2.5. Забезпечення надійності електроустановок у процесі експлуатації

Надійність роботи електроустановок у процесі експлуатації найбільше залежить від їх технічного стану та ефективності системи захисту від зовнішніх та внутрішніх діянь.

Технічний стан електроустановки визначається станом її ізоляції та контактів, ступенем зношення конструктивних елементів і деталей, рівнем розрегулювання рухомих частин тощо. У разі погіршення технічного стану зростає частота відмов електроустановки, знижується її ресурс. З метою запобігання пошкодженням і аваріям технічний стан електроустановок неперервно контролюють.

Погіршення технічного стану електроустановки може бути виявлене під час оглядів (коронування ізоляції чи контактних з'єднань, підвищення вібрації чи шуму, виникнення тріщин чи інших дефектів), під час поточного контролю режимних параметрів (зниження економічності, загальне чи локальне підвищення температури) або в результаті проведення спеціальних вимірювань чи випробувань (погіршення характеристик ізоляції, зношення конструктивних елементів, виникнення дефектів та несправностей).

Роботи з метою контролю та поліпшення технічного стану електроустановок виконують у рамках системи технічного обслуговування і ремонтів (ТОР). Основними з них є неперервний температурний контроль, періодичні профілактичні випробування ізоляції, діагностування стану електроустановок, спеціальні вимірювання та випробування, планово-попереджувальні ремонти.

Температурний контроль. Порушення температурного режиму особливо небезпечні для ізоляції та контактних з'єднань. Підвищення температури понад допустиме значення спричинює в ізоляції незворотні зміни, які проявляються в зниженні електричної та механічної міцності та в прискоренні її старіння. Наслідком цих явищ може стати пробиття ізоляції та виникнення пошкодження чи аварії. Недопустимі нагріви контактних з'єднань виникають внаслідок зменшення поверхні дотику (збільшення опору) і можуть також мати важкі наслідки.

Характерним для теплового режиму електроустановок є його пряма залежність від режиму навантаження. Температура перевищує допустимі значення під час перевантажень електроустановок. Тому Державними стандартами, вказівками заводів-виготовлювачів, інструкціями з експлуатації встановлюються допустимі норми перевантажень, які не повинні порушуватися.

Проте перегрівання електроустановок спричинюється і нережимними чинниками. Якщо тепловий режим порушується, а режим навантаження перебуває в допустимих межах, то це свідчить про несправність устаткування. Отже, контроль теплового режиму електроустановок дозволяє виявляти дефекти та несправності, які зумовлюють нерозрахункове підвищення температури, і таким способом запобігати пошкодженням і аваріям.

Профілактичні випробування. В умовах експлуатації періодично контролюють стан ізоляції, щоб своєчасно виявляти зміни в ній і не допускати пошкоджень електроустаткування. Однією з форм такого контролю є профілактичні випробування. Профілактика - ефективний спосіб забезпечення надійності, бо в результаті її проведення з експлуатації усувається непридатне устаткування, спроможне спричинювати аварії. Вона дозволяє оцінювати технічний стан устаткування без розбирання та внутрішнього огляду і виявляти, чи потребує воно невідкладного ремонту. За даними випробувань і вимірювань можна також приймати рішення про збільшення міжремонтного періоду.

Проте існують чинники, які знижують ефективність профілактики. До них належать:

- недостатньо строга обгрунтованість термінів проведення випробувань внаслідок відсутності чітко налагодженої системи збирання й аналізу даних про несправності електроустановок;

- багато дефектів устаткування взагалі не можуть бути виявлені методами і засобами профілактики, які застосовуються в електроенергосистемах;

- через недосконалість вимірювань контрольних параметрів об'єкта часто відбраковується придатне для експлуатації устаткування, що спричинює додаткові експлуатаційні витрати.

Вказані недоліки можна усунути шляхом удосконалення засобів випробувань та вимірювальної апаратури й, у першу чергу, на основі організаційних заходів - розробки оптимальної стратегії профілактики, що базується на методах теорії надійності.

Для обгрунтування обсягів та періодичності випробувань і внесення корективів у чинні норми проводять певні дослідження.

1. Вивчають періодичність, причини і характер відмов конкретного устаткування. Це дозволяє встановити середній час безвідмовної роботи та особливості зношування окремих деталей і вузлів електроустановок. На основі отриманої інформації коректують періодичність випробувань так, щоб вони виконувалися «під завісу» відмов.

2. Виробляють правильні критерії ефективності профілактики. Зараз ефективність випробувань оцінюють за співвідношенням

(2.72)

де К_еф - коефіцієнт ефективності профілактики; n_п - число пошкоджень під час випробувань за певний період експлуатації; n_а - число аварійних пошкоджень за цей же період.

Згідно з (2.72) ефективність профілактики зростає зі збільшенням числа усунутих з експлуатації електроустановок до настання відмов. Недосконалість оцінки полягає в тому, що не враховується зниження надійності електропостачання, зумовлене усуненням з роботи діючого устаткування. Таке врахування можна здійснити, якщо ефективність профілактики оцінювати не відносно одиниці устаткування, а за її впливом на надійність мережі чи системи електропостачання в цілому.

Планово-попереджувальні ремонти. Наявність у складі електроустановок вузлів і деталей, що зношуються і старіють, спричинює зростання в часі інтенсивності відмов. Середній час безвідмовної роботи установки визначається тривалістю роботи найслабших ланок, тому для названих електроустановок він має мале значення. Капітальні та середні ремонти істотно збільшують час безвідмовної роботи, бо під час їх проведення замінюють швидкостаріючі деталі, в наслідок чого майже повністю відновлюється ресурс (устаткування стає «майже новим»).

Вплив ремонтів на підвищення надійності електроустановок можна оцінити кількісно. Нехай попереджувальний ремонт проводиться через рівні проміжки часу Т_р. Відновлення ресурсу після ремонту призводить до повторення зміни інтенсивності відмов l(t) на k+1-му міжремонтному проміжкові часу порівняно з k-м проміжком

(2.73)

Результуюча крива l(t) має вигляд як на рис. 2.18,а.

Зумовлений ремонтами характер зміни l(t) формує особливості зміни густини розподілу f(t) часу безвідмовної роботи. На k+1-му проміжку характер її зміни такий же, як і на k-му, але значення зменшені пропорційно величині Р(Т_р).

(2.74)

де Р(Т_р) - значення функції надійності об'єкта при t=Т_р.

Рис. 2.18. Вплив ідеальних попереджувальних ремонтів на показники надійності електроустановок

На рис. 2.18,а зображено результуючу криву f(t). Обидві обвідні криві функції f(t) є експоненційними кривими. Це наслідок того факту, що загальний характер поведінки f(t) визначається геометричною прогресією P^k(T_р), k=0,1,2...

Таким чином, незалежно від характеру зміни показників надійності у проміжках між ремонтами, результуючий характер їх поведінки близький до експоненційного. Використовуючи відзначені особливості показників надійності, можна розрахувати час безвідмовної роботи за наявності та відсутності ремонтів та кількісно оцінити їх вплив на підвищення надійності.

Приклад 2.11. Розрахувати інтенсивність відмов та середній час безвідмовної роботи установки з урахуванням (T_р=1 рік) та без урахування попереджувальних ремонтів. За відсутності ремонтів розподіл часу безвідмовної роботи рівномірний: f(t)=1/4 рік^-1 при 0<t<4 роки.

Розв'язання. а) Ремонти відсутні. Згідно з (2.3) визначаємо функцію надійності

Інтенсивність відмов

Середній час безвідмовної роботи

б) Ремонти виконуються. Для T_р =1 рік Р(T_р)=0,75. Будуємо графіки f(t) і l(t), зображені на рис. 2.18, б. З графіків видно, що розподіл часу безвідмовної роботи підпорядкований експоненційному закону (l=const). Тому одержуємо

Таким чином, проведення попереджувальних ремонтів з періодичністю 1 рік дозволило збільшити середній час безвідмовної роботи з 2,0 до 3,47 років.

В умовах експлуатації гостро стоїть питання підвищення ефективності ремонтних робіт, яке досягається впровадженням нових ремонтних технологій, ремонтного устаткування, нових форм організації праці. Впроваджувані заходи повинні забезпечувати підвищення якості та скорочення термінів ремонтів. Вони проходять техніко-економічне обгрунтування, яке враховує збільшення матеріальних затрат, зміну видатків на ремонтний персонал, досягнутий ефект підвищення надійності.

Діагностування електроустановок. Основне устаткування ЕС і ПС неперервно ускладнюється, що спричинює збільшення обсягів робіт, пов'язаних з ремонтами та технічним обслуговуванням. Затрати на ремонти величезні. У той же час під час проведення планово-попереджувальних ремонтів з заданою періодичністю без попереднього виявлення технічного стану доводиться виконувати багато фактично непотрібної роботи. Часто в капітальний ремонт виводять працездатне устаткування тільки тому, що настав час ремонту за графіком. Передбачуване капітальним ремонтом розбирання фактично здорового устаткування не підвищує, а навпаки, знижує надійність, оскільки порушуються спряження та знову відбувається припасування деталей. Основна мета планових ремонтів - попередити аварійні відмови - реалізується наосліп. У результаті, як показує практика, попереджується тільки 30-40% відмов.

Відзначені недоліки системи планово-попереджувальних ремонтів змушують видозмінювати її форми. Тому зараз широко впроваджують технічне діагностування, яке допомагає раціональніше вибирати час ремонту електроустановок. Діагностування дозволяє виявляти технічний стан електроустаткування без його розбирання та встановлювати час ремонту, коли зношення деталей і несправності вузлів електроустановок досягають стану, коли подальша робота може спричинити відмову або буде економічно недоцільною. Впровадження діагностування дозволяє замість планових ремонтів виконувати ремонти за технічним станом.

Технічна діагностика - це сукупність методів і засобів, які дозволяють встановити діагноз технічного стану, тобто дати заключення про місце знаходження, характер, ступінь розвитку дефектів та несправностей в досліджуваному об'єкті. До основних завдань діагностування технічних об'єктів належать: перевірка справності, працездатності та правильності функціонування об'єкта; пошук дефектів та несправностей, які порушують справність, працездатність та правильність функціонування; запобігання аварійним пошкодженням шляхом виявлення дефектів та несправностей на ранній стадії їх виникнення.

Діагностування проводиться як вимкненого, так і працюючого устаткування і може мати різні форми залежно від функціональних та конструктивних особливостей електроустановок. В електроенергетиці використовують різні методи та засоби діагностування для оцінки технічного стану генераторів, силових і вимірювальних трансформаторів, повітряних і кабельних ЛЕП, систем РЗА. Найбільш інтенсивно розвивається діагностування генераторів та інших електричних машин різного призначення, оскільки їх функціональні та конструктивні особливості дозволяють проконтролювати значне число параметрів і всебічно обгрунтувати діагноз технічного стану.

Посилення захисту електроустановок від зовнішніх та внутрішніх діянь. Від зовнішніх та внутрішніх діянь захищають повітряні і кабельні ЛЕП, розподільні установки, електроустаткування ЕС і ПС. На повітряних лініях і площадках ПС встановлюють вентильні та трубчасті розрядники, блискавковідводи, розрядні проміжки, віброгасники, обмежувачі перенапруг, реалізують спеціально розроблені схеми захисту. Дерев'яні опори захищають від загнивання, оболонки кабелів від корозії і т.д.

Розроблюваний на стадії проектування електроустановок захист не завжди ефективно виконує свої функції в умовах експлуатації. Тому часто виникає потреба його посилення. Крім цього, існують способи захисту, які розробляються та реалізуються в процесі експлуатації (наприклад, топлення ожеледі). Існують також кліматичні аномальні зони, в яких посилюються зовнішні діяння, і враховувати які під час проектування не завжди можливо. Наприклад, вздовж трас окремих ЛЕП можуть формуватися ділянки посиленої дії зовнішніх факторів. У процесі експлуатації, щоб зменшити число відмов, на всі ці моменти доводиться зважати.

На ділянках посиленої дії блискавки встановлюють трубчасті розрядники, зменшують опір заземлення опор, начеплюють трос. На ділянках посилення забруднень збільшують число ізоляторів у гірляндах, замінюють ізолятори на тривкіші до забруднень, періодично чистять ізоляцію. В умовах локального посилення дії вітру чи ожеледі, яке пов'язане з мікрокліматом чи рельєфом, збільшують механічну міцність елементів конструкції повітряних ліній. Перед паводками укріплюють насипи на фундаментах опор. Коли лінія проходить ділянками агресивних грунтів, додатково просочують деревину опор антисептиками, захищають оболонки кабелів від корозії.

Методи, засоби та схеми захисту електроустановок від зовнішніх і внутрішніх діянь розроблялися впродовж багатьох років і були свого часу предметом інтенсивних досліджень. Для експлуатаційного персоналу енергосистем вироблені та сформульовані у відповідних документах необхідні рекомендації щодо застосування засобів захисту. У нестандартних ситуаціях персонал діє, опираючись на свій практичний досвід. Виконують також спеціальні дослідження з використанням моделей надійності. Як приклад, можна відзначити широке використання моделі надійності грозозахисту для розробки схем грозозахисту повітряних ліній і ПС.