CC BY
65
CARACTERISTICILE REFUZURILOR DIN RETELELE ELECTRICE
DE DISTRIBUTIE
9
Popescu V. (Universitatea Agrara de Stat din Moldova) vspopescu @mail.ru
Rezumat. La etapa de fata in retelele de distribute a energiei electrice au loc un numar semnificativ de refuzuri, conditionate de diferiti factori aleatori de influenta. Asigurarea continuitatii alimentarii consumatorilor cu energie electrica este o problema destul de actuala pentru sistemul electroenergetic republican. Pentru sporirea fiabilitatii retelelor de distributie este absolut necesar de cunoscut factorii de cauza a refuzurilor echipamentelor instalate §i caracteristicile acestora, in vederea unei planificari justifícate, din punct de vedere tehnic, a activitatilor serviciilor de exploatare. Aceasta lucrare este dedicata aprecierii comportamentului factorilor de influenta asupra procesului de distributie a energiei electrice §i elaborarii mecanismului de asigurare a continuitatii acestui proces.
Cuvinte-cheie: fiabilitatea retelelor electrice; indicatori de fiabilitate; factori aleatori de influenta; caracteristicile refuzurilor din retelele de distributie.
CARACTERISTICS OF FAULTS IN ELECTRIC DISTRIBUTION FACILITIES
V.Popescu Agrarian University of Moldova vspopescu@mail. ru
Abstract. There is a significant number of faults in the electric power distribution facilities, conditioned by various random factors. The level of reliability of electric supply is determined by the graph of electrical networks and the state of there components. To increase the reliability of distribution networks is absolutely necessary to know the factors that cause the faults of the installed equipment and their characteristics. It is presented method for analisys of reliability of distribution and transmission facilities.
Keywords: reliability of electrical networks; reliability indicators; the influence of outward and inward factors; caracteristics of faults in distribution facilities.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТКАЗОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
Попеску В.С.
Государственный Аграрный Университет Молдовы vspopescu@mail. ru
Аннотация. Надежность это одно из главных характеристик распределительных сетей и их составных элементов. Уровень надежности распределительных и питающих сетей определяется графом электрических сетей и состоянием составных элементов. Изменение структуры генерирующих узлов и рост их установленной мощности приводят к тому, что разные влияющие факторы влияют по-разному на устойчивость электроснабжения и могут привести и к полному отказу оборудования сетей. Изменение режима сети влияет и на условия работы установленного электрооборудования и на их эксплуатационную надежность. В работе представлен метод при помощи которого предлагается анализировать уровень надежность распределительных и питающих сетей.
Ключевые слова: надежность электрических сетей; показатели надежности; вероятные факторы; характеристик отказов распределительных сетей.
Introducere
Retelele de distributie a energiei electrice reprezinta ni§te sisteme complexe, care se afla intr-o dezvoltare continua [2,4]. Aceasta se explica prin faptul ca, datorita cerintelor socio-economice contemporane, apar un numar tot mai mare al consumatorilor noi de energie electrica §i aceasta conduce spre aparitia a mai multor noduri de sarcina, iar schemele structurale ale retelelor de distributie devin din ce in ce mai complicate. Acest lucru este binevenit in dezvoltarea social-economica a oricarui stat, insa, odata cu el apar noi cerinte §i probleme referitoare la asigurarea fiabilitatii retelelor de distributie. Sporirea in continuu a numarului de elemente componente ale schemelor structurale face ca sa sporeasca riscul de
aparitie a defectelor §i intreruperilor in alimentare cu energie electrica a consumatorilor, care provoaca daune semnificative. Asigurarea nivelului de fiabilitate da posibilitatea de a aduce speranta matematica a intreruperilor §i a daunelor la o valoare acceptabila, atat pentru consumatorii de energie electrica cat §i pentru retelele de distribuye. Aceasta problema poate fi solutionata prin determinarea comportarilor factorilor de influenta, care cauzeaza aparitia intreruperilor aleatorii §i conditioneaza pierderi economice.
La etapa actuala in retelele electrice de distributie, au loc un numar semnificativ de refuzuri care determina nivelul de fiabilitate in alimentarea cu energie electrica a tuturor consumatorilor, inclusiv §i acelora din sectorul agrar [1,3]. Stabilirea factorilor de cauza a acestor intreruperi §i determinarea caracteristicilor lor, permite de a elabora mecanismul de asigurare a continuitatii alimentarii cu energie calitativa a consumatorilor.
Numarul semnificativ de refuzuri al elementelor componente aduce complicatii destul de serioase la determinarea solutiilor in vederea asigurarii fiabilitatii retelelor electrice, de aceea pentru rezolvarea problemelor respective este necesar de analizat toate fenomenele ce insotesc procesul de distributie a energiei electrice [5-7]. ín prezent caracteristicile statistice ale refuzurilor, cauzele aparitiei §i impactul lor asupra fiabilitatii alimentarii consumatorilor cu energie electrica nu sunt studiate la nivelul stipulat de documentele in vigoare privind indicatorii de fiabilitate. Continuitatea alimentarii cu energie electrica a consumatorilor poate fi asigurata numai in baza de cunoa§tere profunda a fenomenelor ce insotesc acest proces, ceea ce permite o planificare justificata, din punct de vedere tehnic §i economic, a masurilor §i activitatilor serviciilor de exploatare a retelelor de distributie, in vederea asigurarii indicatorilor normati de fiabilitate.
Dezvaluirea problemei
Cercetarile asupra fiabilitatii retelelor de distributie au fost efectuate in baza retelelor din sistemul electroenergetic republican. Pentru a determina caracteristicile refuzurilor in functionare a echipamentelor conectate la retelele electrice au fost analizate §i studiate retelele de distributie din diferite zone geografice ale Republicii Moldova. ín baza datelor experimentale initiale cu privire la deconectarile din retelele electrice s-a propus schema de clasificare a intreruperilor, in conformitate cu care au fost selectate §i procesate toate refuzurile aleatorii conditionate de diferiti factori de influenta.
ín figura 1 se prezinta schema elaborata pentru clasificarea §i procesarea intreruperilor, care permite de a caracteriza refuzurile specifice in dependenta de fiecare factor de influenta (pentru fiecare sistem in functie de sezon).
Pentru aprecierea caracteristicilor refuzurilor din retelele electrice de distributie suportul metodo-logic §i teoretico-§tiintific a fost asigurat de: teoria grafelor §i a matricelor; teoria probabilitatii; metodele de analiza statistica §i procesare a datelor experimentale privind refuzurile in sistemele de distributie; teoria ecuatiilor liniare §i neliniare; modelarea matematica; tehnica de calcul cu soft-urile „Microsoft Excel“, „StatGraphics“, „Curve Expert“, „EasyFit 5.5 Professional“.
Procesarea informatiei caracteristice privind intreruperile in retelele examinate a fost efectuata in baza unui procedeu standard de analiza §i calcul, s-a propus conceptul unic de abordare metodologica generalizata pentru aprecierea indicilor de fiabilitate, prin utilizarea notiunii de unitate specifica de lungime (100 km de retea), care permite de a omogeniza §i compara refuzurile, pentru toate retelele electrice, indiferent de lungimea sumara a lor.
Utilizand schema de clasificare §i conceptul elaborat privind procesarea intreruperilor, au fost evidentiati 12 factori de cauza §i a fost determinata frecventa de aparitie a refuzurilor cauzate de fiecare factor aleatoriu, la 100 km de linie, pentru fiecare sistem in functie de sezon. ín tabelul 1 se prezinta rezultatele procesarii refuzurilor aleatorii care au avut loc sezonier in sistemele cercetate la 100 km de linie (exemplu pentru anul 2008).
Figura 1. Schema de clasificare a întreruperilor Tabelul 1. Rezultatele procesârii refuzurilor conditionate de factorii aleatori de influentâ
Factorii Numàrul sezonier al întreruperilor aleatorii specifice
Iarna Primàvara Vara Toamna Anual
Nr. Descrierea Total % Total % Total % Total % Total %
1 Conditii climaterice 3,16 14,37 4,07 29,08 3,47 16,54 2,56 21,37 13,3 19,2
2 Defecte în echipamente 6,49 29,48 4,67 33,39 6,95 33,12 3,63 30,25 21,7 31,5
3 Defecte din cauza consumatorului 1,46 6,62 0,59 4,21 0,99 4,70 0,26 2,19 3,3 4,8
4 Factori necunoscuti 7,61 34,58 3,75 26,79 7,07 33,66 3,74 31,14 22,2 32,1
5 Acte de vandalism 0,55 2,52 0,15 1,07 0,30 1,42 0,21 1,78 1,2 1,8
6 Defecte în retelele de transport 0,12 0,55 0,08 0,56 0,13 0,64 0,09 0,71 0,4 0,6
7 Defecte la PDC-uri 2,12 9,65 0,27 1,93 1,05 5,01 0,50 4,14 3,9 5,7
8 Actiunea animalelor si a pàsàrilor 0,13 0,61 0,14 1,01 0,25 1,18 0,15 1,24 0,7 1,0
9 Actiunea mecanismelor 0,11 0,52 0,12 0,86 0,19 0,91 0,13 1,12 0,6 0,8
10 Avarii cauzate de vegetatie 0,63 2,87 0,43 3,10 0,36 1,73 0,35 2,90 1,8 2,6
11 Calitatea energiei electrice 0,05 0,23 0,02 0,15 0,04 0,20 0,06 0,47 0,2 0,2
12 Erori de exploatare 0,04 0,16 0,01 0,10 0,02 0,10 0,03 0,24 0,1 0,1
TOTAL 22 100 14 100 21 100 12 100 69 100
Caracteristicile refuzurilor au fost examinate în baza urmâtorilor parametri: frecventa de aparitie, durata §i numârul consumatorilor de energie afectati. Toate acestea au dat posibilitatea de a simplifica calculul §i a stabili repartitiile întreruperilor pentru toti factorii aleatori de influentâ, în functie de frecventa de aparitie pe sistem §i sezon, care permit determinarea structurilor complexe §i de a trasa mâsurile de sporire a fiabilitâtii sistemelor de distributie.
În tabelul 2 se prezintâ parametrii repartitiilor stabilite a întreruperilor aleatorii, care apar sezonier la o unitate specificâ (100 km de retea) în retelele de distributie (numârul mediu de întreruperi, dispersia D, abaterea medie pâtraticâ o, coeficientul de variatie, numârul minim §i maxim de întreruperi, valorile marginale ale intervalului de încredere, coeficientii de asimetrie §i exces).
Ca rezultat al procesârii datelor experimentale s-a constatat câ întreruperile aleatorii din punct de vedere a aparitiei lor pe sistem §i sezon, se caracterizeazâ cu distributia Normalâ-Gaussianâ pentru toti cei 12 factori de influentâ. Acest fapt permite de a examina rezultatele privind procesarea refuzurilor ca un ansamblu de date compatibile, care apartin aceleia§i comunitâti.
Din punct de vedere a duratelor întreruperilor cauzate cei 12 factori de influentâ examinati au comportâri diferite. S-a constatat câ 9 din ei (acte de vandalism, actiunea animalelor si pâsârilor, actiunea diferitor mecanisme, avarii cauzate de vegetatie, calitatea energiei electrice, defecte din cauza consumatorilor, defecte în retelele de transport, defecte la PDC, factori neidentificati) se caracterizeazâ cu legea de distributie de tip Weibull, 2 factori (defecte în echipamente, conditii climaterice) au o distributie de tip Lognormal (3-parametri) §i un factor (erori de exploatare) are o distributie exponentialâ.
Tabelul 2. Parametrii repartitiilor refuzuri
or cauzate de factorii aleatori în functie de sezon
N. Factorii Num. Med. de intr. D o Coef. de var. Num. min. de intr. Num. max. de intr. Dia- pa- zon, intr. Lim. de jos, intr. Lim. de sus, intr. Coef. de asim. Coef. de exces Repartitia teoreticâ apropiatâ
1 Acte de vandalism 0,36 0,01 0,11 0,30 0,15 0,55 0,40 0,31 0,41 -0,37 -0,18 Normalâ
2 Actiunea animalelor §i pâsârilor 0,20 0,01 0,12 0,57 0,06 0,42 0,36 0,15 0,26 0,81 -1,12 Normalâ
3 Actiunea diferitor mecanisme 0,15 0,00 0,07 0,45 0,06 0,28 0,22 0,12 0,18 0,79 -0,63 Normalâ
4 Avarii cauzate de vegetatie 0,33 0,03 0,17 0,51 0,04 0,68 0,64 0,25 0,41 0,86 0,11 Normalâ
5 Calitatea energiei electrice 0,03 0,00 0,02 0,59 0,01 0,06 0,05 0,02 0,03 1,00 -0,80 Normalâ
6 Conditii climaterice 4,08 2,42 1,56 0,38 1,19 6,73 5,54 3,35 4,81 -0,27 -0,80 Normalâ
7 Defecte din cauza consumatorilor 0,84 0,14 0,37 0,44 0,26 1,61 1,35 0,66 1,01 1,03 -0,09 Normalâ
8 Defecte în 4,67 2,52 1,59 0,34 2,19 9,00 6,81 3,92 5,41 1,92 1,49 Normalâ
echipamente
9 Defecte în retele de transport 0,19 0,01 0,08 0,44 0,08 0,40 0,32 0,15 0,23 1,32 0,35 Normalä
10 Defecte la PDC 0,72 0,20 0,45 0,62 0,23 2,12 1,89 0,51 0,93 1,09 1,64 Normalä
11 Erori de exploatare 0,02 0,00 0,01 0,55 0,01 0,04 0,03 0,02 0,03 0,83 -1,24 Normalä
12 Factori neidentificati 4,49 3,54 1,88 0,42 2,05 9,64 7,59 3,61 5,37 1,36 1,66 Normalä
S-a constatai cä, dupä numärul de consumatori afectati, 10 factori se descriu cu legea de distributie de tip Weibull (acte de vandalism, actiunea animalelor §i päsärilor, actiunea diferitor mecanisme, avarii cauzate de vegetatie, calitatea energiei electrice, defecte din cauza consumatorilor, defecte în retelele de transport, defecte la PDC, defecte în echipamente, erori de exploatare), unul din ei (conditiile climaterice) se descrie cu modelul de tip Lognormal (3-Parametri) §i unul (factori neidenti-ficati) cu modelul Log-Logistic (3-Parametri).
În tabelul 3 se prezintä tipurile de legi teoretice ce determinä comportamentul factorilor de influentä dupä parametrii examinati.
În tabelul 4 sunt prezentate modele matematice elaborate §i parametrii lor, ce determinä legile de distributie experimentale §i cele teoretice ale întreruperilor aleatorii în functie de duratä, iar în tabelul 5 sunt prezentate modele matematice elaborate, care determinä legile de distributie a refuzurilor cauzate de factorii de influentä, în functie de numärul consumatorilor afectati.
Tabelul 3. Legile teoretice ce determinä comportamentul factorilor aleatori dupä parametrii _________________________________examinati________________________________________
Nr. Factorii Tipul legilor teoretice de distributie ale refuzurilor
Frecventa de aparitie pe sistem Frecventa de aparitie pe sezon Durata refuzurilor Consumatorii afectati
1 Acte de vandalism Normalä Normalä Weibull Weibull
2 Actiunea animalelor §i päsärilor Normalä Normalä Weibull Weibull
3 Actiunea mecanismelor Normalä Normalä Weibull Weibull
4 Avarii cauzate de vegetatie Normalä Normalä Weibull Weibull
5 Calitatea energiei Normalä Normalä Weibull Weibull
6 Conditii climaterice Normalä Normalä Lognormal 3-parametri Lognormal 3-Param.
7 Defecte din cauza consumatorilor Normalä Normalä Weibull Weibull
8 Defecte în echipamente Normalä Normalä Lognormal 3-parametri Weibull
9 Defecte în RT Normalä Normalä Weibull Weibull
10 Defecte la PDC Normalä Normalä Weibull Weibull
11 Erori de exploatare Normala Normala Exponentiala Weibull
12 Factori neidentificati Normala Normala Weibull Log-Logistic 3-Param.
Tabelul 4. Modele
e matematice ce determina legile de distributie a refuzurilor dupa durata
Nr. Factorii Modelul matematic Parametrii modelului matematic
a b c d
1 Acte de vandalism y=a-fce-CJf£i 539,34 536,02 3,54 -2,07
2 Actiunea animalelor §i pasarilor y = a- be~cxd 1611,64 1681,86 0,23 -0,56
3 Actiunea mecanismelor y = a - be'™* 275,12 271,17 4,46 -2,42
4 Avarii cauzate de vegetatie y *= a — be'™* 507,71 503,03 5,28 -2,29
5 Calitatea energiei electrice y = a- be-cxd 221,52 219,37 4,13 -2,18
6 Conditii climaterice c+-+c!n Ctr) y = e * 11,57 -3,40 -2,28 -
7 Defecte din cauza consumatorilor y = a- be~cx<i 1206,12 1196,70 3,24 -2,11
8 Defecte in echipamente 11,74 -3,97 -2,19 -
9 Defecte in retele de transport y = a — be~cxd 295,68 292,83 4,87 -2,28
10 Defecte la PDC y = a- be-“d 1167,29 1168,84 2,23 -1,80
11 Erori de exploatare b y = il<?^ 1,58 4,48 0,00 0,00
12 Factori neidentificati y = a - be-cxd 3663,49 3609,07 46,88 -2,94
Tabelul 5. Modelele matematice ce determina legile de distribute a refuzurilor în functie de
numarul consumatorilor afectati
________________________________2_
Nr. Factorii Modelul matematic Parametrii modelului matematic
a b c d
1 Acte de vandalism y = a - be~cxi 536,83 532,20 543529,85 -2,22
2 Actiunea animalelor si pasarilor y = a - be'™* 312,19 308,95 1701520,8 -2,39
3 Actiunea mecanismelor y = a — 265,37 262,20 106432,41 -2,20
4 Avarii cauzate de vegetatie y — ci — be~™d 536,87 534,68 31362,10 -2,10
5 Calitatea energiei y — a — be-“ 223,60 221,12 125087,27 -2,35
6 Conditii climaterice y = ea*^Ctn “ 23,52 -463,72 -2,40 -
7 Defecte din cauza consumatorilor y = a - be'™* 1274,46 1272,51 1597,60 -1,91
8 Defecte în echipamente y = a- be** 6701,21 6748,98 2285,59 -1,59
9 Defecte în RT y ~ n — be''** 292,31 289,20 675132,55 -2,34
10 Defecte la PDC y = a - brcxd 1103,55 1099,74 54475,74 -1,96
11 Erori de exploatare y = a- be'™* 104,71 104,92 467,17 -1,54
12 Factori neidentificati Q te + H il 3804,47 464,45 3,36 -
Reie§ind din caracteristicile efctuate asupra refuzurilor din retelele electrice s-au determinat criteriile §i valorile parametrilor necesari, care permit de a caracteriza influenta factorilor aleatori asupra fiabilitatii retelelor de distributie §i de a prognoza cu credibilitatea de 95% urmatorii indici: numarul a§teptat de refuzuri pe sistem; numarul a§teptat de refuzuri pe sezon; duratele refuzurilor; numarul de consumatori care pot fi afectati. Acest fapt permite de a elabora mecanismul de asigurare a fiabilitatii retelelor de distributie §i a continuitatii alimentarii consumatorilor cu energie calitativa, pentru toate categoriile de fiabilitate.
Concluzii
Din analiza rezultatelor obtinute s-a constatat ca refuzurile din retelele electrice de distributie cauzate de diferiti factori aleatori de influenta, din punct de vedere a aparitiei lor pentru fiecare filiala §i pentru fiecare sezon, se caracterizeaza cu o repartitie uniforma.
În functie de numarul consumatorilor afectati, refuzurile cauzate de 10 factori de influenta se caracterizeaza cu distributia teoretica Weibull (acte de vandalism, actiunea animalelor §i pasarilor, actiunea diferitor mecanisme, avarii cauzate de vegetatie, calitatea energiei electrice, defecte din cauza consumatorilor, defecte în retelele de transport, defecte la PDC, defecte în echipamente, erori de exploatare), pentru un factor (conditiile climaterice) persista distributia Lognormal (3-Parametri), iar factori neidentificati se caracterizeaza cu modelul de tip Log-Logistic (3-Parametri).
În dependenta de duratele întreruperilor cauzate, 9 factori de influenta (acte de vandalism, actiunea animalelor §i a pasarilor, actiunea diferitor mecanisme, avarii cauzate de vegetatie, calitatea energiei electrice, defecte din cauza consumatorilor, defecte în retele de transport, defecte la PDC, factori neidentificati) au o distributie a refuzurilor ce corespunde functiei de tip Weibull,
2 factori (defecte în echipamente, conditii climaterice) se caracterizeazâ cu distributia de tip Lognormal (3-parametri) §i un factor (erori de exploatare) are o distributie Exponentialâ.
Bibliografie
[1] Popescu, V. Analiza fiabilitâtii sistemelor electrice de distributie. Problemele energeticii regionale, A§M, Chiçinâu, 2012 nr.1 (17) p. 57-63.
[2] Popescu V. The influence of short-circuit currents on the fiability of the distributive electric networks . Analele universitatii din Oradea. Universitatea din Oradea, România, 2009, Fascicula de Energeticâ, Nr. 15, p. 119-120.
[3] Felea I., Dzitac Simona, Fiabilitatea Echipamentelor §i Sistemelor Energetice. Editura Universitâtii din Oradea, 2006.
[4] Popescu V. The influence of asymmetrical regimes on functioning reability of electroenergetics systems. Analele universitatii din Oradea. Universitatea din Oradea, România, 2011, Fascicula de Energeticâ, Nr. 17, p. 79-92.
[5] Erhan F. Bazele teoretice ale electrotehnicii. UASM, Chiçinâu 2009, 675p.
[6] Popescu, V., Studiul proceselor tranzitorii însotite de arcul voltaic §i influenta lor asupra fiabilitâtii sistemelor de distributie. Analele Universitâtii din Oradea, România, 2007, Fascicula de Energeticâ, Nr. 13, p. 60-63.
[7] Popescu V., Erhan T. Optimizarea nivelului de fiabilitate a sistemelor de distributie §i alimentare cu energie electricâ a consumatorilor. Materialele conferintei çtiintifico-practice consacratâ aniversârii a 90 de ani de la na§terea Academicianului Iurii N. Petrov, UASM, Chiçinâu, 2011.
Despre autor:
Popescu Victor Serghei, lector superior universitar al catedrei „ Electrificarea §i automatizarea mediului rural”, Universitatea Agrarâ de Stat din Moldova. Interesele §tiintifice se aflâ în planul determinârii fiabilitâtii sistemelor de distributie, auditul energetic al consumatorilor din sectorul agrar §i al întreprinderilor de prelucrare primarâ a productiei agricole. Autor §i coautor a 27 de lucrâri çtiintifice §i metodico-didactice §i o serie de articole çtiintifice publicate în reviste recenzate, raporturi la Conferinte Çtiintifice 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 27 научных и методических работ, научных статей, опубликованных в рецензируемых журналах и докладов на различных Международных научных конференциях. E-mail: vspopescu @mail.ru.
