Introducere CONTRIBUTII LA MENTENANTA RETELELOR DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI ELECTRICE - RED

Odată cu noile reglementări şi strategii pe piaţa de energie electrică, problema calităţii energiei electrice s-a impus ca una din problemele prioritare ale sectorului energetic din ţara noastră. Astfel, caracteristici ca: disponibilitate, fiabilitate, mentenabilitate, protecţia mediului etc., s-au impus ca noţiuni cu caracter de sine stătător în cadrul unei categorii mai largi din managementul calităţii energiei electrice.

Cu toate că mentenanţa este o noţiune de sine stătătoare, între noţiunea de calitate şi mentenanţă există o strânsă legătură. În timp ce “calitatea” - reprezintă totalitatea proprietăţilor unui produs (energie electrică - în acest caz) care-l fac corespunzător pentru utilizare, potrivit destinaţiei respective, “mentenanţa” - reprezintă ansamblul tuturor acţiunilor tehnice şi organizatorice efectuate astfel încât produsul să-şi păstreze (menţină) calitatea pe toată durata de utilizare.

Din multitudinea de aspecte şi manifestări ale calităţii energiei electrice, cel legat de calitatea serviciilor în general şi calitatea siguranţei în alimentarea cu energie electrică în special, reprezintă componenta cu cel mai înalt şi rapid grad de reînoire, în dezvoltarea şi maturizarea mecanismelor pieţei de electricitate - în formare la noi în ţară. Creşterea continuă a complexităţii sistemelor electrice prin interconectarea lor, precum şi caracterul liber şi concurenţial al pieţei de energie electrică, impun o abordare complexă şi sistematică a problemei mentenanţei sistemelor electrice de alimentare, bazatä pe o fundamentare teoretică corespunzătoare.

Tematica tezei, situată pe una din direcţiile principale ale cercetărilor interdisciplinare actuale, încearcă să vină în sprijinul acestor imperative prin abordarea unor problematici ale mentenanţei sistemelor şi echipamentelor electrice sub aspectul: prelucrărilor statistice şi de fiabilitate, modele matematice, tehnici de optimizare, aplicaţii şi programe în mediul de programare MATLab.

In contextul acestei teme, lucrarea dezvolta gradual – de la un capitol la altul, problematicile actuale ale pietei de energie, ale calitatii energiei electrice prin siguranta in alimentare, optimizarea mentenabilitatii retelelor de distributie si aplicatii la aceste subiecte sub aspectul cost-performante. Toate aceste problematici sunt sintetizate in finalul tezei printr-un proiect de Sistem informatic menit sa controleze si sa gestioneze, in baza unor fundamente stiintifice, actiunile de mentenanta pentru retelele electrice de distributie.

I

Astfel, Capitolul 1. Piata de energie electrica si siguranta in functionare a retelelor electrice, dezvolta foarte sintetic istoricul Pietei de energie electrica din Romania si implicatiile ei asupra calitatii energiei electrice, prin temele:

• Structura si functionarea Pietei de Energie, de la noi din tara in contextul economiei globale si al reglementarilor Uniunii Europene privind piata unica de energie electrica;

• Performanta si dezvoltare pentru consolidarea pietelor regionale si angro de energie electrica;

• Etapele de restructurare, reforma si liberalizare a pietei de energie electrica

• Fundamentele teoretice ale calităţii energiei electrice în general si a sigurantei in functionare in special – in contextul liberalizării pieţei de energie electrică. Se prezintă totodată o serie de reglementări şi indicatori în ce priveşte siguranta in functionare si a relatiilor furnizor – utilizator de energie electrica.

Vezi ! ANRE - ORDIN – publicat in MO Partea I Nr:760/09.XI 2007,

privind: “Standardul de performanta pentru serviciul de distributie a energiei electrice”

Capitolul 2. Sistemul de mentenanta in retelele electrice de distributie, tratează problematica actuala a mentenantei RED, sub aspectul reglementarilor existente si al performantelor tehnico-economice, prin :

• Prezentare a Programului de Asigurare a Mentenanţei (PAM), elaborat la nivel S.C. ELECTRICA S.A.

• Clasificarea sistemelor de mentenanta • Prezentarea si o analiza a sistemului de mentenanta pentru RED la

SDFEE Tg Mures ?, prin: , evidenta foarte stricta si competenta a evenimentelor, pe baza unei analize AMDE ( Analiza Modurilor de Defectare si Efectele acestora).

- programul si sistemul implementat- rezultate si indicatori tehnici ( grafice !!)- rezultate si indicatori economici : costuri cu MP/MC …??

II

Capitolul 3. Mentenanta bazata pe fiabilitate, fundamenteaza prin consideratii generale si ipoteze de studiu, notiunea de : Mentenanta bazata pe fiabilitate (MBF) , cunoscuta in literatura de specialitate si sub denumirea de Reliability Centered Maintenance (RCM), ca facand parte din grupa de Mentenanta Preventiva bazata pe Timp . RCM reprezinta de fapt o conceptie de utilizare a feed-back-ului informational din exploatarea instalatiilor energetice in domeniul mentenantei, avand la baza principiile calculelor fiabilistice, fiind in prezent o metoda unanim recunoscuta . In cazul retelelor electrice de transport si distributie a inceput deja sa fie utilizata, ca suport logistic pentru mentenanta preventiva a instalatiilor. Aplicarea principiilor de MBF la ansamblurile functionale si echipamentele din RETD, tine seama de aspecte privind:

comportarea in exploatare constanta pe baza inregistrarii si prelucrarii anuale a datelor statistice;

starea tehnica a instalatiilor si echipamentelor ; evidentierea actiunilor de mentenanta ( preventiva si corectiva)

efectuate asupra instalatiilor si echipamentelor, sub aspect tehnic si economic.

Pe baza datelor si informatiilor rezultate din activitatea de urmarire a comportarii in exploatare - cu privire la istoria defectabilitatii si mentenabilitatii , se evaluaza disponibilitatea sistemului in studiu la un moment dat . Disponibilitatea RETD, se va studia in ipoteza unui sistem reparabil compus din Elemente Simple Reparabile (ESR) - elemente dependente fiabilistic ( defectarea unui element influienteaza functionarea intregului sistem) cu timp de restabilire neglijabil, sau : tri 0. | i = 1, n. In acest caz disponibilitateava va depinde numai de fiabilitatea retelei. Ca aplicatie, se studiaza Estimarea fiabilitatii LEA 20 KV Reghin –Lapusna, pe baza datelor statistice prelucrate pe o perioada de functionare, in cazul acesta de la ( 0 ÷ T0 ) Modelarea estimarii implica urmatoarele etape de calcul :

a. - selectia si prelucrarea datelor rezultate din functianarea retelei - pina la momentul ( T0 ), adica a variabilelor aleatoare, preluate din baza de date a ELECTRICA SA;b. - stabilirea tipului functiei de repartitie care modeleaza cel mai bine variabilele aleatoare;c. - calculul parametrilor functiei de repartitie; d. - verificarea estimatiei, in baza unor teste statistice de verificare.

III

Instalatiile energetice in general si liniile electrice in special, contin subansamble cu caracter mecanic si electric iar functionarea lor este direct influentata de intemperii - astfe ca se poate afirma cu certitudine ca avariile acestor sisteme se datoreaza uzurii si imbatrinirii lente in timp. Avind in vedere aceste constatari, pentru modelarea unor asemenea procese de supravietuire, s-a modelat fiabilitatea LEA 20 KV pe baza legii de repartitie Weibull , caracteristica sistemelor cu uzura. Dintre formele cunoscute ale Legii de repartitie Weibull ( bi si triparametrica, normata ) - pentru modelarea fiabilitatii LEA 20 KV Reghin -Lapusna , s-a ales forma cu doi parametrii { λw si β } sub forma relatiei (3.5), valoarea lor fiind stabilita prin metoda T. Baron si in baza programelor specializate din mediul MATLab. In continuare se face estimarea concordantei modelului cu valorilor calculate, fata de baza de datele. Ca o baza teoretica de fundamentare a mentenantei bazata pe fiabilitate, se prezinta in continuare indicatorii de fiabilitate şi calculul siguranţei în funcţionare a instalaţiilor energetice, reglementati de PE 013/1994 “Normativ privind metodele şi elementele de calcul al siguarnţei în funcţionare a instalaţiilor electrice” si de ANRE - ORDIN – publicat in MO Partea I Nr:760/09.XI 2007, privind:

“Standardul de performanta pentru serviciul de distributie a energiei electrice”

In baza acestor indicatori de fiabilitate , se estimeaza pe baza unor programe de calcul , functia de disponibilitate a LEA 20 KV Reghin – Lapusna, functie care va sta la baza evaluarii mentenabilitatii liniei. Capitolul 4. Modelarea matematica a mentenantei bazata pe fiabilitate, defineste si fundamenteaza teoretic mentenabilitatea unui sistem, prin calitatea actiunilor de mentenanta si in special prin frecventa lor. Se introduce astfel notiunea de reinnoire , definita ca: interventia efectuata asupra unui sistem prin care se restabileste starea de functionare a sistemului sau/si se modifica nivelul uzurii sale - respectiv a fiabilitatii. Studiul proceselor de reinnoire si modelarea influentei lor asupra sistemului se va face in urmatorele ipoteze :

Actiunile de reinnoire au ca scop diminuarea influentei uzurii sistemului si deci imbunatatirii fiabilitatii sale, considerate din acest punct de vedere ca actiuni de mentenanta preventiva;

Reinnoirea nu schimba cu totul caracteristicile sistemului si dupa actiunea de reinnoire, sistemul urmeaza in evolutia sa aceeasi lege de fiabilitate, pana la o noua reinnoire;

IV

Stabilirea frecventei reinnoirilor asupra sistemului se va face pe baza unor criterii tehnice si/sau economice;

Reinnoirea elementelor sistemului, se va face in aceleasi ipoteze de studiu ca si ale sistemului in ansamblul său.

In baza unor programe in Matlab 6.5, se studiaza :• Modelarea matematica a actiunilor de reînnoire asupra unui sistem si influenta lor asupra mentenabilitatii si fiabilitatii sistemului.• Influenta reinnoirilor asupra fiabilitatii sistemului pentru diferite perioade de timp

Studiul efectelor reinnoirilor asupra unui sistem, s-a aplicat in continuare la studiul reinnoirilor pe fiecare componenta a sistemului, cunoscand faptul ca starea de functionare a sistemului este influentata de starea de functionare a fiecarui element component. Ca exemplificare s-a aplicat acest principiu la studiul efectelor reinnoirilor asupra componentelor unei LEA 20 KV ( Stilpi, Conductori si Izolatori) si in final asupra fiabilitatii intregii linii. Astfel, s-a demonstrat influenta actiunilor de mentenanta preventiva - prin numarul de reinnoiri, asupra componentelor liniei, deci indirect asupra cresterii sigurantei in functionare a liniei LEA 20 KV. In continuare, se prezinta in Cap.4. a doua componenta de baza a actiunilor de mentenanta preventiva - dupa modelarea tehnica, si anume modelarea economica, prin gestiunea costurilor implicate in strategia profilactica aferenta sistemului cu mentenanta. Aceasta gestionare si control a actiunilor de mentenanta ale furnizorului / distribuitorului de energie si in special a implicatiilor acestor actiuni asupra relatiilor financiare intre furnizor-consumator, impune realizarea unui model economic al mentemantei. Un astfel de model, trebuie sa sintetizeze toate costurile generate atat de actiunile datorate de mentenanta preventiva cit si de cea corectiva, sub toate aspectele lor: gestionare, executie, planificare, etc. Se propune in continuare un model economic al actiunilor de mentenanta - corespunzator celor doua tipuri de actiuni :

Costuri datorate mentenantei preventive’CMP’ Costuri datorate mentenantei corective ‘CMC’

La rindul lor, aceste costuri includ in structura lor componente legate de mentenanta sistemului si efectele economice ale avariei sistemului. Pentru aplicatia in studiu LEA 20 KV Reghin-Lapusna , sunt detaliate aceste costuri pe componente , din baza de date a furnizorului de enetgie electrica.

V

Capitolul 5. Optimizarea mentenantei bazata pe fiabilitate, fundamenteaza teoretic si aplicativ optimizarea frecventei reinnoirilor, pe baza unor modele matematice ale strategiilor mentenantei bazata pe fiabilitate. Astfel, pe baza teoriei Cercetarilor operationale- in general si a Tehnicile de optimizare – in special, s-au formulat doua modele matematice:

Model tehnico-economic, care permite maximizarea functiei de mentenabilitate , in conditiile unor restrictii impuse de resurse economice limitate;

Model economico-tehnic, care realizeaza minimizarea costurilor totale cu mentenanta, in conditiile unor restrictii de natura tehnica impuse sistemului .

In continuare, se exemplifica structura matematica a celor doua modele sub aspectul celor trei componente de baza:

Variabile de optimizat; Functia criteriu sau functia scop; Restrictiile modelului;

Pentru solutionarea matematica a acestor doua modele de probleme de optimizare neliniara în raport cu variabilele de optimizat, atât a funcţiei criteriu şi/sau a restricţiilor, s-a impus aplicarea unor metode şi tehnici de optimizare neliniare din pachetul de programe Optimization Toolbox din mediul de programare MATLab 6.5. Astfel, pentru optimizarea neliniara s-a apelat la programul fmincon, a cărui sintaxă este prezentată sub aspectul instructiunilor de apelare la cele trei componente a modelului matematic de optimizat. Ca si o componenta aplicativa a modelelor de optimizare a mentenantei bazate pe fiabilitate, prezentate in paragrafele anterioare, s-a studiat numarul optim al reinnoirilor preventive “ r” – care se impun a fi realizate pe LEA 20 KV Reghin –Lapusna sau pe componentele ei ( Stilpi, Conductori, Izolatori ) , pe durata unui an, in anumite conditii tehnice si/sau economice impuse.

Astfel, s-au solutionat diferite modele ale mentenantei bazata pe fiabilitate, in baza unor programe originale, pentru urmatorele ipoteze,:

Minimizarea costurilor cu mentenanta pe LEA 20 KV in conditia asigurarii unei fiabilitati impuse pe linie . Program 51.

Minimizarea costurilor cu mentenanta pe LEA 20 KV in conditia asigurarii unui numar impus de avarii pe linie. Program 52.

VI

Maximizarea fiabilitatii LEA 20 KV in conditiile unor costurilimitate cu mentenanta liniei. Program 53.

Minimizarea costurilor cu mentenanta pe componentele LEA 20 KV in conditia asigurarii unei fiabilitati impuse pe linie . Program 54. Rezultatele obtinute in baza rularii programelor au fost prezentate sub forma de grafice si comentate sub aspectul aplicabilitatii practice printr-un sistem informatic de “control si comanda” a actiunilor de mentenanta.

Capitolul 6. Sistem informatic pentru actiunile de mentenanta in REDdezvolta, in mediul MATLab 6.5 un proiect de Sistem informatic menit sa controleze si sa gestioneze, in baza fundamentelor stiintifice din capitolele anterioare, actiunile de mentenanta preventiva pentru retele electrice de distributie – cu exemplificare pentru LEA 20 KV Reghin – Lapusna. Alegerea mediului Matlab a fost influenţată hotărâtor de facilităţile de realizare a interfeţelor-utilizator interactive, sub forma ferestrelor şi meniurilor, cu toolbox-ul GUI (Graphical User Interface) şi de prelucrare statistică, cu toolbox-ul Statistics. Aplicaţia dezvoltata, permite dialogul cu utilizatorul, într-o manieră uşor de înţeles şi de interpretat printr-un control interactiv al diverselor reprezentări, conţinind elemente de tip: buton prin apăsare, buton radio, casete de editare text, casete de control, mascand astfel detaliile de programare.

Pentru utilizarea aplicaţiei se parcurg următoarele etape: lansarea în execuţie a aplicaţiei; alegerea şi studiul liniei electrice în funcţie de tipul întreruperii; iniţializarea şi/sau completarea bazei de date cu istoricul incidentelor; evaluarea fiabilităţii; estimarea mentenanţei.

Implementarea unui astfel de sistem informatic pentru studiul actiunilor de mentenanta al liniilor electrice, este benefic pentru informatiile furnizate in timp real privind linia si/sau a componentelor ei , prin:

• starea tehnica si disponibilitatea ; • actiunile de mentenanta realizate;• analiza incidentelor si a consecintelor lor;• costurile cu mentenanta preventiva si corectiva ;• prelucrari statistice ale parametrilor si evenimentelor ;

VII

Un astfel de sistem informatic este deosebit de util in planificarea si optimizarea actiunilor de mentenanta preventiva pentru linii si/sau componente , prin urmatoarele considerente:

• relatia furnizor-consumator, in conformitate cu “Standardul de performanta pentru serviciul de distributie a energiei electrice” ar fi

mult mai bine planificata si urmarita ;• ar permite o planificare a actiunilor de reinnoire, cu efecte

benefice asupra calitatii lucrarilor;• reducerea costurilor cu mentemanta preventiva si corectiva.

Capitolul 7. Contributii personale si directii de cercetare, autoevalueaza sintetic nivelul stiintific al temei dezvoltate in teza, corespunzator celor doua planuri vizate: plan teoretic si plan aplicativ. Sunt prezentate, pe fiecare capitol punctele de vedere si contributiile personale la fundamentele teoretice si practice studiate si aplicate. Ca o recunoastere a faptului că prezentele rezultate sunt doar un inceput in studiul cercetarilor fundamentale si aplicative din domeniul optimizarii si informatizarii serviciilor de mentenanta, se propun citeva directii de cercetare si dezvoltare viitore pentru aceasta tema: Calitate-Fiabilitate- Mentenabilitate.

VIII