Разработка методики определения параметров ремонтного потока кабелей 6-10 кВ крупного промышленного предприятия для повышения эффективности службы эксплуатации

Проблема ремонта электрооборудования и электрических сетей возникла еще в XIX веке, во время процесса индустриализации. Уже в первых проектах периода 1926 — 1931 гг. Магнитогорского и Кузнецкого металлургических заводов, Сталинградского транспортного, Березниковского и Бобриковского химических комбинатов, Уралмаша и Ростсельмаша отдельным пунктом предусматривалось создание проектов электроремонтных цехов, участков и отделений. Разрабатывалась и сама организация эксплуатации, ремонта внутризаводского электроснабжения, цехового электрооборудования и сетей [1]. В 1936 г. Наркомтяжмашем был издан приказ о создании системы ППР, где применительно к черной металлургии были установлены текущие ремонты и техническое обслуживание, выполняемые цеховым персоналом, средние и капитальные ремонты, выполняемые централизованными службами.

Непрерывный рост электровооруженности производственных процессов современного предприятия приводит к постоянному увеличению количества установленного электрооборудования и его усложнению. Это актуализирует проблему обслуживания и ремонта установленного электрооборудования и электрических сетей. Проблема электроремонта со временем не может быть снята. Увеличивается передаваемая мощность, следовательно, увеличивается и количество используемых кабелей [2]. В эксплуатации имеется большое количество вводов и отходящих линий 6−10 кВ пятого (ГПП, ПГВ) и четвертого (цеховые РП-10 (6)кВ) уровня системы электроснабжения. Много вводов, которые передают и получают энергию по двум-четырем кабелям. Это, разумеется, повышает вероятность отказов системы. Учитывая, что основой надежного электроснабжения потребителей электрической энергии являются безаварийность и долговечность кабельных линий [3, 4], актуально выполнить анализ существующего положения и разработать методику, обеспечивающие повышение эффективности системы обслуживания.

С начала 90-х в связи с общим падение производства отмечался некоторый спад объёмов ремонтных работ. Однако, начиная с 1996 г., вновь проявляется повышение интереса к электроремонту. Это нашло отражение в завершении в 1997 г. строительства на Западно-Сибирском металлургическом комбинате крупного ремонтного цеха, приобретении балансировочного оборудования (фирма «Диамех»), поставке в Россию австрийского пропиточного оборудования. При этом нет единой концепции производства, направленной на поддержание оптимальной унификации изделий, нет контроля над ассортиментом выпускаемой продукции [5]. Главная задача, поставленная перед ремонтными службами, является задача о комплексной механизации при проведении монтажно-ремонтных работ [6].

Актуальность ремонта и его прогнозирование связана с рядом факторов: 1) требования к надежности кабельных линий постоянно остаются высокими- 2) всегда существует вероятность аварийного выхода из строя кабельных линий- 3) ремонт менее материалоемок по сравнению с изготовлением нового кабеля- 4) при ремонте есть возможность оперативного ремонта электрического кабеля массовых серий.

По-прежнему острым остается вопрос об организационных формах ремонта кабельных линий. Успешная деятельность ремонтной службы требует необходимости исследования всего парка установленного электрооборудования, для прогнозирования всего спектра электротехнического оборудования, которое может поступить в ремонт. Решением проблемы определения сроков и объёмов различных видов ремонтов является применение методов статистического моделирования ремонтных потоков, что решит проблемы определения объемов и периодичностей различных видов ремонтов на предприятии.

Цель работы Исследование потока отказов радиальной кабельной сети пятого и четвертого уровней системы электроснабжения для разработки рекомендаций, позволяющих унифицировать сеть при инвестиционном проектировании, и системно воздействовать по видовым критериям на структуру множества кабелей при замене и модернизации элементов электрического хозяйства.

Поставленная цель предопределила необходимость решения следующих задач:

1. Анализ проблем обслуживания и ремонта кабельных линий среднего напряжения на промышленных предприятиях.

2. Адаптация методов моделирования надежности цеховой сети при анализе зависимости технологических факторов от отказов кабельных линий.

3. Исследование видовой структуры множества кабельных линий.

4. Разработка комплекса программных средств для создания информационной основы принятия решений при менеджменте электрохозяйства.

5. Исследование динамики временных рядов параметров потока отказов кабельных линий.

6. Разработка методики модернизации кабельной сети промышленных предприятий по видовым критериям.

7. Разработка методики прогнозирования периодичности, номенклатуры и объёмов технического обслуживания и ремонта кабельных линий.

Методы исследования основывались на положениях системного анализа, теории множеств, теории и случайных функций, методах математической статистики. Теоретические исследования сопровождались разработкой математических моделей, в том числе имитационных моделей с использованием современных средств вычислительной техники. При выполнении работы использованы нормативные и справочные материалы, материалы научно-технических конференций и семинаров.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях: 1. На основе проведённого системного анализа множества электрических кабелей 6−10 кВ, эксплуатируемых на предприятии химической промышленности, показано, что они образуют систему, ремонтные выборки которой различного объёма принадлежат к устойчивым гиперболическим Нраспределениям.

2. Для крупных химических объединений доказано несоответствие структур установленного и ремонтируемого оборудования.

3. Разработана методика учета статистических характеристик надежности электрооборудования для оценки вероятного влияния характеристик отказа на технологический процесс путём декомпозиции множества кабельных линий по предложенным количественным критериям.

4. Доказана прогнозируемость только полугодовых и годовых выборок ремонтного потока кабелей, что меняет подходы к планированию и требуемым складским резервам при невозможности обоснованной перспективной оценки параметров на квартал.

5. Предложена методика модернизации кабельной сети действующего предприятия по видовым критериям воздействием на видовое разнообразие множества высоковольтных кабелей.

6. Доказано отсутствие корреляции между степенью загруженности технологического оборудования, определяемой заявленной мощностью предприятия, и наблюдаемой интенсивностью отказов кабелей для химических объединений в настоящий момент времени.

7. Разработана методика прогнозирования параметров входного ремонтного потока кабельных линий крупного промышленного предприятия, позволяющая обосновано планировать сроки и объемы ремонтных мероприятий.

Практическая ценность заключается в возможности использования полученных моделей, методик для достоверного прогнозирования выхода в ремонт кабельных линий крупных промышленных предприятийразработанном программном комплексе, создающем информационную основу принятия решений по электроремонту.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 115 страницах машинописного текста с таблицами и иллюстрациями. Список использованной литературы включает 108 наименований работ. Приложение представлено на 34 страницах. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения.

Во введении обосновывается актуальность проблемы, и формулируются цели работы.

В первой главе рассмотрено состояние и тенденции развития электрического ремонта на современных промышленных предприятиях. Показано усложнение эксплуатации кабельных линий вследствие повышения специализации и сложности технологических процессов. Проанализированы методы планирования периодичностей ремонтных мероприятий.

Во второй главе проанализированы существующие методы прогнозирования. Сформулированы необходимые и достаточные, для решения задач электрического ремонта кабельных линий крупных промышленных предприятий, признаки кабелей как элементы системы (номинальный ток, сечение, марка) при достаточном признаке для принятия решения по замене кабеля в качестве номинального тока. Рассмотрены различные математические модели описания системы высоковольтных кабелей. В результате исследования информационных потоков химического объединения разработана структура автоматизированной системы обработки информации (АСОИ), которая создает информационную основу для принятия обоснованных решений по электроремонту.

В третьей главе на основе статистического анализа получена принадлежность эмпирических распределений (выборок установленного и ремонтируемого оборудования различного объёма) к виду устойчивых Н-распределений. Доказана принадлежность случайных функций временных рядов параметров ремонтного потока (численность серий одинаковых кабелей) к классу стационарных эргодических процессов. Построена модель прогнозирования параметров ремонтного потока экстраполяционными методами (аппроксимация временных рядов, методы авторегрессии, экспоненциальное сглаживание). Получено подтверждение проведением машинного эксперимента адекватности разработанных моделей и корректности прогнозирования макропоказателей ремонтного потока (общее число изделий, общая трудоемкость ремонта) при невозможности обоснованной оценки на перспективу численности кабелей конкретного вида. Разработана методика учета статистических характеристик надежности электрооборудования для оценки вероятного влияния характеристик отказа на технологический процесс путём декомпозиции множества кабельных линий по предложенным количественным критериям.

В четвертой главе представлен программный комплекс, включающий в себя банк данных по кабельной продукции (установленные кабели химического объединения, каталожные данные по предлагаемым на рынке кабелям) и программные средства управления им. Рассмотрены программные средства для автоматизированного ведения документооборота электроремонта (заполнение ремонтных карт, составление планов ППР, смет). Для крупного химического объединения доказано несоответствие структур установленного и ремонтируемого оборудования. Разработана методика прогнозирования серий высоковольтных кабелей входного ремонтного потока химического объединения. Обоснована методика модернизации кабельной сети действующего предприятия по видовым критериям воздействием на видовое разнообразие множества высоковольтных кабелей. Для разработанной методики прогнозирования проведен машинный эксперимент, подтверждающий работоспособность с приемлемой точностью предложенных методов.

В заключении обобщаются основные результаты работы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на научно-технических конференциях, на научных семинарах кафедры «Электроснабжения промышленных предприятий» Московского Энергетического Института (Технического Университета), Новомосковского химико-технического Университета им. Д. И. Менделеева в 2000;2002гг.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 печатные работы.

7−10].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. При современном уровне и тенденциях развития для большинства предприятий (вследствие повышения специализации и сложности технологических процессов, старения кабельных сетей, увеличения сложности эксплуатации кабельных линий) актуальны вопросы оптимизации электроремонта, который, включая профилактику и модернизацию для действующих промышленных предприятий является эффективной мерой повышения надежности функционирования технологических процессов.

2. Показана применимость математического аппарата Н-распределения для моделирования ремонтных потоков высоковольтных кабелей для крупного промышленного химического объединения и статистически определена принадлежность эмпирических распределений (выборок установленного и ремонтируемого оборудования различного объёма) к виду устойчивых Н-распределений с характеристическими параметрами: а=0-г2, (3=1+3.

3. Доказана принадлежность случайных функций временных рядов параметров ремонтного потока (численность серий одинаковых по наименованиям и сечениям кабелей) к классу стационарных эргодических процессов и построена модель прогнозирования параметров потока экстраполяционными методами (аппроксимация временных рядов, методы авторегрессии, экспоненциальное сглаживание), адекватность которой подтверждена результатами машинного эксперимента прогнозирования макропоказателей ремонтного потока (общее число изделий, общая трудоемкость ремонта) при невозможности обоснованной оценки на перспективу численности кабелей конкретного вида.

4. Установлено, что необходима разработка централизованной в рамках предприятий нормативной и информационной базы, являющейся основой принятия решений при менеджменте электрохозяйством и для которой, на основе исследования информационных потоков химического объединения, разработана структура автоматизированной системы обработки информации и создан программный комплекс, включающий в себя банк данных по кабельной продукции (установленные кабели химического объединения, каталожные данные по предлагаемым на рынке кабелям), программные средства управления им и автоматизированного ведения документооборота элетроремонта (заполнение ремонтных карт, составление планов ППР, смет).

5. Разработана методика учета статистических характеристик надежности электрооборудования для оценки вероятного влияния характеристик отказа на технологический процесс путём декомпозиции множества кабельных линий по предложенным количественным критериям.

6. Разработана методика прогнозирования серий высоковольтных кабелей входного ремонтного потока химического объединения при выявленной необходимой глубине предыстории шесть лет и годовой выборке как наиболее репрезентативной для построения обоснованного прогноза на основе методики модернизации кабельной сети действующего предприятия по видовым критериям воздействием на видовое разнообразие множества высоковольтных кабелей.

7. Для крупных химических объединений доказано несоответствие структур установленного и ремонтируемого оборудования и обоснована методика модернизации кабельной сети действующего предприятия по видовым критериям воздействием на видовое разнообразие множества высоковольтных кабелей.