作者: 拉多米尔戈诺”;电气系的〜〜和斯坦尼斯RusEK *〜动力工程, 电气工程与计算机科学系, 俄斯特拉发的VSB技术大学, 17, Iistopadu 15, 708 ZOO俄斯特拉发, 捷克共和国的E-mail。’ radomir.gono @ vsb.cz
本文讨论有关从流通企业配送网络设备故障和电力供应中断数据的分析. 也有建议如何采用新材料，以提高可靠性. 由于每家公司都有数据监测统一方法的建立是为了使处理结果比较不同结构. 数据结构, 分配网络设备的可靠性评价和一些分析的初步结果的方法在本文中都. 也有描述的可靠性为中心的维护，RCM并将其应用到配电网络设备的基本原理. 它的目标是装备更有效的维修方案. 这种分析的输入是中断的数据库, 保养, 设备状况和财务流程. 纸张的最后部分包括引入燃料电池系统的可靠性，在电网1inked操作的上下文.
1 引言
随着市场逐步自由化世界各地发生急剧变化的方式来供电质量相关的制度变迁. 它的发展对供应商和他们的客户之间的纯粹的商业决定. 不符合约定的定性参数的供应将导致贸易纠纷和财务结算. 所谓未交付的能量, 包括其估值, 到达现场.
电力市场自由化已经在这两个国家开始. 这是一个有点快，在捷克共和国比日本. 市场将完全开放给所有的消费者从我一月一日 2006 在捷克共和国.
对解除管制和竞争加剧当前的趋势使流通企业提供稳定及可靠的电力供应. 这就是为什么他们要寻求供应商提供最优质的, 价格竞争力的产品，在当今全球市场上提供服务.
供应优质以下两个方面可以考虑:
- 供电可靠性与电能的可用性在给定位置, 通过中断的另一个名字数量较少.
- 电压质量有关的电压波形的特征的纯度, 包括电压和频率的绝对水平.
本文论述更详细的前点.
最低的价格，其实是指合理, 电力平衡价格作为成本和一定的可靠性水平之间的妥协.
由于这是材料工程杂志，我们想指出的是，用于提高电网的可靠性，新材料.
2 发生的故障和停机分析
在配电网发生监控事件的主要目标是确保电能给消费者提供可靠依据配电网电网参考守则. [1] . 可靠性的速率可以从事件数据库由供电可靠性或可靠性特定元素的索引全局索引来确定.
可靠性是世界中心的分析提供了关于电子无电子元件的可用性和和一种失败的分布函数信息电子数据库. 它们不仅含有合成的失败率，但我们甚至可以向生产者, 操作条件, 等. 它有可能使用这些数据库对复杂系统的可用性预测. 不幸, 数据库不包含有关在我们的条件下工作的电力设备的数据.
在故障前捷克斯洛伐克独家数据库, 中断和损坏的设备在整个电力系统开始上升 1975. 不幸, 因为数据库填充已停止 1990 因为政治和社会变迁. 流通企业获得独立，并开始引入自己的系统.
后来, 根据新的全球趋势, 发行公司决定统一监控的可靠性全球指数也选择了件装备的可靠性. 用于分析认为必要的数据在我们的研究工作场所项目的可靠性也被处理参考集中存储. [2] . 数据是手和流程自今年 2000.
在日本，有电力公司存储该数据总会.
2.1 设备件库
大多数公用事业创造网络组件的可靠性统计, 包括线, 变形金刚, 等. 它们尤其是收集来识别不可靠的设备，也可以用作输入到系统行为的概率计算.
上的设备和系统的元件的可靠性基本数据如下:
- 特定部件的设备和元件的故障率.
- 该台设备由于维护和检查停运.
- 该件装备的由于对作品本身和劳动安全的配电系统的带电部件附近作业安全工作中断.
供的可靠性相应的评价，有必要对所检查的设备的数量和范围的数据.
因此，它不是数据仅在E.G的情况下. 失败的次数和某些类型和电压等级的线路发生故障的平均时间, 而且数据在观察的设备的总的范围的情况下, 即. 这里对某些类型和电压电平的线的总长度.
分析的结果是失败率的测定和平均故障时间为设备的特定项目或组设备. 更详细的资料库, 其他部分的信息可以发现，对于运营商重要的, 如失败的最常见原因, 网络与未交付的能量最大金额, 等.
这些数据还有助于评估已供电设备的块属性 (或一台设备的特定类型选择的供应商的) , 选择新设备部件, 评估适合恢复块设备在其生命的结束时间, 选择高压网络节点的操作模式, 以及其他的. 不幸, 一些流通企业监测只有失败各大单位，因为他们没有兴趣在确定项目的可靠性可言.
设备项目的具体可靠性指标是根据下列方法计算参考. [3] .
失败率以下关系可以写成:
Ñ失败的次数
的Z某些类型的网络中的元件的数目
X中的考虑期 (年)
对于故障的平均时间，以下是有效:
数的特定类型的元件的故障数
TI持续时间OFTHE OFTHE某种类型元素的故障 (Ĥ)
2.2 数据结构和范围
来自捷克共和国八个分销公司，一个来自斯洛伐克共和国俄斯特拉发提供技术大学与中断和失败的数据库. 个别企业发布的各种数据文件格式的不同数据; 因此，有必要选择不同的方法将数据转换成统一的数据库. 三十一艘属性被选中的属性量的数据分析. 这些属性在表中描述 1.
今天，数据库包含超过 400 万条记录上电压等级 110 千伏, 中压和低压部分.
我们用一个n元关系, 其中，n = 31, 数据模型. 如果所有属性值的查询将被定义，我们可以申请一个多维数据结构，索引的关系. 我们可以将R树或UB-树. 数据结构提供了更好的效率，以查询比主线的DBMS应用经典的B-tree许多属性关系 (数据库管理系统) . 在该情况下，索引空间就是维空间 3 1 .
2.3 有些结果
从总数据库项目可靠性的决心已到目前为止所规定的第一级结构 (根据设备的类型) : 配电变压器台压/低压, 电缆线, 变电站压/中压和开关站和中压架空线.
故障率公式的图形趋势. (1) 和平均故障时间方程. (2) 从上述数据显示解释 22 在图千伏电缆. 我 .
一个公司特定时期之间巨大差异是显而易见的，以及那些特定公司之间. 这些结果与储备被接受, 因为从五年期的数据的统计上的可靠性是不够的电力工程领域和事件的观察方法仍然是与特定公司不同. 从长期的观察故障和停电的这个的必要性和需要统一观测方法遵循. 更详细的资料库, 可以得到其他部分的信息，这对于运营商重要的. 图. 2 有一种失败原因的分析.
2.4 我们如何改进参数
这有几个可能性至于如何提高可靠性:
- 免维护设备，消除计划内停机. 的某些元件是不能够执行其功能，因为它维护期间是不可用的.
- 间接活线作业缩短工作中断，新型绝缘材料加工工具.
- 遥控切断开关，可以切断额定电流，消除操作的时间和金钱. 他们还免费维修.
- 流通企业在捷克共和国开始在林区安装绝缘架空线.
- 六氟化硫或真空用于断路器代替油.
- 纸绝缘电缆所取代聚乙烯绝缘电缆. 有数据库的比较 1975-1990 和 2000-2004 表 2.
图 1 可靠性指标的倾向
图 2 根据自己失败的原因
3 以可靠性为中心的维护
本文的这一部分涉及到寿命估算所用的材料和资源的有效消费.
维护, 但从可靠性的点, 该件装备的这种状态，当某个元素 (或一组元素) 是不能够执行其功能，因为它是由于保养不可用. 然后每个停电检修指, 原则, 在某些系统可靠性降低.
如果一个元素正在维护, 它既不在操作, 也不是可. 在这一系列的可靠性系统的情况下，任何停电检修导致整个系统的中断. 在并行可靠性系统的情况下, 任何维护中断导致系统的总可靠性降低; 因此它影响的强度和中断的平均持续时间.
RCM是一种决策工具，使得它可以控制或改善维护计划. RCM提供了基础数据的充足和合理的决定，并应用于外现有的控制系统的维护. 由RCM方法得到的意见，然后在修改或重新定义现有的维护计划动用. 如果这种方法被采用正确, RCM可以使现有的维护计划更加有效和最优化.
可靠性为中心的维修的目标是制定这样的维护策略，使总经营成本可能会在保持可靠性的必要程度减至最低, 安全和设备的环境无害性操作.
这是首先需要采取许多步骤，可以简单地概括为以下几点参考. [4] :
- 设备的所有项目，受到维护，因此决定参加RCM过程本身.
- 的这些设备的功能的测定.
- 设备老化的结果模型的确定.
- 设备重要性的确定.
- 设备故障及其后果的鉴定.
- 设备的总营运成本的方程和最合适的形式维护这一发现的设立.
在RCM实施的第一步是什么类型的维护将被应用到所有这些设备维护的决定. 一般来说，可以从下面的选择:
- 为了保持维护现有系统 (定期根据预防性维护秩序) .
- 操作失败 (纠错性维护) -需要定期检查和必要的测量，将执行确认设备是否安全工作.
- 定期RCM.
- 条件RCM.
但从设备的技术条件决定，也是其可靠性的点, 我们可以区分两种RCM-期刊 (维修周期的优化) 和条件 (判定部件进行维护的顺序) 参考. [5].
在输配电网络的区域equipmefit等项目，变压器, 户外电缆线, 开关元件, 保护装置, 等. 将被纳入RCM系统.
在这些要素的情况下, 为RCM应用程序的基础是确定老化模型和元素的所谓的重要性. 这主要是由元素的维修费用表示, 元素的维修成本和元件停运的成本.
在电力工程的部门在俄斯特拉发技术大学，我们已经一直在关注与RCM的方法发展了数年. 我们的主要目标是它的实际应用，并纳入维护电力公司的系统. 因为RCM系统利用多信息源，并优化数千成分的保养, 有必要设计一种软件工具，用于处理有用数据一样的量.
研究我们选择了两种基本的RCM实施配电网络的框架RCM系统的理论后，. 一种方法导致了维护周期的某些类型的所有组件或相同类型的元件组的最优化. 另一种做法导致了状态检修的优化 (视情维修) , 即, 到的维护同一类型的特定成分的最佳顺序的确定 (参考. [6] ) .
该方法将根据分销网络的特定部分应用. 该方法的比较如下:
- 保养周期的组件OFTHE某种类型的一些优化高; 通常, 在某些类型的每个组件具有低重要性, 不能获得的某些类型的特定成分的成本, 在该事件的分析 (失败, 停运) 特定的成分不能被发现.
- 部件进行维修-边界的顺序的判定，必须从时，不仅从经济的角度进行维护是合理的定义, 设备监控是可能的 (例如，. 上1ine监控) , 我们必须能够确定设备的状况和重要性.
该方案的框图给出图. 3 . 基本输入是分销公司数据库 (技术信息系统TIS和财务信息系统，FIS), 从所需的数据将被读. 输入, 这将通过程序操作输入, 主要用于组件的状态的确定标准 (特别的影响权重) 并且，将成为特定组件的重要性的确定标准. 此外, 在当局的控制，必须考虑到, 如征收不服从规定的电力供应的标准处罚.
供的类型的部件，第一组的程序的输出是最佳的保养周期, 为组成部分的类型，然后在最佳的第二组
保养 (其中的组件状态和重要性坐标) .
3.1 维修周期的优化
最佳的维护间隔的确定是基于成本函数. 对于设备项目, 总经营成本的维修率函数的方程是必要的设立，以及其局部最小值是要找到. 简化的成本公式将包括三个基本部分，并表示每年总营运成本操作件装备:
- 维护成本怒江
- 维修费用无
- 停运成本NV
额外的费用被省略. 成本函数具有以下形式:
NC =怒江 的Na NV (捷克克朗. 年〜*) (3)
对于特定成本项目的量化的主要简化假设的事实是，这些特定成本项目将不会随时间而变化, 或者说，他们百分比的增加将大致相等.
为简化起见，可以说，维修费用和维修费用依赖于维护和修理率, 因而对种类和某些元件的条件 (其衰老模型). 停电成本取决于元素的种类和条件，, 此外, 在电力系统的元件的位置 (取决于系统配置) ; 即. 上的元素的重要性.
关于成本函数特定部分的详细信息，参考介绍. [7] .
参照这样的事实：任何 “重要性” 不能分配给任何特定的成分 (既不FIS, 也不TIS数据划分到一个特定的设备) , 有必要进行数据分割成组. 然后, 的基团的保养间隔是不同. 输入数据的组件划分成组按重要性如下:
- 对于某些类型的系数为消费者评价的所有组件, 除法和他们的限制和组件的类型组数.
- 分别对每个组件的标识号, 连接消费者按类型数, 该组件可能另一个部门.
组件划分为组重要的结果是在特定群体成分的量的决心和一组数的每个组件的分配.
图 3 程序框图
输入数据的RCM分析本身的维护成本, 维修费用, 故障率, 失败的总时间, 计划停机时间, 所有消费者的数量, 包括它们的类型, 停电在不服从的标准号, 处罚, 未交付的电能为特定类型的消费者价格, 未交付的能量由特定类型的消费者的成本之间的关系, 由特定群体停运的成本之间的关系, 维持率和平均功率通过某些部件. 在给定的数据是在考虑一年期间相关.
这些输入数据的来源是从技术的出口纪录, 故障数据库和金融数据库, 或该数据由键盘直接输入并存储在一个特殊的文件.
还有就是创建维护计划特定组的所有设备计算出的最优维修率的基础上，. 例如，如果最佳维持率是在 0.2 (图. 4), 这意味着每5年一次, 维护将每年进行大约从所有设备的五分之一.
3.2 基于状态的维护
由监测系统和各种诊断方法的手段一台设备的状态确定. 关于该条件的基础之一可以评估多久一件设备将可能运行直到功能发生故障时. 参照这样的事实，这是一种相当昂贵的事, 此类型的维护将尤其适用于昂贵，操作上重要的设备, 如超高压, 高压变压器, 等.
输入数据的结构取决于特定成分的. 通常, 它们可以被分成三组. 例如, 为 110 千伏电源断路器是输入数据的结构如下:
一) 特定成分识别的特定电路断路器的识别, 电站, 场/出口, 投入运行的一年, 断路器的类型, 中等灭绝, 断路器的序列号, 断路器生产年份, 这类驱动器, 驱动器的类型, 驱动器的序列号, 驱动器制造年份 .
图 4 成本函数的图形表示
b) 数据确定断路器的这部分条件的条件, 最后的行动日期, 灭弧室的密封性, 接触的最后一次大修的日期, 压缩机的检修触点后发动机小时数, 开/常闭数 (CO) 接触的大修周期后, 压缩机的最后一次大修的日期 (驱动器) , 压缩机的检修压缩机后发动机小时数, 一氧化碳周期检修压缩机后数 (驱动器) , 诊断试验日期, 的断路器的诊断试验的评价, 技术状态评估的日期, 气候状况, CO数, 压缩机发动机小时数, 金属零件的条件, 地线条件 (防止与非带电部件接触的危险) , 绝缘子条件.
Ç) 数据确定断路器的这一部分，重要性的重要性, 断路器位置, 线的类型, 备份的可能性, 消费的重要性, 每年发射的能量.
由条件和阻抗保养的结果是与特定的设备部件的布局的图 (图. 5) . 在此图的基础, 部件进行维护的最佳次序，然后确定.
4 的燃料电池系统
在所谓的 “白色报告” 欧盟成员国已承诺在涉及本国能源总可再生能源大约两倍的份额由消费 20 LO. 这个战略目标是基于一个前提，即每个国家应通过其自己的输入符合国情作出贡献. 根据欧盟的协议，捷克共和国将产生 896 从可再生能源电力 2010. 但有一个很大的问题，连续性和供电可靠性大部分来自可再生能源. 我们的大学研究主要集中在燃料电池中的应用. 我们希望他们能够支持可再生能源的份额不断增加的备份和某种能量存储.
当前一代的燃料电池发电厂的可靠性是最关键的问题之一. 的原因，在美国和日本的许多燃料电池发电厂的可靠性降低的分析表明，到目前为止，广袤被迫停工已造成植物成分的平衡失败.
图 5 通过维修条件和重要性
最终, 燃料电池的植物可以在流空房 98-99%, 这在传统的制氢工厂目前取得的值 (参考. [8] ).
一种燃料电池系统的高可靠性在很大程度上将来自堆叠的模块化导致 (它们易于维护，只有部分关闭是必要的) , 但也应归因于他们缺乏高度强调运动部件在极端条件下运转，其易于维护. 利用模块化单元的允许一个站点的布局，其可以被设计为允许更换完整模块, 它不仅允许一个更经济地利用备件，也最大限度地减少产量损失. 还, 通过更换备用模块, 植物可以在充满电时的日常保养周期操作, 应该是这个必要. 即使没有备件, 植物可以被设计成使得仅部分关闭，有必要在故障的情况下.
以下条件是必需的并网电厂:
- 为了保持电力的高品质 (高次谐波, 电压调节, 频率的变化, 等) .
- 为了提供适当的保护在系统故障的情况下.
在的情况下 “不向电网供应电力的” 植物应配备一个 “逆功率保护系统,” 这可能是一个假负载，或其他适当的设备.
燃料电池发电机正在考虑电网连接 (网格并行) , 电网连接的是着陆 (提供电源局部载荷在电网停电时), 独立于电网的 (单机) 以及电网相连 (允许电力进口，但不能导出到电网) 操作 (参考. [9] ) .
虽然公用电网一般是可靠的电源, 它的设计允许大量的电压浪涌或骤降, 并允许瞬时中断清除故障. 最近, 电网停电正在发生更频繁. 当燃料电池发电厂和电网作为进一步的背面向上的组合使用, 可以实现前所未有的电源可用性.
燃料电池系统具有高能量效率, 的有害废气零或接近零排放 (使用氢) . 然而, 还有一些保留功能界别的商业用途的几个问题.
4.1 适当的FC类型的
运输和住宅功率输出可达 100 千瓦，均采用低温FC和发电厂输出比我更MW-用于高温FC.
还有本文提到的仅适用于FC主材料的要求. 对于所有的FC类型sulfhr物质具有毒性的影响.
- PEMFC (质子交换膜燃料电池固体全氟磺酸) -要求聚合物electrolyie与质子的良好导, 很纯氢气作为燃料, 输入气体必须被加湿, 昂贵的铂催化剂, 它们具有高的性能下降和存在的CO的有毒影响.
- FC (碱性燃料电池，液体氢氧化钾) -需要纯净的氢气和纯氧气作为反应物并且有CO和CO 2的一种有毒的冲击.
- 亚足联 (磷酸燃料电池，1iquid磷酸分散在聚四氟乙烯烧结碳化硅) -使用昂贵的贵金属催化剂, Iiquid电解质，可以迁移, 并且有二氧化碳的有毒影响.
- 氟氯化碳 (熔融碳酸盐燃料电池，熔融碱 (钾或钠) 在锂铝氧化物碳酸盐保留 (LiAI02) 矩阵) -有高温液体electrolyie，可以迁移, 正确设计的不锈钢.
- OFC (固体氧化物燃料电池固体氧化钇稳定氧化锆) -需要高温部件具有相同的热膨胀系数和良好的密封管理. 不幸, 所有建筑陶瓷导致更高的内阻.
4.2 燃料
燃料电池反应需要的氢, 但有几个方法从化石资源ofproducing氢. 如果是由自然能源发电 (太阳能发电, 风力, 等) , 水可能被电解，得到氢气.
- 氢只排放水 (取决于生产的) .
- 甲醇 - 1iquid燃料 (集中精力) 但需要改革，加热到约250-C.
- 汽油的广泛使用，但需要改革，加热到约 800 “Ç . 如果汽油含硫包括, 它不能容易地改.
- 生物柴油是相似的，例如汽油，但不包括硫, 是无毒的并且是可生物降解的.
- 在高温的FC天然气内部重整, 硫化合物，必须首先除去.
在俄斯特拉发以重工业领域，我们想从废水处理或耕作和甲烷从煤矿利用沼气.
4.3 氢的储存
有储氢的几种方法，但也有其问题:
- 高压氢罐，高压 (例如, 35兆帕) 需要强大的坦克是重.
- 吸附寄存 - 金属氢化物和碳纳米管合金具有非常高的存储容量，但这些存储区是相当沉重和昂贵.
- 液氢需要绝热罐式极低温度 (-253’O cause material shortness.
4.4 价格
价格是当今这一技术的商业化最关键的问题之一. 如遇化石燃料今日价格, FC不具有与其他能源竞争的机会.
5 结论
电力分销商必须做好准备，他们将受到惩罚非随附电. 故障和电能的传输和disinbution中断的监测是必要的判定网络单元的可靠性和电能向消费者供应. 不正确的输入的数据信息, 当然, 即使是使用了正确的计算方法，错误的结果. 供的可靠性相应的评价，有必要对所检查的设备的数量和范围的数据. 我们一直在体育实施的观测和故障分析在电力工程系的研究工作自今年 2000. 参照在电力工程领域的一个相当小的一些故障, 只有经过几年的结果将是可靠的. 在更大的数据范围, 更准确的将统计结果. 这就是为什么我们将很高兴也有可能由其他国家的数据，以提高数据库. 知识项目的可靠性允许找出有缺陷的产品销售网络的设备运行, 故障oftenest原因, 多长时间停电导致特定的设备在某一年, 非随附的能源量最大的地区, 停电等费用. 知识项目的可靠性是必要的可靠性计算批发消费的今天越来越多的要求的连接.
分销商还必须有效地把自己的资源，以便能够在电力市场竞争. 这是不可能的，没有应用是提高设备可靠性的新材料, 时间延长检查的间隔，减少最终完全取消维修所需的时间. 如果没有该项目的可靠性是无法引进以可靠性为中心的维修体系. 在这方面的贡献, 在RCM理论总结，概括地说. 主要的问题是总能找到可靠的更新输入数据. 因此，首要任务是在一定区域配电公司特定数据库的现有结构的变化. 该方案是与目标发展成为普遍的, 使得它可以解决这两种方法的维持周期的优化和确定部件进行维护的顺序. 方案的所有变量可以从输入的数据库和输入通过键盘来编辑. 我们的方法的新颖之处在于从分销公司，其适用于真实数据. 这是验证，因为一个分销公司纳入我们的维护计划业绩几种类型的设备.
与燃料电池第一次的经验表明，孤岛选项允许电力输送到当地的临界负荷期间电网停运.
这种能力还允许独立ftiel电池系统在基本负荷运行，并从电网吸取峰值功率. 大多数燃料电池系统正在设计提供的可用性 >959我〜. 几个这些植物可并联连接以实现可用的一个更高的水平. 有必要开发新的更便宜的材料，以确保功能界别的可靠运行.
鸣谢
这项工作是由教育部, 青年捷克共和国和体育. 项目MSM6198910007.
参考文献
[1] 捷克共和国的流通企业, “分销网络并网标准”, 附录无. 2-的电力供应和分销网络设备的可靠性测定方法, 布拉格, (2001) . [2] Rusek, S., Proch〜LA, K., “方法乌尔〜0V〜妮elektrick6能源供应的可靠性和控制disinbu〜N〜RCH系统 (方法论的elecincal能源供应和分配系统的可靠性元素的测定) ,”会议〜ĶCIRED, PP. 4/16-4120, 塔博尔, (1999) . [3] Rusek, 小号. “电气仁济医院〜西蒂的可靠性 (电网的可靠性) ,” V〜B-TU俄斯特拉发, 国际标准书号80-7078-847-X, (200 1 ) . [4] MoubrayĴ “可靠性为中心的维修”, 巴特沃思 - 海涅曼, (1997). [5] 森林, J., “维护任务区间的确定,” 维护与测试工程有限公司. 美国 ( 1999) . [6] Rusek, 拉什卡新草 , “Zuverlassigkeitsorientierte维护调度网格,” Jubilaumsforum网络建设和运营, 波茨坦, (2002). [7] Rusek. S.. 戈诺. R., “可靠性为中心的维修及其应用配电网,” 国际科学会议EPQU 2003, 克拉科夫, PP. 529-536, 国际标准书号 83-914296-7-9, (2003). [8] 布洛门, L.J.M.J., Mugelwa, M.N., “燃料电池系统,” Plenum出版社, 614 页。, 国际标准书号 0-306-44158-6, (1993)9] Farooque, M。, 丸, H.C., “燃料电池，清洁高效电力发电机,” PROC. IEEE, 飞行. 89, 不. 1 2. p 1819-1829, (2001)