<<		ЗМІСТ		>>

ЕКОНОМІЧНІ АСПЕКТИ ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ

■ Надійність електропостачання: основні поняття, критерії та задачі забезпечення

■ Нормативно-правові аспекти забезпечення надійності електропостачання

■ Оцінка економічного збитку від ненадійності електропостачання

■ Економічні критерії підвищення надійності електропостачання

■ Організаційно-економічні заходи та інструменти забезпечення надійності електропостачання

Надійність електропостачання: основні поняття, критерії та задачі забезпечення

Надійність є невід'ємною характеристикою технічної системи, або її окремого елемента. Під системою розуміють сукупність взаємозв'язаних елементів, яка може виконувати функції, не властиві її окремим складовим.

Подробиці

Необхідно відзначити, що елемент і система – відносні поняття. Той самий об'єкт може розглядатися і як система (підсистема), і як елемент. Так, наприклад, система електропостачання є, з одного боку, елементом національної електроенергетичної системи, а з іншого – системою, що складається з окремих споруд, електричних апаратів, ліній електропередачі, надійність яких, у свою чергу, можна розглядати незалежно від їх ролі в системі.

Відповідно до ДСТУ 2860-94 надійність – це властивість системи зберігати в часі у встановлених межах значення параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції у заданих режимах і умовах застосування. Надійність є комплексною властивістю і включає безвідмовність, довговічність, збережність і ремонтопридатність (ДСТУ, 1994).

Надійність енергосистеми є комплексною властивістю й визначається як здатність енергосистеми виконувати функції з виробництва, передачі, розподілу й постачання споживачів електричною енергією в необхідній кількості й нормованої якості шляхом взаємодії генеруючих установок, електричних мереж і електроустановок споживачів, у тому числі: задовольняти у будь- який момент часу (як поточний, так і на перспективу) загальний попит на електроенергію; протистояти збурюванням, викликаним відмовами елементів енергосистеми, включаючи каскадний розвиток аварій і настання форс-мажорних обставин; відновлювати свої функції після їх порушення.

Під надійністю електропостачання необхідно розуміти безперервне забезпечення споживачів електроенергією заданої якості відповідно до договірних зобов'язань. У сучасних ринкових умовах надійність електропостачання нерозривно пов'язана з економічними показниками й енергетичною безпекою промислових підприємств. Більше того, надійність електропостачання є товаром, що має свою ціну й реалізується через ринкові послуги, забезпечується усіма суб'єктами ринку в зонах відповідальності за надійність при їх технологічній і економічній взаємодії.

Завдання забезпечення надійності систем електропостачання містить у собі цілий комплекс технічних, економічних і організаційних заходів, спрямованих на зниження збитку від порушення нормального режиму роботи споживачів електроенергії, а саме (Шеметов, 2006):

– вибір критеріїв і кількісних характеристик надійності;
– випробування на надійність і прогнозування надійності діючого устаткування;
– вибір оптимальної структури проектованих (реконструйованих) систем електропостачання за критерієм надійності;
– забезпечення заданих технічних і експлуатаційних характеристик роботи споживачів;
– розроблення найбільш раціональної, з погляду забезпечення надійності, програми експлуатації системи (обґрунтування режимів профілактичних робіт, норм запасних елементів і методів пошуку несправностей).

Надійність систем електропостачання залежить від множини факторів, більшість з яких є випадковими. Для практичних розрахунків у системах електропостачання застосовують кількісні характеристики надійності, отримані методами теорії ймовірності та математичної статистики. У табл. 12.1 наведено показники, що характеризують невідновлювані системи, тобто описують їх надійність лише до першої відмови. Подані показники отримують на основі спостереження за функціонуванням як окремого елемента, так і груп однотипних елементів.

У процесі переходу системи із працездатного стану в непрацездатний ймовірність безвідмовної роботи і ймовірність відмови описуються диференціальними рівняннями:

(12.1)

де Р(t) – імовірність безвідмовної роботи; Q(t) – імовірність відмови; λ – інтенсивність відмов.

Таблиця 12.1 – Показники надійності функціонування невідновлюваних елементів системи (складено за даними: Шеметов, 2006; Гук, 1990)

Показник	Сутність показника	Аналітичне вираження
Імовірність безвідмовної роботи P(t)	Ймовірність того, що в заданому інтервалі часу / при певних режимах і умовах експлуатації не відбудеться жодної відмови	де No – початкова кількість елементів системи; n(t) – кількість елементів, що відмовили за час t
Імовірність відмови Q(t)	Ймовірність того, що в заданому інтервалі часу / відбудеться хоча б одна відмова
Середнє напрацювання до відмови тт	Середній час роботи елемента від часу пуску в експлуатацію до відмови	Якщо напрацювання до відмови визначається за декількома зразками; де t_i – термін служби i-го зразка; N – кількість досліджених зразків. Якщо відмови зразків розподілені за інтервалами часу, то середній час безвідмовної роботи визначається за формулою де п_i – кількість елементів, що відмовили упродовж i-го часового інтервалу, t_i – середина i-го часового інтервалу спостереження
Інтенсивність відмов λ(ί)	Умовна щільність імовірності виникнення відмови для розглянутого моменту часу за умови, що до цього моменту відмова не виникла. Фізично – це кількість відмов елемента упродовж певного досить малого інтервалу часу, год'1	У спрощеному вигляді визначається як Для певного інтервалу часу де t – час, упродовж якого відбулися відмови

При початкових умовах і розв'язок диференціальних рівнянь має вигляд:

(12.2)

Приклад 1

Відомий час напрацювання до відмови у чотирьох однотипних електричних ламп, діб: .

Визначимо середнє напрацювання до відмови:

Інтенсивність відмов становитиме:

Імовірність безвідмовної роботи упродовж 2 років для невідновлюваних елементів визначається за експонентним законом

Перевагами розглянутих кількісних характеристик надійності є: наочність, урахування всіх факторів, що впливають на надійність, здатність відслідковувати зміну надійності в часі та можливість їх використання до реалізації системи, тобто на етапі проектування (Шеметов, 2006).

Для багаторазово відновлюваних систем необхідно використовувати інші показники (табл. 12.2). Особливістю таких систем є циклічний характер роботи, коли за працездатним станом настає відмова, потім відновлення й повторне введення в експлуатацію.

Приклад 2

Визначимо коефіцієнти готовності та простою для трансформатора з інтенсивністю відмов та часом відновлення .

Спочатку знайдемо середнє напрацювання до відмови:

Тоді коефіцієнт готовності

а коефіцієнт простою

Таблиця 12.2 – Показники надійності функціонування відновлюваних систем (складено за даними: Шеметов, 2006; Гук, 1990)

Показник	Сутність показника	Аналітичне вираження
1	2	3
Параметр потоку відмов	Щільність імовірності виникнення відмови відновлюваної системи (елемента), обумовлена для заданого моменту часу	Відношення кількості елементів, що відмовили за одиницю часу, до загального числа досліджуваних об'єктів за умови, що всі елементи, які вийшли з ладу, відновлюються:
Середнє напрацювання до відмови	Середній час роботи відновлюваного елемента між двома сусідніми відмовами	Якщо напрацювання до відмови визначається за одним зразком: де r – кількість відмов системи за час випробування t; t_i – час безвідмовної роботи між (i–1)-ю та i-ю відмовами
Середній час відновлення	Середній час виявлення та усунення однієї відмови. Цей показник є досить наочною кількісною характеристикою ремонтопридатності системи	де τ_i – час відновлення після і-ї відмови. При оцінці ремонтопридатності систем електропостачання часто виникає необхідність узагальнювати дані різних однотипних систем, що обслуговуються різним персоналом: де N – загальна кількість зразків; r_j – кількість відмов j-го зразка; τ_ij – час відновлення j-го зразка після i-ї відмови
Коефіцієнт готовності (А,)	Імовірність того, що система буде працездатна в довільно обраний момент часу. Характеризує не лише експлуатаційні властивості систем, але й кваліфікацію обслуговуючого персоналу	Визначається відношенням сумарного часу перебування системи у працездатному стані до загального часу безвідмовної роботи й вимушених простоїв системи, узятих за той самий календарний строк: де tp – час перебування системи у працездатному стані; tn – час вимушеного простою; r – число перерв у роботі за обраний календарний строк, включаючи відмови та зупинення для проведення профілактики. Якщо час вимушеного простою взяти таким, що дорівнює часу відновлення системи τ_i, а потім чисельник і знаменник рівняння розділити на число відмов r, одержимо
Коефіцієнт вимушеного простою (k_n)	Ймовірність того, що система в певний момент непрацездатна	Визначається як відношення часу вимушеного простою до загального часу безвідмовної роботи та вимушених простоїв системи, узятих за той самий календарний строк:
Коефіцієнт відносного простою (k_в.п)	Відношення часу простою системи через відмови і-го елемента до загального часу простою системи
Коефіцієнт відмов (kв)	Імовірність того, що упродовж заданого інтервалу часу в системі відбудеться відмова, викликана відмовою елемента і-го типу. Дозволяє визначити, надійність яких елементів є недостатньою	де r_i – кількість відмов системи через елементи i-го типу; r_∑ – загальне число відмов системи за той самий проміжок часу. При одночасному випробуванні N однотипних систем: де r_ij – число відмов j-ї системи через елементи i-го типу; r_j – загальне число відмов j-ї системи

Залежно від рівня розглянутого об'єкта (рівня управління) показники надійності можна розділити на оперативні й технічні. Оперативні показники характеризують якість функціонування системи з позиції споживача. Технічні показники призначаються для окремих елементів систем електропостачання і мають значення лише для енергетиків.

До технічних показників відносять параметр потоку відмов, середнє напрацювання до відмови та середній час відновлення. Знаючи ці показники для окремих елементів, можна розрахувати надійність усієї системи електропостачання в цілому з урахуванням особливостей експлуатації й технічного обслуговування. Як оперативні показники використовують коефіцієнт готовності або коефіцієнт простою, а також умовний недовідпуск енергії упродовж року, відносне задоволення попиту на енергію і математичне очікування економічного збитку в результаті перерв електропостачання (Шеметов, 2006).

Якщо проаналізувати зарубіжний досвід, можна запропонувати наступну систему показників надійності обслуговування споживачів електроенергії (табл. 12.3).

Таблиця 12.3 – Європейські показники надійності обслуговування споживачів електроенергії (складено за даними: Осадчая, 2014)

Показник	Сутність показника	Аналітичне вираження
1	2	3
Показник середньої тривалості відключень по системі SAIDI, год/споживача	Характеризує середню тривалість відключень за рік (місяць) на одного споживача і розраховується на кожному рівні напруги (ВН, СН, НН). Може бути використаний для стимулювання підвищення надійності постачання електроенергії	де t_i – тривалість i-го відключення, год.; n_i – кількість відключених від обслуговування споживачів через i-ту перерву в електропостачанні; N – загальна кількість споживачів, що обслуговуються
Середня частота відключень по системі SAIFI, відключень/споживача	Характеризує середню питому кількість відключень електропостачання за рік (місяць) на одного споживача
Середня тривалість відключень споживача CAIDI, год/відключення	Характеризує середній час відключень (планових і непланових) споживача
Непоставлена електроенергія ENS, кВт•тод	Показник враховує обсяг енергії, не поставленої у зв'язку з перервами в електропостачанні. Може бути використаний для стимулювання підвищення надійності передачі електроенергії	де ENSi – непоставлена енергія в ι-му періоді (місяць, рік), кВтгод; ETF, – загальна кількість електроенергії, виставленої у рахунках споживачу за /-Й період, кВтгод; – кількість годин у періоді
Кількість скарг на 1000 споживачів k_c, ‰	Характеризує кількість обґрунтованих скарг на перерви у електропостачанні на 1000 споживачів	де Nc – кількість споживачів, що подали скаргу
Коефідієпт відновлення електропостачання kвіди	Розраховується у випадку позапланового відключення як відношення кількості споживачів, чиє енергопостачання відновлено упродовж від 3 до 24 годин, до загальної кілько- сті відключених споживачів. Розрахунок проводиться за кожним рівнем напруги (ВН, СН, НІГ)	де – кількість споживачів, чиє енергопостачання відновлено упродовж від 3 до 24 годин після i-го відключення

Приклад 3

Нехай є дані про тривалість відключень та кількість відключених від обслуговування споживачів (табл. 12.4).

Таблиця 12.4 – Вихідні дані

Номер перерви у постачанні	Час відновлення після припинення електропостачання, хв	Кількість відключених споживачів
1	7	6200
2	10	12000
3	100	8500

Відомо також, що загальна кількість споживачів становить 20000. Розрахунок показників SAIDI та SAIFI наведено у таблиці 12.5.

Таблиця 12.5 – Розрахунок показників SAIDI та SAIFI

Номер перерви у постачанні	Час відновлення після припинення електропостачання, ХВ (ti)	Кількість відключених споживачів (nі)	(ti-ni)
1	7	6200	43400
2	10	12000	120000
3	100	8500	8500000
Разом		26700	1013400
Загальна кількість споживачів		20000
SAIDI		50,67	хв/споживача•рік
SAIFI		1,3	відключень/ споживача•рік

Наведеш показники легко контролюють енергопостачальні компанії, що зацікавлені у забезпеченні надійності обслуговування споживачів і можуть бути якісно оцінені регуляторами. Обчислюють їх за такими групами: загальна мережа, великі міста, маленькі міста, селища, підстанції, вузли. Залежно від рівня відхилень цих показників розподільні компанії зобов'язані виплатити компенсації споживачам за непоставлену електроенергію незалежно від причин відхилення. При цьому відключенням вважається подія, що призводить до перерви поставок електроенергії хоча б одному споживачу упродовж більше 3 хвилин.

<<		ЗМІСТ		>>