Общие понятия и определения надежности

Основные положения теории надежности систем электроснабжения

Обеспечение надежной работы электростанций и подстанций, электрических сетей и систем, бесперебойное снабжение потребителей электрической энергией являются важнейшими задачами проектирования и эксплуатации электрических систем, сетей и электроустановок (ЭУ). Развитие электроэнергетики базируется на методах проектирования и эксплуатации, обеспечивающих минимальный расход материальных ресурсов и затрат труда при обеспечении заданной степени надежности .

Надежность электроснабжения определяется надежностью элементов электрических сетей и систем, схемами распределительных устройств электрических станций и трансформаторных подстанций, работой сетевой автоматики и релейной защиты, а также квалификацией обслуживающего персонала.

В теории надежности широко используется понятие элемента и системы. Объект, надежность которого рассматривается независимо от надежности составляющих его частей, а только в зависимости от его функциональной роли и места в системе или установке, называют элементом. Совокупность взаимосвязанных объектов или элементов, предназначенных для решения определенного круга задач, имеющая единое управление функционированием и развитием, называется системой.

Например, изолятор в гирлянде изоляторов выполняет роль элемента, а гирлянда изоляторов - это система. На трансформаторной подстанции выключатели, отделители, разъединители, силовые трансформаторы и т.п. являются элементами, а сама подстанция является системой. Из приведенных примеров видно, что в зависимости от уровня решаемой задачи и степени объединения анализируемых аппаратов и устройств определенный объект может в одном случае быть системой, а в другом - элементом. Так при анализе надежности трансформатора его можно "разложить" на множество элементов: обмотки высшего и низшего напряжения, высоковольтные и низковольтные вводы, магнитопровод, бак трансформатора и т.д. С другой стороны, для трансформаторной подстанции трансформатор удобнее представить как элемент, у которого есть свои характеристики надежности, нормативно-техническая документация, требования к эксплуатации.

Оборудование (электроустановки) является с одной стороны, элементом соответствующей системы, а с другой стороны, изделием, то есть объектом, надежность которого рассматривается независимо от его роли в системе, но в соответствии с ТУ и ГОСТ на продукцию данного типа.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 "Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения" надежность определяется как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Как видно из определения, надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенное сочетание этих свойств.

Безотказность- свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки (наработка – продолжительность работы или объем работы объекта – ГОСТ 27.002-89).

Долговечность- свойство объекта сохранять работоспособное состояние при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

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

Применительно к системам электроснабжения и другим сложным электрическим системам, рассматривают также такие специфические показатели, как режимнаяуправляемость, устойчивость, живучесть и безопасность.

Под режимной управляемостью понимается способность системы обеспечивать включение, отключение или другое изменение режима работы элементов по заданному алгоритму.

Критерий устойчивости системы – это ее способность возвращаться в устойчивое состояние после прекращения возмущающего воздействия, которое нарушило нормальный режим.

Живучесть – это свойство системы противостоять крупным возмущениям режима, не допуская их цепочечного развития и массового отключения потребителей, не предусматриваемого режимом работы противоаварийной автоматики. Живучесть электроэнергетической системы зависит от ее структуры, конфигурации, надежности электрооборудования, средств релейной защиты и противоаварийной автоматики, а также от квалификации обслуживающего персонала, запаса устойчивости, резерва активной мощности и т.д.

Безопасность определяется, как свойство объекта не создавать опасности для людей и окружающей среды

У специалистов энергетиков иногда встречаются термины структурная надежность и режимная надежность. Первый термин обозначает надежность в условиях, когда объем выполняемых функций не важен. Здесь область допустимых значений переменных состояния содержит только структурные характеристики, а режимные параметры учитываются приближенно. Режимная надежность, наоборот, рассматривает надежность только в области режимных параметров, а значения структурных характеристик считаются заданными и неизменными.

Возможна также классификация свойств надежности по длительности интервала Т, на котором она рассматривается. В этом смысле можно говорить, например, о долгосрочной или стратегической (год и более), краткосрочной (месяц – сутки), коммутационной (на интервале выполнения коммутационных операций в схеме) надежности и т.п.

Указанные важнейшие свойства надежности характеризуют определенные технические состояния объекта. Различают пять основных видов технического состояния объектов.

Исправное состояние. Состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неисправное состояние. Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Работоспособное состояние. Состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неработоспособное состояние.Состояние объекта, при котором значения хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Предельное состояние. Состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Восстанавливаемость – важное свойство надежности. Восстанавливаемость – свойство элемента, системы или установки, заключающееся в возможности восстановления работоспособности в случае отказа.

По характеру исполнения и функционирования объекты могут быть восстанавливаемыми и невосстанавливаемыми.

Невосстанавливаемыми называются такие объекты (или электроустановки), работоспособность которых в процессе возникновения отказа не подлежит восстановлению (например, изоляторы, электролампы, трансформаторы тока, кабельные вставки, плавкие предохранители).

Восстанавливаемыми являются изделия, работоспособность которых в случае возникновения отказа подлежит восстановлению (электрические машины, силовые трансформаторы). Разделение объектов на восстанавливаемые и невосстанавливаемые зависит во многом от решения, которое принимается в случае отказа объекта. Если его восстановление признается нецелесообразным или неосуществимым, то такой объект в данной ситуации является невосстанавливаемым. Таким образом, один и тот же объект в зависимости от особенностей или периодов эксплуатации может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым.

Невосстанавливаемые объекты характеризуются безотказностью, долговечностью и сохраняемостью, а восстанавливаемые – безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Переход объекта (изделия) из одного технического состояния в другое обычно происходит вследствие событий: повреждений или отказов. Совокупность фактических состояний объекта и возникающих событий, способствующих переходу в новое состояние, охватывает так называемый жизненный цикл объекта, который протекает во времени и имеет определенные закономерности, изучаемые в теории надежности.

Ремонтируемым объектом называется объект, ремонт которого возможен и предусмотрен в нормативно-технической, ремонтной и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неремонтируемый объект – объект, ремонт которого не возможен и (или) не предусмотрен нормативно-технической, ремонтной и конструкторской (проектной) документацией.