Метод расчёта индекса состояния и уровня риска повреждения КРУЭ, работающих в тропических условиях

Группа исследователей из Индонезии и Нидерландов предложила метод расчёта индекса технического состояния и уровня риска повреждения КРУЭ, работающих в тропических условиях. Метод основан на выделении составных частей КРУЭ и статистическом анализе истории их повреждений. Работа авторов была опубликована в издании Electrical Power and Energy Systems в мае 2020 года.

В распоряжении исследователей находилась база истории эксплуатации 631 ячейки КРУЭ 150 кВ и 500 кВ, которая записывалась с 2005 по 2014 годы. Срок службы ячеек составлял от 1 до 30 лет со средним значением 16 лет. КРУЭ находились в эксплуатации в тропических условиях столицы Индонезии Джакарты.

В результате проведённого статистического анализа повреждаемости КРУЭ были сформулированы основные черты деградации КРУЭ в таких условиях:

1. Дефекты, не связанные с состоянием изоляции, могут приводить к повреждению изоляции и нарушению работы приводных механизмов.
2. Активность частичных разрядов, наиболее вероятно, начинала проявляться до существенного нарушения состояния изоляции.
3. Во многих ячейках КРУЭ 150 кВ без выключателей, не имеющих дополнительных осушителей, был отмечен повышенный уровень влажности. Совместное действие ЧР и высокой влажности ускоряло коррозию элементов КРУЭ.
4. Высокая влажность также повышала вероятность конденсации влаги на внутренней поверхности КРУЭ.
5. В КРУЭ с нарушенной изоляцией пробитие изоляции наиболее вероятно происходит под действием переходных напряжения.

Несколько примеров фактической кривой повреждаемости КРУЭ показаны ниже.

Некоторые из исследованных дефектов КРУЭ показаны ниже.

Методика расчёта индекса состояния КРУЭ основывалась на оценке состояния отдельных элементов КРУЭ. Общая схема метода показана ниже.

В методе каждому элементу КРУЭ присваивалось значение от 1 до 100. Для ясности градации исследователи определили значения нескольких ключевых уровней состояния элемента КРУЭ: 1 – полностью бездефектное состояние без отклонений, 10 – незначительные признаки отклонений, не влияющие на функционирование элемента, 30 – явные признаки отклонений, требующие мероприятий по обслуживанию, 100 – серьёзные признаки отклонений, любое дальнейшее отклонение приведёт к потере работоспособности элемента. Значения индексов состояния элементов затем последовательно складывают и получают значения индексов состояния ячеек и целых КРУЭ. Методика применяется отдельно к трём категориям компонентов КРУЭ: основные, вспомогательные и ОПН. Поверждение основных компонентов напрямую связано с угрозой здоровью персонала, повреждение вспомогательных компонентов не связано напрямую с угрозами персоналу. ОПН выделяется в отдельную категорию из-за особенностей зоны установки. Для тропических условий характерны повышенные уровни грозовой активности, поэтому надёжность ОПН напрямую влияет на надёжность работы КРУЭ. Таким образом, индекс технического состояния КРУЭ состоит из трёх значений, описанных выше.

Оценка состояния каждого элемента учитывает особенности работы элемента. Исследователи предложили несколько подходов к оценке: на основе уставок, определяемых статистическими методами, на основе рекомендаций стандартов, на основе анализа тренда, на основе сравнительного анализа работы однотипных компонентов и т.п. Пример подхода к оценке состояния на основе статистического анализа показан ниже на примере влажности элегаза в ячейке КРУЭ.

В данном случае вертикальная ось соответствует значению плотности элегаза, горизонтальная – влажности. Диаграмма построена по данным 116 ячеек КРУЭ 150 кВ. Определённые по диаграмме уставки ухудшенного, плохого и очень плохого состояния равны 135, 277 и 336 ppmV.

Методика оценки риска повреждения КРУЭ была основана на оценке состояния КРУЭ и оценке подверженности КРУЭ повреждению. Последняя величина определялась по индексу состояния основных элементов КРУЭ, оценке опасности повреждения в текущем режиме работы, числу остановов КРУЭ в течение года, истории обслуживания, уровню загрязнённости атмосферы (концентрации CO, CO2, уровню солевых отложений на поверхностях – свойства эксплуатации оборудования в крупных городах в тропической зоне) и состоянии ОПН.

Для общего описания оценке повреждения КРУЭ, учитывающего все эти факторы, исследователи использовали величину сводной вероятности отказа TFP. TFP изменялась от 0 до 100 с более высокими значениями соответствующими более высокой вероятности отказа.

Каждый из этих факторов оценивался по шкале от 1 до 100 с более высокими значениями соответствующими более высокой оценке участия фактора в вероятности отказа. Оценка риска определялась как взвешенная сумма факторов. Весовые коэффициенты каждого фактора были определены как:

• для индекса состояния основных элементов КРУЭ – 0,2;
• для оценки опасности повреждения в текущем режиме работы – 0,2;
• для числа остановов КРУЭ в течение года – 0,2;
• для истории обслуживания – 0,2;
• для уровня загрязнённости атмосферы – 0,1;
• для состояния ОПН – 0,1.

Далее, по значению уровня оценки риска исследователи предложили составлять матрицу последствий отказа, которая будет уникальна для каждого отдельного предприятия. В предложенном исследователями примере матрицы использовались 5 уровней риска отказа: низкий, средний, высокий, критический и катастрофический. Для каждого уровня риска были характерны свои рекомендации по обслуживанию и восстановлению надёжности КРУЭ.

Больше новостей и аналитики из мира онлайн-диагностики электрооборудования читайте на нашем Телеграм-канале "ЗВЕЗДА"