Загальна характеристика проблеми надійності електроенергетичних систем

Проблема надійності ЕЕС багатопланова, проте можна виділити три основні площини, в яких вона розв'язується: теоретична (розробка та вдосконалення методів аналізу); практична (розробка та впровадження заходів щодо забезпечення надійності); організаційна (створення системи управління надійністю). Задачі аналізу, забезпечення та управління надійністю ЕЕС взаємопов'язані. Їх розв'язання надзвичайно складне через складність самих ЕЕС як систем кібернетичного типу.

Ефективний аналіз надійності ЕЕС можливий лише за умови врахування всіх особливостей процесу їх функціонування, який на відміну від процесів функціонування інших технічних об'єктів відзначається неперервною зміною станів системи та існуванням у ній цілого спектру різних режимів.

У нормальних умовах роботи ЕЕС періодично виводять у ремонт або в резерв і вводять у дію ЛЕП, генерувальні агрегати ЕС, устаткування ПС. Окремі електроустановки переводять з робочого в неробочий стан і навпаки під час режимних змін у системі внаслідок зменшення навантаження до мінімуму та наступного його збільшення до максимуму. В умовах наявності дефіцитів потужності ЕС чи енергоресурсів, ЕЕС після втрати окремих зв'язків може перейти в обтяжений (утруднений) режим роботи.

Аварійні режими ЕЕС формуються по-особливому. У випадкових місцях території та у випадкові моменти часу виникають відмови елементів системи, спостерігаються збіги відмов, стаються аварії. У таких випадках наступають перерви електропостачання окремих споживачів або їх груп, вузлів навантаження, обмеження в забезпеченні електроенергією значної частини споживачів. Втрати окремих важливих зв'язків ЕЕС, глибокі порушення балансів її потужності, відмови засобів автоматичного керування режимами, помилки оперативно-диспетчерського персоналу можуть спричинити формування важких системних аварій і непередбачувані за наслідками зміни структури та енергетичного стану системи.

На функціонування ЕЕС істотний вплив має система управління технологічними процесами, а особливо автоматизована система диспетчерського управління (АСДУ). Оперативно-диспетчерський персонал і засоби автоматики відновлюють схему та режими ЕЕС у разі їх порушення, локалізують та ліквідують аварії, нормалізують обтяжені та післяаварійні режими, тобто сприяють створенню нормальних умов протікання режимів та їх стабілізації. Ефективні АСДУ - важливий чинник надійної роботи ЕЕС.

Надійність ЕЕС аналізують імовірнісними методами, оскільки відмови елементів ЕЕС і наслідки відмов мають випадковий характер. У загальній теорії надійності розроблено методи аналізу надійності технічних об'єктів, проте ці методи не завжди придатні для задач електроенергетики. Для ЕЕС розроблено специфічні методи аналізу, які враховують всю сукупність особливостей їх функціонування та, в першу чергу, особливості зміни станів і формування аварійних режимів.

Розробка заходів щодо забезпечення надійності ЕЕС передбачає врахування не тільки умов їх функціонування, але й розвитку. З розвитком ЕЕС змінюється структура та пропускна здатність ЕМ, потужності та характеристики ЕС. Усі рішення щодо розвитку ЕЕС приймають з урахуванням чинника надійності.

На різних стадіях управління розвитком та експлуатації прагнуть забезпечити оптимальний рівень надійності. Підвищення рівня надійності ЕЕС досягають за рахунок певних економічних затрат на встановлення резервного устаткування, ускладнення структури її схеми, підвищення якості обслуговування тощо. Зниження рівня надійності спричинює збільшення числа відмов і також призводить до збільшення затрат на відновлювальні роботи, до збільшення величини збитків від порушень електропостачання споживачів. Оптимальний рівень надійності відповідає мінімуму зведених затрат по ЕЕС.

Ефективному розв'язанню питань оптимізації надійності заважає та обставина, що заподіювані споживачам збитки від недовідпусків електроенергії трудно оцінити точно через недосконалість методів їх визначення. Крім того, порушення електропостачання часто має соціальні та інші наслідки, які принципово не можуть оцінюватися величиною збитків. Ці труднощі оптимізації долають шляхом використання нормативів надійності.

Суть нормування полягає у розробці заздалегідь сформульованих вимог до показників надійності елементів та підсистем ЕЕС, до параметрів систем захисту електроустановок, до умов електропостачання споживачів (категоріювання), до структури ЕМ, до запасів стійкості тощо. Норми встановлюють такими, щоб їх дотримання забезпечувало достатній рівень надійності. Нормативний підхід виключає з практики проектування та експлуатації самовільні рішення. Він доцільний в умовах невизначеності чи недостатньої достовірності вихідної інформації, масовості однотипних рішень і дозволяє виконувати оптимізацію за критерієм мінімуму зведених затрат без врахування величини збитків.

Управління надійністю передбачає регулярний поточний контроль за станом надійності ЕЕС, прогнозування рівня надійності на близьку і далеку перспективу, контроль за розробкою та впровадженням заходів щодо забезпечення надійності, раціональне планування цих заходів з метою досягнення максимальної їх ефективності, організацію роботи служб та відділів енергетичних підприємств з питань забезпечення надійності, організацію роботи з персоналом щодо підвищення його кваліфікації та виробничої дисципліни, формування інформаційного забезпечення власного та вищих рівнів управління для розв'язання задач надійності тощо.

Методи оцінки та прогнозування надійності можуть забезпечити правильні результати досліджень в разі наявності об'єктивних вихідних даних. Їх отримують шляхом обробки статистичного матеріалу пошкоджуваності устаткування та пристроїв керування в умовах експлуатації. Досвід експлуатації є важливою інформаційною базою для досліджень надійності ЕЕС. У системі управління надійністю ланка збирання та обробки статистичних даних про відмови є обов'язковою.

Усе вищевикладене показує, що вирішення питань аналізу, забезпечення та управління надійністю ЕЕС потребує розв'язання цілого комплексу задач. Усю їх сукупність можна розділити на такі класи:

концептуальні задачі (визначення місця та обсягу задач надійності в загальній проблемі експлуатації та управління розвитком ЕЕС, розробка системи показників надійності та концепції аналізу і забезпечення надійності ЕЕС);

інформаційні задачі (реєстрація, збирання та обробка статистичних даних про відмови електроустановок і про наслідки порушень електропостачання споживачів, створення баз даних для електронно-обчислювальних машин (ЕОМ) автоматизованих систем проектування та диспетчерського управління);

функціональні задачі (оцінка фактично досягнутого чи прогнозованого ступеня надійності ЕЕС на різних часових, територіальних, ситуативних та структурно-функціональних рівнях, декомпозиція загальної задачі аналізу надійності функціонування ЕЕС);

нормативні задачі (вироблення експлуатаційних та проектних рішень стосовно ЕЕС з урахуванням чинника надійності на основі підтверджених практикою нормативів, розробка самих нормативів);

оптимізаційні задачі (вироблення експлуатаційних та проектних рішень стосовно ЕЕС з урахуванням чинника надійності на основі критеріїв економічної ефективності).

Оптимізаційні та нормативні задачі надійності в цьому списку є вершинними, бо вони розв'язуються з метою безпосереднього вирішення питань забезпечення надійності роботи ЕЕС. Усі попередні класи задач виконують обслуговуючі функції, вони формують необхідну вхідну інформацію, підходи та методи аналізу, які уможливлюють розв'язання оптимізаційних та нормативних задач.

Таким чином, проблема надійності в електроенергетиці охоплює широке коло задач, пов'язаних з вивченням статистики відмов та їх наслідків з аналізом фактичного рівня надійності, з прогнозуванням, нормуванням та оптимізацією надійності роботи ЕЕС. Для електроустановок ЕЕС і пристроїв захисту та керування ці задачі розв'язують на стадіях розробки, виготовлення та експлуатації, а для ЕЕС в цілому - на різних територіальних, часових, ситуативних та структурно-функціональних рівнях.

Задачі аналізу і забезпечення надійності розв'язують по-різному для ЕМ, ЕЕС та їх об'єднань. На кожному з цих територіальних рівнів існує своя специфіка вирішення проблеми надійності та використовуються різні методи аналізу, розглядаються різні грані процесу функціонування, розробляються різні заходи щодо забезпечення надійності. Для ЕМ надійність функціонування визначається в основному їх структурою, для ЕЕС - роботою генерувальної частини, а для об'єднань ЕЕС - процесом формування системних аварій.

З усіх часових рівнів найбільше відповідальними з погляду забезпечення надійності ЕЕС є проектування їх розвитку і планування режимів. У табл. 1.1 наведено основні оптимізаційні задачі надійності, які розв'язують на цих часових рівнях. Це задачі схемного та режимного характеру, які розв'язують з урахуванням чинника надійності. Вони відзначаються достатньою завчасністю відносно моменту реалізації їх результатів, що дозволяє для їх розв’язання використовувати точні моделі, які враховують повну сукупність надійнісних чинників.

Таблиця 1.1