Сокращение времени непрерывной работы и восстановления с целью повышения надежности электрических аппаратов

При экспоненциальном распределении времени появления от­казов в ЭА в выражениях для основных количественных характе­ристик надежности значения Λ и t входят в виде произведений. Это означает, что сокращение времени работы ЭА эквивалентно уменьшению интенсивности отказов. Поэтому, если при проекти­ровании ЭА имеются возможности сокращения времени непрерыв­ной работы, то с точки зрения повышения надежности указанные возможности необходимо реализовать.

Для отдельных видов ЭА важным является такое свойство, как готовность к действию. Готовность ЭА к выполнению своих функ­ций, как известно, характеризуется коэффициентом готовности

Уменьшение времени восстановления Т_B при прочих равных условиях позволяет увеличить вероятность исправного состояния ЭА в любой момент времени, т. е. повысить его готовность.

Время восстановления работоспособности ЭА после отказа за­висит от множества факторов. Уменьшение каждой из его состав­ляющих достигается широким комплексом мероприятий, приме­няемых как в процессе создания ЭА, так и при его эксплуатации.

Мероприятия по улучшению восстанавливаемости ЭА на эта­пе их создания, в основном, сводятся к следующим:

• автоматизация трудоемкого процесса обнаружения неисправ­ностей;

• автоматизация контроля основных параметров и режимов ра­боты ЭА;

• резервирование;

• рациональное конструирование (блочная конструкция, доступ­ность и удобство монтажа и т. п.);

• разработка рациональной эксплуатационной документации.

Отмеченные факторы влияют на следующие показатели:

• среднее время пребывания ЭА в ожидании ремонта и его про­ведения;

• среднее время доставки запасных элементов;

• среднее время удовлетворения рекламаций;

• необходимое количество запасных элементов, которое следует иметь в ЗИПе и др.

Усилия обслуживающего персонала должны быть направлены на проведение наиболее эффективных мероприятий по повышению восстанавливаемости ЭА, основными из которых являются:

• повышение квалификации обслуживающего персонала и при­обретение ими устойчивых навыков поиска и замены отказав­ших элементов;

• обоснование рациональной периодичности и объема профилак­тических мероприятий;

• определение оптимального состава ЗИП;

• обоснование и разработка оперативной системы снабжения;

• совершенствование методов эксплуатации и систем учета и от­четности;

• усовершенствование эксплуатационной документации.

12.5.

Влияние периодичности и объема профилактических мероприятий на надежность электрических аппаратов

Поддержание требуемого уровня надежности элементов ЭА — одна "из основных задач по обеспечению их высокой безопасности и живучести. Среди мероприятий по повышению надежности при эксплуатации ЭА важное место отводится техническому обслужи­ванию (ТО).

Под техническим обслуживанием понимается комплекс орга­низационных и технических мероприятий, направленных на пре­дупреждение отказов. К его основным задачам относятся:

• предупреждение ускоренного износа, коррозии и старения;

• поддержание основных технических характеристик оборудо­вания на заданном уровне;

• продление межремонтных сроков эксплуатации.

Основу ТО составляют профилактические работы и регламентные проверки. Профилактические работы (профилактика) проводятся периодически с целью выявления ненадежных, отказавших или неисправных элементов, а также для установления причин, способствующих возникновению отказов. Содержанием профилактических работ является чистка, механические, смазочные, контрольно-регулировочные работы.

В энергетике профилактические работы носят название планово-предупредительных ремонтов (ППР). Сущность влияния профилактики на надежность оборудования (в том числе и ЭА) можно пояснить с помощью кривых рис. 12.10...12.12.

Кривая 1 рис. 12.10 выражает изменение вероятности P(t) безотказной работы оборудования в предположении отсутствия профилактики.

Так как реально на оборудовании проводятся профилактические работы, при которых выявленные неисправности устраняются, то кривая P(t) получает характерный, так называемый, «пилообразный» вид (кривая 2). В моменты t_i на оборудовании выполняются профилактические работы, и в дальнейшем кривая P(t) имеет начало на линии, близкой к максимальному значению вероятности исправной работы. Из-за воздействия на оборудование при эксплуатации факторов внешней среды надежность их по­степенно ухудшается. Кроме того, после выполнения профилак­тики могут остаться неисправные элементы, которые не были об­наружены обслуживающим персоналом в ходе проверки работо­способности объектов. Следовательно, и количественно это должно отражаться наклоном линии относительно прямой, соответствую­щей максимуму вероятности P(t) в момент времени t = 0 (угол ф). Назовем эту линию линией ухудшения (прямая 3, рис. 12.10). Принципиально линия ухудшения может быть не прямой и иметь начало на оси ординат не обязательно в точке, соответствующей Р(t = 0) = 1, потому что сложные объекты по статистике отказов, покидая завод-изготовитель, не имеют вероятности безотказной работы, равной единице.

Участок аb кривой 2 (см. рис. 12.10) показывает, насколько восстанавливается надежность оборудования при проведении про­филактики. Недовосстановление надежности до начальной вели­чины с течением времени эксплуатации, как правило, растет, сле­довательно, может наступить такой момент, когда надежность обо­рудования не будет восстанавливаться за счет профилактики. Тогда необходимо проводить более эффективные работы (средний или капитальный ремонт).

Снижение надежности в недопустимых пределах (на рис. 12.10 ниже значений Р_{ДОП 1} и Р_{ДОП 2}) может привести к частым отказам в работе ЭА. Значение допустимой вероятности Р_доп выбирается на основании анализа эффективности данного оборудования.

Из рис. 12.10 следует, что периодичность выполнения профи­лактики существенным образом влияет на значение вероятности безотказной работы P(t). Так, если периодичность профилактики на ЭА равна промежутку времени от момента t = 0 до

t = t₂ и т. д. до t = t_2m, то значение вероятности безотказной работы описыва­ется «зубом пилы» 1,0 – е - с. С уменьшением времени между про­филактическими работами в два раза вероятность безотказной ра­боты систем повышается и определяется «зубом пилы»

1,0-а-b, b-d-c и т. д.

Таким образом, при назначении периодичности профилакти­ки необходимо промежутки времени между циклами работ выби­рать, стремясь обеспечить требуемое значение вероятности безот­казной работы.

Планирование профилактики зависит от того, насколько ве­роятны ожидаемые отказы различной природы. Если отказы — редкие события и носят характер внезапных отказов, то не имеет смысла проводить частые плановые замены элементов ЭА, посколь­ку заменяемый элемент не будет менее надежен, чем новый, и заме­на его может привести не к повышению, а к снижению надежности. При постепенных отказах плановая замена элементов может суще­ственно повысить надежность системы, если замена своевремен­на, — преждевременная замена экономически невыгодна, а запаз­дывание в замене не предупреждает отказа. Таким образом, разра­ботка стратегии профилактических работ (выбор сроков, объема, последовательности, глубины и тщательности) зависит от харак­тера потока отказов и восстановления, вида отказов, требований к надежности и экономической целесообразности.

Кроме безотказности на выбор длительности промежутка вре­мени между циклами профилактических работ оказывают влия­ние следующие факторы:

• период эксплуатации и характер применения оборудования;

• долговечность элементов;

• стоимость;

• характер возможных последствий отказов.

Время профилактической проверки работоспособности обору­дования назначается, исходя из следующих соображений.

1. При нормальном периоде эксплуатации, когда Λ(t) = const и известно значение допустимого снижения надежности Р_доп или Q_доп, время профилактики выбирается с учетом того, чтобы веро­ятность появления отказа не превышала допустимого значения (рис. 12.11):

(12.11)

2. Для определения времени календарного обслуживания обо­рудования, работающего длительно в непрерывном режиме и ори­ентированного на замену элементов, выработавших ресурс, пред­варительно оценивается средняя наработка до постепенного отка­за Т_СР и среднее квадратическое отклонение наработки σ_Тср(t) (рис. 12.12).

Тогда

(12.12)

где число п выбирается таким, чтобы вероятность отказа была меньше допустимой вероятности.

3. На λ-характеристиках оборудования в различные моменты времени могут появляться «горбы» (рис. 12.13), характеризующие

различный ресурс элементов (могут быть элементы с различной механической и электрической прочностью).

Естественно, что в моменты целесообразно про­ведение профилактики соответствующего объема (глубины).

4. Для оборудования, работающего в дежурном режиме (сис­темы управления, защиты и безопасности), весьма важно, чтобы профилактика не снижала обобщенный показатель надежности:

(12.13)

где

— коэффициент технического использования; t_сум — суммарная наработка; t_PEM — время ремонта; t_ПР — время, затрачиваемое на профилактику.

5. Работы по техническому обслуживанию сложных ЭА в про­цессе эксплуатации можно осуществлять двумя способами: прово­дить регулярно, через заранее выбранные промежутки времени (в том числе рассчитанные оптимально) по моделям типа (12.11)...(12.12) или сначала измерять некоторые параметры ЭА, которые изменя­ются в результате действия внешних факторов и старения, а затем решать вопрос о проведении того или иного вида работ по ТО, т. е. организовывать его в зависимости от фактического состояния ЭА. Организация такого ТО получила название эксплуатации по со­стоянию. При эксплуатации оборудования по состоянию исполь­зуется более глубокая информация о техническом состоянии ЭА, чем при календарном ТО, когда в основу эксплуатации ЭА закла­дывается информация только о моментах отказов.

При организации эксплуатации по состоянию возникают сле­дующие задачи:

■ выбор минимального необходимого числа контролируемых параметров, несущих достаточную информацию о состоянии ЭА в любой момент времени;

• обоснование допустимых областей изменения выбранных для контроля параметров;

• разработка алгоритмов математического обеспечения для обос­нования программ эксплуатации по состоянию;

• создание технических средств контроля и диагностирования, регистрации и оперативной обработки измеряемой информации.

12.6.