Термины и определения из области надежности

Термин «надежность» отражает объемное понятие, широко используе­мое в науке, технике, медицине, экономике, экологии, социальной сфере, быту и даже в искусстве и политике, так как во всех этих сферах накоплены опреде­ленные знания и практический опыт. Самое краткое определение понятия на­дежности принадлежит академику Н.Г. Бруевичу: «Надежность – это качество, развернутое во времени». В соответствии с [35] надежность – свойство объекта выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных услови­ях функционирования.

Поскольку под системой энергетики понимается открытая человеко-машинная производственная система, состоящая из совокупности элементов, предназначенных для добычи (производства, получения), переработки (преоб­разования), передачи, хранения и распределения соответствующего энергоре­сурса и снабжения им потребителей, то в качестве этих элементов выступают условно неделимые для данного уровня рассмотрения части системы, предна­значенные для выполнения определенных ее функций. При анализе надежности электростанций ее элементами могут быть котлы, турбины, генераторы, транс­форматоры, системы управления, а при анализе надежности ЭЭС – агрегаты электростанций, объединяющие перечисленные составляющие (котлы, турбины и т.д.). Система энергетики или ее элемент являются объектом энергетики, ко­торые в задачах надежности подразделяют на основные (силовые), сервисные (управляющие), коммутационные и вспомогательные.

Применительно к объектам энергетики их основной функцией является снабжение потребителей энергетической продукцией (энергоресурсом) требуе­мого количества и качества. Невыполнение или неполное выполнение объектом энергетики этой функции имеет место при полном или частичном отказе. Усло­вия функционирования объекта включают внешние условия, которые воздейст­вуют на объект и могут способствовать либо препятствовать выполнению его функций, а также требования к эксплуатационным параметрам объекта.

Состояние объекта электроэнергетики описывается множеством параметров x = (x ₁, x ₂,…, x_i,…, x_n), которые могут принимать определенные значения и изменяться во времени – x_i (t). Например, давление в котле, расход топлива, уровень напряжения, величина нагрузки, экономичность и т.п. Выполнение объектом своих функций возможно при условии, что все его параметры прини­мают значения, находящиеся в определенной многомерной области, изменяю­щейся во времени. В этом случае объект находится в работоспособном со­стоянии. Если значения параметров объекта x _факт оказываются за границей до­пустимой области (x _min – x _max), то в границах интервалов t ₁ – t ₂ и t ₃ – t ₄ объект переходит в неработоспособное состояние (рис. 1.3).

Исправное состояние объекта – состояние, при котором он соответству­ет всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документа­ции. В противоположность этому неисправное состояние, при котором он не соответствует хотя бы одному из этих требований.

Рис. 1.3. Иллюстрация работоспособных и неработоспособных состояний объекта энергетики

Работоспособное состояние (работоспособность) – состояние объекта, при котором он способен выполнять все или часть заданных функций в полном или частичном объеме.

В неработоспособном состоянии (неработоспособность) объект не спо­собен выполнять все заданные функции. К неработоспособным состояниям от­носится предельное состояние, при котором дальнейшая эксплуатация объекта должна быть прекращена по причинам:

· неустранимого нарушения требований безопасности;

· неустранимого снижения уровня работоспособности;

· неустранимого ухода параметров и характеристик за нормативные пределы;

· недопустимого снижения эффективности эксплуатации;

· необходимости проведения капитальных ремонтов.

В зависимости от условий эксплуатации и изучаемого свойства надежно­сти для одного и того же объекта может существовать несколько критериев предельного состояния, установленных нормативно-технической и (или) кон­структорской документацией, а также результатов технической диагностики.

Промежуточным является частично работоспособное состояние объекта (частичная работоспособность), при котором он способен выполнять часть заданных функций в полном или частичном объеме или все заданные функции, но при этом хотя бы одну из них в частичном объеме.

Переход из одного состояния в другое называется событием. Событие, заключающееся в нарушении исправного состояния системы или ее частей при сохранении работоспособного состояния, называют повреждением. Общая схема переходов представлена на рис. 1.4.

Надежность систем и объектов электроэнергетики характеризуется целым рядом свойств, среди которых рассмотрим основные.

Рис. 1.4. Схема перехода состояний объекта

Управляемость – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поврежде­ний и устранению их последствий путем проведения технического обслужива­ния и ремонтов. Следовательно, при выходе значений параметров за допусти­мую область они могут быть возвращены в нее средствами управления.

Маневренность – свойство объекта изменять значения своих режимных параметров в соответствии с заданной скоростью и в заданном диапазоне (ско­рость набора или снижения нагрузки, восстановления номинального напряже­ния и т.п.) при определенных условиях его эксплуатации.

Надежность обладает комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетаний свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности, и сохраняемости.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособ­ность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Для количест­венной характеристики надежности сложных систем в качестве показателей безотказности используют: ВБР, среднюю наработку до отказа, среднюю нара­ботку на отказ, среднюю наработку между отказами, интенсивность отказов, параметр потока отказов.

Противоположный безотказности – термин отказ – событие, заключаю­щееся в том, что объект перешел границу допустимой области значений его па­раметров из работоспособного состояния в неработоспособное и не способен выполнять заданные функции независимо от причины этого перехода. Основ­ными признаками классификации отказов являются:

· характер возникновения;

· причина возникновения;

·

· последствия отказов;

· дальнейшее использование объекта;

· легкость обнаружения;

· время обнаружения.

Большинство отказов соответствует следующим определениям:

полные, при которых функционирование объекта невозможно;

частичные, когда объект переходит в частично работоспособное состоя­ние, то есть, за допустимые пределы выходит один или нескольких параметров;

катастрофические, отказы, при которых происходит – внезапный пол­ный отказ (пробой изоляции, короткое замыкание и т.д.);

внезапные, характеризующиеся неожиданным (скачкообразным) сниже­нием работоспособности объекта, при изменении одного или нескольких пара­метров, определяющих функционирование объекта в нормальных условиях;

случайные, возникающие в фазе нормальной эксплуатации объекта в ре­зультате взаимодействия большого числа независящих друг от друга факторов;

постепенные, характеризующиеся постепенным снижением уровня рабо­тоспособности при изменении одного или нескольких заданных параметров;

допустимые, не нарушающие выполнение объектом заданных функций, которые объект способен выполнять;

параметрические, когда определяющий параметр (температура, ток. напряжение, сопротивление) непрерывно изменяясь во времени, достигаем пре­дельных значений, после чего система перестает выполнять заданные функции;

деградационные, постепенные частичные отказы, обусловленные естест­венными процессами старения, коррозии и усталости при соблюдении всех ус­тановленных правил и норм проектирования, изготовления и эксплуатации;

связанные со старением – отказы в конце периода эксплуатации в ре­зультате усталости, износа, старения материала;

ожидаемые – отказы, наступление которых прогнозируется с соответст­вующей степенью достоверности;

независимые, то есть не обусловленные отказами других объектов;

зависимые, обусловленные отказом других элементов;

устойчивые, при которых для восстановления работоспособности требу­ется ремонт объекта;

неустойчивые, при которых для восстановления работоспособности тре­буется только отключение или изменение режима работы объекта без его ре­монта (успешное АПВ);

сбои, самоустраняющиеся отказы, приводящие к кратковременному на­рушению работоспособности;

множественные, отказы двух и более объектов или элементов по одной причине (реже по разным причинам), при которых ни одно наступление отказа не является следствием другого;

каскадные, последовательные отказы двух и более элементов, при кото­рых отказ последующего элемента является следствием предыдущего;

перемежающиеся – многократно возникающие, сбои одного характера;

приработанные, обусловленные недостаточным качеством изделия, про­являющиеся в начальной фазе его эксплуатации;

конструкционные, возникающие в результате нарушения или несовер­шенства установленных правил или норм конструирования и проектирования;

производственные, возникающие в результате нарушения или отклонения от установленного процесса изготовления или ремонта;

эксплуатационные, возникающие в результате нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации;

явные, обнаруживающиеся визуально или штатными методами и средст­вами контроля и диагностирования сразу после их появления;

неявные (скрытые), не обнаруживаемые визуально или штатными мето­дами и средствами контроля и диагностики, для выявления которых требуются специальные методы или мероприятия;

систематические, когда в результате известной взаимосвязи влияющих факторов отказ происходит к определенному моменту времени;

ресурсные, представляющие отказы по долговечности, в результате кото­рых объект достигает предельного состояния;

рыночные, возникающие в результате срыва плановых или договорных обязательств субъектов электроэнергетического рынка;

отказы функционирования, представляющие события перехода объекта с одного относительного уровня функционирования на другой, более низкий.

В качестве примера на рис. 1.5 показаны типичные случаи параметриче­ских и катастрофических отказов.

Рис. 1.5. Параметрические, катастрофические и перемежающиеся отказы

Характеристика изменения определяющего параметра П1 соответствует простейшему параметрическому постепенному отказу, а П2 – внезапному, случайному, катастрофическому отказу. Характеристика ПЗ, также соответствую­щая параметрическому отказу, типична для случаев, когда определяющий па­раметр имеет заметную периодическую составляющую, возникающую, напри­мер, из-за периодического изменения температуры, нагрузки. В этом случае по­сле возникшего отказа возможен возврат характеристики в допустимые грани­цы, а затем он вновь может возникнуть (перемежающийся отказ). Характери­стика П4 кроме участков, соответствующих его плавному изменению, содержит скачок. Здесь имеет место комбинация параметрического и катастрофического отказов. Характер отказа зависит здесь от того, какое именно изменение (плав­ное или скачкообразное) привело к выходу параметра за допустимые границы.

Долговечность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособ­ное состояние до наступления предельного состояния при установленной сис­теме технического обслуживания и ремонтов. В отличие от безотказности дол­говечность характеризуется продолжительностью работы объекта по суммар­ной наработке, прерываемой периодами восстановления его работоспособности плановыми ремонтами и при техническом обслуживании. В качестве количест­венных показателей долговечности используют: ресурс, гамма-процентный ре­сурс, средний ресурс, срок службы, гамма-процентный срок службы.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособ­ленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов (повреждений), к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путём проведения технического обслуживания и ремонтов. Количественными показателями ремонтопригодности являются: время восстановления, среднее время восстановления, вероятность восстановления.

Для ремонтопригодных объектов существуют следующие определения.

Восстанавливаемость – свойство объекта восстанавливать работоспо­собность после отказа путем проведения технического обслуживания, ремонтов и (или) управления объектом.

Восстанавливаемый объект – объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмот­рено в нормативно технической и (или) конструкторской документации.

Невосстанавливаемый объект не подлежит восстановлению в рассмат­риваемой ситуации. Следует отметить, что в зависимости от ситуации даже один и тот же объект может быть отнесен к тому или иному виду.

Время восстановления – период времени от момента снижения уровня работоспособности или относительного уровня функционирования до момента восстановления требуемого уровня работоспособности или относительного уровня функционирования объекта.

Наработка – продолжительность или объем работы объекта. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, количество энергии), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков). Различают наработку на отказ, наработку до отказа и нормативную наработку на событие.

Наработка на отказ – отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Наработка до отказа – математическое ожидание наработки объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа.

Нормативная наработка на событие – наработка, в течение которой вероятность возникновения события не превышает заданного значения.

Технический ресурс (ресурс) – наработка объекта от начала его эксплуата­ции или её возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Срок службы – календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или после ремонта до перехода в предельное состояние.

Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять исправное или только работоспособное состояние в течение и после хранения и (или) транс­портирования. Количественными характеристиками сохраняемости являются: назначенный срок хранения, средний срок сохранямости, гамма-процентный срок сохраняемости.

Средний срок сохраняемости – математическое ожидание срока сохра­няемости.

Гамма-процентный срок сохраняемости – срок сохраняемости, дости­гаемый объектом с заданной вероятностью у, выраженной в процентах.

Показатель надежности – количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.

Нормирование надежности – установление в нормативно-технической и (или) проектно-конструкторской документации количественных и качествен­ных требований к надежности. Нормирование надежности включает выбор номенклатуры нормируемых показателей; их технико-экономическое обоснова­ние; задание требований к объему, точности и достоверности исходных дан­ных; формулировку критериев отказов, повреждений, предельных состояний; задание требований к методам контроля надежности.

Оценка надежности – определение качественных и (или) количествен­ных значений показателей и характеристик надежности по результатам расче­тов, испытаний или эксплуатации.

Период приработки (приработка) – начальный период наработки объек­та, в течение которого имеет место устойчивая тенденция к уменьшению пото­ка (интенсивности) отказов, обусловленная устранением скрытых дефектов.

Особое место занимает понятие живучесть, которое представляет актив­ную реакцию объекта при его противостоянии возмущениям за счет рацио­нально организованной структуры управления и целесообразных режимов функционирования, что позволяет противостоять этим возмущениям не допус­кая их каскадного развития, ограничивая глубину (тяжесть) отказа с возможно­стью массового нарушения режима электроснабжения потребителей. Другими словами, живучесть – это надежность в особых условиях.

В последнее время сформировалась новая область энергетических иссле­дований, связанных с обеспечением энергетической безопасности (ЭБ) России и регионов. В самом общем виде безопасность – свойство объекта не допускать ситуаций опасных для людей и окружающей среды.

Энергетическая безопасность – это состояние защищенности граждан, общества, государства, экономики от угроз дефицита в обеспечении их потреб­ностей в энергии экономически доступными энергетическими ресурсами при­емлемого качества, от угроз нарушений бесперебойности энергоснабжения. В отличие от надежности, понятие ЭБ имеет более общий характер и несет боль­шую смысловую нагрузку, так как ЭБ - атрибут не только энергетики и не только производственной сферы, но общества в целом. Поэтому ЭБ имеет не только технико-экономический, но и политический смысл.

Дата добавления: 2015-04-30