You are currently viewing Показатели надежности систем электроснабжения сельского хозяйства

Показатели надежности систем электроснабжения сельского хозяйства

Содержание

Одним из важных показателей любой системы электроснабжения является бесперебойность подачи электроэнергии, то есть ее надежность.

С этой точки зрения, среди сельскохозяйственных предприятий особого внимания заслуживают животноводческие комплексы и птицефабрики, где любое отключение может иметь последствия как для потребителя, так и самой энергетической системы.

Виды отключений в электрохозяйстве компаний:

  • Плановое служит для ревизии и ремонта оборудования.
  • Неожиданное или аварийное которое наносит ущерб в работе организации. 

По этой причине необходимо применять эффективные и экономически целесообразные меры по обеспечению оптимальной надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

Важность бесперебойного электроснабжения сельского хозяйства

Прекращение подачи электроэнергии приводит к срыву основных технологических процессов:

  • Доения.
  • Поения.
  • Кормления.
  • Перерыву в работе системы отопления и вентиляции (ОВ) комплекса.

Следовательно останов системы ОВ приводит к следующему:

  • Нарушается режим инкубации яиц.
  • Изменяется микроклимата в животноводческих помещениях.

На основании ранее проведенных исследований, были выявлены следующие негативные последствия для животноводческого комплекса, которые возникают при отключении электроснабжения: 

  • Прекращение кормления кур приводит к снижению способности откладывать яйца [1].
  • К снижению удоев приводят также стрессы животных, возникающие в результате отключения электроэнергии в процессе дойки.
  • При прекращении первичной обработки (охлаждении) молоко скисает: при температуре +25°С скисание молока начинается через 6 ч [1].
  • Перерыв в подаче воды приводит к снижению продуктивности животных, поэтому сокращение количества воды на 40% снижает удой на 16%.
  • Задержка в кормлении телят свыше 12 ч приводит к потере живой массы на 3-5%, суточное прекращение кормления — на 10%, а с прекращением поения — на 12-13%.
  • При пропуске доек, увеличении интервала между ними, переход на ручное доение снижают удои молока, а удой в полном объеме восстанавливается только через 7-8 дней, согласно работы [1], и при длительных перерывах возможна выбраковка коров.

Ухудшение микроклимата являются следующие факторы:

  • Изменение влажности.
  • Повышения или понижение температуры.
  • Особенно большой ущерб вызывает изменение температуры в инкубаторе.
  • Повышение концентрации газов (углекислого, аммиака, сероводорода) на свиноводческих и птицеводческих предприятиях является причиной снижения продуктивности, а в некоторых случаях причиной массовой гибели животных и птицы.

Надежность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей непосредственно связана с аварийными отключениями распределительных сетей, наибольшее число которых приходится на воздушные линии (ВЛ) напряжением 10 кВ [2].

Главной особенностью сельских электрических сетей является большая протяженность и разветвленность ВЛ напряжением 10 кВ и слабая оснащенность сельских сетей коммутационными аппаратами [3].

Известно, что для совершенствования технического обслуживания и собственно систем электроснабжения необходимо знать значения основных показателей эксплуатационной надежности.

В выполненных ранее исследованиях, в частности, в работах [1-4] в качестве показателей надежности ВЛ используется частота отказов:

  • ω=n/N.

Среднее временя устранения отказов работы электросети определяется по формуле:

Показатели надежности систем электроснабжения сельского хозяйства 1

Уровень надежности электроснабжения потребителей, присоединенных к сельским сетям, зависит от многих факторов и колеблется в значительных пределах.

Поэтому среднее значение показателя надежности для усредненных параметров систем электроснабжения не являются достаточно информативными и могут рассматриваться лишь для сопоставления систем электроснабжения различного назначения [5].

На основании изысканий в работе [5] следует отметить следующие закономерности:

  • Приведенные показатели надежности ВЛ в вышеуказанных источниках не могут в полном объеме отразить характеристики свойств, определяющих надежность системы электроснабжения.
  • Следует также заметить, что время восстановления отказов в сети электроснабжения не полностью отражает физические затраты времени на простой технологического оборудования животноводческого комплекса.
  • Касательно длительности времени восстановления после отказов, объясняется тем, что существенную часть времени простоя занимают подготовительно — заключительные операции при аварийном ремонте, то есть затраты времени на организацию работы.

Наиболее удобным показателем является параметр потока отказов, который определяется отношением числа отказавших элементов п в интервале (t, t+Δt) к числу элементов, находящихся под наблюдением, N(t), при условии, что все элементы, вышедшие из строя, заменяются работоспособными или восстанавливаются [5]:

Показатели надежности систем электроснабжения сельского хозяйства 2

Определение показателей надежности системы электроснабжения

Рассмотрим функционирование одиночного нерезервированного элемента, который может находиться в одном из двух состояний:

  • Е2 — элемент работоспособен (работоспособное состояние).
  • Е3 — элемент неработоспособен (состояние отказа).

Под воздействием потока отказов с интенсивностью λ элемент переходит из состояния Е2 в состояние Е3.

В свою очередь, под воздействием потока восстановлений с интенсивностью μ возвращается из состояния отказа в работоспособное состояние.

Граф переходов из одного состояния в другое с обозначением вероятностей переходов за время dt показан на рисунке 1:

Рисунок 1 – Функционирование одиночного элемента в разных состояниях
Рисунок 1 – Функционирование одиночного элемента в разных состояниях

где

  • Элемент по состояниям во времени (а).
  • Элемент размеченный графами состояний (б).
  • Е2 — работоспособное.
  • E3 — неработоспособное.

Система однородных дифференциальных уравнений Колмогорова для переходных вероятностей состояний, соответствующих графу на рисунке 1, имеет вид:

(1)

где

  • P2(t), Рз(t) — вероятности пребывания элемента в состояниях Е2 и Е3.

При достаточно большом времени t (t —> ꝏ) процесс переходов устанавливается и Р2 перестает зависеть от t.

Выполнив преобразования, приведенные в [6], получим для Р2 и Р3 следующие соотношения:

(2)

где

  • Величина Р2(ꝏ), по сути своей, это вероятность работоспособного состояния Р(Э) или другое ее название, коэффициент готовности.
  • Р3(ꝏ) — вероятность простоя или коэффициент простоя.

Для этой величины используют символ Р(П), имея в виду, что вероятности работоспособного состояния и простоя образуют полную группу событий:

  • Р(П)+Р(Э)=1.

Эти вероятности характеризует два состояния одновременно, то есть в системе (1) для каждой из этих величин присутствуют два показателя:

  • Наработка Т0.
  • Время восстановления ТВ.

Таким образом, отражая два состояния одновременно, каждый из этих показателей является комплексным.

Однако при расчете показателей надежности системы электроснабжения предприятия необходимо учитывать технологические особенности потребителя.

Для каждого технологического процесса, используемого как на сельскохозяйственных, так и на других предприятиях, существует допустимое (критическое) время аварийного простоя.

Это такое время, в течение которого отказ системы электроснабжения не приводит к значительному ущербу для предприятия.

Зная допустимое или критическое время простоя технологического процесса на предприятии ТД, время простоя при отказе i-го элемента системы электроснабжения можно определить как:

Показатели надежности систем электроснабжения сельского хозяйства 5
(3)

где

  • TBi — среднее время восстановления i-го элемента, ч.
  • ТД -допустимое (критическое) время перерыва электроснабжения.

Процесс функционирования одиночного элемента по состояниям с учетом уравнения (3) показан на рисунке 2:

Рисунок 2 – Функционирование одиночного элемента во времени по состояниям
Рисунок 2 – Функционирование одиночного элемента во времени по состояниям

где

  • Е2 — работоспособное.
  • Е3 — неработоспособное.

С учетом уравнения (3) и системы (2) получим следующий вид зависимостей:

(4)

где

  • Р3(Д)(ꝏ) — вероятность допустимого простоя.
  • Р3(А)( ꝏ) — вероятность аварийного простоя.

Вероятность простоя (аварийный простой) является удобным показателем для оценки надежности любой технической, технологической или электроэнергетической системы.

С помощью данного показателя можно просто получить экономическое выражение надежности в виде математического ожидания убытка от перерыва в работе из-за отказов таких систем.

Если среднее значение параметра потока отказов (интенсивность отказов) λ, 1/ч, и среднее время простоя на один отказ ta.cp известны, то вероятность простоя для одного элемента определяется из соотношения:

Показатели надежности систем электроснабжения сельского хозяйства 7

Для группы из n элементов получаем следующее выражение:

Математическое ожидание убытка получают из следующего соотношения:

где

  • Ц — цена продукции, руб.
  • Qг — часовая продуктивность, ед/ч.
  • Тгр — продолжительность работы в год, ч/год.
  • kф — коэффициент, учитывающий технологию производства продукции;
  • kс — коэффициент, учитывающий совпадение времени простоя с технологическим процессом.

Используя изложенный выше подход, можно определить показатели надежности системы электроснабжения для любого сельскохозяйственного предприятия.

Данная методология позволяет оценить необходимость применения специальных мер по повышению надежности электроснабжения, например за счет автономных источников, а также определить уровень ущерба, причиняемого предприятию отключениями электроэнергии.

Список литературы

  1. Прусс В.Л., Тисленко В.В., Повышение надежности сельских электрических сетей. — Л.: Энергоатомиздат. 1989.208 с.
  2. Фомичев В.Т., Юндин М.А., Показатели надежности сельских распределительных сетей // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2001. №8. С. 19-20.
  3. Куценко Г.Ф., Проблемы надежности электроснабжения потребителей агропромышленного комплекса в условиях развития рыночных отношений в электроэнергетике // Электрические станции. 2000. №9. С. 36-40.
  4. Юндин М.А., Показатели надежности электрических сетей 10 кВ // Техника в сельском хозяйстве. 2001. №6. С. 10-13.
  5. Зорин В.В., Тисленко В.В., Клеппель Ф., Адлер Г., Надежность систем электроснабжения. — К.: Высшая школа Головное издательство, 1984. 192 с.
  6. Разгильдеев Г.И., Надежность электромеханических систем и электрооборудования. — Кемерово: Кузбасский государственный технический университет, 2001. 176 с.
  7. Анализ электропотребления на животноводческих комплексах и птицефабриках Кемеровской области.
  8. Показатели надежности электрооборудования распределительных сетей 10-6-0,4 кВ.

Источник: Показатели надежности систем электроснабжения сельского хозяйства / Г.И. Разгильдеев, Р.А. Храмцов // Вестник КузГТУ. — 2005. — №3. — C. 32-34.

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org