Интегральные оценки эксплуатационного состояния ВЛ

Уженцев А.Д., Филиппов Н.В., Фишов В.А. (НГТУ, Новосибирск)

Существование объектов энергетики в современных условиях связано с усложнением внешней среды. Их эксплуатация, включающая в себя и управление (регулирование) их состоянием, в соответствии с кибернетическим принципом Эшби должна усложниться в не меньшей степени. Составляющими этого процесса, наряду с расширением стратегий и методов эксплуатации, являются и разработки новых показателей состояния технических устройств (ТУ), отражающих различные аспекты и, соответственно, предназначенные для решения различных эксплуатационных задач.
В данной работе применительно к задаче стратегического (долгосрочного) планирования эксплуатационных процессов (реновации, реконструкции, модернизации, утилизации, функционального или параметрического наращивания и др.) предлагается двухкоординатная система интегральных оценок эксплуатационного состояния ТУ:

1. функциональное состояние ТУ в межремонтный период;
2. эксплуатационный ресурс (как потенциальное время сохранения его работоспособности в заданной эксплуатационной среде).

1. Функциональное состояние ТУ.
а)   Представим ТУ множествами элементов, функциональных агрегатов и введем 4-х уровневую шкалу их состояния:

б)          Модели агрегирования, задача оптимизации ремонтных работ и ее решение представлены в [1].
Использование агрегирования совместно с оптимизацией объема ремонтных работ позволяет однозначно определить функциональное состояние ТУ.
Пример. Определение функционального состояния ВЛ-10 кВ, состоящей из 7-ми участков. Агрегатная структура ВЛ: стойки, провод, изоляция, заземление.
Состав ВЛ и выявленные дефекты

Всего                       240
Ci, - функциональное состояние i-го элемента; ni, -число элементов.
Дефектное состояние ВЛ

Вектор исходного состояния агрегированных элементов ВЛ - CO =  (0.648, 0.736, 0.675, 0.585)
Состояние элементов и ВЛ (Ф8) до и после проведения оптимального объема ремонтных работ.

Таким образом имеем следующие оценки функционального состояния ВЛ в межремонтный период:

1. 655 < СВл < 0,754 с учетом фактически проведенных ремонтов;
2. 655 < Свл < 0,837 при оптимизации структуры ремонтов в том же его объеме.
3. Ресурсное состояние ВЛ.

Потенциальное время сохранения работоспособности восстанавливаемых ТУ при эффективном мониторинге их состояния определяется двумя основными факторами:

1. характеристиками деградации (износ и старение) элементов;
2. экономически оправданными или иначе ограниченными затратами на восстановление (в т.ч. замену) элементов при условии оптимального их использования.

Если оба фактора заданы, то ресурс ТУ может быть однозначно определен. При этом следует иметь в виду, что если возможности восстановления превышают либо равны деградации, то эксплуатация ТУ возможна бесконечно долго. На практике, как правило, приходится иметь дело с ситуацией, когда возможности восстановления ниже деградации, т.е. ресурс работоспособности ТУ ограничен.
Определение эксплуатационного ресурса ТУ возможно в результате решения ряда задач:
а)    Оптимизации ремонтно-восстановительных процессов всего срока эксплуатации как условие однозначности решения.
б) Идентификации эксплуатационной ситуации.
в)  Определения предельного срока эксплуатации в ситуации недостаточности средств для постоянного восстановления работоспособности ТУ.
Задача оптимизации ремонтно-восстановительных процессов для заданного полного срока эксплуатации ТУ.
Заданы: Состав и характеристики деградации (Сг(1)) элементов ТУ, полный срок его эксплуатации (Тэ), предельно допустимые уровни функциональной деградации элементов (С/^).
Требуется определить вид эксплуатационного (ремонтновосстановительного) процесса, отвечающего минимуму суммарных затрат на его проведение.
На рис.1 в качестве примера приведена исходная ситуация поэлементного восстановления 3-х элементного ТУ (а), и оптимальный ремонтновосстановительный процесс с минимальными затратами за счет максимального совмещения ремонтов элементов (б).

Рис.1. Оптимизация ремонтно-восстановительного процесса ТУ для заданного полного срока эксплуатации.
Исходная ситуация содержит 11 актов ремонтов, а ситуация с оптимальным процессом - 8 при сохранении числа требуемых ремонтов для каждого элемента.
Для решения задачи были опробованы различные процедуры динамического программирования и предложен метод пошагового продвижения по вектору максимальных комбинаторных возможностей. Усечение вариантов на каждом шаге осуществляется в процессе построения множества всех вариантов совмещения ремонтов на шаге с определением остаточных комбинаторных возможностей при их реализации. Предпочтение на шаге отдается варианту с максимальным числом совмещений при максимальной остаточной комбинаторике.
Идентификация эксплуатационной ситуации происходит при сравнении минимальных (оптимальных) затрат для бесконечного срока эксплуатации с имеющимися ограничениями.
Определение предельного срока эксплуатации (ресурса ТУ) идет в итерационном процессе сведения предельных заданных эксплуатационных затрат и минимальных затрат за счет изменения срока эксплуатации.
В рамках данного подхода производились оценки эксплуатационного ресурса различных ВЛ 10 кВ в конкретных условиях эксплуатации. Оценки оказались в интервале 12-35 лет.
Литература:

1. Горевой В.Г., Фишов В.А. Модели оценки эксплуатационного состояния сложных технических устройств и оптимизация ремонтно-восстановительных процессов на их основе. Информационный бюллетень регионального Совета по диагностике электрооборудования (Камская ГЭС) Екатеринбург, 1999