Глава первая
ОСНОВНЫIЕ ПОНЯТИЯ И ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И УСТАНОВОК
1-1. Определение основных понятий
Согласно ГОСТ 13377-67 надежность определяется как свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Этот ГОСТ полностью применим к оборудованию электроэнергетических установок. Сложные технические системы, какими являются энергетические системы и их объединения, системы электроснабжения потребителей, электрические станции, линии электропередачи, трансформаторные и преобразовательные подстанции, не вполне подходят под определение «изделие». Поэтому при изложении вопросов надежности электроэнергетических установок в книге наряду с терминами ГОСТ 13377-67 используется общепринятая в энергетике терминология.
Задание функций для оборудования или установки предполагает точное установление программы действий. Большинство оборудования и установок выполняет много различных функций. Одни из заданных функций должны выполняться постоянно в течение определенного периода эксплуатации, другие эпизодически при возникновении какого-либо изменения в режиме работы или по команде персонала или автоматики. Эти изменения и команды, требующие выполнения некоторых функций, являются для рассматриваемых установок заявками.
Постоянными функциями для электроэнергетического оборудования и установок являются: поддержание нормального состояния (без перегрева и коррозии) контактов и токоведущих частей, сохранения изоляции на допустимом уровне, выдача номинальной мощности.
1-3. Последствия отказов электроэнергетических установок потребителей
Нарушение нормального электроснабжения при отклонении величины или формы кривой напряжения за допустимые переделы, как правило, сказывается отрицательно на производстве. В одних случаях отклонения, например колебания амплитуды напряжения, неуловимо отражаются на работе приемников и связанных с ними технологических аппаратов, и машин. В других — даже небольшие отклонения в виде появления высших гармоник или обратной составляющей напряжения могут, например, вызвать быстрый износ электроприемников (двигателей, ламп, конденсаторов).
Наиболее распространенным и тяжелым нарушением нормального электроснабжения является перерыв в подаче электроэнергии. Изучению влияния перерыва электроснабжения на производство в последнее время уделяется большое внимание (Л. 4, 15, 47, 48, 59, 60, 72, 106). Электричество нельзя запасти в количествах, соразмерных хотя бы с часовым расходом энергии цехов и агрегатов. Единственный способ для уменьшения последствий — это возможно быстрое восстановление питания или немедленный перевод на другой источник электроэнергии.
Перерыв в электроснабжении может быть внезапным или предусмотренным, например для производства планово-предупредительного ремонта (ППР). Предусмотренный перерыв всегда предполагает осуществление ряда мер с целью уменьшения ущерба для производства. К числу таких мер относится совмещение во времени ППР электрооборудования с ППР технологического оборудования, заблаговременный перевод электроснабжения на временное питание от резервных источников, перевод технологических процессов на «тихий ход» или временная их консервация и т. п.
Внезапные перерывы электроснабжения, как правило, приводят к нарушениям технологического процесса, связанным с определенным экономическим ущербом для деятельности предприятия, цеха, агрегатов. Внезапное прекращение электроснабжения может вызвать поломку оборудования, порчу материалов, брак изделий, простой, превышающий время, необходимое для восстановления электроснабжения. Восстановление производственного процесса после восстановления электроснабжения может в свою очередь потребовать дополнительной затраты времени, (Материалов, электроэнергии и рабочей силы. Кроме того, вследствие перерыва производства образуется недовыработка продукции, отражающаяся на ее себестоимости.
В силу глубокой специфичности производств и отдельных процессов всякая попытка установить какие- либо обобщенные среднестатистические показатели для ущерба от перерыва электроснабжения (например, стоимость недоданного киловатт-часа) может быть оправдана только для ориентировочных расчетов применительно к мощным энергосистемам, питающим разнородных потребителей. Для промышленных предприятий, цехов, агрегатов и других потребителей электроэнергии определение ущерба должно производиться на основе реального анализа производственных условий и показателей надежности питающей системы электроснабжения.
Определению ущерба от нарушения качества электроэнергии посвящалось немало исследований [Л. 47, 48, 121]. Однако до настоящего времени еще нет установившейся разработанной системы для определения этого ущерба. Поэтому ниже рассматриваются вопросы определения ущерба только от перерыва электроснабжения. Ущерб от перерыва- электроснабжения должен быть определен как разность между плановой и расчетной себестоимостью всей произведенной продукции. При этом плановая себестоимость должна включать в себя все расходы предприятия по производству рассматриваемой продукции, включая начисления в прибыль предприятия. Плановая себестоимость продукции С состоит из расходов А, не зависящих от объема производства за расчетный период времени (1 год), и расходов БП, зависящих от произведенной продукции П:
С=А + БП.
При выработке продукции в количестве П1<П расчетная себестоимость всего выпуска
С1=А + БП.
Ущерб, причиненный государству недовыработкой продукции,
(1-29) где b — часовая производительность; Гп — средняя длительность одного простоя; а-ав — число перерывов в год.
При определении ущерба от перерывов электроснабжения следует иметь в виду, что не всякий перерыв электроснабжения влияет на производство: возможны перерывы электроснабжения длительностью
которые не отражаются на производстве. В каждом конкретном случае, надо определить í0 — минимальную продолжительность перерыва электроснабжения, которая отражается на работе рассматриваемого объекта. Поэтому в (1-29) под а-ав подразумевается число перерывов электроснабжения, длительность которых
Среднее число перерывов в год определяется из расчета надежности системы электроснабжения в рассматриваемой точке. Если в этой точке среднее число часов безотказной работы Тохр, а общий годовой фонд рабочего времени tv, то вероятное число перерывов электроснабжения
(1-30)
Полезно отметить, что выражение (1-29) учитывает также и прибыль предприятия, если она учтена при расчете плановой себестоимости и входит в сумму А.
Как уже упоминалось, ущерб от перерыва электроснабжения образуется вследствие разных и различно действующих причин.
Принято считать, что основной или. прямой ущерб — это ущерб, вызванный самим фактом перерыва электроснабжения и связанный с расходами на восстановление технологического процесса. Ущерб от недовыработки продукции считается дополнительным и необязательным для многих производств и агрегатов. Такое- мнение основывается на том, что длительность восстановления электроснабжения обычно мала и весьма редко превосходит 1—2 ч. За это время, даже увеличенное временем восстановления производственного процесса, производство в редких случаях теряет более 2—3% своего месячного выпуска продукции. Трудно предположить, что те производства, которые располагают какими-либо возможностями для восполнения месячного или квартального недовыпуска продукции, не воспользуются имеющимися возможностями. Будет ли это достигнуто за -счет сверхурочных работ или за счет форсирования производственного процесса — во всех случаях будут произведены дополнительные расходы на оплату сверхурочных, перерасход энергии, повышение стоимости ремонта. Сумма этих расходов, однако, как правило, будет значительно ниже рассчитанной по выражению (1-29). Поэтому во многих случаях дополнительный ущерб можно не учитывать. Это не касается таких производств, как электролизные и некоторые химические непрерывные производства, не допускающие форсировки процесса, где дополнительный ущерб обязательно должен быть учтен.
Целесообразно обратить внимание на одно существенное обстоятельство: те производства, которые располагают возможностью восполнить недовыработку, обязательно израсходуют и даже перерасходуют «недоданные» ранее киловатт-часы, что лишний раз подтверждает нереальность этого показателя для учета ущерба от перерыва электроснабжения потребителей,
Итак, ущерб от перерыва электроснабжения складывается из двух составляющих:
ущерба У1, связанного, с самим фактом перерыва электроснабжения — поломкой оборудования, браком производства, порчей исходного продукта, расходом энергии на восстановление процесса, расходом вспомогательных материалов и т. п;
ущерба У2, связанного с длительностью перерыва электроснабжения tn — оплатой простоя рабочих, недовыработкой продукции, усложнением восстановления процесса производства при увеличении
Таким образом,
(1-31)
Полный ущерб при одном перерыве будет равен:
(1-32)
В большинстве случаев выражение (1-32) можно представить в виде
(1-33)
Особо следует оговорить условия возникновения ущерба от перерыва электроснабжения для производств циклического характера (металлургия, химия). Ущерб от перерыва электроснабжения здесь может сильно зависеть от того, в какой момент производственного цикла произошел перерыв электроснабжения. Например, перерыв электроснабжения в доменных цехах особенно опасен в момент выпуска чугуна и грозит весьма большими значениями ущерба.
Вышеизложенное не касалось одного весьма важного, но трудно учитываемого обстоятельства — психологического эффекта перерыва электроснабжения и возникающих отсюда экономических последствий. Для уяснения этого приведем конкретные примеры. На одном металлургическом заводе в летние месяцы происходили кратковременные отключения вследствие грозовых разрядов. В цехах непрерывной прокатки восстановление внезапно прерванного процесса требовало 2—3-часовой остановки производства. Поэтому яри приближении грозы рабочие сами останавливают прокатку, так как при этом восстановление процесса можно осуществить за несколько минут. Однако же далеко не при всякой грозе происходило отключение. Другое явление можно было наблюдать на блюминге.
Таблица 1-2
Расчетные данные для определения полного ущерба
Как известно, работа коллектива прокатчиков достигает наибольшей производительности в так называемый «горячий час», наступающий через 2—3 ч после начала смены. Перерыв электроснабжения в этот период срывает «горячий час» и производительность за смену существенно падает, несмотря на малую длительность перерыва. Вопросами «психологического» ущерба нельзя пренебрегать, хотя определение его вероятной величины, естественно, связано с большими трудностями.
Понятно, что без знания величины единичных ущербов, так же, как и без данных статистики отказов, невозможно оценить надежность системы электроснабжения. Поэтому необходимо на основе тщательного анализа производственных процессов, осуществляемого с обязательным участием технологов и энергетиков предприятий, собрать данные о величинах ущербов от внезапного перерыва электроснабжения.
Для ряда производств различных отраслей промышленности ЭНИН имени Г. М. Кржижановского, ЛенПЭО ВНИИПЭМ и другими организациями были проведены работы по определению ущерба от перерывов электроснабжения [Л. 15, 72, 77, 88, 112]. В табл. 1-2 даются значения коэффициентов для определения ущербов, полученных в ЛенПЭО ВНИИПЭМ в результате исследования отдельных производств черной металлургии.
Определяя ущерб от перерывов электроснабжения, не следует упускать из виду возможность внедрения в технологию производства мероприятий, уменьшающих возможный ущерб.
