Выбор мероприятий и средств повышения электробезопасности сельских распределительных сетей 10 кВ по многокритериальной модели

Актуальность темы

.

Состояние безопасности эксплуатации электроустановок в РФ в настоящее время достигло недопустимо низкого уровня, привело к необходимости включения системы жизнеобеспечения и защиты человека в Перечень критических технологий, утвержденный Президентом РФ 30 марта 2002 г.

В целом по России к началу 1990;х годов демографическая частота электротравматизма (количество электропоражений со смертельным исходом на 1 млн. населения в год) составила (30 — 40)-10″ 6, что более чем на порядок превышает аналогичный показатель развитых стран. Среднее значение этого показателя в настоящее время по 20 развитым странам не превышает 1-Ю" 6 и для Германии он составляет — 1-Ю'6, Испании — 0,96−10″ 6, Нидерландах — 0,42−10″ 6 [24].

За период с 1 января 2001 года по 1 мая 2005 года на энергоустановках организаций электроэнергетики Российской Федерации произошло примерно 49 000 несчастных случаев, из них 2529 тяжелых, смертельных и групповых [23]. За минувшее десятилетие (2000 — 2009 г. г.) почти половина (49%) несчастных случаев, связанных с электротравматизмом, привела к летальному исходу, а еще четверть (25%) — к тяжелым последствиям [100]. По официальным данным Ростехнадзора по сравнению с 2008 годом количество погибших на энергоустановках РФ в 2009 году возросло на 27% и составило 115 несчастных случаев со смертельным исходом, а в 2010 году число несчастных случаев достигло 126, в том числе в МРСК (ОАО) [40,62]. В 2011 году на объектах электроэнергетики за 9 месяцев произошло 156 аварий и 107 несчастных случаев со смертельным исходом (официальный сайт Ростехнадзо-ра).

В связи с высоким уровнем травматизма в статье 7 ФЗ «О техническом регулировании» говорится о потребности в разработке и обосновании минимально необходимого уровня электрической безопасности в целях защиты жизни и здоровья граждан, имущества физических и юридических лиц, государственного и муниципального имущества, охраны окружающей среды.

Обеспечение электробезопасности предусматривается в нормативно-технических документах на всех стадиях функционирования электроустановки, в том числе на стадии ее проектирования, монтажа и реконструкции — в технических условиях, в правилах устройства электроустановках и в соответствующих ГОСТ, например, в системе стандартов безопасности трудана стадии эксплуатации электроустановки — в действующих правилах технической эксплуатации, межотраслевых правилах по охране труда (правилах безопасности) при эксплуатации электроустановок, инструкции по применению и испытанию средств защиты и других соответствующих нормативно-правовых документах.

По оценке органов Ростехнадзора факторами роста травматизма явля1 ются снижение уровня квалификации и дисциплины электротехнического персонала, увеличение количества электроустановок, находящихся в неудовлетворительном техническом состоянии, имеющих опасные дефекты и низким уровнем автоматизации электрических сетей 10 кВ [23]. По статистике срок службы у (75 — 80)% сельских электрических сетей истек [55]. Обслуживание «ветхого» электрооборудования повышает риск травматизма и снижает уровень электробезопасности [26]. Темпы роста изношенного электрооборудования в настоящее время составляют 2 — 6% в год от общего количества, что увеличивает вероятность роста отказов электрооборудования и уменьшает надежность электроснабжения потребителей [37]. Если электрическая нагрузка в перспективе будет расти, а уровень квалификации и дисциплины персонала останется низким (неопределенная информация), то аварийность оборудования и травматизм еще более увеличится. Таким образом, слабая профессиональная подготовка и низкая дисциплина обслуживающего персонала, обусловленные экономическим и политическим положением в стране, привели к росту травматизма и некачественного обслуживания электроустановок персоналом. К незнанию и несоблюдению норм и правил работы в электроустановках в ряде случаев добавляется их игнорирование, а также незнание и недооценка опасности действия электрического тока. В результате снижается электробезопасность в системе электроснабжения. С другой стороны, физический и моральный износ оборудования, отсутствие современных средств автоматизации приводят к росту числа аварий и отказов оборудования, т. е. снижается надежность электроснабжения. Устранение повреждений, в свою очередь, требует не только профессионально грамотного, дисциплинированного обслуживающего персонала, но и рациональной, правильной организации эксплуатации электрооборудования со стороны руководящих работников [26,95]. Общеизвестно, что после начала эксплуатации оборудования его надежность и безопасность можно обеспечить только своевременно организованным качественным техническим обслуживанием. Таким образом, проблемы электробезопасности персонала и надежности электроснабжения взаимосвязаны: повышение надежности сетей обеспечивает снижение уровня травматизма, а грамотный и дисциплинированный персонал обеспечивает надежную работу электроустановок.

Учитывая изложенное, можно утверждать, что для повышения электробезопасности сельских электрических сетей 10 кВ необходимо внедрять комплекс организационных и технических мероприятий и средств, одновременно повышающих как электробезопасность персонала, так и надежность электроснабжения. Поэтому тема диссертации является актуальной.

Целью работы является разработка методики многокритериального выбора мероприятий и средств повышения электробезопасности сельских электрических 10 кВ в условиях неопределенности информации.

Достижение поставленной цели диссертации осуществляется решением следующих задач:

1. Анализ травматизма и его причин в распределительных электрических сетях 10 кВ в РФ. р лч.

4, и|.

Л I.

2. Разработка вариантов (стратегий) комплекса организационных и технических мероприятий и средств повышения электробезопасности электрических сетей 10 кВ на основе анализа причин электротравматизма, существующего уровня организации эксплуатации электрических сетей, технического состояния, повреждаемости и аварийности электрических сетей.

3. Выбор и обоснование частных критериев оценки мер электробезопасности электрических сетей 10 кВ.

4. Поиск и обработка дополнительной информации для снятия неопределенности информации о факторах, влияющих на электробезопасность электрических сетей 10 кВ.

5. Проведение имитационного моделирования, расчет частных критериев и выбор оптимального варианта.

Объект исследования: сельские распределительные сети 10 кВ на примере Борисоглебских районных распределительных электрических сетей (РЭС) ОАО «МРСК Центра» — «Воронежэнерго».

Предмет исследования: применение методов многокритериальной оптимизации при выборе мероприятий и средств повышения электробезопасности распределительных электрических сетей 10 кВ в условиях неопределенности информации.

Методы исследования базируются на использовании методов математической статистики, математического и имитационного моделирования, системного анализа, многокритериальной оптимизации, теории электроснабжения сельского хозяйства, теории принятия решений.

Научная новизна состоит в том, что разработана методика многокритериального выбора мероприятий и средств повышения электробезопасности сельских распределительных сетей 10 кВ с учетом надежности электроснабжения потребителей и неопределенности информации одновременно по двум факторам, влияющих на электробезопасность электрических сетей, включающая следующие результаты:

1. Установлена взаимосвязь надежности электроснабжения потребителей и электробезопасности: с повышением надежности электрических сетей повышается электробезопасность, и наоборот.

2. Разработаны варианты (стратегии) комплекса мероприятий и средств повышения электробезопасности сельских распределительных сетей 10 кВ с учетом надежности электроснабжения потребителей и неопределенности информации: применение защищенных проводов, секционирование и автоматизация электрических сетей, повышение класса напряжения.

3. Обоснованы и определены математические модели частных критериев оценки электробезопасности: уровень травматизма персонала, степень износа электрооборудования в зависимости от числа лет эксплуатации ВЛ 10 кВ, уровень надежности электроснабжения и технико-экономические затраты на реализацию стратегии.

4. Получена и обработана дополнительная информация от 11 экспертов РЭС Борисоглебский ОАО «МРСК Центра» — «Воронежэнерго» для снятия неопределенности информации о факторах, влияющих на электробезопасность электрических сетей: рост электрической нагрузки на перспективу 10 лет и уровень профессиональной подготовки и дисциплины персонала.

5. Проведено имитационное моделирование электрических сетей 10 кВ РЭС Борисоглебский, выполнены расчеты частных критериев рассматриваемых стратегий с учетом двух факторов неопределенности среды (информации) и осуществлен выбор оптимальной стратегии по оценочному мультипликативному функционалу и критерию Байеса. Оптимальной стратегией является применение воздушных линий с защищенными проводами (ВЛЗ, СИП-3).

Практическая значимость работы и ее реализация состоит в том, что по разработанной многокритериальной методике в условиях неопределенности информации рекомендован научно обоснованный выбор мер повышения электробезопасности распределительных электрических сетей.

10 кВ с учетом обеспечения требуемого уровня надежности электроснабжения.

Результаты внедрения диссертационной работы для РЭС Борисоглебский ОАО «МРСК Центра» — «Воронежэнерго» и ООО «Щербинские электросети» Московской области позволяют рекомендовать применение ВЛЗ, СИП-Здля повышения надежности и электробезопасности сетей.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Международной научно-практической конференции «Инновационные энергоресурсосберегающие технологии в АПК» 2012 г., г. Москва, а также на семинарах в рамках программы «Нормы и правила работы в электроустановках потребителей электрической энергии и энергоснабжающих организаций» для слушателей НОУ ВПО МИЭЭ.

На защиту выносятся:

1. Установленная взаимосвязь электробезопасности и надежности электроснабжения потребителей.

2. Разработанная методика многокритериального выбора мероприятий и средств повышения электробезопасности сельских распределительных сетей 10 кВ с учетом надежности электроснабжения потребителей.

3. Частные критерии оценки стратегий повышения электробезопасности с учетом обеспечения требуемого уровня надежности электроснабжения потребителей.

4. Оценка состояния среды функционирования СЭС (неопределенная информация), влияющей на уровень электробезопасности электрических сетей.

5. Способ свертки частных критериев оценки в единый оценочный функционал и критерий выбора оптимального решения.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ: 1. Горбунова, Н. Р. Выбор мероприятий и средств повышения электробезопасности в электрических сетях 0,38−10 кВ по многокритериальной модели /.

Н.Р. Горбунова // Энергобезопасность и энергосбережение. — 2012 .№ 2. -С. 11−14.

2. Белов, С. И. Многокритериальная оценка стратегий повышения средств электробезопасности сельских электрических сетей 0,38−10 кВ / С. И. Белов,.

H.Р. Горбунова, Т. Б. Лещинская // Вестник ФГБОУ ВПО МГАУ. — 2012. — №.

I.-С. 12−15.

3. Белов, С. И. Дополнительная информация при выборе мероприятий и средств повышения электробезопасности системы электроснабжения (СЭС) 0,38−10 кВ по многокритериальной модели / С. И. Белов, Н. Р. Горбунова, Т. Б. Лещинская // Вестник ФГБОУ ВПО МГАУ — 2012. — № 2. — С. 13 — 15.

4. Лещинская, Т. Б. Многокритериальная оценка и выбор мероприятий и средств повышения электробезопасности сельских распределительных сетей 10 кВ (Монография) / Т. Б. Лещинская, С. И. Белов, Н. Р. Горбунова. — М.: ФГБОУ ВПО МГАУ, 2012. — 136 с.

Структура и объём работы: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения, библиографического списка из 105 наименований. Общий объем работы — 140 страниц, в том числе 20 рисунков, 37 таблиц и 8 приложений.

Выводы по главе 3.

1. Для существующих электрических сетей, имеющих высокий физический и моральный износ, вероятный рост электрической нагрузки (в соответствии с данными Энергетической стратегии России до 2020 г.) приведет к росту числа отказов элементов электрических сетей. Следовательно, снизятся надежность электроснабжения потребителей и электробезопасность персонала с ростом объема работ. Распределение вероятностей по росту нагрузки для расчетных сетей РЭС Борисоглебский получено экспертным путем.

2. На уровень электробезопасности сетей существенное влияние оказывает уровень состояния охраны труда в организации, зависящий от соблюдения персоналом правил безопасности, правил технической эксплуатации электроустановок и производственной дисциплины. Работа по охране труда считается удовлетворительной, если коэффициент безопасности труда находится в пределах от 0,71 до 0,85. Для РЭС Борисоглебский эксперты определили коэффициент безопасности труда 0,6, что характеризует работу с персоналом как неудовлетворительную.

3. Имитационное моделирование РЭС Борисоглебский и расчеты частных критериев выполнялись при условии повышения надежности электроснабжения потребителей и электробезопасности электрических сетей в условиях неопределенности информации одновременно по коэффициенту роста электрической нагрузки и коэффициенту безопасности труда.

4. Свертку частных критериев в единый оценочный функционал для задач оптимизации СЭС по многокритериальной модели целесообразно проводить мультипликативным способом на основе справедливой относительной уступки. Свертка выполнена при условии одинаковой важности всех частных критериев.

5. Выбор оптимального решения при заданных распределениях состояний среды осуществлен по критерию Байеса по условию минимума математического ожидания оценочного функционала, так как выбранные показатели частных критериев должны стремиться к минимальным значениям.

6. Наименьшее значение критерия Байеса соответствует оптимальной стратегии (р^ — применение защищенных проводов, СИП-3. Коэффициент частоты общего травматизма уменьшается примерно в 3 раза, а недоотпуск электроэнергии — более чем в 3 раза по отношению к исходному варианту. Следовательно, надежность и электробезопасность одновременно повышаются примерно в 3 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Анализ травматизма в электроустановках показал, что наибольшее число травм наблюдается при работах на ВЛ от действия электрического тока у электромонтеров, имеющих высокую группу по электробезопасности. В распределительных сетях 10 кВ рост электротравматизма обусловлен низким уровнем квалификации, подготовки и производственной дисциплины персонала, а также высокой степенью износа электрооборудования и низким уровнем автоматизации электрических сетей. Установлена взаимосвязь электробезопасности и надежности электроснабжения потребителей на основе анализа роста электротравматизма и увеличения частоты и времени отказов в СЭС: повышение надежности работы сетей приведет к снижению уровня травматизма, а грамотный и дисциплинированный персонал обеспечит надежную и безопасную работу электроустановок.

2. Разработана методика многокритериального выбора вариантов мероприятий и средств повышения электробезопасности распределительных сельских сетей 10 кВ с учетом надежности электроснабжения и неопределенности информации состояния среды. Для повышения электробезопасности сельских сетей обоснованы и выбраны варианты (стратегии): применение защищенных проводов, СИП-3- секционирование и автоматизация электрических сетейповышение класса напряжений В Л 10 кВ на напряжение В Л 35 кВ. Во всех предложенных стратегиях предусмотрено применение мероприятий, обеспечивающих повышение электробезопасности эксплуатации электрических сетей: подбор и подготовка кадров, обучение безопасным приемам работы, наставничество, рациональная организация работ, профилактические мероприятия, основанные на глубоком анализе несчастных случаев. Для сравнения рассматривается исходная схема существующей сети без изменений.

3. Частными критериями оценки рассматриваемых стратегий приняты: уровень травматизма в электроустановках, степень износа электрооборудования в зависимости от числа лет эксплуатации В Л 10 кВ, надежность электроснабжения потребителей и технико-экономические показатели. Для количественной оценки стратегий взяты: коэффициент частоты общего травматизма, коэффициент износа электрооборудования, недоотпуск электроэнергии потребителям из-за вероятных отказов В Л 10 кВ и дисконтированные затраты на реализацию стратегии.

4. Уровень электробезопасности электрических сетей зависит от состояния среды, в которой функционирует СЭС, информация о ней относится к неопределенной. Для снятия неопределенности получена и обработана дополнительная информация от экспертов РЭС Борисоглебский по росту электрической нагрузки на перспективу 10 лет, уровню подготовки, квалификации и производственной дисциплины обслуживающего персонала. Рассчитаны распределение вероятностей состояния среды по коэффициенту роста нагрузки и коэффициенту безопасности труда.

5. Выбор оптимальной стратегии повышения электробезопасности осуществлен по критерию Байеса — по минимуму математического ожидания оценочного функционала, полученного мультипликативным способом свертки частных критериев оценки. Оптимальной стратегией оказалась стратегия с применением защищенных проводов (ВЛЗ, СИП-3). Выбору предшествовало имитационное моделирование распределительных сетей 10 кВ РЭС Борисоглебский ОАО «МРСК Центра» — «Воронежэнерго» с расчетом матриц частных критериев для рассматриваемых стратегий при различных состояниях среды.

6. Секционирование и автоматизация сетей, повышение напряжения ВЛ обеспечивают снижение травматизма в электроустановках и повышение надежности электроснабжения потребителей, но в комплексе по частным критериям оказались менее предпочтительны. лл мД|>уж6и'.

Л Л. «Чари1 V-14 таг.

4P.

КФ Крылом" .

Д МРСК;

ФИЛИАЛ «аоРОНЕЖЗЧЕРГО. фияиая отрытого лшмнернвто общества >Ме*Фвг*снвль*эя мспреяег^апънаи сетевая ксалг-з**» Цекгря". я Ворокежэм"рл>".

Акт внедрения результатов диссертационной работы Горбуновой Надежды Романовны.

Выбор мероприятий и средств повышения электробезопасности сельских распределительных сетей 10 кВ по многокритериальной модели".

В ОАО «МРСК Центра» — «Воронежэнерго» в 2010;2011 годах для повышения надежности электроснабжения потребителей и уменьшения вероятности травматизма персонала в электрических сетях 10 кВ РЭС Борисоглебский ПС Губари на линиях 5 и 6 заменили неизолированные провода на СИП-3 в соответствии с методикой выбора мероприятий и средств повышения электробезопасности сельских распределительных сетей 10 кВ по многокритериальной модели, предложенной Горбуновой Н Р. в диссертационной работе.

В процессе эксплуатации ВЛ, выполненных СИП-3, повысились электробезопасность обслуживающего персонала и надежность электроснабжения потребителей. Ожидаемая экономия при применения СИП-3 от снижения эксплуатационных затрат, объема аварийно-восстановительных работ составляет не менее 700 тыс. руб./год.

Практическая значимость разработанной методики заключается в том, что при проектировании новых сельских электрических сетей или реконструкции существующих можно по данной методике обоснованно выбрать наилучший вариант исполнения электрической сети в целях повышения надежности и элеюробезопасности с учетом вероятного роста электрической нагрузки.

Заместитель генерального директора — директор филиала.

Общество с ограниченной ответственностью «Щербинские электросети».

Акт внедрения результате" диссертационной работы Горбуновой Надежды Романовны «Выбор мероприятий и средств повышения электробетопасности сельских распределительных сетей 10 кВ по многокритериальной модели».

В ООО «Щербинские псктросегн» для уменьшения вероятности травматизма персонала и повышения надежности элсктросгабжевш вдтртоитедей были выбраны меры по многокритсриаа ьно й модели, предложенной Горбуновой Н Р & диссертационной работе.

В результате применении в электрических сетях 6−10 кВ защищенных проводов СИП-3 повысились электробсзопэсносп. обслуживающего персонала, а также надежность электроснабжения потребителей. За счет снижения объема аварийно-восстаноннтслышх работ затраты на эксплуатационные расколы снизились в среднем на 14%.

Практическая значимость разработанной методики заключается «том, что при проектировании новых сельских электрических сетей или реконструкции сушсствуюашч можно по данной методике обоснованно кыбрать нанявший ирнант исполнения электрической сетм в «елях повышения надежности и •мсктробсзоиаодасп» с учетом вероятного роста хтсктрической нагрузки.

Генеральный директор

XX) «Щербинские электросети».