Аннотация

В настоящее время в электрических сетях не редки случаи отказов электрооборудования. В связи с этим, возникает необходимость применения более инновационных решений, позволяющих снизить затраты его обслуживание и повысить надежность электроснабжения. Целью работы является разработка модели расчета показателей экономической эффективности для определения вида технического воздействия на электросетевое оборудование на периоде жизненного цикла. В работе предложен алгоритм расчета эффективности стратегий воздействия на электротехническое оборудование, на базе которого создана программа для расчета NPC (net present cost) при реализации стратегий ТОиР и ТПиР.

Ключевые слова: трансформатор, NPC, управление производственными активами, ТОиР, ТПиР.

Abstract

Currently, in electrical power grids, cases of electrical equipment failures are not uncommon. In this regard, there is a need to use more innovative solutions to reduce the cost of its maintenance and increase the reliability of power supply. The aim of the work is to develop a model for calculating economic efficiency indicators to determine the type of technical impact on power grid equipment during the life cycle. The paper proposes an algorithm for calculating the effectiveness of strategies for the type of technical impact on electrical equipment, on the basis of which a program was created for calculating NPC when implementing MRO and reconstruction.

Keywords: transformer, NPC, Enterprise asset management, MRO, reconstruction.

Введение

В настоящее время мы можем констатировать, что в электрических сетях наблюдается высокий износ электротехнического оборудования, что нередко приводит к аварийным отключениям. Также очевиден тот факт, что невозможно одномоментно заменить все оборудование на новое ввиду серьезных ограничений бюджета. Это и является основной причиной создания системы управления сетевыми активами и надежностью электроснабжения.

Данная система направлена на повышение надежности электроснабжения, а также оптимизацию операционных и капитальных затрат при эксплуатации электротехнического оборудования.

Ключевыми предпосылками создания системы являются:

• Оптимизация затрат на проведение работ ТОиР;

• Повышение надежности электроснабжения потребителей, сокращение потерь нефти из-за перерывов в электроснабжении;

• Снижение трудозатрат персонала, участвующего в автоматизируемом бизнес-процессе;

• Повышение рентабельности эксплуатации технологического оборудования за счет снижения затрат на ремонты;

• Контроль работ по ТОиР с учетом расхода единиц оборудования и материалов.

Решаемая в настоящей работе задача может рассматриваться как составная часть данной крупной системы.

На текущий момент в процессе эксплуатации электротехнического оборудования все большую актуальность принимает понятие «полной стоимости владения», которое включает в себя не только стоимость самого оборудования, но и затраты на его обслуживание и ремонты. При этом, для не нового оборудования, находящегося в эксплуатации существует два варианта стратегии обслуживания – стратегия реконструкции (ТПиР) или стратегия ремонтов (ТОиР). Особый интерес представляет заблаговременное определение наиболее экономически выгодной стратегии.

Цель работы — разработка модели расчета показателей экономической эффективности для определения вида технического воздействия на электросетевое оборудование на периоде жизненного цикла.

Постановка задачи

По данным [1-4] – состояние силового трансформатора можно выразить численно, посредством индекса технического состояния (ИТС). Индекс технического состояния – величина обратная физическому износу оборудования, используемая для определения показателя технического состояния объектов электроэнергетики. Для нового трансформатора – индекс равен 100%. С течением времени индекс будет снижаться по линейной зависимости.

Однако – чем ниже индекс, тем выше вероятность отказа. Это приводит нас к гипотезе, что для старого оборудования кривая затрат на графике изменения NPC во времени, соответствующая стратегии ТОиР, будет иметь более крутую траекторию и быстрее увеличиваться. Кривая для стратегии ТПиР будет начинаться из точки, равной стоимости реконструкции, но при этом идти по более пологой траектории, что связано с более высоким индексом и меньшими вероятностями отказа. Таким образом, мы сможем получить показатель в виде NPC на n-м году эксплуатации, позволяющий ответить на вопрос: постоянные ремонты или реконструкция?

Перейдем к описанию расчетной модели. Согласно 676 приказа Минэнерго РФ [1], трансформатор, как единицу основного технологического оборудования, можно разбить на 7 функциональных узлов (Рис. 1). При этом каждый узел может характеризоваться группой параметров (серый блок). Имея на руках подробный акт технического обследования трансформатора, мы можем оценить групповые параметры (от 0 до 4). И уже далее, по расчетным формулам из приказа, рассчитать индексы технического состояния отдельных узлов и трансформатора в целом.

Рис. 1. Алгоритм расчета ИТС

Согласно приказу Минэнерго РФ №123 [2], вероятность отказа оборудования напрямую зависит от индекса технического состояния и определяется вероятностью отказа каждого его функционального узла.

Конечной целью расчета является значение NPC, которое будет рассчитываться с накоплением за каждый год жизненного цикла. Рассмотрим подробнее процесс расчета ущерба в отдельном году цикла (Рис. 2).

Рис. 2. Расчет ущерба от отказа оборудования

Зная индекс технического состояния в начале расчетного периода, мы можем спрогнозировать его изменение для каждого следующего года жизненного цикла. Сам же индекс позволяет оценить вероятность отказа функционального узла в расчетном году. Далее, с учетом вероятности отказа, программа по биномиальному распределению выдает значение случайной величины наступления события отказа. В случае наступления отказа – программа засчитывает для данного года дисконтированные стоимость ремонта и ущерб от недоборов нефти.

Получив результат для одного жизненного цикла, данный расчет многократно повторяется. Разобравшись в отдельных частях алгоритма, перейдем к его полному описанию (Рис. 3).

Рис. 3. Расчет ущерба от отказа оборудования

В качестве исходных данных модель принимает информацию о текущем техническом состоянии, стоимости оборудования, его ремонтов и возможных недоборов. Далее для каждого года жизненного цикла рассчитывается возможный ущерб. После идет расчет множества вариантов развития жизненного цикла и на выходе модель выдает 1000 возможных значений показателя NPC для данного трансформатора. Полученные значения NPC позволят определить вид оптимального технического воздействия, что в свою очередь даст возможность эффективно реализовать программы ТПиР и ТОиР.

Результаты

В целях определения диапазона исследуемой величины – показателя NPC применим метод Монте-Карло, который позволяет получить широкую выборку результатов значений с высокой точностью. Метод состоит из следующих ключевых этапов:

1. Описание процесса математической моделью с использованием генератора случайных величин;

2. Многократный итерационный расчет модели;

3. Вычисление вероятностных характеристик для рассматриваемого процесса на основе полученных данных.

На рисунке 4 приведен график результатов расчетов, которые были проведены с целью определения рекомендации по виду технического воздействия. Например, для 50% процентиля, стратегии ТОиР соответствуют затраты в 55 млн. руб., а для стратегии ТПиР – 50 млн. руб. На основе этих данных возможно дать рекомендацию о техническом воздействии на оборудование, при условии его планируемой эксплуатации в течение ближайших 30 лет.

Рис. 4. График накопленной вероятности по методу Монте-Карло

Как же быть в том случае, если эксплуатация оборудования планируется на менее длительном промежутке времени? Ответить на данный вопрос можно посредством анализа графика, полученного по итогам результатов расчетов в созданной расчетной модели (Рис. 5). Из графика можно сделать вывод о том, что если эксплуатация планируется до 2030 года, то рекомендуется стратегия ТОиР, так как кривая затрат в этом случае лежит ниже. Если же эксплуатация оборудования планируется после 2030 года – рекомендуется стратегия ТПиР.

Стоит также учесть следующее. Такое расположение кривых ни в коем случае не будет являться правилом, ведь при ином техническом состоянии возможно изменение их положения и отсутствие точки пересечения. Например, при очень низком исходном индексе технического состояния может быть однозначная рекомендация по реконструкции.

Рис. 5. Пример результата расчета программы

Модель создана на языке программирования Python. Из отличительных особенностей можно отметить ее гибкость и масштабируемость. Эти свойства позволяют вносить в нее новые исходные параметры с возможностью корректировки алгоритма и получения в итоге более точных результатов.

Выводы

Предлагаемая к внедрению разработка может быть интересна в рамках нефтегазодобывающих предприятий. Эффект от применения разработки заключается в повышении надежности электроснабжения при рациональном расходовании средств на программы ТОиР и ТПиР. Экономический эффект только для одной единицы оборудования может достигать 5 миллионов рублей.

Список используемых источников информации

1. Приказ Министерства энергетики РФ от 26 июля 2017 г. № 676 «Об утверждении методики оценки технического состояния основного технологического оборудования и линий электропередачи электрических станций и электрических сетей»;

2. Приказ Министерства энергетики РФ от 19 февраля 2019 г. № 123 «Об утверждении методических указаний по расчету вероятности отказа функционального узла и единицы основного технологического оборудования и оценки последствий такого отказа»

3. СО 34.20.611-2003 «Нормативы затрат на ремонт в процентах от балансовой стоимости конкретных видов основных средств электростанций»;

4. Меньшов Б.Г. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности / Б.Г. Меньшов, М.С. Ершов, А.Д. Яризов. М.: Недра, 2000. 487 c.