Надежность источников и систем теплоэнергоснабжения промышленных предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет промышленных

технологий и дизайна»

Надежность источников и систем теплоэнергоснабжения промышленных предприятий

Часть 1. Основы теории

В.В. Пеленко, А.А. Верхоланцев, А.М. Хлыновский

Санкт-Петербург

2020

Надежность источников и систем теплоэнергоснабжения промышленных предприятий. Часть 1. Основы теории: учеб. пособие / В. В. Пеленко, А. А. Верхоланцев, А. М. Хлыновский. - СПб.: ФГБОУ ВО «СПбГУПТД», 2020. - 102 с.

Учебное пособие подготовлено в соответствии с учебным планом и рабочей программой дисциплины «Надежность источников и систем теплоэнергоснабжения промышленных предприятий» для студентов ВУЗов, обучающихся по направлению подготовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника (Профиль: «Промышленная теплоэнергетика»). В пособии рассматриваются основные понятия и определения теории надежности, физическая сущность и закономерности изменения технического состояния теплоэнергетического оборудования; факторы, определяющие интенсивность накопления повреждений; методы получения и анализа информации об отказах и неисправностях; оценка надежности машин на этапах проектирования, производства и эксплуатации. Может быть полезно для магистров направления 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника (Профили: «Технология производства электрической и тепловой энергии», «Тепломассообменные процессы и установки»), а также для аспирантов и инженерно-технических работников предприятий теплоэнергетического комплекса.

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕМА 1. Основные понятия теории надежности теплоэнергетического оборудования

1.1 Определение надежности теплоэнергетических установок

1.2 Составляющие понятия теории надежности

ТЕМА 2. Оперативные состояния и отказы энергетических установок

2.1 Оперативные состояния технических объектов

2.2 Классификация отказов элементов технических систем

ТЕМА 3. Использование теории случайных величин для описания вероятности отказов

3.1 Основные положения теории вероятностей

3.2 Особенности распределения дискретных случайных величин

3.3 Характеристики распределения непрерывных случайных величин

ТЕМА 4. Основные законы распределения отказов как случайных

событий

4.1 Виды математического описания случайных величин

4.2 Основные законы распределения непрерывных случайных величин

4.3 Основные законы распределения дискретных случайных величин

ТЕМА 5. Количественные показатели надежности теплоэнергетического оборудования

5.1 Базовые показатели надежности

5.2 Показатели безотказности

ТЕМА 6. Характеристики ремонтопригодности и долговечности элементов технических систем

6.1 Показатели ремонтопригодности

6.2 Показатели долговечности

6.3 Комплексные показатели надежности

ТЕМА 7. Резервирование технических систем. Общие методы обеспечения надёжности сложных систем

7.1 Основные понятия резервирования

7.2 Типовые структуры расчета надёжности

7.3 Методы обеспечения надёжности сложных систем

ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЯ

ТЕМА 1. Основные понятия теории надежности теплоэнергетического оборудования

1.1 Определение надежности теплоэнергетических установок

Характерной отличительной особенностью теплоэнергетического оборудования, тепловых и электрических станций от производственных предприятий других отраслей промышленности является требование обеспечения непрерывного баланса «выработка тепловой и электрической энергии - и их потребление». Это условие должно выполняться независимо от времени суток, дней недели, сезонных колебаний спроса на вырабатываемую продукцию, нестабильности качества поставляемого на электростанцию топлива и т.д.

Поскольку выработка электроэнергии впрок и ее складирование невозможно, то непредусмотренный заранее отказ в работе оборудования электростанции кроме затрат на восстановление этого оборудования может привести к существенному ущербу у потребителей электроэнергии, вызвать катастрофические ситуации на производствах с непрерывным режимом работы, создать аварийные ситуации на транспорте, в связи, значительно затруднить работу коммунальных служб. Поэтому основной задачей электростанций и энергосистем является обеспечение бесперебойного энергоснабжения потребителей. Эта задача может быть решена только при исправном состоянии и надежной работе оборудования.

Надежность является важнейшей технической характеристикой качества объекта. Надежность как свойство изделий оценивается вероятностными характеристиками, основанными на статистической обработке экспериментальных данных. Однако вероятностные методы определения показателей надежности позволяют вполне определенно и достаточно хорошо оценивать надежность работы машин и других технических изделий.По мере технического прогресса наблюдается усложнение технических изделий. Основное противоречие в развитии современной техники заключается в том, что если не предпринимать необходимые меры по повышению надежности, то чем сложнее, быстрее и точнее работа техники, тем менее она надежна. Отсюда следует, что решение проблемы надежности является не только важной технической, но и большой экономической задачей.

Сложность получения количественной оценки надежности исследуемого изделия состоит в том, что это свойство изделий обычно направлено в их будущее существование, т.е. оно «развернуто во времени» предстоящей эксплуатации, условия которой разнообразны и мало предсказуемы. Иначе говоря, характеристики надежности носят по отношению к каждому конкретному изделию вероятностный, прогнозный характер.

Как известно, ГОСТ 27.002-83 «Надежность в технике. Термины и определения» определяет надежность технического объекта как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Более поздняя редакция ГОСТ Р 53480-2009 определяет надежность как свойство готовности и влияющие на него свойства безотказности и ремонтопригодности, и поддержка технического обслуживания.

Готовность - способность объекта выполнять требуемую функцию при данных условиях в предположении, что необходимые внешние ресурсы обеспечены. Эта способность зависит от сочетания свойств безотказности, ремонтопригодности и поддержки технического обслуживания. Термин «Данные условия» может включать климатические, технические или экономические обстоятельства. Необходимые внешние ресурсы, кроме ресурсов технического обслуживания, не влияют на свойства готовности.

Для электростанции понятие надежности можно сформулировать более конкретно. Надежность ТЭС - это свойство сохранять во времени способность вырабатывать электрическую и тепловую энергию определенных параметров по требуемому графику нагрузки при заданной системе технического обслуживания и ремонтов оборудования.

1.2. Составляющие понятия теории надежности

Определение понятия надежность в ГОСТ 27.002-83, ГОСТ Р 53480-2009, ГОСТ 27.002-2015 и других, более поздних руководящих документах, содержит примечание: Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетаний следующих свойств:

Ш безотказности;

Ш долговечности;

Ш ремонтопригодности;

Ш сохраняемости.

Безотказность - это свойство объекта непрерывно сохранять свою работоспособность в течение заданного времени. В новом ГОСТе безотказность -способность объекта выполнять требуемую функцию в заданном интервале времени при данных условиях.

Долговечность - это свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. По новому ГОСТу долговечность - способность объекта выполнять требуемую функцию до достижения предельного состояния при данных условиях использования и технического обслуживания.

Ремонтопригодность - это свойство объекта, заключающееся в приспособлении, во-первых, к предупреждению и обнаружению причин отказов путем контроля исправности составляющих элементов и систем и, во-вторых, к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов оборудования. Для обеспечения ремонтопригодности объекта необходимо наличие эффективной диагностики состояния объекта и проведение качественных технического обслуживания и ремонтов. В новой редакции ремонтопригодность - это способность объекта при данных условиях использования и технического обслуживания к поддержанию или восстановлению состояния, при котором оно может выполнять требуемую функцию.

В зависимости от возможности дальнейшего применения объекта, изделия классифицируются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

Восстанавливаемое изделие - изделие, которое может быть восстановлено потребителем, то есть изделие, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Невосстанавливаемое изделие - изделие, которое не может быть восстановлено потребителем и подлежит замене.

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

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

Сохраняемость - это свойство объекта сохранять значения безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение или после хранения и транспортировки. В новой редакции сохраняемость - способность объекта выполнять требуемую функцию в течение и после хранения или транспортирования.

В каждом конкретном случае оценки или задания надежности изделия следует пользоваться теми сторонами и видами надежности, которые необходимы для характеристик надежности объекта с учетом его целевого назначения.

В прикладной теории надежности в понятие надежности могут включаться дополнительные свойства. Так, для характеристики надежности объектов, являющихся потенциальным источником опасности, используются свойства безопасности, живучести и устойчивости.

Безопасность - свойство в случае нарушения работоспособного состояния не создавать угрозу для жизни и здоровья людей, а также для окружающей среды.

Живучесть - свойство объекта сохранять работоспособность (полностью или частично) в условиях неблагоприятных воздействий, не предусмотренных нормальными условиями эксплуатации.

Устойчивостью признаков качества объекта или технологического процесса называют свойства объекта или процесса сохранять точность этих признаков во времени. Особенно это касается объектов, являющихся потенциальным источником опасности, к которым следует относить и электроэнергетические объекты.

Предельное состояние объекта - это состояние, при котором его дальнейшее применение недопустимо по условиям безопасности или экономически нецелесообразно, либо восстановление его работоспособного состояния технически невозможно или экономически нецелесообразно.

Предельное состояние объекта может наступить, во-первых, у работоспособной установки при недопустимом снижении показателей ее безопасности или экономической эффективности; во-вторых, у установки, находящейся в неработоспособном состоянии в результате такого отказа, после которого восстановление работоспособности объекта технически невозможно или экономически не оправдано. В новой редакции предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна по причинам опасности, экономическим или экологическим.

Применение (использование) объекта по назначению прекращается в следующих случаях:

· при неустранимом нарушении безопасности;

· при неустранимом отклонении величин заданных параметров;

· при недопустимом увеличении эксплуатационных расходов.

Для некоторых объектов предельное состояние является последним в его функционировании, т.е. объект снимается с эксплуатации, для других - определенной фазой в эксплуатационном графике, требующей проведения ремонтно-восстановительных работ.

Именно в связи с этим объекты могут быть:

невосстанавливаемые, для которых работоспособность в случае возникновения отказа, не подлежит восстановлению;

восстанавливаемые, работоспособность которых может быть восстановлена, в том числе и путем замены.

К числу невосстанавливаемых объектов можно отнести, например, подшипники качения, полупроводниковые изделия, зубчатые колеса и т.п.

Объекты, состоящие из многих элементов, например, станок, автомобиль, электронная аппаратура, являются восстанавливаемыми, поскольку их отказы связаны с повреждениями одного или немногих элементов, которые могут быть заменены.

В ряде случаев один и тот же объект в зависимости от особенностей, этапов эксплуатации или назначения может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым.

Характерным для энергетических установок является циклический режим работы, который представлен на рис.1.1. в виде графика. После некоторой продолжительности работы установка останавливается для проведения планово-предупредительных ремонтов (ППР), при возникновении отказов во время работы проводятся неплановые ремонты (НР). В отдельных случаях период простоя установки может быть связан с модернизацией и реконструкцией ее отдельных элементов или внешними, не связанными с техническим состоянием установки, например, с выводом ее в резерв из-за снижения потребления электрической или тепловой энергии, отсутствием средств на закупку топлива или с аварией в энергосистеме, например, с обрывом ЛЭП.

Рис.1.1. График работы ТЭС

ППР - планово-предупредительный ремонт

НР - неплановый ремонт

Будем считать, что нахождение энергетической установки в резерве не оказывает влияния на ее надежность. В этом случае для энергетических установок основными составляющими надежности становятся безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

Утверждение, что данная установка надежна или ненадежна, без указания, к какой составляющей надежности оно относится, является слишком общим. Ранее понятие надежности связывалось только с одной стороной надежности - с безотказностью. Однако установка может обладать низкой безотказностью, но иметь высокую долговечность или обладать высокой безотказностью, ни иметь низкую ремонтопригодность. Обычно улучшение одного составляющего свойства надежности достигается за счет ухудшения другого. Например, безотказность установки можно существенно повысить, если часто и долго ее ремонтировать. Но это будет означать, что установка имеет низкую ремонтопригодность. Таким образом, говоря о надежности установки, будем иметь в виду все три ее составляющих: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. В противном случае будем оговаривать, о какой составляющей идет речь.

Сводный перечень основных показателей надежности приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Номенклатура показателей надежности

ТЕМА 2. Оперативные состояния и отказы энергетических установок

2.1 Оперативные состояния технических объектов

Согласно ГОСТ 27.002-89 различают пять основных видов технического состояния объектов:

1. Исправное состояние.

2. Неисправное состояние.

3. Работоспособное состояние.

4. Неработоспособное состояние.

5. Предельное состояние.

Схема постоянных технических состояний и событий для теплоэнергетических объектов приведена на рисунке 1.2.

Переход объекта (изделия) из одного вышестоящего технического состояния в нижестоящее обычно происходит вследствие событий: повреждений или отказов.

Отказ- это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Повреждение- событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

В ГОСТ 15467-79 введено еще одно понятие, отражающее состояние объекта - дефект.

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие объекта установленным нормам или требованиям. Дефект отражает состояние отличное от отказа.



Рис.1.2. Схема постоянных технических состояний и событий технических объектов

Таким образом, с позиций теории надежности, теплоэнергетический 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. По ГОСТ Р 53480-2009 работоспособное состояние - состояние объекта, при котором он способен выполнять требуемую функцию при условии, что предоставлены необходимые внешние условия.

При этом оговаривается, что объект в одно и то же время может находиться в работоспособном состоянии для некоторых функций и в неработоспособном состоянии для других функций.

Состояние объекта, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным НТД, называется неработоспособным.

Понятие «исправное состояние» шире, чем понятие «работоспособное состояние». Работоспособный объект в отличие от неисправного удовлетворяет лишь тем требованиям НТД, которые обеспечивают его нормальное функционирование. При этом он может не удовлетворять, например, требованиям, относящимся к внешнему виду изделия (содрана краска, и т.д.). Работоспособный объект может быть неисправным, однако его повреждения при этом не настолько существенны, чтобы могли препятствовать функционированию объекта.

Кроме понятия работоспособного состояния, одним из основополагающих понятий теории надежности является также понятие отказа работы объекта. Объект переходит из работоспособного состояния в неработоспособное состояние после события, которое называют отказом.

Отказ - это потеря способности теплоэнергетического объекта выполнять требуемую функцию.

Понятие отказа занимает одно из центральных мест в теории надежности, поскольку теория надежности -- это наука, изучающая закономерности появления отказов технических устройств.

Главная цель работы энергетической установки состоит в обеспечении потребителей электрической и тепловой энергией с заданными параметрами в требуемом количестве согласно диспетчерского графика нагрузок.

При проектировании энергетической установки состав входящего в нее оборудования выбирается таким образом, чтобы в целом при заданном качестве топлива и определенных параметрах внешней среды установка развивала бы заданную мощность. Эта мощность или производительность называется номинальной. Сумма номинальных мощностей установленных на электростанции турбогенераторов называется установленной мощностью электростанции.

При максимальном спросе на электроэнергию, а также в случае вынужденного останова других агрегатов на электростанции и возникающем при этом дефиците электроэнергии в некоторых случаях допускаются кратковременные перегрузки котлов и турбин выше номинальной мощности.

Допустимый уровень перегрузок называется максимальной мощностью. Величина и максимальная продолжительность допустимой перегрузки определяются экспериментально и согласовываются с заводами-изготовителями оборудования.

В реальных условиях эксплуатации энергетических установок возможно ограничение их нагрузки ниже номинальной из-за изменения качества топлива, дефектов оборудования, изменения внешних условий. Значение фактической мощности, которую можно использовать в данный момент времени, называется располагаемой мощностью.

Тепловые энергетические установки допускают снижение производительности только до определенного предела, ниже которого отдельные агрегаты установки стабильно работать не могут. Эта мощность называется минимально допустимой мощностью. Она также определяется в результате испытаний и согласовывается с заводами-изготовителями.

Графики нагрузок электрической и тепловой энергии, формируемые потребителями, существенным образом изменяются в зависимости от времени суток, дней недели, месяцев. По электростанциям нагрузки распределяются диспетчерскими службами в зависимости от требуемой мощности в системе, располагаемой мощности отдельных установок электростанций и их экономичности.

Согласно правилам технической эксплуатации (ПТЭ), оборудование энергетических установок и сетей, принятых в эксплуатацию, должно находиться в одном из четырех оперативных состояний:

Ш работа;

Ш резерв;

Ш ремонт;

Ш консервация.

Вывод в ремонт или постановка на консервацию оформляются оперативной заявкой, подписанной главным инженером и поданной в диспетчерскую службу энергосистемы. В случае, если оборудование требуется отключить немедленно, то заявка не оформляется, но в диспетчерскую службу посылается оперативное извещение о причинах отключения и предполагаемой продолжительности ремонта поврежденного узла.

Таким образом, если соответствующие заявки не были оформлены, то предполагается, что оборудование находится в работоспособном состоянии и может нести нагрузку в пределах от минимально допустимой до максимальной. Значения этих мощностей зафиксированы в соответствующих документах электростанции и диспетчерских службах энергосистемы и министерства.

Применительно к энергетическим установкам их работоспособность определяется как состояние, при котором они могут нести электрическую и тепловую нагрузки с соответствующими параметрами в указанных в оперативных документах пределах.

2.2 Классификация отказов элементов технических систем

Как уже отмечалось, отказом называется потеря работоспособности, т.е. переход в состояние, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

По характеру возникновения отказы связаны либо с поломкой отдельных элементов при функционировании, либо с изменением параметров до недопустимых пределов. Для энергетических установок отказы связаны со снижением располагаемой мощности или параметров электрической и тепловой энергии.

Для различения отказов их классифицируют. Различают классификацию

отказов математическую (вероятностную) и классификацию инженерную (физическую).

По причинам отказов можно разделить отказы на случайные и систематические.

Случайные отказы могут быть вызваны перегрузками, дефектами материалов и изготовления, ошибками персонала, сбоями. Чаще всего проявляются в неблагоприятных условиях эксплуатации.

Систематические отказы возникают по причинам, вызывающим постепенное накопление повреждений (время, температура, облучение). Выражаются в виде износа, старения, коррозии, залипания, утечки и т.д.

Отказы внезапные - поломки.

Отказы постепенные - износ, старение.

По причинам возникновения отказы бывают конструкционные, технологические, эксплуатационные. Отказы нельзя смешивать с дефектами.

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие объекта требованиям, установленным нормативной документацией. Этот термин применяем ко всем видам промышленной и непромышленной продукции.

Полный отказ ведет к полной потере работоспособности.

Частичный отказ ведет к частичной потере работоспособности.

Математическая классификация отказов:

Постепенные отказы развиваются во времени и связаны со старением, износом, усталостной прочностью и другими факторами изменения свойств материала.

Внезапные отказы - на вероятность их появления не влияет время предыдущей работы.

Совместные отказы - отказы элементов объекта, могущие одновременно появиться в количестве двух и более.

Несовместные отказы - отказы, из которых никакие два не могут по-

явиться вместе.

Независимые отказы - вероятности их появления не зависят друг от друга.

Зависимые отказы - вероятность появления одного отказа связана с вероятностью появления другого.

Инженерная классификация отказов:

1. По моменту выявления:

- до выполнения функций;

- во время выполнения функций.

2. По последствиям:

- без последствий;

- приводит к невыполнению функций;

- приводит к происшествиям.

3. По причинам:

- конструктивно-производственные ошибки:

- ошибки оперативного персонала;

- внешние или случайные причины.

4. По способу устранения:

- восстановление работоспособности на месте эксплуатации:

- частичный ремонт в ремонтных службах;

- капитальный ремонт;

- списание объекта.

Кроме понятия отказ в прикладной теории надежности и на практике могут использоваться другие понятия, связанные с нарушением работоспособности объекта:

Поломка - повреждение объекта, которое может быть устранено силами

экипажа или ремонтных служб, не влекущее гибели людей.

Происшествие - событие, связанное с нарушением функционирования

объекта вследствие его разрушения или повреждения.

Авария - полное разрушение объекта или такое его повреждение, что восстановление либо невозможно, либо нецелесообразно (но не влечет гибели людей).

Катастрофа - полное или частичное разрушение объекта, влекущее гибель хотя бы одного человека (если смерть людей в результате происшествия наступает в течение 10 суток после него).

Различают отказы: явные и скрытые, полные и частичные. В том случае, когда работа энергетической установки прекращается из-за появления дефектов оборудования, происходит полный явный отказ. Установка полностью теряет работоспособность, причем это событие отражается в оперативной документации.

Если из-за дефектов отдельных агрегатов располагаемая мощность установки снижается ниже мощности, заданной диспетчерским графиком нагрузки, но при этом остается выше минимально допустимой, и установка не выводится из работы, то такое событие также фиксируется в оперативной документации. Происходит частичный явный отказ.

В том случае, если вследствие появления дефектов элементов оборудования располагаемая мощность установки снизилась до величины, превышающей в данный момент времени диспетчерскую нагрузку, то такое событие может не фиксироваться, для потребителей электрической и тепловой энергии отказ остается незамеченным. Иногда об этом не подозревают и сами работники, обслуживающие установку. Это случай частичного неявного отказа.

Полный неявный отказ может произойти в том случае, если оборудование находится в резерве, т.е. предполагается, что по указанию диспетчера через определенное время установка может быть загружена до максимально допустимой мощности. Появление дефектов, которые не позволяют включить установку в работу, приводит к полному отказу, но внешне этот дефект может не проявиться. Такие отказы иногда не фиксируются, если устранение дефектов происходит во время нахождения установки в резерве.

Одна из возможных укрупненных схем классификации отказов приведена на рисунке 1.3. Более подробная схема классификации отказов, соответствующая ГОСТ 27.002-89, приведена на рисунке 1.4.

Рис.1.3. Укрупненная схема классификации отказов

Рис.1.4. Схема классификации отказов по ГОСТ 27.002-89

Применяющееся в теории надежности понятие «отказ» в практике эксплуатации электрических станций и сетей подразделяется на три термина:

Ш авария;

Ш отказ;

Ш потребительское отключение.

В свою очередь различают отказы 1-ой и 2-ой степеней. Аварии и отказы учитываются и расследуются.

Внеплановый вывод оборудования из работы или резерва или сброс нагрузки классифицируются по указанным терминам в зависимости от степени нарушения энергоснабжения потребителей, характера повреждения, объема и продолжительности ремонта (посмотреть инструкцию).

Повреждения оборудования, происшедшие во время плановых ремонтов, учитываются как аварии или отказы в зависимости от восстановительного ремонта этого оборудования.

Внеплановый вывод из работы оборудования по оперативной заявке для устранения мелких дефектов (набивка сальников, расшлаковка котлов, устранение утечек масла, замена прокладок и т.д.), выявленных при профилактических осмотрах, аварией или отказом не считается, если он не привел к нарушению диспетчерского графика. Он учитывается только в цеховой документации.

По каждому зафиксированному отказу проводится служебное расследование. Основными задачами расследования является:

Ш технически квалифицированное установление причин и виновников нарушений;

Ш разработка организационных и технических мероприятий по восстановлению работоспособности поврежденного оборудования;

Ш разработка мероприятий по предупреждению подобных нарушений в будущем;

Ш разработка мероприятий по повышению ответственности персонала энергопредприятий за выполнение мер, обеспечивающих бесперебойное и надежное энергоснабжение потребителей.

Учет аварий и отказов ведется со дня приемки оборудования и сооружений в эксплуатацию, то есть со дня подписания акта приемочной комиссией. При этом составляется специальная отчетная карта 2-тех. Случаи повреждения оборудования, выявленные до приемки в эксплуатацию, а также во время плановых ремонтов и испытаний, не включаются в отчетную форму 2-тех, но они обязательно учитываются в цеховой документации и картах отказов. При выходе из планового ремонта учет аварий и отказов для тепломеханического оборудования ведется с начала подъема давления, для турбин и других вращающихся механизмов - с момента выхода на номинальные обороты.

Станционной аварией считается нарушение режима ее работы, вызвавшее:

Ш перерыв электроснабжения потребителей первой категории на время более 20 мин или потребителей второй категории на время более 10 часов;

Ш перерыв в подаче от ТЭЦ технологического пара предприятиям первой категории на срок более 2 часов или предприятиям второй категории на время более 10 часов;

Ш недоотпуск потребителям электроэнергии в количестве более 50000 КВт*ч или теплоты в количестве более 400 Гкал независимо от продолжительности перерыва;

Ш полный сброс электрической нагрузки на ГРЭС с установленной мощностью 500 МВт и выше или электрической и тепловой нагрузки на ТЭЦ с установленной мощностью 100 МВт и выше.

Отказом в работе 1-й степени считается нарушение режима работы электростанции, вызвавшее:

Ш перерыв электроснабжения потребителей второй категории на срок от 1 до 10 часов или потребителей третьей категории на срок более 10 часов;

Ш перерыв в подаче от ТЭЦ технологического пара предприятиям первой категории на срок от 30 мин до 2 часов или предприятиям второй категории на срок от 2 до 10 часов;

Ш недоотпуск потребителям электроэнергии в количестве от 5000 до 50000 КВт-ч или теплоты в количестве от 50 до 400 Гкал независимо от продолжительности перерыва;

Ш полный сброс электрической нагрузки на ГРЭС с установленной мощностью от 100 до 500 МВт или электрической и тепловой нагрузки на ТЭЦ с установленной мощностью от 25 до 100 МВт.

Отказом в работе 2-й степени считается нарушение режима работы электростанции, вызвавшее:

Ш повреждение оборудования, требующего восстановительного ремонта менее 3 суток;

Ш недоотпуск потребителям электроэнергии в количестве от 500 до 5000 КВт·ч или теплоты в количестве от 20 до 50 Гкал независимо от продолжительности перерыва.

Аварии и отказы классифицируются по вине оперативного персонала, если они вызваны неправильными его действиями, нарушениями им правил технической эксплуатации (ПТЭ), техники безопасности (ПТБ), правил взрыво- и пожарной безопасности эксплуатации (ПВПБ) или нарушениями производственных инструкций.

По вине ремонтного персонала аварии и отказы классифицируются вследствие некачественного ремонта, неполноценных профилактических осмотров и контроля оборудования, неправильных действий и нарушений правил производства ремонтных работ (РДПр) и требований ПТЭ, ПТБ, ПВПБ.

По вине руководящего персонала аварии и отказы классифицируются вследствие непринятия своевременных мер по устранению аварийных очагов и дефектов оборудования, невыполнения направленных на повышение надежности работы оборудования директивных указаний вышестоящих органов, несвоевременного или проведенного в недостаточном объеме ремонта или профилактического испытания оборудования, невыполнения противоаварийных циркуляров, нарушения ПТЭ, ПТБ, ПВПБ, руководящих указаний по организации работы с персоналом.

Аварии и отказы по вине других организаций классифицируются лишь при наличии достаточного обоснования с участием представителей этих организаций в расследовании. Их причинами могут быть низкокачественное изготовление оборудования, недостатки проектирования, некачественное выполнение строительных, монтажных, ремонтных и наладочных работ, несовершенство и дефектность конструкции.

Аварии и отказы по причине стихийных явлений могут классифицироваться лишь в том случае, когда характеристика этих явлений (толщина гололеда, скорость ветра и т.д.) превышают расчетные значения, предусмотренные проектом или существующими нормами.

Аварии и отказы по причине естественного износа (старение, изменение свойств материалов, усталостные явления, коррозия и др.) могут быть классифицированы лишь в том случае, если они не могли быть предотвращены в процессе эксплуатации.

Все аварии и отказы в работе на электростанциях и сетях регистрируются в картах отказов. В тех случаях, когда произошел останов энергоустановки, составляется акт расследования и отчет об авариях и отказах. В этих документах прилагаются поясняющие технологические схемы, чертежи и фотографии повреждения, ленты регистрирующих приборов, заключения о работе защит и автоматики, результаты металлографических и других исследований.

Заполненные оперативным персоналом карты отказов представляются ежесуточно на рассмотрение руководству предприятия и затем направляются в соответствующие производственные службы.

Каждая авария и отказ в работе, происшедшие на электростанции, должны быть тщательно расследованы. Должны быть установлены причины, виновники и определены конкретные мероприятия по предупреждению аналогичных случаев. Расследование нарушений должно быть начато немедленно после их происшествия и закончено в срок не более 10 дней.

Состав комиссии по расследованию регламентируется инструкцией в зависимости от масштаба нарушений. В случае серьезного повреждения оборудования в состав комиссии должны быть включены представители заводов-изготовителей, ремонтных организаций, специалисты по металлографии и расчетам на прочность, представители научно-исследовательских и наладочных организаций.

Карты отказов и акты расследования аварий и отказов направляются трест «ОРГРЭС», в котором полученный со всех электростанций материал обобщается. Ежегодно выпускаются сборники по анализу работы и обзору повреждений тепломеханического оборудования.

В таблице 2.1. приведена одна из распространенных классификационных схем категоризации отказов по основным признакам.

Таблица 2.1. Основные классификационные признаки отказов

По типу:	· отказы функционирования, при которых прекращается выполнение объектом основным функций;
	· отказы параметрические, при которых параметры объекта изменяются в недопустимых пределах.
По природе возникновения:	· случайные отказы - обусловлены непредсказуемыми перегрузками, дефектами материала, ошибками персонала, сбоями системы управления и т.п.;
	· систематические отказы - обусловлены закономерными явлениями, вызывающими постепенно накопление повреждений: усталость, износ, коррозия материалов и т.п.
Характер возникновения:	· внезапный отказ - отказ, проявляющийся в резком (мгновенном) изменении характеристик объекта;
	· постепенный отказ - отказ, происходящий в результате медленного, постепенного ухудшения качества объекта.
Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических повреждений элементов (трещины - хрупкое разрушение, пробои изоляции, обрывы и т. п.) и не сопровождаются предварительными видимыми признаками их приближения. Внезапный отказ характеризуется независимостью момента наступления от времени предыдущей работы. Постепенные отказы - связаны с износом деталей и старением материалов.
Причина возникновения:	· конструкционный отказ, вызванный недостатками и неудачной конструкцией объекта;
	· производственный отказ, связанный с ошибками при изготовлении объекта по причине несовершенства или нарушения технологии;
	· эксплуатационный отказ, вызванный нарушением правил эксплуатации.
Характер устранения:	· устойчивый отказ;
	· перемежающийся отказ (возникающий/исчезающий). последствия отказа: легкий отказ (легкоустранимый);
	· средний отказ (не вызывающий отказы смежных узлов - вторичные отказы);
	· тяжелый отказ (вызывающий вторичные отказы или приводящий к угрозе жизни и здоровью человека).
Дальнейшее использование объекта:	· полные отказы, исключающие возможность работы объекта до их устранения;
	· частичные отказы, при которых объект может частично использоваться.
Легкость обнаружения:	· очевидные (явные) отказы;
	· скрытые (неявные) отказы.
Время возникновения:	· приработочные отказы, возникающие в начальный период эксплуатации;
	· отказы при нормальной эксплуатации;
	· износовые отказы, вызванные необратимыми процессами износа деталей, старения материалов.

ТЕМА 3. Использование теории случайных величин для описания вероятности отказов

3.1 Основные положения теории вероятностей

Событие, вероятность события, частота события

Событием называется всякий факт, который в результате опыта может произойти или не произойти. Событие - это один из возможных исходов опыта над случайным явлением. Вероятностью события, например, события А, называется число Р(А), характеризующее объективную степень возможности появления этого события в данном опыте. Вероятностью события можем назвать отношение числа благоприятствующих исходов к общему количеству возможных исходов в опыте. Событие U, которое в результате опыта всегда имеет место, носит название достоверного события. Вероятность достоверного события Р(U) = 1. Другим крайним случаем является невозможное событие V, которое в результате опыта не может произойти. Вероятность невозможного события Р(V) = 0. Другие события А возможные, но не достоверные, будут характеризоваться вероятностями, меньшими единицы: Р(А).

При одновременном изучении двух или нескольких событий различают равновозможные и неравновозможные, совместные и несовместные события.

Равновозможными событиями называются такие, для которых по условиям симметрии опыта нельзя считать, что одно из них является объективно более возможным, чем другое. И, наоборот, события, для которых по условиям симметрии опыта можно считать, что одно из них является объективно более возможным, чем другое, называются неравновозможными. События называются несовместными, если никакие два из них не могут появиться вместе и, наоборот, события называются совместными, если они могут появиться одновременно.

Несколько событий образуют полную группу событий, если в результате опыта обязательно должно произойти хотя бы одно из них. События, обладающие тремя свойствами - равновозможные, несовместные и составляющие полную группу, называются случаями.

Если опыт сводится к схеме случаев, т.е. обладает симметрией возможных исходов, то вероятность появления события A в этом опыте равна:

P(A) = , (3.1)

где m - число случаев, благоприятных событию A; n - общее число случаев (исходов) опыта. Так как число случаев, благоприятных событию A, всегда заключено между 0 и n (0 - для невозможного и n - для достоверного события), то m и Р(А).

Формула (3.1) называется классической. Она пригодна для непосредственного подсчета вероятностей только тогда, когда опыт обладает симметрией возможных исходов, т.е. сводится к схеме случаев. В связи с этим на практике широко используется статистическое определение вероятности событий путем массового эксперимента (многократного повторения одного и того же опыта). Такую вероятность называют частотой события или статистической вероятностью.

Частотой события называется отношение числа опытов , в которых появилось событие A, к общему числу проведенных опытов n:

= , (3.2)

При достаточно большом числе опытов n частота события может служить мерой вероятности этого события. Этот факт для событий, сводящихся к схеме случаев, впервые был доказан Я. Бернулли и вошел в теорию вероятностей под названием теоремы Бернулли:

при достаточно большом числе независимых опытов n частота появления события A в этих опытах, т.е. , сходится по вероятности к вероятности этого события, т.е. к P(A).

Практически это означает, что при независимости опытов и при большом n можно полагать, что

P(A) = . (3.3)

Многочисленными опытами подтверждено, что выражение (3.3) справедливо и для событий, не сводящихся к схеме случаев (не обладающих симметрией опытов).

Пример 1.

В том случае, если статистические данные, полученные при анализе суточных графиков нагрузки, показывают, что длительность максимальной нагрузки в течение суток Т_МАХ может быть принята равной 6 часам, то вероятность возникновения максимальной нагрузки (события А) в течение суток, как случайного события, может быть принята равной

P(A) = = = 0,25.

Зависимые и независимые события, условная вероятность

Два события А₁ и А₂ называются независимыми, если вероятность события А₁ не изменяется от того, произошло или не произошло событие А₂. Если же возможность появления одного события зависит от того, произошло или не произошло другое событие, то такие события называются зависимыми.

Для зависимых событий, вероятность которых зависит от вероятности других событий, вводится понятие условной вероятности.

Условной вероятностью события А₁ называется вероятность этого события, вычисленная при условии, что событие А₂ произошло. Условные вероятности обозначаются:

· P() - вероятность события А₁, вычисленная при условии, что событие А₂ произошло;

· P() - вероятность события А₂, вычисленная при условии, что событие А₁ произошло.

Если P() = Р(А₁), то события А₁ и А₂ независимые события, если P() Р(А₁) - события А₁ и А₂ зависимые события.

Сумма и произведение событий

Для сложных событий способы определения вероятностей непосредственным подсчетом (см. 3.1) или экспериментально по частоте (см. 3.2) не всегда приемлемы из-за громоздкости подсчетов и большой стоимости экспериментов. Поэтому для определения вероятности сложного события применяются косвенные методы, позволяющие по известным вероятностям одних, более простых, событий определять вероятности других, с ними связанных, более сложных событий. Косвенные методы базируются на понятиях суммы и произведения событий и теоремах сложения и умножения вероятностей.

Суммой n событий называется сложное событие, состоящее в появлении хотя бы одного события из n.

Произведением n событий называется сложное событие, состоящее в совместном проявлении всех n событий.

Теорема сложения вероятностей

Вероятность суммы n независимых и несовместных событий равна сумме вероятностей этих событий

P = . (3.4)

Пример 2.

Определить вероятность ремонта агрегата в течение года, если ремонт агрегата при его отказах в течение года (событие A₁) производится с вероятностью Р(А₁) = 0,025, а его плановый ремонт (событие A₂) c вероятностью Р(А₂) = 0,03.

Эти события (аварийно-восстановительный и плановый ремонт) являются независимыми и несовместными событиями. Следовательно, вероятность ремонта агрегата в течение года равна

Р(А₁+А₂) = Р(А₁) + Р(А₂) = 0,025 + 0,03 = 0,055.

Следствие 1. Сумма вероятностей двух противоположных событий A и равна единице

P(A + ) = 1. (3.5)

Противоположными событиями называются два независимых и несовместных события, образующих полную группу случайных событий.

Пример 3.

Например, противоположными событиями являются событие безотказной работы трансформатора и событие его отказа. Следовательно, если вероятность безотказной работы трансформатора P(A)=0.98, то вероятность отказа трансформатора P() = 1- 0,98 = 0,02.

Следствие 2. Вероятность суммы двух независимых и совместных событий А₁ и А₂ равна сумме вероятностей этих событий минус вероятность их совместного наступления Р(А₁А₂) = Р(А₁)Р(А₂) (см. 3.9) , то есть:

Р(А₁+А₂) = Р(А₁) + Р(А₂) - Р(А₁А₂) = Р(А₁) + Р(А₂) - Р(А₁)Р(А₂). (3.6)

Пример 4.

Например, турбогенератор в течение года может отключиться из-за отказов оборудования его тепловой части (событие А₁) с вероятностью Р(А₁) = 0,054 и из-за отказов оборудования его электрической части (событие А₂) с вероятностью Р(А₂) = 0,005. Эти события являются независимыми и совместными (отказы оборудования тепловой части и оборудования электрической части могут наступить и одновременно), поэтому вероятность отключения турбогенератора в течение года равна

Р(А₁+А₂) = Р(А₁) + Р(А₂) - Р(А₁)Р(А₂) = 0,054 + 0,005 - 0,0540,005 = 0,0587.

Теорема умножения вероятностей

Вероятность произведения двух событий Р(А₁А₂) равна произведению вероятности одного из них на условную вероятность другого, вычисленную при условии, что первое событие произошло

Р(А₁А₂) = Р(А₁) P() = Р(А₂) P(). (3.7)

Следствие 1. Условная вероятность события А₁ по отношению к событию А₂ или, иначе, вероятность события А₁, вычисленная при условии, что событие А₂ произошло, равна

P() = . (3.8)

Пример 5.

Например, линия электропередачи подключена к распределительному устройству посредством выключателя. Вероятность короткого замыкания (КЗ) на линии (событие А₂) Р(А₂) = 0,005. Вероятность отказа выключателя (событие А₁) при автоматическом отключении КЗ на линии Р(А₁А₂) = 0,001. Следовательно, условная вероятность отказа выключателя при автоматическом отключении КЗ на линии

P() = = = 0,2.

Следствие 2. Вероятность произведения двух независимых и совместных событий равна произведению вероятностей этих событий

Р(А₁А₂) = Р(А₁)Р(А₂). (3.9)

Пример 6.

Например, вероятность возникновения максимальной нагрузки в системе (событие А₁) Р(А₁) = 0,8. Вероятность отказа трансформатора (событие А₂) Р(А₂) = 0,07. Эти события независимы и совместны. Следовательно, вероятность возникновения максимальной нагрузки при отказе трансформатора, равна

Р(А₁А₂) = Р(А₁)Р(А₂) = 0,80,07 = 0, 056.

Следствие 3. Вероятность произведения n событий равна произведению вероятностей этих событий, причем вероятность каждого следующего по порядку события вычисляется при условии, что все предыдущие события произошли

Р(А₁А₂…А_n) = Р(А₁) P() P()P(). (3.10)

Следствие 4. Вероятность произведения n независимых и совместных событий равна произведению вероятностей этих событий:

P = . (3.11)

Формула полной вероятности

Следствием двух теорем - теоремы сложения вероятностей и теоремы умножения вероятностей - является формула полной вероятности. Пусть требуется определить вероятность P(A) некоторого события A, которое может произойти вместе с одним из событий H₁, H₂,…,H_n, образующих полную группу несовместных событий. События H₁, H₂,…,H_n называются гипотезами. В этом случае

P(A) = P(). (3.12)

Формула (3.12) - формула полной вероятности, которая позволяет определить вероятность события A (полную вероятность события), если известны вероятности гипотез и условные вероятности события A при наступлении каждой гипотезы.

Случайная величина

Случайной величиной называется величина, которая в результате опыта может принять то или иное значение, причем неизвестно заранее, какое именно.

Случайная величина характеризует количественный результат опыта (испытания). Конкретное значение случайной величины, полученное в результате опыта, является величиной неслучайной и ее принято называть реализацией случайной величины. Поскольку любое явление, в том числе и случайное, может определяться несколькими факторами и иметь несколько характеристик, то с одним случайным явлением может быть связано несколько случайных величин.

...