Потоки отказов элементов и их свойства

Электроэнергетические объектов характеризуются различными состояниями: рабочим, работоспособным, резервным, отказа, аварийного ремонта, простоя, предупредительного ремонта.

Постоянными условиями для функционирования электроэнергетического оборудования являются:

1) поддержание нормального состояния контактов, обмоток и токоведущих частей (без перегрева и коррозии);

2) сохранение изоляции на допустимом уровне;

3) поддержание допустимого напряжения;

4) поддержание заданных параметров режима работы оборудования и т.д.

Отказ (повреждение) – это нарушение работоспособности объекта, т.е. система или элемент перестает выполнять целиком или частично свои функции. Приведенное определение отказа является качественным. Обычно возникает вопрос, что является критерием отказа?

Отказом называется событие, заключающееся в переходе объекта с одного уровня работоспособности или функционирования на другой, более низкий, или в полностью неработоспособное состояние. Понятие отказа в теории надежности является одним из основных.

Нарушением работоспособного состояния называется выход хотя бы одного заданного параметра за установленный допуск. Так, например, поставляемая системой электроснабжения потребителю энергия характеризуется рядом параметров, в том числе напряжением U и частотой f . По условию работы потребителей допускается определенное отклонение параметров от их номинальных значений (U_ном, f_ном). Выход параметров за пределы заданных отклонений (∆U_доп, ∆f_доп) и означает наступление отказа системы электроснабжения (рис. 2.1).

Рис.2.1.

По характеру исполнения и функционирования (в зависимости от ремонтопригодности) элементы (объекты) могут быть восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Если при возникновении отказа работоспособность объекта может быть восстановлена путем проведения ремонтов и технического обслуживания, то такой объект является восстанавливаемым. Если же при отказе объект либо не подлежит, либо не поддается восстановлению, то он является невосстанавливаемым. Невосстанавливаемые объекты работают только до первого отказа.

Электроэнергетические объекты в целом следует считать восстанавливаемыми.

Отказы классифицируются по ряду признаков:

1) по степени нарушения работоспособности: полные и частичные;

2) по характеру процессов проявления: внезапные и постепенные;

3) по связи с другими отказами: зависимые и независимые;

4) по времени существования: устойчивые и неустойчивые (сбои).

Частичный отказ переводит объект в состояние частичной работоспособности; полный отказ приводит объект к неработоспособному состоянию (для восстановления функционирования объекта требуется ремонт).

Если отказ какого-либо элемента в системе не является причиной отказа других элементов, то такой отказ является независимым. Если при отказе элемента изменилась вероятность появления отказов других элементов, то такие отказы являются зависимыми.

Внезапные отказы проявляются в результате резкого изменения основных параметров системы или элемента. При постепенных отказах наблюдается плавное изменение параметров в результате старения или износа элементов.

Устойчивый отказ нарушения работоспособности объекта может быть ликвидирован только посредством ремонта (для восстанавливаемого объекта). Сбой – самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременной потере работоспособности (не требуется ремонта аппаратуры). Перемежающийся отказ – многократно возникающий сбой одного и того же характера.

У объектов, функционирующих не постоянно во времени, отказы могут быть следующих видов:

· отказ срабатывания, заключающийся в невыполнении объектом требуемого срабатывания;

· ложное срабатывание, заключающееся в срабатывании при отсутствии требования;

· излишнее срабатывание, заключающееся в срабатывании при требовании срабатывания других элементов.

Примерами таких объектов могут быть различные системы релейной защиты, противоаварийной автоматики, в определенной мере выключатели и т. п.

Причинами отказов оборудования являются повреждения и неисправности.

Повреждения в энергетике – это разрушение оборудования, поломка деталей, нарушение целостности электрических и магнитных цепей, порча изоляции.

Неисправности – это разрегулировка механизмов без разрушения и порчи объекта, ошибки при сборке и обслуживании, недосмотр персонала.

Отказы характеризуются случайностью момента их возникновения, поэтому их можно трактовать как случайные события. Следовательно, основным математическим аппаратом для изучения отказов является теория вероятностей и ее положения.

Функционирование восстанавливаемого объекта за длительный период времени может быть представлено графически потоком отказов и восстановлений или бесконечно коротких импульсов – при нулевом времени восстановления (рис. 2.2,а), либо прямоугольных импульсов – при конечном времени восстановления (рис. 2.2,б). Поток событий – последовательность событий, происходящих одно за другим в какие-то моменты времени (имеется в виду поток однородных событий, различающихся только моментом их появления).

Рис. 2.2.

Строго говоря, реальные потоки отказов элементов электрических систем нестационарны, так как интенсивность отказов λ зависит от времени эксплуатации t. График зависимости λ от t называется характеристикой жизни объекта (рис. 2.3).

l

l=сonst

1 2 3

t

Рис. 2.3.

Здесь:

1 - период приработки – период выявления скрытых дефектов монтажа и изготовления (повышенная аварийность, «выжигание» дефектов (1 – 3 года));

2 - период нормальной работы; характеризуется примерно постоянной интенсивностью отказов. Отказы в основном носят внезапный характер и обусловлены случайными причинами;

3 - период износа и старения характеризуется повышением интенсивности отказов вследствие необратимых физико-химических процессов в изоляции, разрегулировкой механических частей, коррозией металлических частей элементов и др.

Кроме того, воздушные ЛЭП и связанные с ними коммутационные аппараты имеют также сезонную неравномерность отказов (грозы, сильные ветра, гололед).

При оценке надежности систем электроснабжения и электрических систем обычно выделяют интервалы стационарности и моделируют поток отказов простейшим стационарным потоком. При этом значительно упрощается математическое описание и процесс вычислений.

Простейший стационарный поток обладает следующими основными свойствами: стационарностью, ординарностью и отсутствием последствия.

Свойство стационарности выражается в постоянстве интенсивности отказов (не зависит от времени); для стационарного потока событий вероятностный режим не изменяется во времени, т.е. среднее число событий в единицу времени постоянно.

Ординарность заключается в очень малой вероятности совпадения отказов, которой можно пренебречь. Поток событий является ординарным, если вероятность совмещения двух и более отказов элемента в один и тот же момент времени настолько мала, что является событием невозможным.

Отсутствие последствия означает, что события возникают независимо друг от друга, и заключается в том, что число отказов в один период времени не зависит от числа отказов в предыдущие периоды.

Ординарные потоки без последствия называются пуассоновскими. Стационарный пуассоновский поток является простейшим.

Контрольные вопросы

1. Понятие отказа в теории надежности.

2. По каким признакам классифицируются отказы?

3. Приведите примеры отказов различных типов.

4. Повреждения и неисправности объектов.

5. Характеристика жизни объекта.

6. Потоки отказов элементов.

7. Какими свойствами обладают потоки отказов элементов?

8. Какие потоки называются простейшими?

ЛЕКЦИИ 3 - 4