CC BY
108
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
УДК [621.331: 621.311.4]: 004.896
О. О. МАТУСЕВИЧ1*
1 Каф. «Електропостачання з^зниць», Днiпропетровський нацюнальний уншерситет 3ani3HK4Horo транспорту iMeHi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Днтропетровськ, Укра'на, 49010, тел. + 38 (056) 793 19 17, ел. пошта al_m0452@meta.ua, ORCID 0000-0002-2174-7774
СУЧАСН1 П1ДХОДИ З ТЕХН1ЧНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ ТА РЕМОНТУ ОБЛАДНАННЯ ТЯГОВИХ ШДСТАНЦШ ЕЛЕКТРИФ1КОВАНИХ ЗАЛ1ЗНИЦЬ НА ОСНОВ1 SMART-ТЕХНОЛОГ1Й
Мета. На етапi модершзаци та реконструкци електрифiкованих залiзниць Укра'ни необхдно врахувати рiвень iнновацiйного розвитку вах суб'екпв електропостачання на основi передових технологш. У робот потрiбно визначити шляхи щдвищення надiйностi електропостачання електрифшованих залiзниць та зниження аварiйностi силового устаткування тягових пiдстанцiй (ТП). Методика. Для досягнення поставлено! мети проведено дослвдження свiтового досввду з питань як1сного вирiшення проблем електропостачання залiзниць на основi вдеологл Smart Grid. Проведено дослвдження основних методiв техтчного обслуговування й ремонту (ТО та Р) i дiагностування пристро1в ТП електрифшованих залiзниць. Результата. У результата дослвдження встановлено, що в основi нових методiв ТО та Р лежить аналiз ризик1в експлуатаци старого устаткування або устаткування з певними дефектами (обслуговування устаткування за фактичним техтчним станом). Також встановлено, що концептуальш визначення Smart Grid вказують на важливу роль штелектуально!' мереж1 в тех-нологiчному й економiчному розвитку системи електропостачання. Значний свгговий досввд застосування ТО й Р за фактичним техтчним станом показуе наступну узагальнену оцiнку ефективностi даного методу: зниження витрат на обслуговування на 75 %; зниження юлькосп обслуговувань на 50 %; зниження числа ввдмов на 70 % за перший рш роботи. Наукова новизна. В результата дослвдження та удосконалення системи ТО й Р тягових шдстанцш, автором запропоновано концепцш штелектуально!' системи ТО й Р, мониторингу та дагностування обладнання ТП. Визначено основт складовi ще!' системи. Запропоновано експлуатацшне обслуговування устаткування ТП за фактичним техтчним станом iз можливютю бiльш як1сного використання ресурсу обладнання. В 1нструкци з технiчного обслуговування й ремонту обладнання тягових щдстанцш, пункпв живлення та секцiонування електрифшованих залiзниць «ЦЕ-0024» такий щдхвд iз оргашзаци та проведення ТО й Р ТП не розглядаеться. Практична значимкть. Впровадження дано! системи дозволяе: щдвищити основнi показники системи ТО й Р; знизити витрати на експлуатащю силового устаткування ТП за рахунок застосування ТО й Р за фактичним технчним станом; щдвищити надiйнiсть обладнання ТП i системи електропостачання електрифшованих залiзниць; отримати економiчний ефект тощо.
Ключовi слова: електропостачання; електрифшоваш залiзницi; модернiзацiя; реконструкцiя; Smart Grid; тягова шдстанц1я; обладнання; ТО й Р; дiагностування; надiйнiсть; система; мониторинг; фактичний технiчний стан
Вступ
На етат модершзаци i реконструкци елект-рифшованих залiзниць Укра1ни необхщно вра-ховувати рiвень iнновацiйного розвитку вшх суб'eктiв електропостачання на основi передових технологiй. Наприклад, в Сврош, США цей термiн мае досить конкретне значення: це елек-тричнi мережi, оснащенi в необхщнш мiрi су-часними засобами телекомушкацп, що забезпе-чують двостороннi взаемодп всiх учасникiв ви-робництва, розподшу i споживання електро-енергн. Концептуальне визначення Smart Grid
вказуе на важливу роль штелектуально! мережi на технолопчному, економ1чному i еколопчно-му розвитку системи електропостачання. В цей час активно реашзуеться низка проекпв побудови гнучко!' електрично!' мережi [11, 13, 16-18]:
- проект «FENIX» (Flexible Electricity Networks to Integrate the expected Energy Evolution). Передбачае створення гнучко!' електрично!' мереж, основними цшями яко! е: розробка ме-хашзм!в функцюнування загальноевропейсько! енергосистеми, зокрема розробка концепцн в1ртуальних електростанцш (VPP); розробка
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
алгоршмв вв1мкнення в загальну систему роз-подiлених джерел генераци (DER) i поновлюва-них джерел енергоресурав (RES); розробка но-вих програмно-апаратних платформ для втшен-ня в життя концепци VPP; технiко-економiчне обгрунтування застосування VPP; демонстрацiя розробок на пол^онах в 1спани i Великобрита-нИ. Цей проект об'еднав провiдних гравцiв ев-ропейського енергетичного ринку, таких як: Iberdrola, Electricite de France, EDF Energy Networks, Red Electrica de Espana, National Grid Transco, Siemens PSE, Areva T&D i ш.;
- проект «ADDRESS» (Active Distribution network with full integration of Demand and distributed energy RESourceS). Даний проект е скла-довою частиною европейсько! концепци мереж майбутнього Smart Grids European Technology Platform i об'еднуе роботу 25 компанш з 11 кра!н Свропи, включаючи EDF, ABB, Enel, Kema, Philips i ш.;
- проекти побудови Microgrids окремих ене-ргомережевих структур, що розташованi на не-великiй територи, мають власнi генеруючi дже-рела i здатнi взаемодiяти з центральною мережею для виршення завдань покриття максимуму пiкових навантажень. Проекти успiшно реалiзуються в Сврош (консорцiум 14 компанiй з 7 кра!н на чолi з Нацюнальним технологiчним унiверситетом Афiн (NTUA)), США (проекти реатзовуються консорцiумом CERTS, компа-нiею GE), Канадi, Япони;
- проект побудови штелектуально! енерге-тично! iнфраструктури (розподiлена генерацiя, поновлюванi джерела енерги, засоби акумуля-ци енерги, центри диспетчерського управлiння) в трьох префектурах Япони, що реалiзовуеться компанiею Mitsubishi Electric.
Як бачимо, технологи штелектуальних мереж Smart Grid охоплюють рiзнi аспекти розвит-ку системи електропостачання, у тому чи^ управлiння i монiторинг стану електротехшчно-го устаткування електрифiкованих залiзниць, i якi можна описати такими ознаками [7, 10]:
- шдвищення надшносп електропостачання залiзниць i безвiдмовностi роботи системи елек-тропостачання;
- шдвищення ефективносп витрати енерго-ресурсiв зi збереженням необхщних параметрiв якостi електрично1 енерги;
- управлшня i монiторинг стану електротех-нiчного устаткування тягових шдстанцш (ТП);
- перехiд на техшчне обслуговування i ремонт електротехшчного устаткування ТП по фактичному техшчному стану;
- велика кiлькiсть датчиюв, яю вимiрюють поточнi режимнi параметри для оцшювання стану ТП в рiзних режимах роботи електропостачання;
- система збору i обробки даних (високо iнтегрованi комплекси оперативного управлшня в режимi реального часу з врахуванням ек-спертних розрахункових систем ухвалення ршень), а також засоби управлiння активними елементами системи тягового електропоста-чання i нетягових споживачiв;
- наявнють приладiв i механiзмiв, яю дозво-ляють в режимi реального часу змшювати топологiчнi параметри системи електропоста-чання;
- засоби автоматичное' оцшки поточно1 ситу-аци i побудови прогнозiв роботи ТП;
- висока швидкодiя автоматизовано1 системи управлшня електропостачання, шформацш-ного обмiну;
- створення високонадiйних магiстральних каналiв зв'язку управлiння i дубльованих цифро-вих каналiв обмiну iнформацiею мiж об'ектами ТП i диспетчерським управлiнням.
Мета
Виходячи з вищерозглянутого, метою статп е аналiз свiтового досвiду управлiння i монгто-ринг стану силового обладнання ТП електрифь кованих зашзниць. Пошук нових бiльш сучасних методiв i пiдходiв пiдвищення надiйностi електропостачання електрифшованих залiзниць та зниження аварiйностi силового устаткування ТП.
Методика
Теоретичною базою дослщження стали пуб-лшацл, якi присвяченi дослiдженню св^ового досвiду з питань якiсного виршення проблем електропостачання залiзниць на основi щеоло-ril Smart Grid. Виконано дослщження основних методiв технiчного обслуговування i ремонту (ТО i Р) та дiагностування пристро1в ТП елек-трифiкованих залiзниць.
Утримання технiчного обладнання затзнич-ного транспорту на високому експлуатацшному рiвнi неможливе без об'ективно1 шформаци про його фактичний стан. Об'екти залiзничного
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
транспорту мютять велику кшьюсть пристро1в, тривала експлуатацiя яких без надежного дiагностування технiчного стану може призве-сти до виходу !х з ладу та значному матерiальному збитку. Для реатзаци ефектив-ного дiагностування цих пристро1в необхiдна iнтелектуалiзацiя електричних мереж. Пiд час розробки проектов з штелектуатзацп електричних мереж необхщно враховувати досвiд мереж Smart Grid. Управлшня повинно здшснюватись всiею електричною мережею системи електро-постачання задiзниць, яка зрештою повинна стати повшстю автоматичною, а вс1 наявнi ав-томатизованi системи (АСДУ, АСУТП, системи монiторингу, системи управлшня даними, системи дiагностування, тощо) е лише шструмен-том для досягнення поставлених цшей. 1нтегро-ваш в едину платформу iснуючi автоматизоваш iнформацiйнi системи дистанци електропоста-чання дозволять по-новому тдходити до побу-дови електричних мереж та контролю !х робо-ти. 1нтелектуальна електрична мережа залежно вiд умов, що склалися, в автоматичному режимi повинна здшснювати переконфiгурацiю системи електропостачання з метою досягнення мш> муму витрат енергоресуршв без зниження надшност роботи, у тому числi: управлшня системою електропостачання дистанци, дiагнос-тування стану електротехнiчного устаткування ТП i, також, органiзацiю, планування та здшс-нення технiчного обслуговування i ремонту (ТО i Р) обладнання.
Регламентоване обслуговування, що здшс-нюеться згiдно з iнструкцiями на обладнання, в цiлому призначене забезпечувати його працездатшсть. Проте, iнколи таке обслугову-вання призводить до невиправданих витрат, оскшьки реальний технiчний стан пристрою в момент виконання робгт може i не вимагати техшчного обслуговування, а замiнюванi деталi ще не досягли критично1 мiри зносу. Однак по-ступове старiння парку устаткування i зниження запашв мiцностi гостро порушують питання щодо оцiнювання його стану i визначення мiри ризику його експлуатаци за межами нормова-ного термiну служби. Розвиток вшьного ринку електроенерги i збiльшення фiнансового тиску стали додатковими чинниками, яю, з одного боку, максимально тдсилюють необхiднiсть продовження термшв служби устаткування, а з шшого - спрямованi на зниження експлуата-
цiйних витрат на його техшчне обслуговування i ремонти. Необхiднiсть виршення цього про-тиирiччя приводить щодо формування нового шдходу до оцшки стану устаткування.
У основi нових пропонованих методiв управлiння i ухвалення рiшень, що формуються в цей час, лежить аналiз ризикiв експлуатаци старого устаткування або устаткування з пев-ними дефектами (обслуговування устаткування за фактичним техшчним станом). Метою ТО i Р за фактичним техшчним станом е забезпечення необхiдного рiвня надiйностi при зниженнi експлуатацiйних витрат. При цьому признача-ють необхщш роботи по ТО i Р залежно вщ реального техшчного стану конкретного об'екта i передбачувано! змiни його стану в процес експлуатаци. Цей метод полягае в контролi за технiчним станом устаткування з використан-ням сучасних засобiв техшчно! дiагностики та виконанням ремонтних робгт лише тодi, коли вони дшсно необхiднi, рис. 1.
Pi(Q)
'J3
Ч-
to
Q(t)
ТО i Р
Рис. 1. Обслуговування пристро1в за фактичним техшчним станом:
Pi(Q) - узагальнений показник ресурсу пристрою;
1 - змша техничного стану обладнання пристрою (Q(t)); 2 - мониторинг та д1агностування техничного стану обладнання; 3 - передтдмовний стан пристрою;
4 - в^дновлення ресурсу; 5 - вщмова пристрою
Fig. 1. Devices service at actual technical state
В результат виконання безперервно1 дiагно-стики експлуатованого устаткування можна добитися зниження об'емiв робгт за рахунок систематичного зменшення причин виникнення дефектiв.
Накопичений свгтовий досвщ застосування ТО i Р за фактичним техшчним станом дозволяе дати таку узагальнену оцшку ефективностi цього методу [1, 5]:
ТО 1 Р
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету зашзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
- зниження витрат на обслуговування на 75 %;
- зменшення кшькосп обслуговувань на 50 %;
- зменшення вщмов на 70 % за перший piK роботи.
Поpiвняльний анатз piзних методiв обслуговування устаткування, за даними Асощацп вщкритих систем упpавлiння шформащею про стан машин «MIMOSA», виявив, що nrn^i витрати на ТО i Р в енергетичному ^Ki^i США склали в 1998 р.:
- 24 $ на 1 кВт - при функщонуванш устат-кування до виходу з ладу;
- 18 $ на 1 кВт - при ТО i Р на базi планово-запобiжних ремонтов;
- 12 $ на 1 кВт - при ТО i Р на базi оцшки фактичного стану устаткування.
1нший приклад економiчного ефекту вщ переходу з обслуговування i ремонту за регламентом на ремонт i обслуговування по фактичному стану, за даними фipми «Bruel and Kjaer» (Данiя) [6], наведено в табл. 1.
Також тд час переходу на техшчне обслу-говування за фактичним станом в одному лише депо «Московка», Захщно - C^ip^rai' зал> зницi (Росiя), отримано економiчний ефект в 1,5 млрд руб. [15].
Розглянутий досвщ свiдчить, що для вир> шення проблеми своечасного вiдновлення ресурсу та шдвищення надiйностi пристро1в електропостачання залiзниць, скорочення витрат, пов'язаних з ремонтом i простоями, необхщно переходити вщ регламентованого ТО i Р до штелектуально! системи обслуговування за фактичним техшчним станом.
Доцiльнiсть розробки проектов з штелектуаль зацiï електричних мереж дистанцп електропостачання, у тому чи^ i ТП, також тдтверджуе ана-лiз роботи господарства електрифшацп та електропостачання залiзнидь Украши, [2-4]:
- бiльше половини парку електроустатку-вання ТП вiдпpацювала призначений ресурс;
- темпи стаpiння обладнання ТП вищi за темпи оновлення;
- необхщшсть економiï засобiв на технiчне обслуговування i ремонт.
Наприклад, на залiзницях Укpаïни тягове електропостачання здшснюеться вiд 305 стащо-нарних i пересувних ТП. З них 233 стащонар-них (76,3 % вщ загальноï кiлькостi) i 10 пересувних ТП працюють з термшом служби понад 30 роюв.
Таблиця 1
Рiчний економiчний ефект вщ переходу з ТО i Р за регламентом на ТО i Р за фактичним станом
Table 1
The annual economic impact from the TM and R transition according to the regulations to the TM and R on the actual state
Шдприемство Еконотчний ефект
1 2
Х1м1чний комбшат Зниження числа ТО i Р -
(електричш машини) з 274 до 14
Нафтопереробний Зниження затрат
комбшат (ел. обладн.) на ТО i Р - на 75 %
Економ1я 250 000 $, що
Паперова фабрика в 10 раз1в перекрило
(електрообладнання) затрати на закушвлю
засоб1в для мониторингу
Атомна Економ1я 3 000 000 $ -
електростанщя за рахунок зниження
(електрообладнання) витрат на ТО i Р
Зал1зничний Зменшення к-ri ТО i Р
транспорт на 15 %
Коефщент окупносто Бшьше 10 раз1в
вкладених коштов
На цей час шдтримка необхiдноï мipи на-дшносто енергетичного устаткування в про-цес експлуатаци забезпечувалося, по перше, за ра-хунок значних коефщентав запасу, якi закладе-нi при його ствоpеннi, а з другого боку, системою техшчного обслуговування i перю-дичних ремонтов, яка базуеться на виконаннi планових пpофiлактичних pобiт пiсля напрацювання пев-ного часу (система планово-попере-джувальних ремонтов).
Згiдно з ГОСТ 18322-78 «Система технического обслуживания и ремонта техники», система ТО i Р обладнання тягового електропоста-чання залiзниць - це сукупшсть взаемопов'яза-них засобiв, документацiï технiчного обслуговування i ремонту та виконавщв, необхiдних для тдтримки i вiдновлення якостi пристро1'в, що входять в цю систему. Система ТО i Р включае планування, пiдготовку, pеалiзацiю техшчного обслуговування i ремонту iз зада-ною послiдовнiстю i пеpiодичнiстю.
В основу ддачо1' системи ТО i Р ТП, згщно з «1нструкщею з технiчного обслуговування i ре© О. О. Матусевич, 2014
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
монту обладнання тягових шдстанцш, пунктiв живлення i секцiонування електрифшованих затзниць» ЦЕ-0024 [9], покладено поеднання техшчного обслуговування i планово-попере-джувальних ремонтiв. Залежно вiд важливостi призначення устаткування в технологiчному процесi, планово - попереджувальний ремонт може виконуватися за методом планово - перю-дичного ремонту i ремонту з техшчного стану.
Зпдно з вимогами ще! 1нструкци (пункт 4.14.7), ремонт обладнання за техшчним станом вико-нуеться у випадку виявлення пiд час оглядiв не-справностей, що загрожують нормальнiй роботi обладнання, шсля вщмов у роботi обладнання та пристро!в релейного захисту i автоматики (РЗА), пошкодженнях обладнання аварiйними струмами, атмосферними i комутацшними впливами, а також у разi виробiтку встановленого мехашч-ного i комутацiйного ресурсу.
Як бачимо, питання визначення фактичного технiчного стану обладнання за допомогою дiагностування, вимiрiв, випробувань, тощо -не розглядаеться, а ТО i Р виконуеться за фактом пошкодження обладнання, його несправного стану або непрацездатносп.
Вище розглянутий закордонний досвiд обслуговування за фактичним техшчним станом дозволяе, з одного боку, забезпечити працездат-шсть техшки, з iншого - заздалепдь шдготу-ватися до виконання ТО i Р та мiнiмiзувати вит-рати на нього.
Однак планування ТО i Р пристро!в ТП до-сить складне у зв'язку з тим, що стан кожного з об'екпв контролюеться множиною показни-кiв, i по кожному з них повинна розраховувати-ся дата наступного ТО i Р або шшого виду обслуговування. В юнуючш на ТП системi ТО i Р необхiдно шукати резерви для скорочення вит-рат. В цьому напрям^ в першу чергу, зпдно з [15], необхщно забезпечити прозорють i об-грунтованють ремонтно! програми:
1. Прозорiсть витрат на ТО i Р - це розу-мiння того, на що, на яю об'екти i якi роботи плануються засоби ремонтного фонду, скшьки коштуе кожна з цих робгт.
2. Обгрунтованiсть витрат на ТО i Р - це усвщомлений вибiр мiж витратами на тдтрим-ку працездатностi устаткування i розмiром ри-зику в разi невиконання ремонту.
Для забезпечення прозоросп i обгрунтова-ностi витрат на ТО i Р ТП необхщно:
- впровадити пооб' ектне планування ремонтного фонду;
- прив'язати витрати на ремонт до техшчного стану i фактичного завантаження обладнання;
- впровадити оцiнку ризику невиконання ремонпв i систему ухвалення ршень на основi ризикiв.
Для яюсного i ефективного вирiшення розг-лянутих вище проблем та завдань необхщне створення штелектуально1 системи мошторин-гу i дiагностування обладнання ТП [8, 12, 14].
1нтелектуальш системи ТО i Р, монiторингу та дiагностування ТП повиннi передбачати комплекс оргашзацшних i технiчних заходiв щодо управлiння технологiчними процесами на ТП, мошторингу i дiагностуванню устаткування, плануванню, пiдготовцi i реалiзацil ТО i Р обладнання ТП за фактичним техшчним станом.
Основш концептуальш пiдходи з вирiшення ц1е1 проблеми:
- контроль фактичного стану об'екпв iнфра-структури ТП та своечасна дiагностика з викори-станням шформацл рiзних дiагностичних систем;
- анатз роботи обладнання ТП i дш технi-чного персоналу вiдповiдно до регламенпв для ухвалення управлiнських ршень, скорочення часу вiдновлення i експлуатацшних витрат;
- виконання аналiзу ефективносп викори-стання дiагностичних засобiв;
- розробка автоматизовано1 системи упра-влшня ТО i Р ТП, а також автоматизованого робочого мюця чергового персоналу ТП (АРМ ТП), з урахуванням таких напрямiв: паспорти-защя обладнання; реестрацiя аварiйних ситуа-цш i заявок на обслуговування об'екпв ТП; нормування робiт з ТО i Р; планування матерi-атв i запчастин; планування i анатз витрат на ТО i Р; планування ТО i Р; управлшня роботами; контроль якостi виконаних робiт тощо.
Результати
На основi виконаного аналiзу визначено, що в основу нових методiв ТО i Р покладено аналiз ризикiв експлуатаци старого устаткування або устаткування з певними дефектами (обслуговування устаткування за фактичним техшчним станом). Також встановлено, що концептуальш визначення 8ша11 Grid вказують на важливу роль штелектуально1 мереж1 щодо технологiч-ного i економiчного розвитку системи електро-постачання. Значний свiтовий досвiд застосу-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
вання ТО i Р за фактичним техшчним станом на таку узагальнену ощнку ефективносп даного методу: зниження витрат на обслуговування на 75 %; зменшення юлькосп обслуговувань на 50 %; зменшення кшькосп вщмов на 70 % за перший
рш роботи. Також визначеш основнi складовi iнтелектуальноï системи ТО i Р, мониторингу та дiагностування обладнання та ТП електрифшо-ваних залiзниць, з урахуванням Smart техноло-гiй, якi наведенi на рис. 2.
ТнТелектуальца система ТО i F монп орингу та дыгностувлннл обладнання ТП
електрйфщ ов аних залгзниць
I
Модуль оперативно! дц
Модуль дланування i о6л1ку ТО : РТПга подготовки 1нформац11 i формування ЗБ1т1в
ж
Модуль Еедення нормативно--1 техшчнс! i довщковоПпформацй системы ТО i Р ТП
Модуль д1агностування та контролю ащхилення параметра;
Автолштизоваиа ресстрацгя авартни?; сшпуащй i заявок на обслуговування обладнання ТП. Фжсацш та запас результатов дгагностування
Автоматтована обробка результатов дгагностувания. Подготовка та введения ¡нформаул оперативно},ty
'персоналу в реальному режима часу з можливгстю детсийзащъ
Авто}латизоване фор'фвання статистичнш,
регламлнтовани?;, анаттичнш: i експлуатацшно-техтчнш зеитв, оперативна?; довгдок
Реалгзуе ведения ; збгрчгаиня правил, гнструкцсй, довгдншпв з розробкою пропозицт удосконалення сисупгми ТО i F'
I Аетоматизовако pescmpye eidx-илення парашзтргв npucmpoïe eià нормативны?; та реатзус крив яз?г>' до груп об ектгв ТП
I
Зктегращйннп модуль
Модуль розробки ГфОПОЗИЩЙ â. ТО ] Р ТП
I
Модуль WEB - i нтер ф г й су Е»
Розробка пропозицт g оргатзацИ ТО i Р об>'екппе ТП за фактичним упехнгчним станом з штою постшнаИ тдтрижи обладнання в працездатнощ> стат i запобггання еиходу його з ладу
т>ш.чектуально1 систелш жжжорингу i дгагностуеання обладнання ТП та забгзпечення доступу до cucme^tu
Ьжорт даних з тших тдроздшв дистанцй електропостачання та зоежшт?; електросистем
Рис. 2. Концепщя штелектуально1 системи ТО i Р, мониторингу та д1агностування обладнання ТП електрифшованих зал1зниць на основ1 Smart технологш
Fig. 2. The concept of TM and R intelligent system, monitoring and diagnostics of the RS equipment of electrified railways based on Smart technologies
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
Наукова новизна та практична значимкть
Розглянут нов1 напрями подальшого удо-сконалення системи ТО i Р тягових шдстанцш електрифшованих затзниць. Автором запропо-новано концепцiю штелектуально1 системи ТО i Р, мошторингу та дiагностування обладнання ТП. Визначеш основнi складовi цieï системи. Запропоновано експлуатацiйне обслуговування устаткування ТП за фактичним техшчним станом з можливютю бшьш якiсного використання ресурсу обладнання. В 1нструкци з техшчного обслуговування i ремонту обладнання тягових шдстанцш, пунктов живлення i секцюнування електрифiкованих залiзниць «ЦЕ-0024» такий шдхщ з органiзацiï та проведення ТО i Р ТП не розглядасться. Впровадження концепци ште-лектуальноï системи ТО i Р, мониторингу та дiагностування обладнання ТП дозволить:
- шдвищити основнi показники системи ТО i Р;
- забезпечити прозорють та обгрунтованють ТО i Р ТП;
- зменшити технолопчш порушення та забезпечити запобiгання аварш;
- забезпечити всю вертикаль управлшня достовiрною iнформацieю про технiчний стан устаткування ТП в масштабi реального часу;
- отримувати i обробляти масиви дiагности-чноï iнформацiï про стан електроустаткування пiдстанцiï, необхiдноï i достатньо1' для оргашза-ц^' ремонтно-експлуатацшного обслуговування устаткування за фактичним техшчним станом та якюного використання ресурсу силового обладнання ТП;
- знизити витрати на експлуатащю силового устаткування;
- шдвищити надшнють електропостачання та знизити аваршнють силового устаткування за рахунок:
- виявлення потенцшно небезпечних режи-мiв роботи силового i комутацiйного обладнання ТП;
- оперативного контролю ресурсу силового устаткування, своечасного попередження про його зниження, запобiгання його аваршним ушкодженням;
- контролю своечасностi планово-профша-ктичних перевiрок i ремонтiв силового устатку-вання;
- можливост переходу вщ планово-попере-джувальноï системи ТО i Р до системи обслуговування i ремонтв за фактичним техшчним станом;
- центратзованого облшу вiдмов силового устаткування;
- отримати економiчний ефект, основними складовими якого е:
- скорочення витрат на необгрунтоване оновлення устаткування i його комплексне об-стеження;
- скорочення чисельносп персоналу в результат впровадження автоматизованих мето-дiв дiагностики;
- зниження витрат на проведення ТО i Р;
- скорочення випадюв вщключення подачi електроенергiï з причини вщмови устаткування;
- скорочення випадкiв штрафних санкцiй з боку споживачiв за заподiяний збиток при ви-ходi з ладу електроустаткування тощо.
Висновки
Запропоновано концепщю iнтелектуальноï системи ТО i Р, мошторингу та дiагностування обладнання ТП та визначено основш складовi цiеï концепцiï. Також запропоновано здшснен-ння експлуатацiйного обслуговування устаткування за фактичним техшчним станом з можливютю збшьшення ресурсу електроустаткування ТП. В 1нструкци з техшчного обслуговування i ремонту обладнання тягових шдстанцш, пунк-тв живлення i секцюнування електрифшованих затзниць «ЦЕ-0024» такий шдхщ з оргашзаци ТО i Р ТП не розглядаеться. Порiвняно з ю-нуючою системою ТО i Р силового обладнання ТП запропонована система здiйснюе достовiр-ну, процесну та багатоаспектну оцiнку техшко-економiчного стану обладнання ТП з викори-станням нових методiв i критерив оцiнки, якi пiдвищують оперативнiсть i якють органiзацiï ТО i Р ТП електрифшованих залiзниць.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Азовцев, Ю. А. Диагностика и прогноз технического состояния оборудования целлюлозно-бумажной промышленности в рыночных условиях [Електронний ресурс] / Ю. А. Азовцев, Н. А. Баркова, В. А. Доронин // Бумага, картон, целлюлоза. - 1999. - Режим доступу: https://www.google.com.ua/www.vibrotek.ru/russi an/biblioteka/book17. - Назва з екрана.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
2. Анал1з роботи господарства електрифшацп та електропостачання в 2004 рощ : офщ. текст. -К. : Вид-во ТОВ «ВД «Мануфактура», 2005. -181 с.
3. Анал1з роботи господарства електрифшацп та електропостачання в 2008 рощ : офщ. текст. -К. : Вид-во ТОВ «ВД «Мануфактура», 2009. -244 с.
4. Анал1з роботи господарства електрифшацп та електропостачання в 2012 рощ : офщ. текст. -К. : Вид-во ТОВ «ВД «Мануфактура», 2013. -247 с.
5. Бабенко, И. А. Внедрение системы технического обслуживания по фактическому состоянию машинного парка завода [Електронний ресурс] / И. А. Бабенко // Материалы научно-технических проектов молодых специалистов НК ЮКОС. - 2001. - Режим доступу: https://www.google.com.ua/www.samara.sibintek.ru. - Назва з екрана.
6. Брюль и Къер, Мониторизация состояния машинного оборудования. DK BR 0660-11 [Електронний ресурс]. - Режим доступу: https://www.google.com.ua/www.vibrotek.ru/russi an/biblioteka/book17. - Назва з екрана.
7. Дорофеев, В. В. Активно-адаптивная сеть -новое качество ЕЭС России [Електронний ресурс] / В. В. Дорофеев, А. А. Макаров // Энергоэксперт. - 2009. - № 4 (15). - Режим доступу: https://www.google.com.ua / www.labview.ru/ conference/Sbornik_NIDay s2013.pdf. - Назва з екрана.
8. Единая Система Мониторинга и Диагностирования (Хозяйство электрификации и электроснабжения) [Електронний ресурс]. - Режим доступу: https://www.google.com.ua / www.transset.ru/ index.php/esmde. - Назва з екрана.
9. 1нструкщя з техшчного обслуговування i ремонту обладнання тягових шдстанцш, пункпв живлення i секцюнування електрифжованих залiзниць : офщ. текст [Затверджена та введена в дш наказом Державно! адмшютрацп заль зничного транспорту Украши Укрзатзнищ 12. 12. 2007 р., № 618-Ц]. - Бша Церква : Вид-во ТОВ «1нпрес», 2007. - 125 с.
10. Кобец, Б. Б. Smart Grid: Концептуальные положения [Електронний ресурс] / Б. Б. Кобец, И. О. Волкова // Профессион. журн. - 2010. -№ 03. - С. 66-72. - Режим доступу: https://www.google.com.ua/past.tpu.ru/files/est/to m-2.pdf.- Назва з екрана.
11. Ледин, С. С. Развитие промышленных стандартов внутри- и межсистемного обмена данными интеллектуальных энергетических систем [Електронний ресурс] / С. С. Ледин, А. В. Иг-
натичев // Автоматизация и IT в энергетике. -
2010. - № 10. - Режим доступу: http://www.oe.energy.gov/smartgrid.htm. - Назва з екрана.
12. Матусевич, О. О. Багатоаспектна оцшка техш-чного стану силового устаткування тягових пщстанцш / О. О. Матусевич, В. Г. Сиченко // Энергосбережение на ж.-д. трансп. и в промышленности (11.06-14.06.2013) : тез. IV мiжнар. наук.-практ. конф. / МОН Украши, Дншропетр. нац. ун-т залiзн. трансп. iм. акад. В Лазаряна. - Д. : ДНУЖТ, 2013. - С. 78-80.
13. Матусевич, О. О. ¡нтелектуальш мереж! Smart Grid - майбутне електрифжованих залiзниць Украши / О. О. Матусевич // Электрификация ж.-д. трансп. "ТРАНСЭЛЕКТРО 2011" (19.1221.12.2011) : тез. V м1жнар. наук.-практ. конф. / МОН Украши, Дншропетр. нац. ун-т залiзн. трансп. !м. акад. В Лазаряна. - Д. : ДНУЗТ,
2011. - С. 45-46.
14. Матусевич, О. О. Методика проведення ек-спертизи оцшки надшносп функцюнування системи автоматизованого керування тягового електропостачання електричного транспорту / О. О. Матусевич // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. !м. акад. В. Лазаряна. - Д., 2009. - Вип. 28. - С. 37-39.
15. Романенко, С. Е. Прозрачность и обоснованность затрат на ТО и Р [Електронний ресурс] / С. Е. Романенко, Е. В. Кондратьев. - 2013. - Режим доступу: http://www.pacc.ru.- Назва з екрана.
16. Nobody knows the future of Smart Grid, therefore separate the essential in the secondary system [Елек-тронний ресурс] / F. Baldinger, T. Jansen, M. Riet, F. Volberda // Developments in Power System Protection, the 10th IET Intern. Conf. (DPSP 2010), 29 March - 01 April. - 2010. - Manchester. - Режим доступу : https://www.google.com.ua/ ieeex-plore.ieee.org/xpls/abs_all. - Назва з екрана.
17. Potocvnik, J. European SmartGrids Technology Platform. Vision and Strategy for Europe's Electricity Networks of the Future [Електронний ресурс] / J. Potocvnik // Office for Official Publications of the European Communities. - Luxembourg, 2006. - 44 р. - Режим доступу : http://europa.eu.int/comm/research/rtdinfo/index_ en.html. - Назва з екрана.
18. Transforming America's power industry: The investment challenge 2010-2030 [Електронний ресурс] / M. W. Chupka, R. Earle, P. Fox Penner, R. Hledik // Edison Electric Institute, Washington. -2008. - Режим доступу : https://www.google.com.ua/www.iea.org/.../Sessio n6_RussConklinISGAN. - Назва з екрана.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
ЕЛЕКТРИЧНИЙ ТРАНСПОРТ
А. А. МАТУСЕВИЧ1*
1 Каф. «Электроснабжение железных дорог», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. + 38 (056) 793 19 17, эл. почта al_m0452@meta.ua, ORCID 0000-0002-2174-7774
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ НА ОСНОВЕ SMART-ТЕХНОЛОГИЙ
Цель. На этапе модернизации и реконструкции электрифицированных железных дорог Украины необходимо учитывать уровень инновационного развития всех субъектов электроснабжения на основе передовых технологий. В работе необходимо определить пути повышения надежности электроснабжения электрифицированных железных дорог и снижения аварийности силового оборудования тяговых подстанций (ТП). Методика. Для достижения поставленной цели проведено исследование мирового опыта по вопросам качественного решения проблем электроснабжения железных дорог на основе идеологии Smart Grid. Проведено исследование основных методов технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) и диагностирования устройств ТП электрифицированных железных дорог. Результаты. В результате исследования установлено, что в основе новых методов ТО и Р лежит анализ рисков эксплуатации старого оборудования или оборудования с определенными дефектами (обслуживание оборудования за фактическим техническим состоянием). Также установлено, что концептуальные определения Smart Grid указывают на важную роль интеллектуальной сети в технологическом и экономическом развитии системы электроснабжения. Значительный мировой опыт применения ТО и Р за фактическим техническим состоянием показывает следующую обобщенную оценку эффективности данного метода: снижение расходов на обслуживание на 75 %; снижение количества обслуживаний на 50 %; снижение числа отказов на 70 % за первый год работы. Научная новизна. В результате исследования и усовершенствования системы ТО и Р тяговых подстанций, автором предложена концепция интеллектуальной системы ТО и Р, мониторинга и диагностирования оборудования ТП. Определены основные составляющие этой системы. Предложено эксплуатационное обслуживание оборудования ТП за фактическим техническим состоянием с возможностью более качественного использования ресурса оборудования. В Инструкции технического обслуживания и ремонта оборудования тяговых подстанций, пунктов питания и секционирования электрифицированных железных дорог «ЦЕ-0024» такой подход к организации и проведению ТО и Р ТП не рассматривается. Практическая значимость. Внедрение данной системы позволяет: повысить основные показатели системы ТО и Р; снизить расходы на эксплуатацию силового оборудования ТП за счет применения ТО и Р по фактическому техническому состоянию; повысить надежность оборудования ТП и системы электроснабжения электрифицированных железных дорог; получить экономический эффект и т.п.
Ключевые слова: электроснабжение; электрифицированные железные дороги; модернизация; реконструкция; Smart Grid; тяговая подстанция; оборудование; ТО и Р; диагностирование; надежность; система; мониторинг; фактическое техническое состояние
O. O. MATUSEVYCH1*
1 Dep. «Power Supply of Railways», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. + 38 (056) 793 19 17, e-mail al_m0452@meta.ua, ORCID 0000-0002-2174-7774
NEW APPROACHES TO MAINTENANCE AND REPAIRING OF THE TRACTION SUBSTATIONS EQUIPMENT ON ELECTRIFIED RAILWAYS ON THE BASIS OF SMART-TECHNOLOGIES
Purpose. At the stage of modernization and reconstruction of electrified railroads in Ukraine one should take into account the innovative development level of all electric supply subjects on the basis of advanced technologies.
HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BicHHK ^mnponeTpoBctKoro Ha^oH&ntHoro ymBepcureTy 3&ni3HHHHoro TpaHcnopTy, 2014, № 1 (49)
Determination the ways to increase the power supply reliability of electrified railways and reducing the accidents of the traction substation power equipment (TS). Methodology. For attainment a goal it's studied the international experience on qualitative power supply of the electrical railways at the basis of the ideology of Smart Grid. It's conducted a research of the major methods of technical servicing, repairing (TS and R) and diagnostics the traction substation devices of electrified railways. Findings. As a result of research it was concluded that the basis of the new methods of maintenance and repealing is analysis of the risks of operation of the weared equipment or equipment with some defects (maintenance of equipment on the basis of the actual technical condition). It's also concluded that the conceptual definitions of Smart Grid point to the important role of smart grid technology to the economic development of the electrical system. Significant world experience of maintenance and repairing at the basis of the actual technical state shows the following general assessment of the effectiveness of this method: reducing maintenance costs by 75%, reducing the number of services up to 50%, reduction the number of failures by 70% in the first year. Originality. As a research and improvement result of the maintenance and repairing system of traction substations, the author has proposed the concept of maintenance and repairing intelligent system, monitoring and diagnostic of technical process equipment. The basic components of the system are proposed. It's proposed a maintenance of the equipment of traction substation at the actual technical state with better resource parameters. In the normative document for maintenance and repairing of the equipment of traction substations, power points and sectioning posts of the electrified railways "CE-0024", this approach for organizing and conducting the maintenance and repairing of the TS is not considered. Practical value. Implementation of this system allows: to increase the main indicators of maintenance and repairing; decrease operating costs of the power equipment by using maintenance and repairing at a basis of the actual technical state; improve the reliability of equipment and the power supply system of TS of electrified railways, obtain economic benefit, and so on.
Keywords: power supply; electrified railway; modernization; reconstruction; Smart Grid; traction substation, equipment; maintenance and repairing; diagnostics; reliability; system; monitoring; actual technical state
REFERENCES
1. Azovtsev Yu.A., Barkova N.A., Doronin V.A. Diagnostika i prognoz tekhnicheskogo sostoyaniya oborudo-vaniya tsellyulozno-bumazhnoy promyshlennosti v rynochnykh usloviyakh (Diagnosis and prognosis of equipment technical state in pulp and paper industry in market conditions). Bumaga, karton, tsellyuloza - Paper, paperboard, cellulose, 1999. Available at: https://www.google.com.ua/ www.vibrotek.ru/russian/biblioteka/book17 (Accessed 10 May 2014).
2. Analiz roboty hospodarstva elektryfikatsii ta elektropostachannia v 2004 rotsi [Work analysis of electrification and power management in 2004]. Kyiv, TOV «VD «Manufaktura» Publ., 2005. 181 p.
3. Analiz roboty hospodarstva elektryfikatsii ta elektropostachannia v 2008 rotsi [Work analysis of electrification and power management in 2008]. Kyiv, TOV «VD «Manufaktura» Publ., 2009. 244 p.
4. Analiz roboty hospodarstva elektryfikatsii ta elektropostachannia v 2012 rotsi [Work analysis of electrification and power management in 2012]. Kyiv, TOV «VD «Manufaktura» Publ., 2013. 247 p.
5. Babenko I.A.Vnedreniye sistemy tekhnicheskogo obsluzhivaniya po fakticheskomu sostoyaniyu mashinnogo parka zavoda (Implementation of maintenance on the actual state of the machine park plant). Materialy nauchno-tekhnicheskikh proektov molodykh spetsialistov NK YuKOS (Proc. of the scientific-technical projects of young professionals YuKOS), 2001. Available at: https://www.google.com.ua/ www.samara.sibintek.ru (Accessed 10 May 2014).
6. Bryul i Ker. Monitorizatsiya sostoyaniya mashinnogo oborudovaniya. DK BR 0660-11 (Monitoring the state machinery. DK BR 0660-11). Available at: https://www.google.com.ua / www.vibrotek.ru/russian/biblioteka/ book17 (Accessed 10 May 2014).
7. Dorofeyev V.V., Makarov A.A. Aktivno-adaptivnaya set - novoye kachestvo YeES Rossii (Active and adaptive network - a new quality of Russia UES). Energoekspert - Energoexpert, 2009, no. 4 (15). Available at: https: //www.google.com.ua/ www.labview.ru/conference/Sbornik_NIDays2013.pdf (Accessed 15 May 2014).
8. Yedinaya Sistema Monitoringa i Diagnostirovaniya (Khozyaystvo elektrifikatsii i elektrosnabzheniya) (Single monitoring and diagnostics system. (Economy of electrification and power supply)). Available at: https://www.google.com.ua / www.transset.ru/index.php/esmde (Accessed 10 May 2014).
9. Instruktsiia z tekhnichnoho obsluhovuvannia i remontu obladnannia tiahovykh pidstantsii, punktiv zhyvlennia i sektsionuvannia elektryfikovanykh zaliznyts [Instructions for maintenance and repair of equipment of traction substations, power points and sectioning of electrified railways]. Bila Tserkva, TOV «Inpres» Publ., 2007. 125 p.
10. Kobets B.B., Volkova I.O. Smart Grid: Kontseptualnyye polozheniya (Smart Grid: Conceptual positions). Professionalnyy zhurnal - Professional Journal, 2010, no. 03, pp. 66-72. Available at: https://www.google.com.ua / past.tpu.ru/files/est/tom-2.pdf (Accessed 10 May 2014).
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
11. Ledin S.S., Ignatichev A.V. Razvitiye promyshlennykh standartov vnutri- i mezhsistemnogo obmena dannymi intellektualnykh energeticheskikh sistem (Development of industry standards within and inter-system data exchange of energy smart systems). Avtomatizatsiya i IT v energetike - Automation and IT in the energy sector, 2010, no. 10. Available at: http://www.oe.energy.gov/smartgrid.htm (Accessed 21 May 2014).
12. Matusevych O.O., Sychenko V.H. Bahatoaspektna otsinka tekhnichnoho stanu sylovoho ustatkuvannia tiahovykh pidstantsii [Multifaceted technical evaluation of the power equipment of traction substations]. Tezisy IV mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Energosberezheniye na zheleznodorozhnom transporte i v promyshlennosti (11.06-14.06.2013)» [Proc. of the 4th Int. Scientific and Practical Conf. «Energy-saving reinforced. on transport and industry»]. Dnipropetrovsk, 2013, pp. 78-80.
13. Matusevych O.O. Intelektualni merezhi Smart Grid - maibutnie elektryfikovanykh zaliznyts [Intellectual networks Smart Grid - the future of electrified railways in Ukraine]. Tezisy V mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Elektrifkatsiya zheleznodorozhnogo transporta «TRANSELEKTRO 2011»» [Proc. of the 5th Int. Scientific and Practical Conf. «Electrification of Railroad Transport «TRANSELEKTRO 2011»]. Dnipropetrovsk, 2011, pp. 45-46.
14. Matusevych O.O. Metodyka provedennia ekspertyzy otsinky nadiinosti funktsionuvannia systemy avtomatyzovanoho keruvannia tiahovoho elektropostachannia elektrychnoho transportu [Assessment methods of reliability examination of automatic systems for controlling traction power supply of electric transport]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transport imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2009, issue 28, pp. 37-39.
15. Romanenko S.Ye., Kondratev Ye.V. Prozrachnost i obosnovannost zatrat na TO i R (The transparency and reasonableness of expenditures for maintenance and repair). 2013. Available at: http://www.pacc.ru (Accessed 16 May 2014).
16. Baldinger F., JansenT., Riet M., Volberda F. Nobody knows the future of Smart Grid, therefore separate the essential in the secondary system. «Developments in Power System Protection», the 10th IETIntern. Conf.». Available at: https://www.google.com.ua/ ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all (Accessed 16 May 2014).
17. Potocvnik J. European Smart Grids Technology Platform. Vision and Strategy for Europe's Electricity Networks of the Future. Office for Official Publications of the European Communities, 2006. 44 p. Available at: http://europa.eu.int/comm/research/rtdinfo/index_en.html (Accessed 16 May 2014).
18. Chupka M.W., Earle R., Fox Penner P., Hledik R. Transforming America's power industry: The investment challenge 2010 - 2030. Edison Electric Institute, 2008. Available at: https: //www.google.com.ua / www.iea.org/.../Session6_RussConklinISGAN (Accessed 21 May 2014).
Стаття рекомендована до друку д.ф1з.-мат.н., проф. В. I. Гаврилюком (Украгна); к.т.н.,
доц. О. В. Остапчуком (Украгна)
Надшшла до редколеги: 24.04.2014
Прийнята до друку: 17.06.2014
