управляемости, живучести и безопасности

Показатели устойчивоспособности, режимной

 

    Если для таких свойств ЭЭС как устойчивоспособность, режимная управляемость, живучесть и безопасность сформированы критерии, по которым все состояния ЭЭС делятся на две группы – удовлетворяющие и неудовлетворяющие этим критериям, то тогда состояния, неудовлетворяющие выбранному критерию, будут представлять собой отказ. Рассматривая отказ как случайное событие, показатели характеризующие эти свойства, могут быть такие же, как и показатели безотказности: среднее время работы (или в более общем случае – наработка) до отказа; вероятность того, что отказ не произойдет в течение заданного времени и т.д.

    Наиболее сложным вопросом при расчете показателей для устойчивоспособности, режимной управляемости, живучести и безопасности является выбор критериев отказа. Кроме того, при оценке уровня живучести и безопасности приходится иметь дело с первичными возмущениями, вероятность появления которых оценить практически невозможно, т.е. приходится иметь дело с неопределенностью ситуации, когда нет или не может быть, в принципе, вероятностных характеристик тех или иных воздействий. В этом случае приходится рассматривать предельные или гарантированные оценки, когда параметры ЭЭС не выходили бы за допустимые границы в случае возникновения фиксированных в том числе и наиболее неблагоприятных воздействий в ЭЭС.

 

           Комплексные показатели надежности

 

1. Коэффициент готовности. Этот показатель характеризует совокупность свойств безотказности и ремонтопригодности. Коэффициентом готовности  называется вероятность того, что объект окажется работоспособным в произвольный момент времени .

Иногда вводят в рассмотрение усредненный на интервале коэффициент готовности . Этот показатель определяет, сколько времени в среднем рассматриваемый объект находится в исправном состоянии на интервале :

.              

    При функция  и  стремятся к некоторому стационарному значению, которое называют стационарным коэффициентом готовности, или просто коэффициентом готовности

 

.               

 

Коэффициент готовности есть вероятность застать объект в работоспособном состоянии в бесконечно удаленный от начала отсчета момент времени. Возможно иное определение коэффициента готовности – это доля времени, в течение которого объект находится в работоспособном состоянии при условии, что время наблюдения очень велико. Тогда коэффициент готовности можно определить через среднее время работы между отказами и среднее время восстановления.

,                     

 

где  - средняя длительность цикла (работа – восстановление);  и  - время (средняя длительность), в течение которого объект находится в работоспособном состоянии и в состоянии отказа соответственно.

    Каждому из рассмотренных выше коэффициентов готовности можно привести в соответствие коэффициент простоя, характеризующий вероятность застать объект в состоянии отказа. Количественно коэффициент простоя равен значению, дополняющему коэффициент готовности до единицы.

 

2. Коэффициент оперативной готовности. Определяется как вероятность того, что объект находясь в режиме ожидания, окажется работоспособным в произвольный момент времени и начиная с этого момента будет работать безотказно в течение заданного интервала времени . Для объектов ЭЭС определяется по формуле

 

.                  

 

    3. Коэффициент технического использования. Определяется как отношение математического ожидания времени пребывания объекта в работоспособном состоянии к суммарному времени эксплуатации

.                      

4. Средний недоотпуск электрической энергии. Представляет собой математическое ожидание количества электроэнергии, недоотпущенной потребителям за заданный период времени

,                           

 

где  - недоотпуск электрической энергии потребителям.

 

    5. Коэффициент обеспеченности потребителей электрической энергией

,                 

где  - требуемое количество электрической энергии.

 

    6. Средний ущерб на один отказ. Этот показатель представляет собой математическое ожидание ущерба, приходящегося на один отказ рассматриваемого объекта. Трудность аналитического определение ущерба определяется не только характеристиками рассматриваемого отказа, но и на какой фазе производственного процесса у потребителей произошел отказ и т.д. Зависимость ущерба от продолжительности отказа обычно нелинейная (рис. 2.).

 

    7. Удельный ущерб определяется как ущерб, отнесены к одному  недоотпущенной электрической энергии.

    Использование ущербов в технико-экономических расчетах не нашло широкого применения по следующим основным соображениям:

    Величину ущербов чрезвычайно трудно определить для потребителей электроэнергии, перерывы электроснабжения которых оказывают влияние на работу других потребителей.

    Имеются категории потребителей, для которых ущерб от перерывов электроснабжения не может быть оценен в денежном выражении. Сюда относятся коммунально-бытовой сектор, культурные учреждения, общественный транспорт и т.п. В то же время ущерб от перерывов электроснабжения таких потребителей имеет кроме того и социальный характер, так как снижает благосостояние населения.

    В ряде случаев указанные выше потребители по условиям электрической сети не могут быть выделены на самостоятельное питание отдельно от мелких промышленных потребителей. Поэтому определение оптимальной надежности электроснабжения с учетом стоимости ущербов для таких смешанных потребителей также невозможно.

    Существуют потребители, нарушение электроснабжения которых практически недопустимо из-за роли в жизни государства или из-за возможных катастрофических последствий и гибели людей.

    Предложения об учете категорий ущерба при оптимизационных расчетах во многом не ясны, потому что имеется ряд неопределенностей в трактовке понятия ущербов; они существенно различны для: а) недоотпуска производимой продукции, б) порчи сырья, оборудования, полуфабрикатов, готовой продукции и т.д.

    Величина ущерба непосредственно определяется производственной структурой конкретных потребителей; последняя же, как правило, неизвестна на сколько-нибудь длительную перспективу.

    Погрешность в определении величины ущербов, как правило, больше погрешности при определении других показателей надежности и гораздо больше, чем при определении затрат в ЭЭС. Это очень плохо, так как при определении суммарных затрат будут суммироваться неравноточные составляющие.

 

                                 a)                                                          б)

                                 в)                                                          г)

Рис. 2. Зависимость ущерба от продолжительности отказа.

а) – производство алюминия; б) – холодная обработка металлов;

в) химическая промышленность; г) окраска тканей.

 

Понятие риска

 

Чаще всего под риском понимается возможная опасность и когда говорят «рисковать», то это значит – «подвергать себя опасности». Опасность (риск) определяется не только характером возможного неблагоприятного события (заболевание, травма, гибель человека или группы людей и т.д.), но и вероятностью его поступления. При этом, как было уже ранее отмечено, следует иметь в виду, что риск может иметь место и при нормальных режимах работы объекта из-за его недостаточного технического совершенства, например, когда тепловыми станциями в атмосферу выбрасываются сверх допустимой величины зола, окислы серы и азота, бензопирен и т.д. из-за несовершенной системы очистки дымовых газов.

Рассматривая безопасность необходимо иметь в виду, что она является многоаспектным понятием, т.к. одну и ту же ситуацию можно оценить по разному: ожидаемому числу жертв; количеству заболеваний для различных групп людей; объему разрушений различных объектов и т.д. Поэтому для оценки безопасности часто используется оценка риска, т.к. при этом контролируется не только неблагоприятное состояние (тяжесть аварии), но и вероятность его наступления. Так, например, для радиационной безопасности используются такие понятия как индивидуальный и коллективный риск. Под индивидуальным риском понимается вероятность опасного воздействия облучения (летального исхода) для человека, находящегося на расстоянии радиуса санитарно-защитной зоны АЭС в течение одного года. Коллективный риск – возможное число случаев в год облучения с летальным исходом населения (в конкретной окружающей АЭС местности) с учетом его плотности, возрастного состава и т.д.

Оценка живучести тоже может быть получена с помощью оценки риска путем определения вероятности массовых ограничений потребителей электроэнергией. Понятие риска используется и при исследовании безотказности. Тяжесть аварии может оцениваться «непосредственно» - количеством недоотпущенной электрической энергии или «косвенно» - например, одновременным аварийным ремонтом нескольких агрегатов или линий электропередачи.

Иногда риск определяется как произведение вероятности возникновения неблагоприятного события на последствия этого события

 

,                        

 

где  - вероятность возникновения неблагоприятного события;

   - последствия этого события.

    Для того, чтобы при принятии решений учитывались редкие, но тяжелые последствия от аварий вводится так называемый социологический показатель Фармера

,                       

 

где - социологический показатель Фармера.

    При принятии решений по обеспечению живучести, безопасности и безотказности в качестве соответствующих нормативных требований используется допустимый уровень риска. Например, при выборе включенного резерва в качестве допустимого уровня принимается такой, когда величина резерва будет не меньше мощности наиболее крупного агрегата (одновременное аварийное отключение нескольких агрегатов считается практически невозможным событием). Таким образом, допустимый уровень риска характеризуется так называемыми расчетными возмущениями, при компенсации которых этот уровень обеспечивается.