Совершенствование методов эксплуатации электрооборудования и трансформаторов в системах электроснабжения 10-220 кВ алюминиевой промышленности

Актуальность работы. Надёжность и безаварийность систем электроснабже- ния 10 – 220 кВ предприятий алюминиевой промышленности во многом определя- ет качество и объём выпускаемой продукции. Эффективность эксплуатации опре- деляется увеличением времени безаварийной работы и снижением времени на про- ведение ремонтных работ. На современном этапе развития систем электроснабже- ния широко используются вакуумные и элегазовые выключатели, распределитель- ные устройства в элегазовой изоляции, кабели из сшитого полиэтилена, микро- процессорные устройства. Однако около 73% электрооборудования и трансформа- торов в существующих системах электроснабжения напряжением 10 – 220 кВ предприятий алюминиевой промышленности было выпущено в 60 – 90 годах про- шлого столетия, что оказывает существенное влияние на рост аварийности элек- трооборудования и сетей напряжением 10 – 220 кВ. Статистика указывает на то, что около 40% аварийных отключений в системах электроснабжения можно было бы избежать при проведении своевременных и обоснованных ремонтов на основе эффективных методов сбора и анализа эксплуатационных параметров оборудова- ния.
Значительный вклад в исследование и разработку методик, методов и алго- ритмов расчёта и планирования профилактических работ на электрооборудовании внёс известный учёный – Кудрин Б.И.
Совершенствование эффективных методов сбора и анализа эксплуатационных параметров электрооборудования и трансформаторов является актуальной задачей, решение которой позволит своевременно оценить эксплуатационный ресурс и син- хронизировать время планово – профилактических и текущих ремонтов с мини- мальными потерями выпускаемой продукции. Решением
Целью работы является совершенствование методов эксплуатации электро- оборудования и трансформаторов в части организации и планирования текущих и планово-предупредительных ремонтов, основанных на развитии способов сбора и анализа технических и эксплуатационных параметров.
5
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. На основе теории графов разработать статистический метод для эффек- тивного сбора и анализа информации по текущему состоянию электрооборудова- ния и трансформаторов.
2. Проанализировать отказы и простои оборудования, связанные с аварий- ными отключениями в системах электроснабжения 10 – 220 кВ предприятий алю- миниевой промышленности, и оценить эффективность существующих методов сбора эксплуатационных параметров электрооборудования и трансформаторов, а на их основе обосновать рациональные сроки проведения планово – профилакти- ческих ремонтов.
3. Усовершенствовать механизм самообучения экспертного регулятора для повышения достоверности вывода о ремонтопригодности электрооборудования.
4. Разработать рациональный подход к ремонту электрооборудования и трансформаторов на основе системы КАНБАН.
5. Определить время и диапазон регулирования силы тока электролиза для минимизации проведения ремонтных работ и проанализировать эффективность усовершенствованного метода по результатам практического внедрения.
Объект исследования: системы электроснабжения напряжением 10 – 220 кВ алюминиевых заводов.
Предмет исследования: эксплуатационные параметры электрооборудова- ния и трансформаторов, методы сбора и анализа данных параметров и рационали- зация периодов и времени планово-профилактических и текущих ремонтов.
Методы исследования. В работе использованы методы теории электриче- ских цепей и электрических измерений, теории электрических машин и трансфор- маторов, численные методы решения уравнений при моделировании переходных процессов в электрических схемах замещения с помощью программного обеспече- ния АСК, методы математической статистики, теория графов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработан комплексный метод для сбора и анализа информации о те- кущем состоянии электрооборудования и трансформаторов для обоснования раци-

6
ональных планово – профилактических работ, включающий:
– оценку технического состояния электрооборудования на основе экспертно-
го регулятора;
– определение рациональной организации ремонтных работ электрооборудо-
вания с использованием системы КАНБАН;
– определение рационального периода ремонта электрооборудования с учё-
том часов максимума энергосистемы.
2.Установлена закономерность использования теории графов, что для полу-
чения достоверного прогноза о состоянии электрооборудования необходимо иметь нечётное количество чётных вершин графа знаний, что позволяет осуществлять са- мообучение экспертного регулятора.
Практическая значимость:
1. Разработанный метод оценки эксплуатационных параметров электрообо- рудования и трансформаторов напряжением 10 – 220 кВ позволяет получить досто- верную информацию об их техническом состоянии и обоснованно выбрать рацио- нальный срок проведения ремонтных работ.
2. Усовершенствованный метод на основе теории графов позволил наиболее качественно получить информацию об эксплуатационном состоянии электрообо- рудования.
3. Усовершенствованный метод организации ремонтных работ на основе си- стемы КАНБАН позволяет сократить время ремонта и повысить качество работ за счёт максимально-возможного использования параллельности операций при вы- полнении ремонтов.
4. Определены рациональные периоды ремонта электрооборудования и трансформаторов с учётом часов максимума энергосистемы, что позволяет сэконо- мить средства на оплату электроэнергии.
5. Определены время и диапазон регулирования силы тока электролиза для минимизации периода проведения ремонтных работ с учётом часов максимума энергосистемы.
6. Результаты работы могут быть распространены на предприятия чёрной ме- таллургии и химической промышленности.

7
Реализация полученных результатов. Разработанные методы оценки экс- плуатационных параметров электрооборудования и трансформаторов напряжением 10 – 220 кВ и метод организации ремонтных работ на основе системы КАНБАН ис- пользуются для определения рациональных сроков и повышения качества ремонт- ных работ на следующих предприятиях компании РУСАЛ: ПАО «РУСАЛ-Братск», ПАО «РУСАЛ-Братск» филиал в городе Шелехов, АО «РУСАЛ Саяногорск».
Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке инже- неров по электротехническим специальностям в ФГАОУ ВО СФУ ИГДГиГ.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается совпадением расчетных значений чёткого вывода о необходимости и сроках вы- полнения ремонтных работ с реальными сроками проведения планово- предупредительных работ и текущими ремонтами электрооборудования и транс- форматоров в цехе электрообеспечения ООО «РУС-Инжиниринг» предприятий: ПАО «РУСАЛ-Братск», ПАО «РУСАЛ-Братск» филиал в городе Шелехов», АО «РУСАЛ Саяногорск».
На защиту выносятся:
1. Закономерность нечётности количества вершин графов знаний, позволя- ющих получить достоверный прогноз о техническом состоянии электрооборудо- вания и трансформаторов напряжением 10 – 220 кВ и обеспечить самообучае- мость экспертного регулятора.
2. Усовершенствованная методика определения периода ремонта электро- оборудования с учетом часов максимума энергосистемы, позволяющая сэконо- мить средства на оплату электроэнергии.
3. Усовершенствованный метод организации ремонтных работ на основе системы КАНБАН, позволяющий сократить время ремонта за счёт параллельности выполнения операций в зависимости от типа электрооборудования и повысить ка- чество ремонта.
4. Разработанный комплексный метод сбора и анализа информации для обоснования планово-предупредительных и текущих работ, включающий:
– оценку технического состояния электрооборудования на основе операци- онного регулятора;

8
– определение рациональной организации ремонтных работ электрообору- дования с использованием системы КАНБАН;
– определение рационального периода ремонта электрооборудования с учё- том часов максимума энергосистемы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докла- дывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях: XI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Интел- лектуальный потенциал вузов – на развитие дальневосточного региона России и стран АТР» (г. Владивосток, 20-24 апреля, 2009 г.); VIII (XXX) Всероссийская научно-техническая конференция «Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири» (г. Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2009 г.); Международная науч- ная конференция «Фундаментальные исследования и Современные наукоёмкие технологии» (10-17 апреля Израиль, 2010 г.); IX (XXXI) Всероссийская научно- техническая конференция «Естественные и инженерные науки – развитию регио- нов Сибири» (г. Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2010 г.); Международная научная конференция «Фундаментальные исследования и Современные наукоёмкие тех- нологии» (2-9 августа Испания, 2010 г.); X (XXXII) Всероссийская научно- техническая конференция «Естественные и инженерные науки – развитию регио- нов Сибири» (18-22 апреля, г. Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2011 г.); XI (XXXIII) Всероссийская научно-техническая конференция «Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири» (16-20 апреля, г. Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2012 г.); Международная научная конференция «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (22 мая-2 июня Европа, 2012 г.); Международная научная конференция «Приоритетные направления раз- вития науки, технологий и техники» (10-17 апреля, Италия, 2012 г.); Междуна- родная научная конференция «Актуальные вопросы науки и образования» (21-23 мая, г. Москва, 2012 г.); Международная научная конференция «Наука и образо- вание в современной РОССИИ» (20-21 ноября, г. Москва, 2017 г.); Международ- ная научная конференция «Наука и образование в современной РОССИИ» (17-24 декабря, Италия Рим, 2017 г.); Международная научная конференция «Наука и образование в современной РОССИИ» (май, г. Москва, 2018 г.) и международная

9
книжная выставка в LIBER BARCELONA 2018 в Испании (3-5 октября, г. Барсе- лона, Испания, 2018 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 печатных ра- бот, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки Рос- сии для опубликования основных результатов диссертационных исследований на соискание учёной степени кандидата наук; 1 статья в журнале, входящим в меж- дународную базу цитирования Scopus, 1 статья в периодическом издании. В каж- дой работе, опубликованной в соавторстве, личный вклад автора составляет не менее 50%.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 78 наименований, одного приложения. Основной текст диссертационной работы изложен на 120 страницах, содержит 27 рисунков и 8 таблиц.