Терминология, применяемая в теории надежности.

Задачи оценки надежности электроснабжения потребителей.

Задача обеспечения надежности систем электроснабжения включает в себя целый комплекс технических, экономических и организационных мероприятий, направленных на сокращение ущерба от нарушения нормального режима работы потребителей электроэнергии, таких как:

- выбор критериев и количественных характеристик надежности;

- испытания на надежность и прогнозирование надежности действующего оборудования;

- выбор оптимальной структуры проектируемых (реконструируемых) систем электроснабжения по критерию надежности;

- обеспечение заданных технических и эксплуатационных характеристик работы потребителей;

- разработка наиболее рациональной, с точки зрения обеспечения надежности, программы эксплуатации системы (обоснование режимов профилактических работ, норм запасных элементов и методов отыскания неисправностей).

 

Интенсивность отказов.

Интенсивностью отказов называется отношение числа отказавших изделий в единицу времени к среднему числу изделий, исправно работающих в данный отрезок времени.

Согласно определению

(8.7)

где N _cp = (N _i+ N _i+1)/2 – среднее число исправно работающих изделий в интервале Δ t; N _i – число изделий, исправно работающих в начале интервала Δ t; N _i+1 – число изделий, исправно работающих в конце интервала Δ t.

Интенсивность отказов является основным показателем надежности элементов сложных систем. Это объясняется следующими обстоятельствами:

ü надежность многих элементов можно оценить одним числом, т. к. интенсивность отказа элементов – величина постоянная;

ü по известной интенсивности наиболее просто оценить остальные показатели надежности как элементов, так и систем;

ü λ(t) обладает хорошей наглядностью;

ü интенсивность отказов нетрудно получить экспериментально.

Опыт эксплуатации сложных систем показывает, что изменение интенсивности отказов большого количества объектов описывается U -образной кривой (рис. 2). Время работы можно условно разделить на три характерных участка:

1. Период приработки.

2. Период нормальной работы.

3. Период старения объекта.

 

Рис. 2. U-образный вид кривой интенсивности отказов.

Период приработки объекта имеет повышенную интенсивность отказов, вызванную приработочными отказами, обусловленными дефектами производства, монтажа и наладки. Иногда с окончанием этого периода связывают гарантийное обслуживание объекта, когда устранение отказов производится изготовителем. В период нормальной эксплуатации интенсивность отказов практически не меняется, при этом отказы носят случайный характер и появляются внезапно, прежде всего, из-за случайных изменений нагрузки, несоблюдения условий эксплуатации, неблагоприятных внешних факторов. Этот период соответствует основному времени эксплуатации объекта. Возрастание интенсивности отказов относится к периоду старения объекта и вызвано увеличением числа отказов из-за износа, старения и других причин, связанных с длительной эксплуатацией.

 

Частота отказов.

Частотой отказов называется отношение числа отказавших изделий в единицу времени к первоначальному числу испытываемых изделий при условии, что все вышедшие из строя изделия не восстанавливаются.

Согласно определению

(8.4)

где n (Δ t) – число отказавших образцов в интервале времени Δ t.

Частота отказов есть плотность вероятности (или закон распределения) времени работы изделия до первого отказа. Поэтому (8.5)

Статистически f (t) определяется отношением числа отказавших образцов техники в единицу времени к числу испытуемых образцов при условии, что отказавшие образцы не восполняются исправными:

(8.6)

 

Средняя наработка на отказ.

Средней наработкой до первого отказа называется математическое ожидание времени работы изделия до отказа.

Как математическое ожидание, T _cp вычисляется через частоту отказов (плотность распределения времени безотказной работы): (8.8)

Так как t положительно и P (0) = 1, a P (∞) = 0, то (8.9)

По статистическим данным об отказах средняя наработка до первого отказа вычисляется по формуле

, (8.10)

где t _i – время безотказной работы i -го образца; N ₀ – число испытуемых образцов.

Из формулы (8.10) видно, что для определения средней наработки до первого отказа необходимо знать моменты выхода из строя всех испытуемых образцов. Поэтому для вычисления T ^*_cp пользоваться указанной формулой неудобно. Имея данные о количестве вышедших из строя элементов n _i в каждом i -м интервале времени, среднюю наработку до первого отказа лучше определять из уравнения (8.11)

В выражении (8.11) t _{cp i} и m находятся по следующим формулам: , (8.12)

где t_{i -1} – время начала i -го интервала; t_i – время конца i -го интервала; t_k – время, в течение которого вышли из строя все элементы; Δ t = t_{i -1}– t_i – интервал времени.

 

Резерв замещением.

Терминология, применяемая в теории надежности.

При построении теории надежности электроснабжения различают три уровня сложности изделия: элемент, устройство, система. Но обычно используется двухпозиционная структура элемент – система. Под системой в теории надежности понимается совокупность совместно действующих объектов. Элементом называется часть системы. Понятие элемента и системы в расчетах надежности относительны. Объект, считающийся системой в одном исследовании, может рассматриваться как элемент, если изучается объект большего масштаба. В качестве примера, можно привести трансформатор, который будем считать системой, состоящей из множества элементов, если рассматривать его как отдельный объект, и его же будем считать элементом, если рассматриваем систему электроснабжения района.

Основной функцией системы электроснабжения является обеспечение всех потребителей электрической энергией в необходимом количестве и надлежащего качества. Поэтому применительно к системе электроснабжения наиболее обоснованным является такое определение понятия надежности электроснабжения – это способность электрической системы снабжать присоединенных к ней потребителей электрической энергией заданного качества в любой интервал времени. При этом понятие надежности включает в себя как бесперебойность снабжения потребителей электроэнергией, так и её качество – стабильность частоты и напряжения.

Надежность электроснабжения является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетания свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Рассмотрим каждое из этих свойств по отдельности.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технических обслуживаний и ремонтов.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения технических обслуживаний и ремонтов.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Для объектов, являющихся потенциальным источником опасности, к которым следует относить и электроэнергетические объекты, важным понятием является также такое понятие как «безопасность». Кроме этого, для таких объектов вводятся понятия «устойчивость» и «живучесть», которые также, как и безопасность хотя и не входят в общее понятие надежности, но требуют их учета при проектировании и эксплуатации.

С позиций теории надежности объект может находиться в исправном состоянии, неисправном, работоспособном и неработоспособном.

Исправное состояние – это состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической документации (НТД). Если же хотя бы по одному из требований изделие не соответствует НТД, то считается, что оно находится в неисправном состоянии.

Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором он способен выполнять (или выполняет) заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных технической документацией. Состояние объекта, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным НТД, называется неработоспособным.