Модели отказов отдельных элементов системы в электроэнергетики

Многообразие причин отказов элементов систем электроэнергетики

отражается в подразделении отказов на внезапные и постепенные,

математические модели которых различны. Математическое описание

процесса возникновения отказов называется моделью отказов.

Для формирования модели отказов необходимо знать их физическую

сущность. Внезапные отказы – это отказы, возникающие вследствие внешних

случайных воздействий в случайные моменты времени, которые нельзя

предсказать заранее. Они не связаны с внутренним состоянием элемента или

оборудования. Постепенные отказы – отказы, возникающие в результате

постепенного изменения внутреннего состояния элемента или оборудования в

случайные моменты времени.

Каждый из типов отказов характеризуется собственной математической

моделью явления, и, следовательно, своим подходом к получению

количественных характеристик. В качестве одной из основных характеристик

отказов является функция распределения времени безотказной работы, по

которой могут быть получены все остальные характеристики надежности,

связанные с отказами. При формировании моделей отказов рассматриваются

периоды нормальной работы и интенсивного износа (старения).

Формирование модели внезапного отказа элемента

У большинства объектов ЭЭС имеется длительный период, на котором

интенсивность отказов практически постоянна – период нормальной

эксплуатации. В этом случае оборудование выводится в ремонт раньше, чем

начнется заметное старение его элементов. Таким образом, в системах со своевременными капитальными и профилактическими ремонтами, заменой износившихся частей, когда другие виды отказов составляют незначительную долю, в качестве основного распределения времени безотказной работы принимается экспоненциальное распределение, т.е. модель внезапных отказов оборудования описывается экспоненциальным законом. При этом необходимо помнить, что время эксплуатации без ремонтов и профилактики должно быть значительно меньше времени безотказной работы оборудования.

Формирование модели постепенных отказов элемента

Основной причиной постепенных отказов является старение материалов и

износ отдельных частей элементов. Они возникают вследствие теплового,

вибрационного старения изоляции трансформаторов, генераторов, кабельных

линий, коррозии металлических частей проводов, опор, оболочек кабелей,

износа дугогасительных устройств коммутационных аппаратов при

отключении токов короткого замыкания, вследствие деформации материалов и

диффузии одного материала в другой.

По мере эксплуатации электротехнических изделий в изоляции

происходят сложные физико-химические процессы старения. Изоляция

становится хрупкой, ломкой, появляются трещины, в результате чего

уменьшается ее электрическая прочность, и при случайном превышении

напряжения сверх допустимого значения происходит отказ. Аналогичные

ситуации наблюдаются при коррозии и окислении металлических частей

элементов и при воздействии механических нагрузок (постепенное снижение

прочности и в случае превышения запаса прочности – отказ). Таким образом,

постепенный износ отдельных частей элемента представляет собой как бы

накопление элементарных повреждений в различных его частях и снижение

общего предела прочности. После накопления определенного числа

элементарных повреждений происходит отказ элемента.

Сравнивая рассматриваемую ситуацию с предыдущей, т.е. с внезапным

отказом, необходимо отметить их принципиальную разницу. Внезапный отказ

происходит при первом превышении предела прочности, а для наступления

постепенного отказа необходимо многократное превышение допустимого

параметра, например, температуры изоляции сверх допустимого значения либо

многократное отключение выключателем токов коротких замыканий