V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Газоснабжение, представляющее собой совокупность процессов транспортировки, распределения и потребления природного газа, формирует энергетическую основу экономики.

Несмотря на то, что техническое состояние газораспределительных сетей находится на достаточно высоком уровне, проблема обеспечения их надежности и эффективности является одной из наиболее приоритетных проблем, с каждым годом приобретающей все большую актуальность, что связано с продолжающимся старением газораспределительных сетей и повышением аварийности. Выходом из создавшейся ситуации является, прежде всего, проведение реконструкции и технического перевооружения газопроводов и ГРП.

Однако следует отметить, что проведение реконструкции требует существенных финансовых и материальных ресурсов. В этих условиях средством повышения надежности эксплуатации газораспределительной сети без вовлечения существенных инвестиций становится использование технологий мониторинга надежности газораспределительных сетей. Кроме того, даже задачи составления планов реконструкции и технического перевооружения газораспределительных сетей могут быть оптимально решены только с использованием технологий мониторинга надежности.

Рассматривая вопросы оценки надежности газораспределительных сетей, следует отметить, что мощным средством, обеспечивающим решение задачи повышения надежности и эффективного функционирования, является переход от традиционной системы эксплуатации к эксплуатации, учитывающей показатели надежности. Новый подход предусматривает оптимизацию ремонтно-технического обслуживания газораспределительных сетей и управление их надежностью на основе данных о реальном техническом состоянии и характеристиках каждой группы учета показателей надежности элементов газораспределительных сетей и их изменения во времени.

Переход к управлению надежностью невозможен без создания соответствующих методик. В то же время вопросы методического обеспечения требуют дальнейшего совершенствования как в части повышения достоверности оценки надежности, так и в части разработки новых алгоритмов и программ.

В контексте рассматриваемых проблем необходимы дальнейшие теоретико-прикладные исследования инновационного потенциала газораспределительных систем для повышения качества и надежности газоснабжения. При этом важны комплексные междисциплинарные исследования проблем управления надежностью газораспределительных сетей.

В ходе выполнения работы проведен анализ структуры и возрастного состава элементов газораспределительной сети г. Воронежа. Протяженность подземных газопроводов составляет 76%, надземных - 24%. Соотношение протяженности газопроводов различных ступеней давления следующее: высокое давление - 10%, среднее давление - 10% и низкое давление - 80%. Газификация города начата в 1956г., соответственно, возраст газопроводов варьируется от 0 до 53 лет. На рис. 1 приведен возрастной состав сети газопроводов.

Рис. 1 - Возрастной состав сети газопроводов г. Воронежа

Примерно равное количество ГРП обслуживает тупиковые и кольцевые сети. На рис. 2 приведен возрастной состав ГРП.

На начальной стадии оценки надежности газораспределительной системы необходимо определить однородные группы элементов системы. Анализ состояния газораспределительной сети позволил выделить следующие группы учета для определения показателей надежности элементов: по давлению; диаметру; способу прокладки; возрастной группе с интервалами в 5 лет; коррозионной активности грунта и глубине прокладки.

а)

б)

Рис. 2 - Возрастной состав ГРП, обслуживающих: а) тупиковые сети; б) кольцевые сети

Надежность газораспределительных сетей может рассчитываться по различным методикам [1, 2], однако, все они не учитывают наличия договоров на поставку газа с потребителями. Для оценки надежности газораспределительных сетей высокого, среднего и низкого давления предлагается критерий надежности газораспределительных сетей, представляющий собой отношение объема фактически поставляемого газа к объему газа, который должен быть поставлен потребителям согласно договорам.

Критерий носит интегральный характер, он включает в себя надежность работы газопроводов, газового оборудования и газовых служб:

, (1)

где - объем фактически поставляемого газа сетью j-й ступени давления, м³/ч; - объем поставок по заключенным договорам сетью j-й ступени давления, м³/ч.

Объем поставок согласно договорам, выполняемым газораспределительными сетями j-й ступени давления:

, (2)

где - объем поставок согласно договорам сетью j-й ступени давления для i-го потребителя, м³/ч; N_j- количество потребителей сети j-й ступени давления.

Объем фактически поставляемого газа сетью j-й ступени давления:

, (3)

где - объем фактических поставок газа сетью j-й ступени давления i - му потребителю, м³/ч.

Параметр потока отказов элементов системы k-й группы учета определяется по формуле:

, (4)

где - количество отказов в k-й группе учета; - количество наблюдаемых элементов в k-й группе учета; - интервал времени наблюдения, год.

Оценка потока отказовk-й группы учета:

. (5)

Исследовалось поступление аварийных заявок на газораспределительную сеть г. Воронежа. На рис. 3 показано поступление аварийных заявок на наружные газопроводы.

Для прогнозирования поступления аварийных заявок использованы нейронные сети [3], аппроксимирующие исходный временной ряд. Нейронные сети являются мощным методом моделирования, позволяющим воспроизводить и прогнозировать чрезвычайно сложные зависимости. В качестве сети выбран многослойный персептрон MLP, наиболее часто используемый в прогнозировании. Для обучения многослойных персептронов использовался метод обратного распространения - с меняющимися во времени скоростью обучения и коэффициентом инерции.

Непосредственный прогноз получался прогоном наблюдений с нарастающим итогом через нейронную сеть. Затем строилась проекция временного ряда на 30 наблюдений и графики удлинения исходного временного ряда, см. рис. 4.

Рис. 3 - Поступление аварийных заявок на наружные газопроводы

Рис. 4 - Прогноз числа аварийных заявок с нарастающим итогом на наружные газопроводы,

сеть MLP 1-6-1: - факт; - прогноз с коэффициентом корреляции 0,97356

Для оценки работы ремонтных служб разработана математическая модель обслуживания заявок на ремонт элементов газораспределительных сетей на основе теории массового обслуживания, сочетающая в себе аналитические расчеты и программу для имитационного моделирования в среде MatLab 6.1 - Simulink.

Время поступления заявок на обслуживание принимается на основе прогноза числа аварийных заявок. В результате моделирования получены следующие основные характеристики системы обслуживания: пропускная способность аварийной службы, среднее число заявок в очереди и среднее время обслуживания заявки в аварийной службе.

Существенное значение для управления надежностью имеет не только общая оценка влияния на системы газоснабжения различных факторов, но и их дифференциация по топографическому расположению. Только на основе комплексного использования современных технологий прогнозирования, имитационного моделирования, а также методологии и инструментария геоинформационных технологий может быть решена проблема создания системы мониторинга газораспределительных сетей.

В качестве основы для создания системы мониторинга газовых сетей использована геоинформационная система (ГИС) [4]. Она позволяет исследовать сочетание факторов, влияющих на надежность газораспределительных сетей с целью разработки конкретных мероприятий по ее повышению.

В среде ГИС на алгоритмическом языке С++ разработаны модули управления надежностью газораспределительных сетей, позволяющие:

- оценивать надежность элементов газораспределительных сетей;

- оценивать критерии надежности газораспределительных сетей;

- прогнозировать поступление аварийных заявок;

- прогнозировать обслуживание аварийных заявок ремонтными службами.

Предложен критерий надежности газораспределительных сетей, позволяющий учитывать надежность работы газопроводов, газового оборудования и газовых служб.

Сформированы группы учета показателей надежности элементов газораспределительных сетей.

Разработана методика прогнозирования количества отказов газораспределительных сетей и количества аварийных заявок.

На основе теории массового обслуживания разработана математическая модель обслуживания заявок на ремонт элементов газораспределительных сетей.

Разработаны модули системы мониторинга газораспределительных сетей на основе геоинформационных технологий.

Библиографический список

1. Панов, М.Я. Оперативное управление городской системой газоснабжения с использованием современных ультразвуковых методов замера расхода газа/ М.Я. Панов, Г.Н. Мартыненко// Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2008. - №3(11).- С.100-105.

2. Панов, М.Я. Алгоритм идентификации гидравлических характеристик управляемых дросселей на ветвях структурного графа абонентских подсистем/ М.Я.Панов, Г.Н. Мартыненко, И.А.Дмитриев// Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура.- 2008.-№3(11). - С.106-112.

3. Суровцев, И.С. Нейронные сети. Введение в современную информационную технологию / И.С. Суровцев, В.И. Клюкин, Р.П. Пивоварова.- Воронеж: Воронежский гос. ун-т., 1994. – 224 с.

4. Цветков, В.Я. Геоинформационные системы и технологии / В.Я. Цветков.- М.: Финансы и статистика, 1998.- 288 с.

Код для цитирования: Скопировать