1369

Иногда надежность элементов и систем характеризуют сред­ ним временем безотказной работы Тп (математическим ожида­

нием времени безотказной работы)

При постоянной интенсивности отказов [А, (/) = const], когда когда р (/)= е х р (— 8 t)

Для системы, состоящей из п разнородных элементов, отказ

каждого из которых влечет за собой отказ системы, можно на­ писать формулу для вычисления среднего времени безотказной работы системы, Гн. сист по значениям средних времен безотказ­ ной работы элементов Тя1 при Xj = const

/= 1

Поскольку как элементы, так и системы электрооборудова­ ния являются ремонтируемыми изделиями и системами, то Ги

иТп. сист называют средней наработкой на один отказ.

Отказавший элемент электрооборудования подлежит замене

либо ремонту (восстановлению). Под восстанавливаемостью понимают способность электрооборудования восстанавливать свои свойства в результате ремонта. Быстрота восстановления электрооборудования зависит от приспособленности его к ре­ монту (ремонтопригодности). Это свойство закладывается на этапах разработки и изготовления электрооборудования. Бы­ строта восстановления зависит также от организационных осо­ бенностей эксплуатации (подготовленность персонала, заинте­ ресованность в работе, руководство, материально-техническое снабжение и т. д.).

Для количественного измерения восстанавливаемости удобно использовать характеристики случайного времени нахождения в ремонте или в процессе подготовки к применению. Эти ха­ рактеристики аналогичны соответствующим характеристикам надежности.

Исчерпывающей характеристикой ремонтопригодности слу­ жит закон распределения случайного времени восстановления

При экспериментальном определении оценок критериев на­ дежности ремонтируемых изделий наблюдают за эксплуатацией

373

N 0 изделий в заданных условиях. При этом вышедшие из строя

изделия восстанавливаются или заменяются новыми, так что число наблюдаемых изделий N 0 остается неизменным (выборка с возвращением). Число отказов п, а значит, и восстановлений

(замен) за наблюдаемый промежуток времени может быть лю­ бым и, в частности, превышать N 0. В результате наблюдения определяются п значений наработки между отказами

и такое же число значений времени восстановления:

с помощью которых вычисляют статические оценки критериев надежности:

где N ( T U) и М ( ТВ) — число членов рядов (10.7) и (10.7а) соот­ ветственно больших величин /н и меньших величин t B\

где A n— число отказов после момента t , в которое входят как

первоначальные отказы, так и отказы, возникшие после восста­ новления пли замены; А п '— число восстановлений после мо­ мента t в число которых входят, если были, и повторные вос­ становления; A t — период наблюдения;

Таким образом, вероятность безотказной работы в течение заданного времени, вероятность восстановления в течение вре­ мени, не превышающего заданное, параметры потока отказов н потока восстановлении, средняя наработка на отказ и сред­ нее время восстановления дают исчерпывающее представление о надежности электрооборудования.

Географическое положение нефтяных и газовых месторожде­ ний и промышленное их освоение предопределяют следующие особенности эксплуатации электрооборудования: тяжелые кли­ матические и природные условия районов добычи нефти н газа: большое количество и разнотипность применяемого электрообо-

374

рудования; применение в зонах холодного и жаркого климата электрического оборудования, предназначенного по техниче­ ским условиям для эксплуатации в районах с умеренным кли­ матом; расположение значительного количества электрооборудо­ вания на открытом воздухе и в помещениях блочно-комплектной конструкции; снижение производительности и большой эконо­ мический ущерб от простоев, вызванных низкой надежностью электрооборудования.

Условия эксплуатации любого оборудования определяются прежде всего теми природно-климатическими факторами, кото* рые характеризуют данный район эксплуатации. Влияние кли­ матических факторов на работу электрооборудования различно и зависит от способа установки электрооборудования, конструк­ тивного исполнения, технологического назначения и пр.

Наряду с воздействием климатических факторов, электро­ оборудование, устанавливаемое в буровых установках и в бло­ ках, подвергается высоким вибрационным нагрузкам, появле­ ние которых обусловлено рядом причин. Основной из них явля­ ется конструктивная особенность установок блочно-комплект­ ной конструкции, которые монтируются на свайных фунда­ ментах.

Природные факторы месторождений вызывают ряд трудно­ стей в обслуживании электрооборудования. Так, месторожде­ ния в Западной Сибири затапливаются паводковыми водами, заболочены и сильно разбросаны. Расстояния от баз обслужи­ вания до месторождений достигают 50—100 км. Транспортная сеть на территории месторождений, электрооборудование кото­ рых расположено на открытом воздухе, практически отсутствует. Для нефтепромыслов Туркмении характерно наличие пустынь и полупустынь с огромными залежами засоленных песков, пу­ шисто-солончаковых почв, больших соленых озер и районов морского побережья Каспийского моря. Пыльные бури способ­ ствуют существенному загрязнению изоляции воздушных линии и электрических машин.

Разбросанность, труднодоступность и удаленность объектов от ремонтных баз создают тяжелейшие условия обслуживания электрооборудования, затрудняют его доставку, увеличивают время восстановления. Значительный экономический ущерб от простоев является следствием низкой надежности электрообо­ рудования. Основную часть ущерба составляют потери, вызван­ ные уменьшением проходки буровыми установками, уменьше­ нием объема добычи нефти и газа. Значительны также затраты на восстановление электрооборудования (табл. 38).

Для решения задачи определения факторов, под воздейст­ вием которых происходят отказы электрооборудования, приме­ няется метод факторного анализа [23]. Изучение факторов, вы­ зывающих отказы, необходимо для разработки обоснованных мероприятий по повышению надежности как вновь создавае­ мого, так и применяемого в настоящее время электрооборудова-

375

ния для соответствующих условий эксплуатации, от которых зависит количественная характеристика показателей надеж­

ности.

В реальных условиях эксплуатации отказы электрооборудо­ вания происходят под влиянием различных факторов, тесно пе­ реплетающихся между собой. Здесь отказ наблюдается как ре­ зультат действия всех факторов, воспроизведение которых в ла­ бораторных условиях практически неосуществимо. К факторам можно отнести температуру окружающей среды, влажность, ат­ мосферные явления, вибрацию, хотя можно лишь интуитивно

Таблица 38

Показатели надежности электрооборудования нефтепромысловых н буровых установок

предполагать нх влияние на работоспособность электрооборудо­ вания вследствие изменения параметра потока отказов в тече­ ние годового периода. Аналогично можно предположить, что действие факторов на различные виды электрооборудования различно.

Исследованиями установлено, что для буровых установок, эксплуатируемых в Западной Сибири, существует корреляцион­ ная связь между параметрами потока отказов контактной ап­ паратуры синхронных электродвигателей (соа), распреде­ лительных устройств (шз), электродвигателей вспомогательных механизмов («ц) и всей системы электрооборудования (ы5) и значимыми факторами Лц—Л5, которые определяют 98,3 % всех отказов названного электрооборудования.

Первый фактор Ла— это совокупность влияния средних тем­ ператур и атмосферных явлений. Как показал анализ, фактор

ш

Ai действует на контактную аппаратуру наиболее сильно в зим­ ние, весенние (март) и осенние месяцы. Это хорошо согласу­ ется с физическими представлениями о работе релейно-контак­ торной (контактной) аппаратуры на буровых установках, когда в холодное время года замерзают подвижные части аппаратов, на контактах образуется лед, ослабевают контактные соедине­ ния и т. д. Пониженная температура ухудшает работу синхрон­ ных электродвигателей — обледенение коллекторов, нарушение изоляции машин, растрескивание кабеля, особенно в месте его разделки, вводных изоляторов и т. п. Она же вызывает резкое увеличение числа отказов аппаратуры в РУ 6 кВ в зимние ме­ сяцы, а также электрооборудования вспомогательных механиз­ мов, расположенных в основном на открытом воздухе, когда значительно увеличивается момент сопротивления приводных механизмов, а следовательно, и нагрузка электродвигателей. Фактор А и сочетающий температуру с атмосферными явлени­ ями, как показывают расчеты, оказывает наиболее сильное вли­ яние на работоспособность электрооборудования буровых уста­ новок в Западной Сибири.

Анализ влияния второго фактора А2 на систему электрообо­ рудования и сравнение его с факторами, включенными в пере­ бор, позволяет сделать предположение о том, что этим факто­ ром могут являться атмосферные явления: дождь, снег, измо­ рось, гололед, иней и т. п. Наибольшее влияние этого фактора сказывается в весенний и осенне-зимний периоды. Вследствие того что большая часть электрооборудования расположена на открытых площадках, вполне понятным и реально оправданным становится значительное влияние этого фактора на надежность функционирования электрооборудования. Контактная аппара­ тура «чувствует» влияние фактора в зимний и в переходный летне-осенний период; аппаратура РУ б кВ — в весенние (голо­ лед и перекрытия аппаратов) и летние месяцы (дожди, грозы); электрооборудование вспомогательных механизмов наиболее сильно подвержено влиянию фактора, так как практически от него не защищено; синхронные двигатели также испытывают влияние фактора А2.

В качестве третьего фактора А% можно принять влияние низкой температуры на электрооборудование буровых устано­ вок. Низкая температура сильно влияет на контактную аппара­ туру и аппаратуру РУ 6 кВ. Быстрое снижение температуры (ночью), особенно зимой, увеличивает интенсивность отказов. Сильноевлияние оказывают низкие температуры на синхрон­ ные электродвигатели: происходит обледенение коллекторов возбудителей; ослабление ременной передачи с вала ротора на возбудитель, нарушение изоляторов в вводной коробке, ухуд­ шение работы станций управления синхронных двигателей и т. п. Снижается работоспособность электрооборудования вспомога­ тельных механизмов, кабельных изделий, изоляционных мате­ риалов.

Ш

Четвертым фактором Л4, влияющим на параметр потока от­ казов электрооборудования, является перепад температуры Действие фактора А\ особенно значительно в весенние и осен­ ние месяцы, когда в реальных условиях эксплуатации влияние перепада температуры действительно заметно.

Пятым фактором А5 является влажность окружающего воз­ духа, влияние которой на электрооборудование незначительно. В связи с этим следует отметить, что при анализе приняты данные среднемесячных значений влажности окружающего воз­ духа, взятые из бюллетеней метеослужбы, так как получить та­ кие данные замерами влажности непосредственно на буровых ус­ тановках не представилось возможным. В действительности влаж­ ность окружающего воздуха на буровой выше, так как этому способствует в летнее время большое испарение находящихся вокруг болот и озер, а в зимнее время — применение пара для отогрева оборудования, что особенно сказывается на изоляции аппаратов и электрических машин, «засасывающих» пар через вентиляционные решетки. Проследить за действием влажности на изменение параметра потока отказов по аналогии с преды­ дущими факторами вряд ли возможно, так как ее влияние на снижение уровня изоляции электрических машин и их отказы может проявиться через определенное время (здесь могут на­ блюдаться износовые отказы). Для электрических аппаратов влияние высокой влажности воздуха проявляется в сочетании с низкой температурой. Особенно «чувствуется» действие высо­ кой влажности воздуха при включении электрооборудования в работу после длительного простоя буровой установки, напри­ мер в летний период, когда установку невозможно перевезти на новую точку бурения и ее оставляют на «старой» точке до замерзания болот. Перед включением установки в работу об­ мотки электрических машин (особенно высоковольтных) под­ вергаются сушке. Вредное влияние высокой влажности умень­ шается вследствие того, что приводные электродвигатели ле­ бедки и насосов в период бурения скважины, а иногда и куста скважин, постоянно вращаются благодаря применению опера­ тивных муфт в приводах этих механизмов. Опыт эксплуатации свидетельствует о необходимости принятия мер защиты элек­ трооборудования от действия высокой влажности воздуха.

378

в) для высоковольтного распределительного устройства

(о3 = —2,308—0,0333 А х— 0,001989 Л2—0,01308 А3—

г) для электрооборудования вспомогательных механизмов

Уравнения линейной регрессии, описывающие математиче­ скую модель параметра потока отказов, показывают, как в сред­ нем изменяется изучаемый показатель в связи с изменением факторов, влияющих на уровень потока отказов, при среднем влиянии неучтенных факторов; они суммируют многочисленные наблюдения в утверждении, которое выражает в совокупной форме степень связи изменений этого показателя с изменениями каждой переменной.

Коэффициенты уравнения множественной регрессии показы­ вают степень влияния каждого фактора на анализируемый по­ казатель при фиксированном положении других факторов. С из­ менением каждого фактора на единицу (при среднем значении остальных факторов) зависимая переменная изменяется на со­ ответствующий коэффициент регрессии.

Коэффициенты множественной корреляции, являющиеся по­ казателями степени совокупного влияния на исследуемый пока­ затель всех включенных в уравнение факторов, имеют доста­ точно высокие значения, что свидетельствует о сильном влия­ нии факторов на показатель надежности электрооборудования.

Анализ данных эксплуатации показал, что количественные значения параметра потока отказов электрооборудования блоч­ ных кустовых насосных станций по закачке воды в пласт и до­ жимных насосных станций в основном зависят от трех факто­ ров, определяющих 90 % всех отказов [24].

Характер воздействия первого фактора на электродвигатели всех типов одинаков. Таким фактором, выражающим техническую особенность эксплуатации электродвигателей в блочных кон­ струкциях является вибрация. Действие этого фактора усили­ вается к летнему периоду и уменьшается в зимнее время. Опыт эксплуатации и анализ работы свайных оснований блочных установок свидетельствуют об их низкой несущей способности в слабых мерзлых грунтах. В весенний период происходят от­ таивание грунтов и осадка фундаментов. Колеблющиеся массы

379