Анотація до роботи:

Якімішина В.В. Розвиток методів розрахунку надійності структурно-складних схем систем електропостачання з урахуванням трьох видів відмов електрообладнання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 - «Електричні станції, мережі і системи». Донецький національний технічний університет, Донецьк 2006.

Дисертація присвячена питанням удосконалювання методів оцінки надійності структурно-складних схем систем електропостачання й живучості вузлів навантаження.

Зроблено аналіз існуючих методів розрахунку надійності структурно-складних схем. Розроблено математичну модель надійності захисного комутаційного апарата, що відрізняється від відомих тим, що дозволяє враховувати помилкові спрацьовування засобів релейного захисту. А також відмови в спрацьовуванні системи відключення захисного комутаційного апарата з випадковою появою струмів КЗ у зоні дії його максимального струмового захисту.

Розроблено математичну модель надійності системи «елемент, що захищається – основний захист – резервний захист», яка відрізняється від відомих тим, що враховуються відмови в спрацьовуванні двох захисних комутаційних апаратів. Запропоновано систему рівнянь, яка дозволяє визначити ймовірність відмов у спрацьовуванні системи автоматичного введення резерву на секційному вимикачі з появою короткого замикання в лінії, що відходить від вузла навантаження. Зроблено аналіз статистичних даних про відмови електрообладнання напругою 10-0,38 кВ й отримані відповідні параметри потоку відмов.

На основі отриманих математичних моделей були розроблені: методика оцінки надійності структурно-складних схем з урахуванням трьох видів відмов обладнання; методика оцінки живучості вузлів навантаження. Наведено приклади розрахунків.

Результати роботи використані в держбюджетній темі ДонНТУ (Н27/2000), держбюджетній темі Д-6-03 (0103U001579) і госпдоговірній темі № 03-105, а також у навчальному процесі.

У дисертаційній роботі поставлена й вирішена актуальна для енергетики України науково-технічна задача, що полягає в розробці нової математичної моделі надійності захисного комутаційного апарата й одержанні нових аналітичних залежностей, що дозволяють прогнозувати рівень надійності систем електропостачання 10-0,38 кВ із урахуванням трьох видів відмов електрообладнання й оцінювати живучість вузлів навантаження.

Основні результати виконаної роботи:

1. Аналіз існуючих методів і підходів до оцінки надійності систем електропостачання показав, що для підвищення точності розрахунків варто розробити нову, більш досконалу математичну модель надійності захисного комутаційного апарата, яка б ураховувала два види відмов: відмова типу «обрив кола» і відмова у спрацьовуванні.

2. На основі теорії регулярних однорідних марковських процесів запропонована нова математична модель надійності захисного комутаційного апарата, яка відрізняється від відомих тим, що вона враховує в статичному режимі помилкові й зайві спрацьовування засобів захисту, а в динамічному режимі відмови в спрацьовуванні системи відключення (релейний захист, соленоїд, що відключає, привод вимикача), а також строки профілактики його системи відключення.

3. Запропоновано формули для визначення середнього часу до першої відмови в спрацьовуванні захисного комутаційного апарата, дисперсії, а також точна й наближена формули для визначення ймовірності безвідмовної роботи захисного комутаційного апарата.

4. Розроблено математичну модель надійності системи «елемент, що захищається – основний струмовий захист – резервний струмовий захист», що враховує частоту появи струмів КЗ і тривалість їх існування в зонах дії основного й резервного струмового захисту, надійність їх системи відключення й строки їх профілактики.

5. Розроблено математичну модель надійності системи автоматичного введення резерву на секційному вимикачі й отримана матриця інтенсивностей переходів, що враховує параметри потоків відмов типу «обрив кола» для ввідних комутаційних апаратів і параметр потоку відмов у спрацьовуванні й строки профілактики системи АВР на секційному вимикачі.

6. За період з 1998 по 2004 р. у кабельних мережах 6(10) кВ ВО «Ямбурггаздобича» РФ, загальною довжиною 234 км зафіксовано 121 випадок міжфазних КЗ, з яких 39 привели до загоряння ізоляції в місці її ушкодження. Установлено, що інтервали часу між КЗ не суперечать експоненціальним функціям розподілу ймовірностей з параметрами потоків відмов типу КЗ у кабельній мережі 0,0738 1/рік і параметром потоку загорянь ізоляції (втрата живучості) 0,0238 1/рік. У кабельних мережах 0,38 кВ довжиною 618 км відбулося 356 КЗ, з яких 22 привели до загоряння ізоляції в місці її ушкодження й отримано параметр потоку появи КЗ у мережі 0,082 1/рік і параметр потоку загорянь ізоляції в місці появи КЗ (втрата живучості) 0,0051 1/рік.

7. Збір й аналіз статистичних даних про пошкоджуваність електрообладнання на напрузі 0,38-6(10) кВ на різних підприємствах м. Макіївки показав, що пошкодження кабельних ліній 0,38 кВ на 100 км довжини для різних підприємств коливається в межах від 46 до 186 ушкоджень у рік; пошкодження збірних шин 0,38 кВ на одне приєднання коливається в межах від 3 до 11.

8. Розрахунок надійності системи електропостачання за розробленою методикою для споживачів ПО «Ямбурггаздобича» РФ, що одержують електроенергію від секції шин 0,38 кВ, показав, що параметр потоку аварійних відключень вузла навантаження склав 12,02 1/рік. Порівняння отриманого результату з результатами, які були зафіксовані в журналах диспетчерського обліку за 16 років, починаючи з 1986 по 2000 р. показав, що розрахункове значення не відрізняється від зафіксованого більш, ніж на 18%. Наприклад, для 1987 року розрахункове число відключень у рік попадає в довірчий інтервал , побудований за статистичною інформацією про дійсне число аварійних відключень вузлів навантаження в рік.

9. Запропоновано методику, яка дозволяє вибирати строки профілактики систем відключення захисних комутаційних апаратів, при яких забезпечується нормований відомчими інструкціями рівень живучості. Показано, що застосування автоматичного введення резерву на секційному вимикачі 6 кВ дозволяє підвищити живучість вузла навантаження в рамках конкретного прикладу не менш ніж у 72 рази, а зміна строків профілактики систем відключення захисних комутаційних апаратів з рік на роки дозволила підвищити живучість вузла навантаження в 16 разів.

10. Зроблено оцінку живучості ГПП 110/6 кВ, що живить підземні й поверхневі споживачі вугільної шахти. Обрано строки профілактики систем відключення ввідних КРУ годин, при яких забезпечується нормований відомчими інструкціями рівень живучості 1/рік.

11. Для підвищення живучості електропроводок 0,38 кВ запропоновано використати пристрій захисного відключення, що випускається серійно, а ізоляцію провідника, що живить споживач електричної енергії, укласти в гнучкий металевий екран, тоді будь-яке дугове КЗ буде супроводжуватися витоком струму на землю, і у всіх випадках при ушкодженнях провідників буде спрацьовувати пристрій захисного відключення.

Основні публікації по темі дисертації:

1. Чурсинова А.А. Журавель Е.А. Шевченко О.А. Якимишина В.В. Исследование математической модели, используемой для оценки надежности структурно-сложных схем с учетом восстановления элементов // Збірник наукових праць державного технічного університету. Серія “Електротехніка і енергетика”, випуск 41: Донецьк: ДонДТУ, 2002. – С. 123-125.

2. Ковалев А.П. Муха В.П. Васин А.А. Якимишина В.В. Методика расчета надежности электроснабжения узлов нагрузки с учетом трех видов отказов элементов системы // Збірник наукових праць Донецького національного технічного університету. Серія “Електротехніка і енергетика”, випуск 50: Донецьк: ДонНТУ, 2002. – С. 125-133.

3. Ковалев А.П., Якимишина В.В., Нагорный М.К. О пожарной безопасности сетей напряжением 6-10 кВ, снабжающих электроэнергией подземные потребители // Взрывозащищенное электрооборудование: Сб. науч. тр. УкрНИИВЭ В 40 / Под общ. ред. д-ра техн. наук, профессора И.Г. Ширнина. – Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд», 2003. – С. 190-194.

4. Ковалев А.П., Муха В.П., Якимишина В.В., Шахова Е.А. О надежности полуторных схем электрических соединений // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: “Електротехніка і енергетика”, випуск 67. – Донецьк: ДонНТУ. – 2003. – С. 31-33.

5. Шевченко О.А., Якимишина В.В., Пинчук О.Г. О пожарной опасности асинхронных электродвигателей, эксплуатирующихся на промышленных предприятиях // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: “Електротехніка і енергетика”, випуск 67. – Донецьк: ДонНТУ. – 2003. – С. 65-68.

6. Ковалев А.П., Чурсинов В.И., Якимишина В.В. О живучести объектов энергетики // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: «Електротехніка і енергетика», випуск 79: Донецьк: ДонНТУ, 2004. – С. 126-129.

7. Ковалев А.П., Шевченко О.А., Якимишина В.В., Пинчук О.Г. Оценка пожарной опасности асинхронных электродвигателей, эксплуатирующихся на промышленных предприятиях Украины // Наукові праці КДПУ.– Кременчук: КДПУ. – 2004. – Вип. 2/2004(25). – С. 88-91.

8. Ковалев А.П., Чурсинов В.И., Якимишина В.В. Оценка вероятности появления цепочечных аварий в энергосистемах // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ.– Кременчук: КДПУ. – 2004.– Вип. 3/2004(26) . – С. 106-107.

9. Ковалев А.П., Чурсинов В.И., Якимишина В.В., Солодухина А.П. Оценка надежности систем электроснабжения промышленных предприятий с учетом трех видов отказов оборудования // Вісник Приазовського державного технічного університету: Зб. наук. пр. – Вип. 15. – Ч.2 – Маріуполь, 2005. – С. 54-59.

10. Исбер Джордж Азиз, Якимишина В.В. Влияние надежности автоматического ввода резерва на живучесть узлов нагрузки систем электроснабжения промышленных предприятий // Электрические сети и системы. – 2004. – № 5,6. – С. 43-48.

11. Белоусенко И.В., Ковалев А.П., Якимишина В.В. Оценка надежности систем электроснабжения 0,4-10 кВ газовых промыслов с учетом трех видов отказов элементов // Промышленная энергетика. – 2003. – № 11. – С. 23-27.

12. Белоусенко И.В., Ершов М.С., Ковалев А.П., Якимишина В.В., Шевченко О.А. О расчете надежности систем электроснабжения газовых промыслов // Электричество. – 2004. – № 3. – С. 23-27.

13. Якимишина В.В. Об экономической эффективности изменения сроков профилактики систем отключения вводных коммутационных аппаратов на ГПП // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: «Електротехніка і енергетика», випуск: 98: Донецьк: ДонНТУ, 2005. – С. 67-69.

14. Ковалев А.П., Якимишина В.В., Чорноус Е.В. О математической модели надежности защитного коммутационного аппарата // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: «Електротехніка і енергетика», випуск: 98: Донецьк: ДонНТУ, 2005. – С. 70-73.

15. Ковалев А.П., Исбер Джордж Азиз, Чурсинов В.И., Якимишина В.В. Оценка живучести объектов энергетики // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: «Електротехніка і енергетика», випуск: 98: Донецьк: ДонНТУ, 2005. – С. 81-88.

16. Пат. № 48839 А Україна. Пристрій для захисного відключення електричної мережі з глухозаземленою нейтраллю / Ковальов О.П., Васін О.О., Муха В.П., Чурсінов В.І., Ярмоленко В.І., Шевченко О.А., Якімішина В.В., Міц О.В. Пріоритет 20.12.2001. Зареєстр. 15.08.2002. Бюл. № 8. – 4 с.

17. Ковалев А.П. Муха В.П. Шевченко О.А. Якимишина В.В. Метод расчета надежности электроснабжения узлов нагрузки с учетом отказов в срабатывании защитных коммутационных аппаратов // Донбас-2020: наука і техніка – виробництву: матеріали ІІ науково-практичної конференції. м. Донецьк, 05-06 лютого 2002 р. – Донецьк, ДонНТУ Міністерства освіти і науки, 2002. – С. 346-350.

18. Ковалев А.П., Нагорный М.К., Якимишина В.В., Чурсинова А.А. О надежности и пожарной безопасности сетей 6-10 кВ, снабжающих электроэнергией подземные потребители угольных шахт // Донбас-2020: наука і техніка – виробництву: матеріали ІІ науково-практичної конференції. м. Донецьк, 03-04 лютого 2004 р. – Донецьк, ДонНТУ Міністерства освіти і науки, 2004. – С. 346-350.

19. Якимишина В.В. Математическая модель надежности системы автоматического ввода резерва // Ефективність та якість електропостачання промислових підприємств. V міжнар. науково-техн. конф.: 75-річчю Приазов. держ. техн. ун-ту присвячується: Зб. праць. – Маріуполь: Вид-во ПДТУ, 2005. – С. 198-200.

Особистий внесок здобувача у роботах, які написані у співавторстві: [2,3,18] – одержання інженерних формул, приклад розрахунку, висновки по роботі; [1,4,14] – розробка математичної моделі; [5] – розробка фізичної моделі процесу загоряння пожежонебезпечного пилу при експлуатації асинхронних двигунів; [6] – розробка математичної моделі, одержання наближеної формули, постановка прикладів та їх рішення; [7] – розробка математичної моделі для оцінки пожежобезпеки асинхронного двигуна при його експлуатації, приклад розрахунку; [8] - положення й припущення, що дозволяють одержати наближену формулу для оцінки появи цепочечних аварій; [9,15] - розробка дерева формування відмов у схемі мінімальних перетинів; [10,15] - розробка методики розрахунків; [17,11] - розв’язання розрахункових формул, приклад розрахунків; [12] - розрахункові формули й схеми заміщення; [16] - ідея приведення будь-якого дугового КЗ до замикань фази на землю.