспечения надежности: диагностика состояния оборудования, организация его технического обслуживания и ремонта, организация отыскания и ликвидации повреждений, обеспечение аварийными запасами оборудования и материалов.
Таким образом, адекватная система управления является эффективным средством обеспечения надежности.
В современных, рыночных условиях функционирования пред-приятий электроэнергетики в качестве своеобразных средств обеспечения надежности, имеющих финансовую основу, следует считать различные страховые механизмы (например, страхование ущербов потребителей при экстремальных аварийных ситуациях и др.).
Перечисленные группы средств обеспечения надежности имеют вполне определенную последовательность во времени: сначала при проектировании элементов в них закладывается определенный уровень надежности; затем при проектировании системы из этих элементов в нее закладываются необходимые структура и резервирование; наконец, управление позволяет эффективно реализовать и то и другое.
Общая структура средств обеспечения надежности систем электроснабжения представлена на рис. 7.1.
    |
Рис. 7.1.