УДК 621.311-192
Л 363
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор НГТУ Ю. А. Секретарев
д-р техн. наук, профессор СГУВТ C. В. Горелов
Левин В. М.
Л 363
Управление надежностью и техническим состоянием оборудования в задачах
эксплуатации электрических сетей: монография / В. М. Левин, Д. В. Танфильева.
– Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2023. – 240 с. (Монографии НГТУ).
ISBN 978-5-7782-4880-9
В работе рассмотрены методы анализа и синтеза моделей для оценки показателей
эксплуатационной надежности и технического состояния оборудования электрических
сетей и систем электроснабжения, применяемые в задачах управления процессами
технического обслуживания и ремонта. Предложены оптимизационные процедуры
и алгоритмы принятия решений по предотвращению нежелательных последствий
от нарушений электроснабжения потребителей при отказах электрооборудования
и снижению рисков возникновения последних.
Работа, как глубоко обобщающий многочисленные исследования труд, имеет теоретическую
и практическую значимость и будет весьма полезна широкому кругу научных
работников, аспирантов, магистрантов и инженеров-электриков, работающих в области
эксплуатации электросетевого оборудования объектов электроэнергетики.
УДК 621.311-192
DOI 10.17212/978-5-7782-4880-9
ISBN 978-5-7782-4880-9
© Левин В. М., Танфильева Д. В., 2023
© Новосибирский государственный
технический университет, 2023
Стр.4
УДК 621.311-192
Л 363
Reviwers:
Professor Yu. A. Secretarev, D.Sc. (Eng.), NSTU
Professor S. V. Gorelov, D.Sc. (Eng.), SSUWT
Levin V.M.
Л 363 Management of the power equipment reliability and technical condition for the
operation of electrical grids: monograph / V. M. Levin, D. V. Tanfilieva. – Novosibirsk
: NSTU Publisher, 2023. – 240 p. (NSTU Monographs).
ISBN 978-5-7782-4880-9
The paper considers methods of analysis and synthesis of models for assessing the
indicators of operational reliability and technical condition of equipment of electrical grids and
power supply systems used in the tasks of managing maintenance and repair processes. The
proposed optimization procedures and decision-making algorithms are proposed to prevent
undesirable after-effects of consumer power supply interruptions in case of failure of electrical
equipment and to reduce risks of their accidents.
The work, as a deeply generalizing work studied extensively and being of theoretical and
practical significance, will be of great use to a wide range of scientists, graduate students,
undergraduates and electrical engineers working in the field of operation of electrical grid
equipment of electric power facilities.
УДК 621.311-192
DOI 10.17212/978-5-7782-4880-9
ISBN 978-5-7782-4880-9
© Levin V. M., Tanfilieva D. V., 2023
© Novosibirsk State
Technical University, 2023
Стр.6
ОГЛАВЛЕНИЕ
Список сокращений ............................................................................................................................. 7
Предисловие ......................................................................................................................................... 8
Введение ............................................................................................................................................... 9
Глава 1. Задачи управления надежностью и эффективностью эксплуатации
оборудования электрических сетей .............................................................................. 11
1.1. Состояние электросетевого комплекса РФ в свете смены парадигмы
в управлении эксплуатацией оборудования ........................................................................ 11
1.2. Эффективность эксплуатации оборудования электрических сетей .................................. 14
1.3. Идентификация технического состояния и надежности оборудования
при управлении эксплуатацией энергообъектов ................................................................. 17
1.4. Методы, модели и критерии принятия решений при управлении
эксплуатацией оборудования электрических сетей ............................................................ 35
Выводы .......................................................................................................................................... 45
Глава 2. Идентификация технического состояния и надежности оборудования при
управлении эксплуатацией энергообъектов ............................................................... 47
2.1. Основные задачи при классификации состояний электрооборудования ......................... 47
2.2. Разработка моделей статистической классификации дефектного состояния
на основе байесовского классификатора ............................................................................. 50
2.3. Байесовское решающее правило для трехмерного признакового пространства ............. 63
2.4. Определение вида поверхности байесовского решающего правила
для трехмерного признакового пространства ..................................................................... 68
Выводы .......................................................................................................................................... 76
Стр.234
235
Глава 3. Исследование надежности электрических сетей с учетом технического
состояния оборудования ................................................................................................. 77
3.1. Связь надежности сложной восстанавливаемой технической системы
с характеристикой состояния ее элементов ......................................................................... 77
3.2. Вероятностные модели и методы оценки эксплуатационной надежности
оборудования электрических сетей (анализ и обобщение) ................................................ 81
3.3. Разработка методов моделирования потока отказов и потока дефектов
в элементах электрической сети с учетом эксплуатационных факторов ......................... 90
3.4. Методические аспекты анализа и прогнозирования надежности элементов
электрической сети на основе статистики внеплановых простоев и аварийных
отключений .......................................................................................................................... 101
Выводы ........................................................................................................................................ 111
Глава 4. Моделирование процессов технического обслуживания оборудования
электрических сетей ...................................................................................................... 113
4.1. Стратегии технического обслуживания и ремонта оборудования электрических
сетей ...................................................................................................................................... 113
4.2. Теоретические основы синтеза моделей технического обслуживания и ремонта
оборудования электрических сетей ................................................................................... 118
4.3. Синтез математических моделей надежности электрооборудования для актуальных
стратегий управления их техническим состоянием .................................................. 122
4.4. Методология управления случайными процессами технического обслуживания
и ремонта по параметру состояния ЭО .............................................................................. 133
Выводы ........................................................................................................................................ 144
Глава 5. Повышение эффективности эксплуатации оборудования и надежности
электрических сетей ...................................................................................................... 145
5.1. Выбор и принятие решений по повышению эффективности эксплуатации
электрооборудования сетей на основе оптимизационных моделей ................................ 145
5.2. Управление риском отказов оборудования в электрической сети .................................. 160
5.3. Повышение надежности электрической сети за счет управления техническим
обслуживанием и ремонтами ее элементов ....................................................................... 167
5.4. Поддержка принятия решений по управлению техническим обслуживанием
и ремонтом оборудования электрических сетей ............................................................... 175
Выводы ........................................................................................................................................ 185
Стр.235
236
Глава 6. Методология риск-ориентированного подхода в управлении эксплуатацией
оборудования сетей и систем электроснабжения с монопотребителем ................ 187
6.1. Критерии принятия решений на основе нормативно-технических документов
в сфере эксплуатации электрооборудования .................................................................... 187
6.2. Интегральная оценка технического состояния оборудования в распределительных
сетях и системах электроснабжения 6(10)–35–110 кВ ............................................. 190
6.3. Методика расчета показателей надежности промышленной системы электроснабжения
с учетом топологии схемы и технического состояния оборудования ......... 196
Выводы ........................................................................................................................................ 207
Заключение ....................................................................................................................................... 209
Библиографический список ............................................................................................................ 211
Приложение. Расчеты интенсивностей потока отказов оборудования РСК .............................. 225
Стр.236
CONTENTS
Abbriviation List .................................................................................................................................... 7
Preface ................................................................................................................................................... 8
Introduction ............................................................................................................................................ 9
Chapter 1. Management of realibility and operational efficiency of electrical grid
equipment ............................................................................................................................ 11
1.1. The state of the RF power grid complex in the light of a paradigm shift ................................ 11
1.2. Operational efficiency of electrical grid equipment ................................................................ 14
1.3. Identification of the technical condition and reliability of equipment in managing
power facilities ........................................................................................................................ 17
1.4. Methods, models and criteria for decision-making in managing electrical grid
equipment operation ................................................................................................................ 35
Conclusions .................................................................................................................................... 45
Chapter 2. Identification of the technical condition and reliability of equipment
in managing power facilities operation ............................................................................. 47
2.1. The main tasks in the classification of electrical equipment conditions .................................. 47
2.2. Development of models for statistical classification of a defective condition based
on the Bayesian classifier ....................................................................................................... 50
2.3. The Bayesian decision rule for the 3D feature space ............................................................... 63
2.4. Determining the surface type of the Bayesian decision rule for the 3D feature space ............ 68
Conclusions .................................................................................................................................... 76
Chapter 3. Study of the reliability of electrical grids based on the technical condition
of the equipment ................................................................................................................. 77
3.1. Relationship between the reliability of a complex recoverable technical system with
a description of the condition of its elements .......................................................................... 77
Стр.237
238
3.2. Probabilistic models and methods for assessing operational reliability of electrical
grid equipment (analysis and generalization) .......................................................................... 81
3.3. Development of methods for modeling the flow of failures and the flow of defects
in the elements of the electrical grid taking into account operational factors .......................... 90
3.4. Methodological aspects of the analysis and prediction of the reliability of electrical
grid elements based on statistics of unscheduled downtime and emergency
blackouts ................................................................................................................................ 101
Conclusions .................................................................................................................................. 111
Chapter 4. Modeling the processes of electrical grid equipment maintenance ........................... 113
4.1. Strategies for the maintenance and repair of electrical grid equipment ................................. 113
4.2. Theoretical foundations for the synthesis of models of maintenance and repair
of electrical grid equipment ................................................................................................... 118
4.3. Synthesis of mathematical models of electrical equipment reliability for the current
strategies for managing their technical condition ................................................................. 122
4.4. Methodology for managing random maintenance and repair processes based on the
EE condition parameter ......................................................................................................... 133
Conclusions .................................................................................................................................. 144
Chapter 5. Improving the equipment operational efficiency and the reliability
of electrical grids .............................................................................................................. 145
5.1. Choice and decision-making to improve the efficiency of grid electrical equipment
operation based on optimization models ................................................................................ 145
5.2. Managing the risk of equipment failures in the electrical grid ............................................. 160
5.3. Improving the reliability of the electrical grid by managing the maintenance
and repairs of its elements ..................................................................................................... 167
5.4. Decision-making support for the management of maintenance and repair of electrical
grid equipment ....................................................................................................................... 175
Conclusions .................................................................................................................................. 185
Chapter 6. Methodology of the risk-based approach in managing the grid equipment
and power supply system operation with a single consumer ........................................ 187
6.1. Criteria for decision-making based on the regulatory and technical documents
in the field of electrical equipment operation ........................................................................ 187
Стр.238
239
6.2. Integrated assessment of the technical condition of equipment in distribution
networks and power supply systems 6(10)–35-110 kV ......................................................... 190
6.3. Methodology for calculating the reliability indicators of an industrial power supply
system taking into account the topology of the circuit and the technical condition
of the equipment .................................................................................................................... 196
Conclusions .................................................................................................................................. 207
Concluding remarks ........................................................................................................................... 209
Bibliographic list ................................................................................................................................ 211
Appendix. Calculations of the flow rate of GDC equipment failures ......................................................
Стр.239