CC BY
85
ANALIZA FIABILITAJII SISTEMELOR ELECTRICE DE
DISTRIBUTE Popescu V.
Universitatea Agrara de Stat din Moldova
Rezumat. Sistemele de distribute a energiei electrice sunt o parte de baza ale sistemelor electroenergetice §i problema fiabilitatii acestor sisteme la etapa actuala constituie o problema cheie privind dezvoltarea electroenergeticii §i necesita o deosebita atentie. Functionarea sistemelor de distribute este insotita de o serie de factori cu caracter aleatoriu care produc un numar mare de intreruperi neplanificate. Cercetarile efectuate au demonstrat, ca factorii predominant care au o influenza semnificativa asupra fiabilitatii sistemelor de distribute sunt: condi^iile climaterice (39,7%), defectele in echipamente (25%) §i factorii aleatorii necunoscuti ( 20,1%). Acest articol este consacrat studiului comportamentului §i estimarea influentei factorilor aleatori asupra indicatorilor de fiabilitate a sistemelor electrice de distribute preponderent rurale.
Cuvinte-cheie: fiabilitatea sistemelor; asigurarea fiabilitatii; sisteme electrice de distribute; indicatori de fiabilitate; factori aleatori de influenta.
RELIABILITY ANALYSIS OF POWER DISTRIBUTION SYSTEMS
Popescu V.
Agrarian State University of Moldova Abstract. Power distribution systems are basic parts of power systems and reliability of these systems at present is a key issue for power engineering development and requires special attention. Operation of distribution systems is accompanied by a number of factors that produce random data a large number of unplanned interruptions. Research has shown that the predominant factors that have a significant influence on the reliability of distribution systems are: weather conditions (39.7%), defects in equipment(25%) and unknown random factors (20.1%). In the article is studied the influence of random behavior and are presented estimations of reliability of predominantly rural electrical distribution systems.
Keywords: reliability of distribution systems; reliability of electrical equipments, electrical networks, reliability indicators; the influence of outward and inward factors.
АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Попеску В. С.
Государственный Аграрный Университет Молдовы Аннотация. Системы распределения электроэнергии являются основной частью энергосистемы и надежность этих систем в настоящее время является ключевым вопросом для развития энергетики. Эксплуатация распределительных систем сопровождается целым рядом явлений, которые обусловливают большое число случайных и незапланированных перерывов в электроснабжении потребителей. Исследования показали, что преобладающие факторы, которые оказывают существенное влияние на надежность системы распределения являются: погодные условия (39,7%), дефекты оборудования (25%) и неизвестные случайные факторы (20,1%). Данная статья посвящена изучению влияния случайного поведения и оценки надежности электрических систем распределения электрической энергии, преимущественно в сельской местности.
Ключевые слова: надежность распределительных электрических сетей; надежность
электрооборудования; показатели надежности; вероятностные факторы.
Introducere
Procesul de producere-transport-distribute-utilizare a energiei electrice are loc prin intermediul sistemelor electroenergetice [1,4]. Sistemele de distribuée sunt o parte componentâ a acestui lan{ §i participa nemijlocit la realizarea unei etape de bazâ a procesului sus-numit §i anume - distribuya energiei electrice. Alimentarea cu energie electricâ a
consumatorilor atît agricoli, cît §i industriali, este într-o dependentâ strictâ de functionarea acestor sisteme §i de aceea rolul lor în acest context este indiscutabil.
La etapa actualâ procesul de distributie a energiei electrice este însotit de multe probleme, dintre care problema- cheie este cea a fiabilitâtii de alimentare cu energie electricâ a tuturor consumatorilor, câreia trebuie sâ-i acordâm o deosebitâ atentie.
Este necesar de mentionat câ consumatorii agricoli, din punct de vedere geografic a amplasârii lor, se gâsesc pretutindeni atît în mediul rural, cît §i-n cel urban, de aceea alimentarea cu energie electricâ a consumatorilor, indiferent de aparteneta lor se face prin intermediul sistemelor de distribuye cu aceliaçi particularitâti §i proprietâti comune ca §i pentru consumatorii din localitâtile urbane [2,3].
Regimurile de functionare ale sistemelor de distributie a energiei electrice sunt influentate de o serie de factori, dintre care unii pot fi monitorizati, iar altii nu. Din punct de vedere a aparitiei lor aceçti factori sunt cu caracter aleatoriu §i pot fi de provenientâ internâ sau externâ. Estimarea influentei acestor factori asupra variatiei indicatorilor de fiabilitate privin §i indicatorul de fiabilitate rezultantâ ( generalizat) constituie o importantâ primordialâ pentru determinarea mâsurilor de sporire a nivelului de sigurantâ în functionarea elementelor componente din sistemele de distribute.
Problema çi metodologia efectuarii investigafiei
Pentru a evalua fiabilitatea sistemelor de distributie a energiei electrice au fost cercetate pe parcursul a 5 ani (2006-2010) toate sistemele de distributie cu tensiunea de 6 §i 10 kV din Republica Moldova. Au fost analizate §i studiate sistemele de distributie în conformitate cu amplasarea lor teritorialâ - geograficâ din întreaga tarâ. Mai minutios s-au studiat 5 sisteme, fiind caracteristice pentru Republica Moldova, reieçind din amplasarea lor în diferite zone geografice. La efectuarea cercetârilor s-au înregistrat timp de 5 ani de studiu toate întreruperile care au avut loc în alimentarea cu energie a consumatorilor: aleatorii, planifícate, manevre.
Reieçind din acestea au fost selectate §i analizate toate întreruperile aleatorii care au fost cauzate de diferiti factori de influentâ. Aceste întreruperi s-au analizat pentru fiecare sistem în parte pentru toatâ perioada de studiu (5 ani). Întrucît lungimea sumarâ a retelelor de distributie cu tensiunea de 6 §i 10 kV este diferitâ pentru fiecare sector în parte, s-a considerat oportun de-a utiliza valori specifice ale masivelor de date initiale primare, de exemplu, care sunt raportate la una sutâ km de retea electricâ. Procesarea §i prezentarea în a§a mod a datelor initiale a permis crearea unei baze de date comparabile pentru toatâ comunitatea de retele electrice care include specificul întreruperilor monitorizate pentru perioada de analizâ de 5 ani.
Pentru prelucrarea datelor statistice au fost utilizate softurile specializate „Microsoft Excel“, ,, StatGraphics“, ,,Curve Expert“, ,,EasyFit 5.5 Professional“.
Schema de procesare a informafiei primare achizate
Deoarece procesul de evaluare a fiabilitâtii sistemelor de distributie este destul de anevoios §i include o multime de operatii pentru a sistematiza procesul de calcul s-a elaborat schema structuralâ de calcul al nivelului de fiabilitate, care este prezentatâ în fig.1.
Rezultatele analizei
Ca rezultat al cercetârilor au fost determinati factorii care au cauzat aparitia întreruperilor în alimentarea cu energie electricâ a consumatorilor §i care au influentat variatia indicatorilor
de fiabilitate pe diferite perioade (2006, 2007, 2008, 2009, 2010). Ace§ti factori s-au stabilit §i cercetat dupa modul de apari^ie a lor, funche de amplasarea geografica a sistemelor §i funche de sezon. In tabelul 1 se prezinta, ca exemplu, factorii stabili^i, care au determinat variaba indicatorilor de fiabilitate pe fiecare sistem in parte pentru perioada anului 2007.
Trebuie de men^ionat, ca analiza factorilor respectivi dupa frecven^a de apari^ie a intreruperilor cauzate, nu reflecta pe deplin influenza lor asupra fiabilita^ii echipamentelor instalate in sistemele de distribuye a energiei electrice. Acest fapt poate fi explicat prin aceea, ca orice intrerupere i cauzata de un factor oarecare n are o anumita durata Ti §i afecteaza un anumit numar de consumatori NCi. Totodata, cu cre§terea numarului de intreruperi pe un interval de timp determinat t, cauzate de factorii aleatori, are loc o variare semnificativa a indicatorilor de fiabilitate. De aceea fiecare factor are o pondere asupra indicatorilor de fiabilitate, reie§ind din numarul de intreruperi cauzate, de durata lor §i de numarul de consumatori afecta^i.
Figura 1. Schema structural de calcul al nivelului de fiabilitate
Tabelul /.Factorii aleatori care au cauzat intreruperile pe perioada anul 2007
Factorul Numarul de intreruperi
Sistemul 1 Sistemul 2 Sistemul 3 Sistemul 4 Sistemul 5 Media
Nr Denumirea Total % Total % Total % Total % Total % Total %
1 Condi^ii climaterice 7,10 15,79 13,41 20,64 5,89 12,02 2,84 4,17 6,05 12,81 7,06 12,88
2 Defecte in 10,99 24,43 16,01 24,63 19,73 40,26 21,80 32,05 8,45 17,91 15,40 28,10
echipamente
3 Defecte din cauza consumatorului 6,36 14,14 1,28 1,98 1,93 3,94 1,37 2,02 1,47 3,12 2,49 4,54
4 Factori necunoscuti 4,95 11,00 29,04 44,68 13,40 27,35 29,76 43,77 24,09 51,03 20,25 36,95
5 Acte de vandalism 1,41 3,14 0,77 1,19 1,87 3,82 1,83 2,69 0,54 1,15 1,29 2,35
6 Defecte în retelele de transport 0,18 0,39 0,28 0,43 2,28 4,64 2,52 3,70 0,25 0,52 1,10 2,01
7 Defecte la PDC-uri 12,37 27,49 1,75 2,69 0,94 1,91 4,12 6,06 0,59 1,25 3,95 7,21
8 Actiunea animalelor §i a päsärilor 0,11 0,24 1,03 1,58 0,62 1,27 0,41 0,61 3,93 8,33 1,22 2,23
9 Actiunea diferitor mecanisme 0,21 0,47 0,77 1,19 0,47 0,95 0,92 1,35 0,98 2,08 0,67 1,22
10 Avarii cauzate de vegetate 0,71 1,57 0,77 1,19 1,59 3,24 2,52 3,70 0,69 1,46 1,25 2,29
11 Calitatea energie electrice 0,07 0,16 0,08 0,12 0,12 0,25 0,09 0,13 0,05 0,10 0,08 0,15
12 Erori de exploatare 0,07 0,16 0,08 0,12 0,09 0,19 0,05 0,07 0,10 0,21 0,08 0,14
TOTAL 45 100 65 100 49 100 68 100 47 100 55 100
Tabelul 2. Coeficientii de pondere a factorilor aleatori asupra indicatorilor de fiabilitate (2006)
Factorii Valorile coeficientilor de pondere
Sistemul 1 Sistemul 2 Sistemul 3 Sistemul 4 Sistemul 5 Media
Nr. d/o Descrierea 6s & W 6s & W 6s & W 6s & W 6s & W Kp, %
1 Conditii climaterice 34,3 41,4 47,2 37,4 38,2 39,7
2 Defecte în echipamente 22,5 26,2 22,1 28,8 25,2 25,0
3 Factori necunoscuti 23,9 20,1 17,0 19,0 20,4 20,1
4 Acte de vandalism 4,5 3,8 4,2 4,8 5,0 4,5
5 Defecte în retelele de transport 2,8 2,4 4,5 1,8 4,2 3,1
6 Defecte la PDC-uri 2,3 1,8 1,4 1,9 1,2 1,7
7 Actiunea animalelor §i a päsärilor 2,2 0,5 0,3 1,2 1,8 1,2
8 Actiunea mecanismelor 2,3 1,4 0,2 1,3 2,1 1,5
9 Avarii cauzate de vegetatie 2,7 1,8 1,4 0,9 0,9 1,5
10 Defecte din cauza consumatorului 1,4 0,1 1,1 2,7 0,3 1,1
11 Calitatea energie electrice 0,5 0,3 0,4 0,1 0,5 0,4
12 Erori de exploatare 0,6 0,2 0,2 0,1 0,2 0,3
TOTAL 100 100 100 100 100 100
Ca exemplu, in continuare se prezinta expresii§le analitice utilízate pentru determinarea unui indicator de baza al fiabilitatii sistemelor de distribute §i anume durata medie de refuz Tmed. Pentru determinarea acestui indicator pe o perioada oarecare de timp t, reie§ind din influenza diferitor factori, s-a propus utilizarea rela^iei:
m p s t
E NClk-Tlk £ NC2!-T2! £ NC3 r-T3 r £ NCnv-Tnv
z,t,= ^--------------------------------------------+... + ----------- (1)
} NCt NCt NCt NCt
unde:
m
E NCk-Ti„
k _1 -------este durata medie a intreruperilor k, de durata Txk, produse de factorul aleator
f¡ §i care au afectat NClk consumatori;
P
I NCirT2,
"1k
P
KTr -2,
ll^------------este durata medie a intreruperilor l, de duratä T2l, produse de factorul aleator f2
§i care au afectat NC2l consumatori;
I NC,r-T„
—--------------este durata medie a intreruperilor r, de duratä T3r, produse de factorul aleator f3
NCt
§i care au afectat NC3r consumatori;
Y NC ■ T
/i nv nv
v=1
------------este durata medie a intreruperilor p, de durata Tnp, produse de factorul aleator
NCt
fn §i care au afectat NCnp consumatori.
Din aceasta expresie rezulta, ca exista posibilitatea estimarii cantitative a influen^ei factorilor depista^i asupra varia^iei indicatorului de fiabilitate analizat pe perioada cercetata. Datorita acestui fapt, reiese, ca orice factor precautat in parte are o pondere in valoarea finala a indicatorului analizat. Pentru durata medie a refuzului coeficien^ii de pondere k a
factorilor aleatori se vor determina pentru fiecare factor in parte cu ajutorul expresiilor:
- ponderea factorului fi in variaba indicatorului respectiv se va determina:
m
I NC,t-T,t
k =1_________
NC
k =------------------------------------C-----------------------------------100% =
Pi m p
""3r
k=1 l =1 r=1 v=1
I NCik-Tik +1 NC2i-T2i +1NC,r-T,r +...+1NCn, • T
r=1
NC,
m
I NCn-T
lk
i—1----------------------------------------------100%
I NC,k-T,k +1NC2, Ti +1 NCir Tir +... +1 NC„,-Tn,
k=1 l=1 r=1 v=1
m
- ponderea factorului f2 se va determina:
p
Z NC21 t i
k, =--------------------------1=---------------------------------------------100% (3)
p2 m p s t
Z N^kT + Z NC21-T1: + Z NC-„-t., +... + Z NCnv' Tv
k=1 1=1 r=1 v=1
- ponderea factorului f3 se va determina:
Z NC-,r Tr
k„ =------------------------------------------------------------------------------------^- -100% (4)
p3 m p s t
Z NCk-^k t Z NC,1 • T21 + Z NC., T., t... + Z NCm ■ T^„
"3r 3r
k=1 1=1 r=1 v=1
- ponderea factorului fn se va determina:
t
ZNC T
NCn v Tn v
kp, = --------------p--------^----------------------1------------100% (5)
ZNCk-^k t ZNC2rT2, t ZNClr-Tlr t... + ZNCnv ■ T^„
k=1 1=1 r=1 v=1
2006
■ Conditii climaterice
□ Defecte În echipamente
□ Factori necunoscuti
□ Acte de vandalism
□ Defecte În retelele de transport
□ Defecte la PDC-uri
3 Actiunea animalelor §i a
2008
le Conditii climaterice
□ Defecte În echipamente
□ Factori necunoscuti
□ Acte de vandalism
□ Defecte În retelele de transport
□ Defecte la PDC-uri
3 Actiunea animalelor çi a päsärilor
2007 ■ Conditii climaterice □ Defecte În echipamente □ Factori necunoscuti
□ Acte de vandalism □ Defecte În retelele de transport □ Defecte la PDC-uri □ Actiunea animalelor çi a päsärilor
2009
“Condi tii climaterice Defecte În echipamente
□ Factori necunoscuti
□ Acte de vandalism
□ Defecte În retelele de transport
□ Defecte la PDC-uri
□ Actiunea animalelor çi a päsärilor
П Actiunea mecanismelor
Fig. 2. Característica factorilor aleatori stabiliji pe diferite perioade
Utilizînd expresiile objinute au fost determina^ coeficienjii de pondere a factorilor aleatori în variaba indicatorului de fiabilitate examinat Tmed în sistemele cercetate pentru diferite perioade. În tabelul 2 se prezintâ, ca exemplu, valorile coeficienjilor calcula^ pentru anul 2006, din care rezultâ câ cea mai mare pondere în variai ia indicatorului calculat o au urmâtorii factori: condijiile climaterice 39,7 %, defectele în echipamente 25 % §i factorii necunoscuji 20,1 %.
În fig. 2 se prezintâ caracteristica factorilor aleatori pe diferite intervale de timp monitorizate. În baza acestor rezultate se poate constata, câ cei mai semnificativi factori care influenjeazâ modul de aparijie a întreruperilor aleatorii în sistemele de distribuée a energiei
electrice din Republica Moldova sunt: condi^ile climaterice, defecte in echipamente §i factorii cu caracter nedeterminat.
Concluzii
Din analiza rezultatelor ob^inute se poate de constatat, cä in sistemele electrice de distribuye din Republica Moldova au loc un numär mare de intreruperi aleatorii cauzate de influenza diferitor factori, care determinä nivelul de fiabilitate in alimentarea cu energie electricä a consumatorilor.
In baza expresiilor matematice ob^uinute s-au determinat coeficien^ii de pondere a factorilor aleatori, care confirmä cantitativ, cä cea mai mare pondere asupra indicatorilor de fiabilitate o au 3 factori: condi^iile climaterice - 39,7 %, defectele in echipamente - 25,0 % §i factorii aleatorii necunoscu^i - 20,1 %.
Bibliografie
[1] GOST 13109-97 Norm i cacestva electricescoi energii v sistemah electrosnabjenia obshevo naznacenia.i v tehnike , terminologia i opredelenia .Minsk 1997,31.:
[2] Erhan F.,Bazele teoretice ale electrotehnicii UASM, 2009, 675 p.
[3] Munteanu F. §.a. Ingineria disponibilitä^ii subsistemelor de distribute a energiei electrice.Editura Spectrum, Ia§i 1999, 254 p.
[4] Godunov S.A. Uravnenie matematiceskoi fizike. Nauka, 1982, 457 p.
[5] Erhan T. O^enca optimalimoi nadejnosti electroenergheticeschih sistem. Izvestia AN MSSR , seria fizico-matematiceschih nauc, 1983. Nr.1 p.53-57.
[6] Popescu V., Studiul proceselor tranzitorii inso^ite de arcul voltaic §i influien^a lor asupra flabilitä^ii sistemelor de distribute. Analele universitä^ii din Oradea, Romania, 2007, Fascicula de Energiticä, Nr. 13, p. 60-63.
[7] Felea I., Dzi^ac Simona, Fiabilitatea Echipamentelor §i Sistemelor Energetice. Editura Universitä^ii din Oradea, 2006, 290 p.
Popescu Victor Serghei, lector superior universitär al catedrei „ Electrificarea §i automatizarea mediului rural”, Universitatea Agrarä de Stat din Moldova. Interesele ¡jtiintifice se aflä in planul determinärii fiabilitätii sistemelor de distribute, auditul energetic al consumatorilor din sectorul agrar §i a intreprinderilor de prelucrare a productiei sectorului agrar. Autor §i coautor a 24 de lucräri ¡jtiintifice §i metodico-didactice §i o serie de articole ¡jtiintifice publicate in reviste recenzate, raporturi la Conferшnte §tiintifice Internationale. E-mail: vspopescu @mail.ru
Попеску Виктор Сергеевич, старший преподаватель кафедры „Электрификация и автоматизация сельского хозяйства”, Государственного Аграрного Университета Молдовы. Научные интересы -надежность электроснабжения потребителей и энергоаудит у сельскохозяйственных потребителей и в перерабатывающей промышленности, определение энергоемкости при производстве и первичной переработки сельскохозяйственной продукции. Автор и соавтор 24 научных и методических работ, научных статей, опубликованных в рецензируемых журналах и докладов на различных Международных научных конференциях. E-mail: vspopescu @mail.ru.
