Связьэксплуатацииинадежностиоборудования

Процесс эксплуатации оборудования сопровождается его износом - изменением характеристик под действием окружающей среды и эксплуатационных режимов работы.

К воздействиям окружающей среды относятся ее температура, влажность, загрязненность, химическая активность, а также солнечная радиация, интенсивность грозовой деятельности, ветер, гололед и другие факторы.

В эксплуатационных режимах оборудование подвергается рабочим нагрузкам, систематическим и аварийным перегрузкам, перегрузкам от токов коротких замыканий, воздействию рабочих напряжений иперенапряжений (грозовых, коммутационных, феррорезонансных) и других факторов.

Перечисленный комплекс факторов при их совместном воздействии на оборудование приводит к ухудшению его характеристик, которое в конечном итоге может привести к отказу оборудования. Под отказом понимается событие, заключающееся в потере работоспособности оборудования, после которого оно не может выполнять свои функции.

Котказуоборудования могутпривестинарушенияусловий транспортировкиихраненияоборудования,атакжеслучайныефакторы, вчастностиошибочныедействияэксплуатационногоперсонала.

Приотказеоборудования можетвозникнутьущерб,значение которогозависитоткатегорииприемниковэлектроэнергии:опасность дляжизнилюдей,расстройствосложноготехнологического процесса, массовыйнедоотпускпродукции, простоирабочихимеханизмов и другиевидыущерба.

Из изложенного следует, что безотказная (а вболеешироком смысленадежная)работаоборудования тесносвязанасразличными сторонамиегоэксплуатации:транспортировкой,хранением,условиями и режимамиработы,обслуживанием,ремонтами.Поэтомуэксплуатация должнабытьорганизована такимобразом,чтобыобеспечивалась надежнаяработаэлектрооборудования ипредотвращалисьвозможные негативныепоследствия(ущербы)приеенарушении.

Поднадежностьюпонимаетсясвойствооборудованиявыполнять заданныефункции, сохраняявовременизначенияустановленных эксплуатационныхпоказателейвзаданных пределах, соответствующихзаданнымрежимамиусловиямиспользования.

Надежностьявляетсяоднимизсвойствоборудования, которое проявляетсебятольковпроцессеэксплуатации. Надежность оборудованиязакладываетсяприегопроектировании, обеспечивается приизготовленииирасходуетсяприэксплуатации.

Оборудованиесостоитизбольшогоколичестваразличныхэлементов, которыеразделяютсянагруппы:невосстанавливаемые и восстанавливаемые.

Невосстанавливаемыми являютсяэлементы,работоспособность которых послеотказа восстановлениюнеподлежит (тиристор,лампа накаливания).Восстанавливаемыми яляютсяэлементы, работоспособность которыхпослеотказаподлежитвосстановлениюв процессеэксплуатации засчетпроведенияремонта(трансформатор, линияэлектропередачи).

Надежностьявляетсякомплексным свойствомоборудования, котороевзависимости отназначенияиусловийэксплуатации характеризуетсябезотказностью,долговечностьюисохраняемостью,а для восстанавливаемого оборудования дополнительно ремонтопригодностью.

Безотказность -свойствооборудованиянепрерывносохранять работоспособностьвтечениенекотороговремени.Этанаиболееобщаяи наиболееважнаяхарактеристиканадежностиопределяетсяследующим показателями:

- вероятностьюбезотказнойработы;

- интенсивностью отказов и наработкой до отказа (невосстанавливаемыеэлементы);

- параметром потока отказов и наработкой на отказ (восстанавливаемыеэлементы).

Долговечность - свойство оборудования сохранять работоспособность до наступления предельного состояния. Предельное состояние оборудования определяется невозможностью его дальнейшей эксплуатации вследствие экономической неэффективности, требований безопасности или морального износа.

При достижении предельного состояния оборудование подлежит капитальному ремонту или утилизации.Показателями долговечности являются срок службы невосстанавливаемых элементов и срок между ремонтами для восстанавливаемых элементов. Для восстанавливаемых элементов долговечность определяется системой обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации.

Оборудование можетизменятьсвоисвойствапритранспортировке, хранении, нахождении вбездействии.Показателемсохраняемости оборудования являетсясрок сохраняемости.

Важнойхарактеристикой надежностиявляется ремонтопригодность -приспособленностьоборудованияк предупреждению иобнаружениюпричинывозникновенияотказови устранениюихпоследствийпутемпроведенияремонта.Основнымпоказателемремонтопригодности является среднее времявосстановления.

Выборпоказателейнадежностиилиихсовокупности определяется нетольконазначениемоборудования, егоместомвтехнологическом процессе,нои условиямииспользования.Вчастности,приэксплуатации воздушной инии электропередачи необходимо учитывать климатические условия,вкоторыхпроходиттрассалинии:районпо ветру, гололеду, интенсивностигрозовойдеятельности, пляске проводов,диапазонизменениятемпературыокружающейсреды.

Правильныйанализиучетусловийиспользования оборудования позволяютобоснованноорганизовать системуеготехнического обслуживанияиремонта.

Показателинадежностиоборудования. Показателинадежности имеютвероятностно-статистическую природуиисследуютсяметодами теории вероятностей и математической статистики,изучающимислучайныесобытияи величины.Приоценкенадежностиоборудования вкачествеслучайного событиярассматривается отказ,вкачествеслучайнойвеличины-время безотказной работыТ.Вкачествеодногоизосновных показателейбезотказностипринимаетсявероятностьбезотказнойработы Р(t)завремяэксплуатацииt.

Вероятность безотказнойработы-вероятность того,чтовремя безотказнойработыТбудетбольшевремениэксплуатации t

(2.1)

Вероятность Р(t) являетсяфункциейвремени(рис.6.2)и представляетсобойфункциюраспределения случайнойвеличины- временибезотказнойработы.

Распределение случайнойвеличиныподчиняетсяопределенным законам.Приоценкенадежностичастоиспользуются известныеиз теориивероятностейэкспоненциальный инормальныйзаконы распределения случайнойвеличины.Приведенноенарис.2.2 распределение случайнойвеличины Р(t) можноописать экспоненциальнымзаконом.

Поаналогиисвероятностью безотказнойработы,вероятность отказаQ(t)-этовероятностьтого,чтовремябезотказнойработы Т будетменьшевремениэксплуатации t:

(2.2)

Вероятностьбезотказнойработы Р(t) ивероятностьотказа Q(t) на интервалеэксплуатации t образуютполнуюгруппусобытийи, следовательно,связанысоотношением:

(2.3)

Рис.2.2.Зависимостивероятностибезотказнойработы Р(t) и вероятностиотказа Q(t) отвремениэксплуатации

Статистически вероятностьбезотказнойработыопределяется отношениемчислаоднотипных элементов N,безотказнопроработавших время t,кчислуэлементов N 0,работоспособныхвначальныймомент времени t =0

(2.4)

Дифференциальная характеристика вероятностиотказа

(2.5)

представляетсобойплотностьраспределения случайнойвеличины Q(t). Функцияраспределения иплотностьраспределения случайнойвеличинысвязанысоотношением

(2.6)

Под интенсивность отказов λ(t), понимаетсявероятностьвозникновения отказа,определеннаядля рассматриваемогоинтервалавремени∆ tп ри условии,что до начала этогоинтервалаотказневозник.

Изопределенияинтенсивностиотказовследует,что:

(2.7)

Всооветствиис(6.5)

(2.8)

Тогда

(2.9)

Такимобразом,интенсивность отказовпредставляетсобой условную(относительную) плотностьраспределенияотказоввлюбой моментвремени.

Статистическиλ(t) показывает,какаядоляотработавших к моментувремени t элементовоткажетвединицувременипослеэтого момента

(2.10)

где∆ m -разностьмеждучисломотказовкмоментувремени t+ ∆ t и числомотказовкмоментувремени t; N -количествооднотипныхэлементов.

Интенсивность отказовопределяетвероятность безотказнойработыоборудования.Всоответствиисосновнойформулой надежности

(2.11)

Еслиинтенсивность отказовприэксплуатациипринятьза постоянную величину,независящуюотвремениλ (t) =λ 0,тодля вероятностибезотказнойработыбудетполученэкспоненциальныйзакон распределения

(2.12)

одиниз основныхв теориинадежности.

Показателембезотказностиневосстанавливаемых элементов являетсясредняянаработка доотказаТо, который представляющийсобойматематическоеожидание случайнойвеличины –наработки оборудования до отказа,выражаетсячерезвероятность безотказнойработызависимостью

(2.13)

Геометрическивеличина Т о равнаплощадифигурыподкривой вероятностибезотказнойработы Р(t) (рис.2.1.2).

Статистически средняянаработкадоотказаопределяется отношением суммынаработокоднотипныхэлементовдоотказак количеству N этихэлементов,есликконцуинтерваланаблюдениявсе элементыотказали,λ

(2.14)

Характернаядлябольшинствавосстанавливаемого оборудования зависимостьинтенсивностиотказовотвремениэксплуатациипоказана нарис.2.4.Этазависимость,называемая«кривойжизни»технического изделия,имееттри характерныевременныеобласти1, 2 и 3.Область1-периодприработкиоборудованияпослемонтажаили ремонта,когдаинтенсивностьотказовдостаточновысокая.Область2-периоднормальнойэксплуатацииоборудования с практическинеизменнойинтенсивностью отказов.Этообласть характеризуетсявнезапнымиотказамислучайногохарактера.Область3- периодстаренияотдельныхузловиоборудованияв целом.Этаобластьхарактеризуется увеличениеминтенсивности износовыхотказов.

При эксплуатации электрооборудование подвергается разнообразным воздействиям, зависящим от нагрузки, режима и условий работы. По влиянию на характеристики работоспособности оборудования эксплуатационные факторы делят на две группы:

1. Ток и напряжение, род тока, характер нагрузки, частота срабатывания, продолжительность включения и др.;

2. Окружающая температура, влажность воздуха, давление и запыленность воздуха, агрессивные газы, особенности монтажа, внешние вибрации, действия обслуживающего персонала и др.

Возникновению отказов способствуют следующие часто встречающиеся недостатки при эксплуатации оборудования:– пренебрежение указаниями заводских инструкций по монтажу, регулировке и обслуживанию;– недопустимые замены материалов изношенными.

Рис.2.3. Кривая интенсивности отказов

На кривой интенсивности отказов показаны значения средней долговечности изделия T1 и средней наработки до первого отказа Tср>T1. Средняя наработка до первого отказа Tср характеризует запас надежности устройства в период нормальной эксплуатации. Обычно T1 ненамного превышает время t2,т. е. соответствует начальному участку периода старения и износа.

Период приработки(0 <t<t1) начинается с выхода нового изделия из цехов завода (t = 0) ихарактеризуется высокой интенсивностью отказов, которая постепенно падает. Эти отказы обусловлены технологическими, производственными или конструкционными недостатками, присущими как самому изделию, так и производству (включая также производство материалов, их хранение и транспортировку).Отказы, возникающие в период приработки, стремятся исключить путем выявления скрытых дефектов монтажа и изготовления, отбраковкой элементов. Отказы в период приработки подчиняются закону Вейбулла.

Период нормальной эксплуатации(t1 <t<t2) характеризуется минимальной интенсивностью отказов. В период нормальной эксплуатации происходят внезапные отказы, которые имеют случайный характер (механические повреждения, повреждения вследствие неблагоприятных внешних условий и т.д.). Природа таких отказов обусловлена неожиданной концентрацией нагрузок внутри изделия (или извне).Основной причиной внезапных отказов является превышение механической прочности элемента.Регулярность событий в период нормальной эксплуатации не наблюдается. Закон распределения отказов в этот период экспоненциальный.

Период старения и износа(t>t2)характеризуется резким увеличением интенсивности отказов и связан с интенсивным износом и старением, необратимыми физико-химическими процессами в материалах, из которых изготовлены элементы и их части (постепенные отказы).Закон распределения отказов - либо нормальный, либо логарифмически-нормальный (могут быть и другие случаи).Т.о., отказ оборудования может произойти в любом из рассматриваемых периодов работы и зависит это от суммарного воздействия той или иной комбинации факторов, основными из которых являются следующие.

Эксплуатацияоборудованиясистемэлектроснабжениядолжнабыть организована такимобразом,чтобынедопуститьотказовоборудования по причинеегоизноса.

Последовательностьотказов,происходящиходинзадругимв случайные моментывремени,образуетпотокотказов,основным показателемкоторогоявляетсяпараметрпотокаотказовω(t).Этот параметр представляет собой плотность вероятности возникновенияотказаврассматриваемый моментвремени.Иными словами, этоматематическое ожидание числа отказовв единицу времени.Статистическипараметрпотокаотказовопределяетсякак

(2.15)

где m - количествоотказовзавремя t; N - количествооднотипныхэлементов.

Потокотказовможетиметьразличный характер. Наибольшее распространениевпрактикенашелпростейшийпоток,характеризуемый свойствами:ординарности,стационарностии отсутствияпоследействия.

Ординарность выражается в том, что за малый промежуток времени вероятность появления двух и более отказов стремится к нулю, то есть в системе не произойдет более одного отказа.

Стационарность заключается в том, что параметр потока отказов является постоянным, то есть ω(t) = ω0 = const.

Еслипотокотказоввпериоднормальной эксплуатации рассматриватькакпростейший, товпериоднормальнойэксплуатации распределение вероятностибезотказнойработыбудетопределяться экспоненциальнымзаконом

(2.16)

Наработканаотказвосстанавливаемогооборудованиявпериод егонормальнойэксплуатацииприэкспоненциальном законе распределенияотказовсоставит

(2.17)

Вкачествеосновногопоказателя ремонтопригодности восстанавливаемого оборудованияиспользуетсясреднеевремя восстановления T в,представляющее собойматематическоеожидание временивосстановления.

Статистическисреднеевремявосстановленияопределяетсякак

(2.18)

где t вi- времявосстановленияоборудованияпослеi-гоотказа; m- количествоотказов.

Вкачествепоказателядолговечности используетсясреднийсрок службыТсл-математическое ожиданиесрокаслужбыотначала эксплуатациидодостиженияпредельногосостояния.

Статистически среднийсрокслужбыопределяется отношением суммысроковслужбы t слiоднотипныхэлементов кколичеству N этих элементов:

(2.19)

Основнымпоказателемсохраняемостивосстанавливаемого и невосстанавливаемого оборудованияявляетсясреднийсрок сохраняемости-математическоеожиданиесрокасохраняемости. Для оценкивлиянияусловийхраненияоборудования этотпоказатель определяетсякак

, (2.20)

гдеωt,λt-параметрпотокаотказовиинтенсивность отказов оборудования приопределенныхусловияхегохранениявтечение срока t.

Поприведенным вышепоказателямнадежностиможноопределить комплексныепоказателинадежностиоборудования:

коэффициентпростоя

(2.21)

Комплексныепоказателинадежностисвязанысоотношением

(2.22)

Рассмотренные вышепоказателипозволяютнетолько разностороннеоценитьнадежностьоборудования, ноиобосновать комплекс технических, организационныхи экономических мероприятий,повышающихнадежность иэффективность эксплуатации оборудования.

Вотнекоторыеиз мероприятий:

- накоплениестатистических данныхпонадежностиоборудования и организацияобратнойсвязиспроектнымиорганизациямиизаводами- изготовителями;

- выбороптимальнойпродолжительности ремонтногоциклаицикла техническогообслуживаниясцельюиспользования оборудования до предельногосостояния,ноисключения егоработывобластиизносовых отказов;

- совершенствование системыконтроляидиагностирования оборудования, позволяющей: выявлятьдефектынараннейстадииих развития,прогнозировать состояниеоборудования, эффективно уменьшать времяотыскания дефектовиустраненияотказов засчетсовершенствованиятехническихи диагностическихсредств;

- вынос режима послеремонтной приработки оборудования в ремонтную зону;

- повышениеквалификацииэксплуатационногоперсонала;

- своевременная замена(утилизация)физическииморально изношенногооборудования.