Электрификация металлургических предприятий Сибири. Вып.11/ Сост. и общ ред. проф. Б.И. Кудрин. – Томск: Изд-во Томск. го. ун-та, 2003.– С. 40-44

 

Исаев А.С.

МОДЕРНИЗАЦИЯ КАБЕЛЬНОЙ СЕТИ ХИМИЧЕСКОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ

С УЧЕТОМ ВИДОВЫХ КРИТЕРИЕВ

 

 

Проведено исследование потока отказов радиальной кабельной сети пятого и четвертого уровней системы электроснабжения. Результаты работы позволяют унифицировать сеть при инвестиционном проектировании, и системно воздействовать (по видовым критериям) на структуру множества кабелей при замене и модернизации элементов электрического хозяйства.

Исходные данные для работы сформированы на основании  статистической отчётность Новомосковской акционерной компании «Азот» (АК «Азот») по установленным высоковольтным кабелям (1352 шт.) и ремонтным выборкам кабелей за период с 1992г. по 2002г. помесячно (среднее количество отказов кабелей в месяц порядка 6). Макропоказатели объекта исследования приведены в табл.1.

Таблица 1

Характеристика видового разнообразия кабельной продукции АК «Азот»

Количество кабелей, шт.

1352

Суммарная длина, км

646.1

Средняя длина кабеля, м

479.7

Диапазон сечений, мм2

25-240

Количество номиналов сечений, шт.

12

Количество марок кабелей, шт.

37

Количество уникальных марок кабелей, шт.

22

 

Проанализированы методы планирования периодичностей ремонтных мероприятий. В результате выявлено несоответствие реальных и расчётных (в соответствии с отраслевыми нормами системы планово-предупредупредительных ремонтов - ППР) периодичностей и состава электрооборудования при проведении ремонтных мероприятий для массового электрооборудования, что обусловлено ориентацией норм ППР на усредненную величину – “типопредставитель” (даже с учётом декомпозиции множества кабелей по режимам работы). Вследствие невозможности адекватного прогнозирования ремонтного потока на основе статистических усреднённых показателей надёжности отдельного изделия обосновывается необходимость описания множества установленного и ремонтируемого оборудования как объекта, обладающего системными (техноценологическими) свойствами.

Сформулированы необходимые и достаточные, для решения задач электрического ремонта кабельных линий крупных промышленных предприятий, признаки кабелей как элементы системы (номинальный ток, сечение, марка) при достаточном признаке для принятия решения по замене кабеля в качестве номинального тока. Рассмотрены различные математические модели описания системы высоковольтных кабелей. Системные свойства объекта исследования определяют принципиальную невозможность применения детерминистических  методов исследования.

На основе статистического анализа получена принадлежность эмпирических распределений (выборок установленного и ремонтируемого оборудования различного объёма) к виду устойчивых Н-распределений. Доказана принадлежность случайных функций временных рядов параметров ремонтного потока (численность серий одинаковых кабелей) к классу стационарных эргодических процессов. Установлено, что динамика ремонтных выборок крайне высока. Номенклатура ремонтируемых кабелей нетипична (рис.1), т.е. меняется из года в год. Это не позволяет оценивать ремонтный поток на перспективу по аналогии с настоящим моментом.

Рис. 1. Номенклатура годовой ремонтной выборки кабелей (1999 г.)

Для выявления элементов системы электроснабжения (СЭС), от которых надежность электроснабжения зависит наиболее значительно, предлагается оценить влияние отказов кабелей на выпуск продукции. (В качестве меры выпуска продукции принято отклонение выпуска продукции в момент времени t от среднего.) Количественной характеристикой взаимосвязи может служить коэффициент корреляции:

,                                       (1)

где l(t) – интенсивность потока отказов за интервал времени [0,t]; lср – среднее значение интенсивности потока отказов; V – суточный объём продукции; Vср –среднее значение объёма продукции.

Рис.2. Динамика изменения объема выпуска аммиака цехом Аммиак-2.

 

Установлено, что отказ конкретного кабеля приводит к характерным «провалам» в выпуске продукции (рис.2). Выделяются характерные технологические состояния, соответствующие определенным структурным изменениям (отказы элементов, оперативные переключения) СЭС. Таким образом, разработана методика учета статистических характеристик надежности электрооборудования для оценки вероятного влияния характеристик отказа на технологический процесс путём декомпозиции множества кабельных линий по предложенным количественным критериям. дает возможность численно оценить степень влияния каждого фактора  на исследуемый выходной параметр. Отбрасывая незначимые факторы по критерию Стьюдента, и проверив адекватность уравнения регрессии по критерию Фишера можно получить количественную модель надежности СЭС:

,                                                                                   (2)

где R- выходной параметр, отражающий влияние отказов на технологию; КВС- усредненное значение вероятности отказа системы; КВСi, Xi – соответственно характеристика надежности и критерий значимости i-того элемента системы.

Для анализа типичных причин отказов и условий возникновения аварийных ситуаций были отобраны 120 случаев аварий и повреждений кабельных линий 6-10 кВ за пятилетний период с 1997 по 2002 г. Повреждения классифицированы по условиям эксплуатации, типу прокладки кабеля, характеру повреждения. Значимая корреляция устойчива (по месяцам, кварталам, полугодиям, годам) между количеством повреждений кабельных линий сечением 95 и 240 мм. Это объясняется структурными закономерностями технологии химических предприятий, для которых устойчивы количественные соотношения между мощностью электроприемников (как правило, одному агрегату соответствует один мощный двигатель и несколько мелких). Корреляция количества повреждений за месяц по маркам кабелей обусловлена действием сезонных факторов в течение года. Корреляция по кварталам, полугодиям, годам вызвана действием несезонных факторов. Корреляция между количеством повреждений и заявленной мощностью R=0,223 (не является значимой по t-критерию Стьюдента). Зависимость числа повреждений от заявленного максимума свидетельствует об отсутствии функциональной связи, что объясняется относительно невысокой загрузкой технологического оборудования (средний коэффициент загрузки по АК «Азот» не превышает 0.5). Предприятие функционирует не на полную проектную мощность – данная ситуация характерна для современных крупных химических объединений.

Разработана методика прогнозирования серий высоковольтных кабелей входного ремонтного потока химического объединения. Обоснована методика модернизации кабельной сети действующего предприятия по видовым критериям воздействием на видовое разнообразие множества высоковольтных кабелей. Для разработанной методики прогнозирования проведен машинный эксперимент, подтверждающий работоспособность с приемлемой точностью предложенных методов.

 

Рис.3. Снижение затрат на проведение ремонтных мероприятий при воздействии на видовую структуру множества высоковольтных кабелей.

 

Управление видовой структурой ремонтного потока основано на снижении затрат на ремонт групп массовых изделий по сравнению с затратами на ремонт единичного изделия. Это вызвано меньшей трудоемкостью однотипных ремонтных операций и меньшими затратами на приобретение кабелей одной номенклатуры (меньший необходимый складской запас, скидки при приобретении кабеля большей длины). Эффективность управления DЭ, соответствующая уменьшению трудоемкости Т определяется параметром, характеризующим видовое разнообразие элементов R, при неизменном объеме системы U. Результаты расчёта по имитационной модели на ЭВМ при уменьшении видового разнообразия проложенных кабелей проиллюстрированы рис.3. Подобный подход может быть реализован при замене кабельных линий, модернизации имеющейся кабельной сети при реорганизации действующего предприятия, а также при проектировании новых предприятий.

Для крупного химического объединения доказано несоответствие структур установленного и ремонтируемого оборудования, проявляющееся в том, что самый номенклатура массовых кабелей ремонтной выборке не соответствует самым массовым установленным кабелям (рис.4). На 22% (2 из 9) номиналов сечений кабелей (185 и 240 мм2) приходится 72.6% повреждений. На 18% (7 из 39) типов кабелей (АСБ-70, АСБ-95, АСБ-120, АСБ-185, АСБ-240, ААШВ-185, ААБ-185) приходится 80% повреждений. Среди установленных кабелей есть группа, для которой в течение срока наблюдения (13 лет) не было ни одного отказа. Они составляют порядка 2% от числа проложенных кабелей.

 

Рис.4. Соответствие номенклатуры ремонтных выборок структуре установленных кабелей АК «Азот» (1987-1999 гг.).