книги из ГПНТБ / Загайнов, Н. А. Повышение эффективности и надежности оборудования электроснабжения городского электрического транспорта

Нижняя и верхняя доверительные границы среднего

времени восстановления электродвигателей с достовер­

ностью γ=90% равны

гателей заключено между

Tb1 = 4,44 4<Tb<Tb2 = 5,75 ч.

C целью определения количественных характеристик надежности кремниевых вентилей выпрямительного агре­ гата были обработаны статистические данные о наработ­

ках и отказах 172 выпрямительных агрегатов тяговых подстанций городов Харькова, Киева и Москвы. Из об­ щего числа отказов вентилей (44) значительное число

(41) связано с пробоями р-п перехода, т. е. этот вид отка­ за является преобладающим. Нарушение контактов

структуры составляет 7% от общего числа отказов вен­

тилей.

На рис. 3 приведена построенная на основании стати­ стического материала зависимость интенсивности отка­ зов кремниевых вентилей в функции времени работы

агрегатов, а в табл. 3 — частные значения интенсивностей

отказов для интервалов группирования опытных данных.

Таблица 3

2Ö

Продолжение

Номер интервала группирования

Интенсивность отказов вычислялась по формуле

ни

Характер изменения функции интенсивности отказов дает основание полагать, что кривая имеет два характер­

ных участка — приработки продолжительностью 5000 ч

и нормальной эксплуатации. Данное положение было

подтверждено путем построения эмпирической функции

интенсивности отказов во времени и построений, выпол­

ненных на вероятностной бумаге экспоненциального

распределения. Интенсивность отказов на участке нор­

мальной эксплуатации составляет 0,1 ∙ IO-6• l/ч, что сви­

детельствует о высокой надежности кремниевых венти­

лей.

Аналогично ранее выполненного расчета была прове­ дена оценка восстанавливаемости кремниевых вентилей выпрямительных агрегатов. Согласно статистическим

данным суммарное время, затрачиваемое на поиск отка­

завшего вентиля в агрегате, составляет 10 ч, на органи­

зационно-технические мероприятия 37 ч и на ремонт так­

же 37 ч. Среднее время восстановления агрегата после отказа кремниевого диода составляет 2 ч, а доверитель­ ная граница Tb с достоверностью у — 90% равна:

Таким образом, с достоверностью 90% можно утвер­ ждать, что вероятное значение Tb заключено между

Tb,= 1,76 ч < Tb <7 = 2,31 ч.

Основываясь на полученных в результате отработки

статистического материала количественных показателях

надежности, по формулам (IO)-(M) был проведен рас­ чет остальных показателей надежности, в полной мере отражающих реальную картину функционирования и

надежности выпрямительных агрегатов. Результаты рас­ чета сведены в табл. 4.

Проведя подробный анализ каждого элемента и узла

системы электроснабжения с учетом их реального функ­ ционирования и последствий отказа, можно с определен­

ной степенью точности дать оценку надежности системы

вцелом.

Вобласти исследования надежности систем электро­ снабжения значительные работы проведены сотрудни­

ками Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Пам­

филова.

Используя статистические данные энергохозяйств

трамвайных и троллейбусных депо, в частности, были определены интенсивности отказов практически всех ос­

новных элементов систем электроснабжения трамвая и

троллейбуса. По данным AKX им. К- Д. Памфилова,

4* 23

чета, с которыми они функционально связаны. Подоб­

ная функциональная структурная схема является необ­

ходимым условием для расчета вероятности безотказной работы системы.

3.Формулируется понятие отказа для всей системы и

для отдельных ее элементов.

4.Определяется типовой график работы системы на один цикл использования с указанием режимов и усло­

вий работы (мощность, напряжение, ток, температура,

влажность и т. п.).

5. C учетом этапа проектирования выбирается метод

оценки надежности (основные показатели надежности

определяются ГОСТ в соответствии с [1]).

Известно несколько методов расчета надежности на стадии проектирования, важнейшими из которых явля­

ются расчет надежности по среднегрупповым интенсив­

ностям отказов и с использованием данных эксплуатации и коэффициентный метод.

Метод расчета надежности по среднегрупповым ин­ тенсивностям отказов прост, однако действительные зна­ чения интенсивностей отказов могут значительно отли­ чаться от используемых усредненных. Результат расчета может быть несколько занижен, поскольку в расчете не учитывается влияние профилактических мероприятий,

в результате которых часть отказов, могущих возникнуть во время работы, предупреждается путем изъятия и за­

мены дефектных элементов.

Второй метод предполагает использование данных эксплуатации оборудования систем электроснабжения,

подобных по конструкции и назначению проектируемым, что дает возможность учесть реальные условия эксплуа­

тации. Следует заметить, что при этом снимается жест­ кое требование равенства соотношения между количест­ вом различных типов оборудования в обеих системах, но остается фактор идентичности условий функциониро­

вания и однотипности проектируемой и аналоговой си­

стем. Последнее является существенным недостатком данного метода, поскольку его применение ограничено

тем, что не всегда удается подобрать подходящую ана­

логовую систему по составу и типу элементов и условиям ее эксплуатации.

Сущность коэффициентного метода расчета сводится

к определению показателей надежности с использова-

25

ниєм не абсолютных значений интенсивностей отказов

элементов, а коэффициентов, связывающих интенсивности

отказов элементов различных типов с интенсивностью

отказов основного базового элемента, характеристика

надежности которого известна с достаточной степенью

достоверности. Принцип определения коэффициентов

надежности с учетом всех факторов, воздействующих на

элементы в процессе работы (т. е. рабочие нагрузки,

температурный режим, влияние окружающей среды

и т. д.), достаточно подробно изложен в литературе [6].

Необходимо подчеркнуть, что важнейшей особенностью

коэффициентного метода является простота и удобство учета режимов и условий эксплуатации оборудования с

помощью поправочных коэффициентов. Это позволяет

рекомендовать наиболее целесообразным и предпочти­

тельным при оценке надежности проектируемых систем электроснабжения и отдельных их узлов расчет коэф­

фициентным методом, так как он позволяет вести оценку

надежности как при номинальных режимах, так и с уче­

том возможных аварийных ситуаций, а также опреде­ лить целесообразность и необходимость в резервирова­

нии отдельных элементов.

Известно, что закладываемая в процессе проектиро­ вания надежность электрического оборудования обеспе­ чивается в процессе производства и поддерживается в

период эксплуатации.

В основу выбора показателей надежности положено требование о том, что надежность должны характеризо­

вать показатели, учитывающие назначение, специфику

эксплуатации и являющиеся составной частью общей оценки функционирования системы (или элемента).

Поэтому следующим вопросом является назначение

обоснованных норм надежности. В основу методики вы­

бора норм надежности на проектируемое изделие (или систему в целом) положено требование обеспечения мак­

симального приведенного значения коэффициента нор­

мирования надежности. В случаях, когда конкретная

схема электроснабжения или отдельные ее элементы не

обеспечивают нормы надежности, следует рассмотреть

различные способы увеличения надежности (облегчение режимов работы, резервирование и т. п.).

Повышение уровня надежности сопряжено с увеличе­

нием затрат на проектирование и изготовление. В то же

26

время очевидно, что эксплуатация более надежного уст­

ройства может обходиться дешевле, так как сокраща­ ются затраты на ремонт и профилактические работы.

C другой стороны, система с более высоким уровнем на­

дежности может обеспечить получение большей величи­

ны суммарного эффекта от его использования. Поэтому

возникает необходимость в оценке эксплуатационного

уровня надежности, основанной прежде всего на продик­

тованных практическими соображениями принципах под­

хода к определению последствий отказа. Отказ любой

системы электроснабжения или ее элементов всегда

связан с некоторым ущербом. Этот ущерб может быть

обусловлен или необходимостью ремонта или замены,

или нарушением бесперебойности электроснабжения

транспорта, что в конечном счете ведет к его простоям

стоимость более надежной системы, Сн2 — менее надеж­

ной системы) при сравнении величин CHi + Coιλι71 и

Ca2+C02X2T можно дать экономическую оценку полез­ ности увеличения надежности отдельных элементов и

системы электроснабжения в целом.

3. Резервирование как способ повышения надежности

Одним из эффективных методов повышения надежно­

сти является резервирование, позволяющее создавать

системы, надежность которых может быть выше надеж­ ности входящих в нее элементов. Однако практическое

применение этого метода связано с усложнением аппа­

ратуры, увеличением ее веса, габаритных размеров и повышением потребляемой энергии и стоимости.

Наиболее распространенные виды резервирования:

общее, раздельное, смешанное, скользящее. При этом

27

резервироваться могут как отдельные функциональные узлы и элементы, так и их составляющие. Подробное

рассмотрение каждого из способов дает основание

заключить, что общее резервирование (рис. 4, а) обла­

дает рядом эксплуатационных преимуществ, простотой.

Однако раздельное резервирование (рис. 4, б) при од-

Рис. 4. Схемы возможных видов резервирования

ном и том же количестве резервных элементов более

эффективно, так как для отказа системы необходимо,

чтобы вслед за отказом рабочего элемента отказали все резервирующие его элементы.

Смешанное резервирование (рис. 4, е) совмещает

общее и раздельное. Скользящее — это резервирование,

при котором резервный элемент включается в любое ме­

сто основной системы взамен отказавшего (рис. 4, г).

Резервированные системы отличаются способом включения резерва. В этом отношении различают резер­

вирование замещением и постоянное резервирование.

Следует заметить, что при резервировании замещением надежность системы несколько снижается за счет вве­ дения переключающих устройств.

28

Для каждого конкретного случая выбор способа*

включения резерва и вида резервирования должен про­

изводиться полный расчет надежности различных вариан­ тов систем электроснабжения с учетом их технического

осуществления.

При проведении практических работ по использова­

нию резерва часто возникает задача обеспечить не толь­

ко требуемую надежность, но и произвести это как мож­

но экономичнее (оптимальное резервирование). В по­

добных случаях в расчеты вводится ограничивающий фактор (стоимость, вес, габаритные размеры и так да­ лее) и ведется сравнение систем с учетом принятого ограничивающего фактора.

Висследованиях, проведенных рядом авторов, в част­

ности, группой сотрудников кафедры электрического транспорта МЭИ [7], УПТ Мосгорисполкома [8], получе­ ны выражения, позволяющие определять целесообраз­ ность видов резервирования основного оборудования тяговых подстанций систем электроснабжения.

Взаключение следует отметить, что при решении вопроса обеспечения требуемой надежности для систем электроснабжения городского транспорта и выбора ре­ зервирования отдельных их узлов и элементов необхо­ димо учитывать возможность проведения профилактиче­

ских мероприятий, .позволяющих не только улучшить

показатели надежности систем, но и сократить эксплуа­

тационные расходы.

4.Профилактическое обслуживание

Влияние на надежность и готовность системы элек­

троснабжения профилактических мероприятий (сроков их

проведения и основное содержание профилактических работ) целесообразно знать и конструкторам и эксплуа­ тационникам. Физическая сущность явлений, происхо­

дящих при проведении профилактических работ, позво­

лит эксплуатационникам разработать обоснованные предложения по усовершенствованию технического об­ служивания. В то же время планирование периодичности профилактических работ производится на основании

опыта эксплуатации без достаточного научного обоснова­

ния и учета критериев оптимальности.

2 9-