Термінологічна система основних понять теорії надійності в електроенергетиці
Така система містить сукупність взаємопов’язаних і взаємоузгоджених термінів та визначень, якими означено відповідні поняття теорії надійності. Наявність такої термінологічної системи допомагає забезпечити однозначність трактування пов’язаних з надійністю явищ.
Загальні поняття. До загальних понять у даній терміносистемі віднесено передусім поняття об’єкта, системи, елемента, тобто предметів розгляду в теорії надійності.
Об’єкт –система, споруда, машина, підсистема, апаратура, функціональна одиниця, пристрій, елемент чи будь-яка їх частина, що розглядається з погляду надійності як самостійна одиниця.
Система -сукупність елементів, які взаємодіють у процесі виконання певного кола задач і взаємопов’язані функціонально.
Елемент -найпростіша частина системи, яка з погляду аналізу надійності не підлягає дальшому поділові.
Об’єкт - одне з найзагальніших понять теорії надійності. Об’єкт включає в себе поняття і системи, і елемента. Об’єктом можна назвати електроенергетичну систему, систему керування, електричну машину, апарат тощо. Найважливішою ознакою системи є те, що її складові елементи утворюють у взаємозв’язку єдине ціле з якісно новими властивостями. Поділ на систему чи елемент часто буває умовним, оскільки елемент, як найпростіша частина системи в рамках даного розгляду, може являти собою систему в рамках детальнішого аналізу. Об’єкти (елементи) в теорії надійності ділять на два класи: відновлювані та невідновлювані.
Відновлюваний об’єкт -об’єкт, робота якого після відмови може бути відновлена в результаті проведення відновлювальних робіт (ремонту, регулювання, оперативних перемикань тощо).
Невідновлюваний об’єкт -об’єкт, робота якого після відмови вважається небезпечною, неможливою чи недоцільною.
Поняття, що визначають властивості об’єкта з погляду надійності. Кожен об’єкт має певні властивості, які визначають характер його функціонування. Надійність роботи - одна з таких властивостей.
Надійність -властивість об’єкта виконувати задані функції в заданому обсязі у певних умовах функціонування.
Надійність - це комплексна властивість об’єкта, яка може включати кілька одиничних властивостей. До одиничних властивостей надійності електроенергетичних об’єктів належать: безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, схоронність, стійкоздатність, живучість, режимна керованість, безпека.
Безвідмовність -властивість об’єкта неперервно зберігати працездатність протягом деякого часу чи наробку.
Довговічність -властивість об’єкта зберігати працездатність до настання граничного стану в умовах наявної системи технічного обслуговування та ремонтів.
Ремонтопридатність -властивість об’єкта бути пристосованим до виявлення причин виникання відмов та пошкоджень і до проведення технічного обслуговування та ремонтів.
Схоронність -властивість об’єкта неперервно зберігати працездатність протягом всього часу збереження і (або) транспортування та безпосередньо після нього.
Одиничні властивості стійкоздатність, живучість, режимна керованість, безпека будуть визначені після розгляду особливостей функціонування ЕЕС.
Поняття, що визначають стани об’єкта. У процесі функціонування об’єкт може перебувати в різних станах, частота виникання та тривалість яких впливають на виконання об’єктом заданих функцій у заданому обсязі.
Працездатний стан(працездатність) - стан об’єкта, в якому він здатний виконувати всі або частину заданих функцій у повному або частковому обсязі.
Непрацездатний стан(непрацездатність) - стан об’єкта, в якому він не здатний виконувати жодної з заданих функцій.
Робочий стан -стан об’єкта, в якому він виконує всі або частину заданих функцій у повному чи частковому обсязі.
Неробочий стан -стан об’єкта, в якому він не виконує жодної з заданих функцій.
Стан відновлення(аварійного ремонту) - неробочий стан об’єкта, коли на ньому проводять роботи з відновлення працездатності.
Граничний стан -стан об’єкта, коли його подальша експлуатація повинна бути припинена внаслідок небезпеки, неможливості чи недоцільності.
У теорії надійності враховують також частково (повністю) працездатні стани, частково (повністю) робочі стани, стани перебування об’єкта в резерві тощо.
Поняття, що визначають події змін станів об’єкта. Зміни станів об’єкта наступають після виникання певних подій.
Відмова - подія, яка спричинює порушення працездатності об’єкта, тобто його перехід з одного рівня працездатності чи функціонування на інший нижчий рівень або у повністю непрацездатний стан.
Аварія - подія, яка спричинює порушення працездатності об’єкта, тобто його перехід з одного рівня працездатності чи функціонування на інший значно нижчий рівень і призводить до важких техніко-економічних та соціальних наслідків.
Відмови класифікують за рядом ознак. За ознакою рівня порушення працездатності розрізняють повні та часткові відмови, за ознакою зв’язку з відмовами інших об’єктів - залежні та незалежні, за характером прояву - раптові та поступові і т.д.
Повна (часткова) відмова -відмова, внаслідок якої об’єкт повністю (частково) втрачає працездатність.
Залежна (незалежна) відмова -відмова об’єкта, ймовірність виникання якої залежить (не залежить) від того, наступила чи не наступила відмова іншого об’єкта.
Поділ відмов на раптові та поступові умовний. Раптова відмова формується миттєво та супроводжується стрибкоподібною зміною основних параметрів об’єкта внаслідок діяння зовнішніх навантажень, різкого погіршення умов роботи, помилкових дій персоналу тощо. Поступова відмова формується довго та супроводжується плавною зміною параметрів об’єкта внаслідок старіння та зношення. Якщо процес формування поступової відмови контролюють, то в разі її наближення об’єкт позапланово виводять з роботи, знижуючи цим до мінімуму можливі негативні наслідки. Якщо ж такий контроль відсутній, то поступова відмова проявить себе як раптова.
До інших подій, які зумовлюють зміну станів об’єкта, можна віднести також відновлення, пошкодження, намірене вимикання тощо.
Відновлення -подія, яка зумовлює перехід об’єкта з непрацездатного у працездатний стан.
Пошкодження -подія, яка спричинює порушення справності об’єкта за умови збереження його працездатності.
Намірене вимикання -подія переведення об’єкта в неробочий стан цілеспрямованим вимиканням.
Поняття, що стосуються кількісної оцінки надійності об’єктів. Властивості об’єкта, пов’язані з надійністю його роботи, певним чином характеризують кількісно. Такими характеристиками є показники надійності.
Показник надійності -кількісна характеристика одної чи кількох властивостей об’єкта, які визначають його надійність.
Одиничний показник надійності -кількісна характеристика одної властивості об’єкта, яка визначає його надійність.
Комплексний показник надійності -кількісна характеристика двох і більше властивостей об’єкта, які визначають його надійність.
Наробок -тривалість або обсяг роботи об’єкта.
Ресурс -наробок об’єкта від початку експлуатації чи від її відновлення після ремонту до настання граничного стану.
Термін служби -календарна тривалість експлуатації об’єкта від її початку чи від її відновлення після ремонту до настання граничного стану.
У загальному випадку надійність характеризують сукупністю показників, номенклатуру яких в умовах конкретної задачі доводиться вибирати. Вибір тієї чи іншої номенклатури показників визначається можливістю їх встановлення та повнотою оцінки рівня надійності об’єкта. Вибрати сукупність показників і встановити значення кожного з них неможливо без чіткого формулювання критеріїв відмови та відновлення.
Критерій відмови -ознака або сукупність ознак порушення працездатності об’єкта.
Критерій відновлення -ознака або сукупність ознак переходу об’єкта до повної чи часткової працездатності.
Конкретні форми критеріїв відмов та відновлень встановлюють, переважно, нормативно-технічною документацією. Їх вибирають так, щоб забезпечити ідентифікацію працездатності та непрацездатності об’єкта максимально швидко та доступними технічними засобами.
Поняття надійності електроенергетичної системи. Надійність ЕЕС визначають, виходячи з загального визначення надійності технічного об’єкта, як його властивості виконувати задані функції в заданому обсязі у певних умовах функціонування.
Першою заданою функцією ЕЕС є її функція за призначенням, тобто постачання споживачам електроенергії. З виконанням цієї функції пов’язують надійність ЕЕС у вузькому розумінні. Надійність ЕЕС у широкому розумінні пов’язують з виконанням двох функцій: названої функції за призначенням та функції, зумовленої фактом існування ЕЕС. Виконання другої функції полягає в тому, що ЕЕС зобов’язана не створювати ситуацій, небезпечних для людей і навколишнього середовища. У цій другій функції проявляється безпека ЕЕС, як одинична властивість її надійності.
ЕЕС повинна постачати електроенергію споживачам неперервно і дотримуватися вимог щодо обсягів постачання та якості електроенергії. Орієнтуючись на критерії відмов, можна твердити, що відмовою ЕЕС є будь-яка перерва електропостачання чи обмеження живлення частини споживачів. Для встановлення факту обмеження живлення до уваги беруть записані в договорі між ЕЕС і споживачем умови, згідно з якими обсяги електропостачання регламентують відповідними диспетчерськими графіками. Якщо споживач вимагає збільшити постачання електроенергії понад встановлені обсяги, то ЕЕС має право не задовольняти такої вимоги і для неї це не вважається відмовою.
Вимоги щодо якості електроенергії регламентують нормативними показниками. Проте дотримання нормативних показників якості не обов’язкове і не служить критерієм відмови. За порушення норм якості електроенергії електропостачальна організація виплачує споживачам компенсацію збитків, але ці витрати не стосуються надійності роботи ЕЕС. До речі, частота в ЕЕС України тривало опускалася до рівня 49,2 Гц в той час, коли нормативне відхилення частоти не повинно перевищувати рівня 50±0,4 Гц.
Критерієм відмови ЕЕС з погляду якості електроенергії є вихід її параметрів за технічно допустимі межі, коли неспроможні працювати електроустановки споживача або неспроможний існувати режим системи. Технічно допустимі параметри встановлені для напруги і частоти. У вузлах навантаження допустиму напругу визначають, виходячи з нормативних запасів статичної стійкості навантаження за напругою. Вони становлять 15% у нормальних та обтяжених режимах і 10% у вимушених (післяаварійних) режимах. Допустиме значення частоти лежить в межах 49,0...50,5 Гц, бо за межами цього діапазону частот не може працювати устаткування власних потреб ЕС, яке найбільше чутливе до її змін.
Таким чином, у вузькому розумінні необхідними та достатніми умовами надійної роботи ЕЕС є безперебійність живлення споживачів, відсутність обмежень електропостачання в границях встановлених обсягів і відпуск споживачам електроенергії технічно допустимих параметрів. Отже, надійність ЕЕС у вузькому розумінні можна визначити так:
Надійність ЕЕС -це її властивість виконувати безперебійне в часі та необмежуване у границях встановлених обсягів постачання споживачам електроенергії технічно допустимих параметрів.
У загальному випадку необхідні та достатні умови надійної роботи ЕЕС включають ще вимогу безпеки. Тому в широкому розумінні надійність ЕЕС визначають так:
Надійність ЕЕС -це її властивість виконувати безперебійне в часі та необмежуване в границях встановлених обсягів постачання споживачам електроенергії технічно допустимих параметрів і не допускати ситуацій, небезпечних для людей і довкілля.
Вимога безпеки, врахована у визначенні надійності ЕЕС, передбачає врахування тих небезпечних для людини і навколишнього середовища ситуацій, які виникають у результаті відмов, а не в умовах нормального функціонування системи. Виникання небезпечних ситуацій в умовах відсутності відмов пов’язані з низьким рівнем технічної досконалості об’єкта і відношення до надійності його роботи не мають.