energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2022-15-2-111-119energsecurity-817Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSРазработка модели прогнозирования вероятности безотказной работы элементов и узлов основного оборудования ГЭСDevelopment of a prediction model for the probability of failure-free operation of elements and components of the main equipment of hydroelectric power plantБайдаковаН. В.BaydakovaN. V.

 кафедра Энергетики 

пр. Ленина, 69, 404111, г. Волжский, Россия 

Department of Energy 

ave. Lenin, 69, 404111, Volzhsky, Russia 

baidakova@vfmpei.onmicrosoft.comТягуновМ. Г.TyagunovM. G.

 пр. Ленина, 69, 404111, г. Волжский, Россия 

 ave. Lenin, 69, 404111, Volzhsky, Russia 

СултановМ. М.SultanovM. M.

 пр. Ленина, 69, 404111, г. Волжский, Россия 

 ave. Lenin, 69, 404111, Volzhsky, Russia 

ИваницкийМ. С.IvanitskyM. S.

 пр. Ленина, 69, 404111, г. Волжский, Россия 

 ave. Lenin, 69, 404111, Volzhsky, Russia 

Филиал ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» в г. ВолжскомРоссияBranch of FSBOU VO "NIU" MPEI" in VolzhskyRussian Federation202228072022152111119Copyright © Байдакова Н.В., Тягунов М.Г., Султанов М.М., Иваницкий М.С., 20222022Байдакова Н.В., Тягунов М.Г., Султанов М.М., Иваницкий М.С.Baydakova N.V., Tyagunov M.G., Sultanov M.M., Ivanitsky M.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/817

Предложена структурная схема расчета надежности гидротурбин с учетом контроля параметров состояния элементов системы, основанная на данных карты уставок автоматики и технологических защит гидротурбины ГЭС. Выполнен анализ влияния безотказной работы систем и узлов гидроагрегата на показатели надежности. Определены основные элементы системы. Безопасность эксплуатации ГЭС во многом зависит от надежности работы основного генерирующего оборудования. Гидротурбинное оборудование ГЭС рассчитано на определенные условия эксплуатации, характерные для каждого типа гидроэлектростанций. Это позволяет каждому типу турбин эффективно получать наибольшее количество гидравлической энергии, если они работают в надлежащих условиях. Таким образом, при оценке показателей надежности предлагается учитывать весовые коэффициенты, отражающие степень влияния конкретного параметра на надежность системы. Выполнено сравнение полученных результатов по предложенной модели и по нормативной методике по оценке вероятности безотказной работы системы в обобщенном виде. На основе результатов предложена модель, учитывающая отказы элементов гидроагрегата для прогнозирования вероятности безотказной работы с целью обеспечения надежности работы оборудования за пределами проектного срока службы и сокращения затрат на эксплуатацию.

A structural diagram of calculation of reliability of hydraulic turbines is proposed taking into account control of arameters of state of system elements, based on data of the map of setpoints of automation and process protection of hydroturbine of HPP. Failure-free operation of hydraulic unit systems and assemblies was analyzed for reliability indicators. The main elements of the system are identified. The safety of HPP operation largely depends on the reliability of the main generating equipment. Hydroturbine equipment of a hydroelectric power plant is designed for specific operating conditions characteristic for each type of hydroelectric power plant. This allows for each type of turbine to efficiently obtain the greatest amount of hydraulic power if they operate under proper conditions. Therefore, when evaluating reliability indicators, it is proposed to take into account weighting factors reflecting the degree of influence of a particular parameter on the reliability of the system. The obtained results were compared according to the proposed model and according to the regulatory methodology for assessing the probability of system failure-free operation in a generalized form. Based on the results, a model is proposed that takes into account the failures of the hydraulic unit elements to predict the probability of trouble-free operation in order to ensure the reliability of equipment operation beyond the design service life and reduce operating costs.

надежностьосновное оборудованиеотказэксплуатациявесовой коэффициентузелсистемамоделированиепрогнозирование остаточного ресурсаreliabilitymain equipmentfailureoperationweighting factorcomponentsystemmodelingprediction of residual lifeРабота выполнена при финансовой поддержке государственного задания РФ FSWF 2020-0025 "Разработка методов и анализ способов достижения высокого уровня безопасности и конкурентоспособности объектов энергетических систем на базе цифровых технологий".The work was carried out with the financial support of the state assignment of the Russian Federation FSWF 2020-0025 "Development of methods and analysis of ways to achieve a high level of safety and competitiveness of facilities of energy systems based on digital technologies."ReferencesГаврилов С. Н. Продление срока службы энергетического оборудования с учетом обеспечения его надежности Гаврилов С. Н. Новое в российской электроэнергетике 2011; 8: 26 – 33.Gavrilov S. N. Extension of the service life of power equipment taking into account its reliability Gavrilov S. N. New in the Russian electric power industry 2011; 8: 26 – 33.EgusquizaMontagut, Mònica & Egusquiza, Eduard & Valentin, David & Valero, Carme & Presas, Alexandre. (2017). Failure investigation of a Pelton turbine runner. Engineering Failure Analysis. 10.1016/j.engfailanal.2017.06.048.EgusquizaMontagut, Mònica & Egusquiza, Eduard & Valentin, David & Valero, Carme & Presas, Alexandre. (2017). Failure investigation of a Pelton turbine runner. Engineering Failure Analysis. 10.1016/j.engfailanal. 2017.06.048.Presas, Alexandre & Valentin, David & Zhao, Weiqiang & EgusquizaMontagut, Mònica & Valero, Carme & Egusquiza, Eduard. (2021). On the use of Neural Networks for dynamic stress prediction in Francis turbines by means of stationary sensors. Renewable Energy. 170. 10.1016/j.renene.2021.02.013.Presas, Alexandre & Valentin, David & Zhao, Weiqiang & EgusquizaMontagut, Mònica & Valero, Carme & Egusquiza, Eduard. (2021). On the use of Neural Networks for dynamic stress prediction in Francis turbines by means of stationary sensors. Renewable Energy. 170. 10.1016/j.renene. 2021.02.013.Liu, Xin & Luo, Yongyao & Wang, Zhengwei. (2016). A review on fatigue damage mechanism in hydro turbines. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 54. 1 – 14. 10.1016/j.rser.2015.09.025.Liu, Xin & Luo, Yongyao & Wang, Zhengwei. (2016). A review on fatigue damage mechanism in hydro turbines. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 54. 1 – 14. 10.1016/j.rser.2015.09.025.Presas, Alexandre & Luo, Yongyao& Wang, Zhengwei& Guo, Bao. (2019). Fatigue life estimation of Francis turbines based on experimental strain measurements: Review of the actual data and future trends. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 102. 96 – 110. 10.1016/j.rser.2018.12.001.Liu, Xin & Luo, Yongyao & Karney, Bryan & Wang, Weizheng. (2015). A selected literature review of efficiency improvements in hydraulic turbines. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 51. 10.1016/j.rser. 2015.06.023.Gomes Pereira Junior, João & Andolfatto, Loïc & Avellan, François. (2018). Monitoring a Francis Turbine Operating Conditions. Flow Measurement and Instrumentation. 63. 10.1016/j.flowmeasinst.2018.07.007.Gomes Pereira Junior, João &Andolfatto, Loïc& Avellan, Fran-çois. (2018). Monitoring a Francis Turbine Operating Conditions. Flow Measurement and Instrumentation. 63. 10.1016/j.flowmeasinst.2018.07.007.Georgievskaia Evgeniia. (2019). Hydraulic turbines lifetime in terms of fracture mechanics. Engineering Failure Analysis. 105. 1296 – 1305. 10.1016/j.engfailanal. 2019.08.003.Georgievskaia Evgeniia. (2019). Hydraulic turbines lifetime in terms of fracture mechanics. Engineering Failure Analysis. 105. 1296 – 1305. 10.1016/j.engfailanal.2019.08.003.Georgievskaia Evgeniia. (2018). Justification of the hydraulic turbines lifetime from the standpoint of the fracture mechanics. Procedia Structural Integrity. 13. 971 – 975. 10.1016/j.prostr.2018.12.181.Georgievskaia Evgeniia. (2018). Justification of the hydraulic turbines lifetime from the standpoint of the fracture mechanics. Procedia Structural Integrity. 13. 971 – 975. 10.1016/j.prostr.2018.12.181.Georgievskaia Evgeniia. (2020). Predictive Analytics as a Way to Smart Maintenance of Hydraulic Turbines.Georgievskaia Evgeniia. (2020). Predictive Analytics as a Way to Smart Maintenance of Hydraulic Turbines.Momcilovic, Dejan & Odanović, Zoran & Mitrovic, Radivoje & Atanasovska, Ivana & Vuherer, Tomaž. (2012). Failure analysis of hydraulic turbine shaft. Engineering Failure Analysis. 20. 54 – 66. 10.1016/j.engfailanal.2011.10.006.Momcilovic, Dejan & Odanović, Zoran & Mitrovic, Radivoje & Atanasovska, Ivana & Vuherer, Tomaž. (2012). Failure analysis of hydraulic turbine shaft. Engineering Failure Analysis. 20. 54 – 66. 10.1016/j.engfailanal.2011.10.006.Георгиевская Е. В. Обеспечение надежности и безопасности эксплуатации гидроагрегатов за пределами проектного срока службы. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики 2017; 19: (7 – 8): 33 – 42.Georgievskaya E. V. Ensuring reliability and safety of operation of hydraulic units outside the design life. Izvestia of higher educational institutions. Energy issues 2017; 19: (7 – 8): 33 – 42.Иванченко И. П. Оценка надежности гидротурбин со сроком службы выше нормативного. Иванченко И. П., Топаж Г. И., Щур В. А. Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета 2015; 2 (219): 7 – 15.Ivanchenko I. P. Assessment of the reliability of hydraulic turbines with a service life higher than the standard one. Ivanchenko I. P., Topazh G. I., Shchur V. A. Scientific and technical statements of St.Petersburg State Polytechnic University 2015; 2 (219): 7 – 15.Георгиевская Е. В. Ресурс гидротурбин – гарантия надежности и безопасности эксплуатации ГЭС. Аналитический обзор литературы BeauBassin 2018.Georgievskaya E. V. Hydroturbine resource – guarantee of reliability and safety of HPP operation. Analytical review of the BeauBassin literature 2018.Dragomirescu, Andrei & Carp-Ciocardia, Daniela-Craita & Safta, Carmen-Anca & Orăşanu, Nicolaie & Magheţi, Ioan. (2019). Monitoring the State of Small Power Equipment. E3S Web of Conferences. 112. 02013. 10.1051/e3sconf/201911202013.Dragomirescu, Andrei & Carp-Ciocardia, Daniela-Craita&Safta, Carmen-Anca & Orăşanu, Nicolaie & Magheţi, Ioan. (2019). Monitoring the State of Small Power Equipment. E3S Web of Conferences. 112. 02013. 10.1051/e3sconf/201911202013.Trunova I & Miroshnyk, Oleksandr & Savchenko, O & Moroz, O & Pazyi, V & Shchur, T & Kasner, R & Bałdowska-Witos, Patrycja. (2021). Scheduling of preventive maintenance of an power equipment of the agricultural enterprises. Journal of Physics: Conference Series. 1781. 012018. 10.1088/1742-6596/1781/1/012018.Trunova, I & Miroshnyk, Oleksandr & Savchenko, O & Moroz, O & Pazyi, V & Shchur, T & Kasner, R & Bałdowska-Witos, Patrycja. (2021). Scheduling of preventive maintenance of an power equipment of the agricultural enterprises. Journal of Physics: Conference Series. 1781. 012018. 10.1088/1742-6596/1781/1/012018.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.