ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus

Результаты 15-летней эксплуатации цифровых устройств релейной защиты

На многих объектах энергетики, промышленности, железнодорожного и другого транспорта цифровые устройства релейной защиты  производства НТЦ «Механотроника» находятся в эксплуатации с 1998 года, то есть с начала их серийного выпуска.

В предыдущих публикациях [1-4] было рассказано о показателях надежности цифровых устройств, определенных на основании информации, полученной от разных эксплуатирующих организаций, на которых установлено от одного до нескольких изделий.

Наблюдение же за большим количеством изделий, эксплуатируемых в схожих климатических условиях и эксплуатируемых специалистами с практически одинаковым уровнем профессиональной подготовки, позволяет дать более точную оценку надежности цифровых устройств.
В данной работе рассмотрена информация о 514 цифровых устройствах, эксплуатируемых на 29 подстанциях, обслуживаемых одной организацией.
Все эти подстанции расположены на территории, которая действующими стандартами отнесена к районам с холодным климатом (рисунок 1), характеризующимся продолжительной зимой (до 8-10 месяцев) и средней температурой января от - 18oС до – 24oС.

Рисунок 1 Территории с холодным
климатом в России по ГОСТ 15150-69

Оснащение подстанций цифровыми устройствами рассматриваемых подстанций осуществлялось с 1998 года по 2011 год (рисунок 2).

Рисунок 2. Изменение количества блоков за период с 1998 по 2011 год

За первые четыре года на подстанциях было установлено 235 устройств (рисунок 2), что составило 45,7% от общего числа 514 изделий, находящихся в эксплуатации к 2012 году.
За последующие четыре года было установлено еще 223 устройства (43,4%). С 2006 года пополнение парка цифровых устройств происходило небольшими партиями, по несколько штук. И только в 2010 и 2011 годах поставки превысили 10 изделий в год.
Полученная от пользователя в 2013 году детальная информация о месте установки цифровых устройств и датах вводы в эксплуатацию позволила уточнить средний возраст и суммарную наработку изделий, а также получить подтверждение их работоспособного состояния после эксплуатации от 2 (последняя поставка 2011 год) до 15 лет (первая поставка 1998 год).

а)

б)

Рисунок 2 Лицевая панель устройств БМРЗ:
выпущенных в 1998-2000 годах (а) и после 2004 (б)

Возраст каждого блока определялся временем, прошедшим от даты его отгрузки до даты получения информации от потребителя о его работоспособном состоянии в 2013 году.
На рис. 3 показан средний возраст блоков, установленных на каждой из 29 подстанций (столбцы), а также для всей выборки из 514 блоков (пунктирная линия, 10,2 года).

Рисунок 2 Средний возраст блоков.

        Всё множество подстанций, на которых установлены 514 блоков производства НТЦ «Механотроника», можно разделить на четыре типа.
На подстанциях первого типа установлены только блоки БМЦС [5], а все защиты выполнены без применения цифровых устройств.
В зависимости от количества обрабатываемых сигналов на подстанциях других типов также использованы блоки БМЦС в количестве от 1 до 2 штук.
На подстанциях второго типа цифровые устройства установлены на вводных (БМРЗ-ВВ) и отходящих фидерах (БМРЗ-КЛ и БМРЗ-ДА [6]). Блоки управления секционными выключателями (БМРЗ-СВ) отсутствуют.
Подстанции третьего типа отличаются использованием блоков БМРЗ-СВ для управления секционными выключателями.
Подстанции четвертого типа построены с использованием блоков
БМРЗ-0,4 и БМПА -0,4.
Из общего количества 514 изделий наибольшую часть (262 или 51%) составляют блоки БМРЗ-КЛ (см. рисунок 2, б) нескольких исполнений – БМРЗ-КЛ-46-01,БМРЗ-КЛ-45, БМРЗ-КЛ-10, БМРЗ-КЛ-12, предназначенные для защиты кабельных линий (рисунок 4).


Рисунок 4 Распределение изделий по типам

Вторую по численности группу цифровых блоков составили блоки
БМРЗ-ДА нескольких  исполнений (87 штук из 514 или 16,9%), предназначенные для защиты асинхронных электродвигателей.
На нескольких подстанциях вместо них применены блоки БМРЗ-ДС (4 штуки этих устройств учтены в столбце «Другие»), предназначенные для защиты синхронных электродвигателей [6] (см. рисунок 2, а).
Третью по количеству группу образуют 67 устройств БМРЗ-ВВ (13% от общего числа 514 штук).
Для частотной разгрузки на подстанциях применены блоки БМАЧР [1, 7] в количестве 28 штук (5,45% от 514). На большинстве подстанций установлено по одному блоку частотной автоматики, но на шести подстанциях установлено по два блока БМАЧР.
Надежность работы блоков оценивалась по информации, полученной из двух источников:
- непосредственно от эксплуатирующего предприятия;
- из базы данных предприятия, в которой отражена вся история блока, начиная с приемосдаточных испытаний в ОТК.
В письмах, полученных от эксплуатирующего предприятия, указаны такие
замечания по работе блоков:
1. на подстанции 22 (см. рисунок 3):
- отказ БМРЗ-ДА – заменен в 2011 году;
- отказ блока БМРЗ – заменен в 2011 году;
- блок БМРЗ-КЛ – заменен модуль МАС в 2011 году.
Причина одновременности замены трех блоков в одном и том же году потребителем не сообщена.
2. установленный на подстанции 28 (см. рисунок 3) блок БМРЗ-ДА был в ремонте.
3. установленный на подстанции 24 (см. рисунок 3) блок БМРЗ-ДА был заменен в 2009 году из-за отказа (наработка 2 года – с 2007 по 2009).
В базе данных предприятия дополнительно зафиксировано только четыре обоснованных замечания по работе блоков:
- БМРЗ-ВВ (подстанция 3) и БМРЗ-КЛ (подстанция 1) – в каждом из блоков отказали ионисторы;
- БМРЗ-ДА (подстанция 1) - отказали варистор, предохранитель и реле;
- в блоке БМРЗ-КЛ (подстанция 4) - отказал жидкокристаллический дисплей.
Ещё три замечания эксплуатирующего предприятия по работе блоков были признаны необоснованными, так как при их проверке в условиях предприятия-изготовителя блоки соответствовали всем требованиям, установленным в технической документации. После возвращения этих блоков замечаний по их работе пользователь не высказывал.
Каждое изделие, к работе которого у эксплуатирующего предприятия возникло замечание, после возвращения на предприятие-изготовитель подвергается специальной процедуре для установления причин его возврата.
Помимо установления причины возврата, выявления и замене отказавших элементов, результаты исследования позволяют косвенно оценить организационный и технический уровень эксплуатации изделий.
Отсутствие механических повреждений, пыли, загрязнений во многом характеризует своевременное выполнение эксплуатирующим персоналам регламентных работ, предусмотренных в эксплуатационной документации.
Среди возращенных на предприятие блоков, перечисленных выше, не было ни одного, причиной возврата которого была бы вина эксплуатирующего персонала. Данный факт позволяет косвенно оценить уровень профессионализма обслуживающего персонала как достаточно высокий.
Для того, чтобы оценить наработку среднестатистического изделия воспользуемся диаграммой, приведенной на рисунке 2, где показано изменение количества изделий, находящихся в эксплуатации.
Первые четыре изделия, установленные в 1998 году, проработали 15 лет, что соответствует суммарной наработке 60 лет (рисунок 5). Увеличение количества установленных на подстанциях изделий приводило к соответствующему увеличению суммарной наработки всех установленных изделий, значение которой для последующих лет указано на рисунке 4.
Площадь области, ограниченной сверху графиком изменения наработки изделий за период с 1998 по 2013 год соответствует суммарной наработке
всех изделий, находящихся в эксплуатации.

Рисунок 5 График изменения суммарной наработки блоков, начиная с даты установки первых четырех блоков в 1998 году до конца 2013 года

Для дальнейших расчетов будем использовать не общее количество установленных на подстанциях за всё время блоков (514) , а их приведенное количество, которое найдем как отношение суммарной наработки
нар , равной 5451 году (на конец 2013 года) к продолжительности эксплуатации tэкс, определяемой с даты  установки первых четырех блоков в 1998 году до конца 2013 года (15 лет):

Nприв = нар/ tэкс = 5451/15 = 363,4 шт

(1) 

        На основании сказанного наработку среднестатистического блока можно оценить следующим образом:

Тсредн. блока = (5451 ·8640) /363,4 ≈ 129600 часов

(2)

        Полученное значение хорошо коррелируется со значением наработки на отказ, полученной в ранее выполненных расчетах [8-14] и равной 125000 часов.
Информация о работе рассматриваемой выборки из 514 блоков, полученная от эксплуатирующих предприятий и из базы данных предприятия-изготовителя, позволяет также оценить некоторые показатели надежности цифровых устройств.
Для обобщенной оценки надежности изделий НТЦ «Механотроника» использует показатель q, определяемый как отношение общего количества блоков, по работе которых были высказаны обоснованные замечания (замечания, признанные производителем), к общему количеству блоков, находящихся в эксплуатации [15, 16].
Если этот показатель вычислить для общего количества блоков, установленных с 1998 по 2011 год на 29 подстанциях, то он будет равен:

q = 9/514·100% = 1,75%.

(3)

Другими словами, на каждые 100 блоков, находящихся в эксплуатации было высказано в среднем 1,75 замечания за все время их эксплуатации.
В связи с тем, что приведенное количество блоков Nприв существенно меньше, уточненное значение показателя возрастет:

qу = 9/363,4 · 100% = 2,5%

(4)

По формуле, приведенной в стандарте [17] можно получить грубую, явно завышенную статистическую оценку суммарной наработки на отказ для всего массива блоков:

(5)

где  r(t) - число отказов, фактически происшедших за суммарную наработку t.
Так как все  изделия эксплуатируются в статистически однородных условиях, то формула (5) может быть обобщена на весь массив цифровых устройств, при этом значение tследует заменить на сумму наработок всех рассматриваемых изделий, а r(t) – на суммарное число отказов этих объектов.
Учитывая все сказанное, суммарная наработка на отказ для всех изделий, эксплуатируемых на всех подстанциях составила:

Т = 47 096 640/5 +4 ≈ 5233 000 час

(6)

где 5 – количество отказов устройств по данным эксплуатирующего предприятия;
4 – количество отказов устройств по данным ООО «НТЦ «Механотроника».
Утверждение о явно завышенной оценке, получаемой с помощью этой формулы базируется на нескольких моментах, прежде всего на том, что:
- фактическая наработка ни одного из 514 блоков не превышает 129 600 часов (такое время отработали только 4 блока, эксплуатируемые с 1998 года);
- экстраполяция эмпирических результатов за пределы продолжительности испытаний (в данном случае за пределы срока эксплуатации 15 лет) приводит к значительным ошибкам;
- оценка, полученная по формуле (6), представляет  собой показатель MTBF [18], который распространяется на конкретную выборку и не может быть отнесен к отдельному изделию.
Поэтому в расчетах надежности изделий [8-14] оценка наработки на отказ была проведена с использованием плана испытаний [NMS], рекомендованном в стандарте [19]. Согласно этому плану N вводят в эксплуатацию последовательно, отказавшие изделия восстанавливают M и продолжают их эксплуатировать. После окончания испытаний принимают решение S о результатах испытаний.
Для наработки на отказ Т0 равной 125000 часов, полученной в расчетах [8-14] параметр потока отказов равен

λ= 1/Т = 1/125000 ≈ 8·10-6

(7)

Даже если принять за наработку на отказ фактически отработанное время 4 блоков (129600), значение этого показателя изменится несущественно (до
7,7 ·10-6), т.е. в пределах погрешности расчетов.
По полученным значениям показателей можно определить такой показатель безотказности, как гамма-процентная наработка до отказа [16].
Этот показатель характеризует наработку цифрового устройства в течение которой отказ не возникнет с вероятностью γ, выраженной в процентах.
В нашем случае значение гамма-процентной наработки определим графическим путем (рисунок 6) по кривой вероятности безотказной работы
P(t), проведя горизонтальную линию до пересечения с кривой.

Рисунок 6 Графическое определение гамма-процентной
наработки на отказ

Наработку до отказа обычно определяют для значений γ > 80% (верхняя горизонтальная линия на рисунке 6).
Для прогнозирования потребности в запасных частях гамма-процентную наработку определяют и при меньших значениях, например при γ = 50% (нижняя горизонтальная линия на рисунке 6).
Сравнение полученных графическим путем результатов с фактическим числом отказавших за все время эксплуатации блоков, показывает, что фактическое значение гамма-процентов превышает 80%, а параметр потока отказов существенно меньше 7,7 ·10-6.
Для оценки результатов 15-летней эксплуатации изделий, важно оценить и то, как во время эксплуатации проявили себя те дефекты и недостатки,  которые были выявлены при приемосдаточных испытаниях изделий на предприятии-изготовителе.
Из всей информации, содержащейся базе данных предприятия-изготовителя, приведем сведения о результатах приемосдаточных испытаний (далее – ПСИ) только одного из блоков:
- в блоке БМРЗ-ВВ выпуска 2004 (подстанция 3 на рисунке 3) при проведении ПСИ был выявлен дефект – на ЖК дисплее не высвечивается строка. Дефект был устранен заменой модуля индикации. За всё время эксплуатации замечаний по работе этого блока не поступало;
Данный пример выбран потому, что после поступления нескольких претензий от потребителя данный тип дисплея был заменен на другой (сравните рисунки 2а и 2б), что привело к исключению:
- бракования блоков на ПСИ по причине дефектов индикаторов;
- возвратов блоков из-за отказов индикаторов.
Другие причины бракования блоков на ПСИ (ошибки монтажа, снижение сопротивления изоляции и т.п.), как показывает 15-ти летний опыт эксплуатации блоков, после их устранения предприятием-изготовителем, не служат основанием для их возврата.
В то же время, 100% выходной контроль готовых изделий ставит надежный заслон для выхода изделий с заводским браком за пределы предприятия.
Многолетняя эксплуатация цифровых устройств производства НТЦ «Механотроника» в условиях холодного климата подтвердила, что фактическое климатическое исполнение изделий соответствуют заявленным в технических условиях группам климатического исполнения УХЛ4 и УХЛ3.1, а проводимые предприятием периодические испытания на устойчивость к воздействию климатических факторов сообщают достоверную информацию об
этой характеристике изделий.

Литература

1. Гондуров С.А., Захаров О.Г. Надёжность блоков частотной автоматики БМАЧР в цифрах и фактах// Вести в электроэнергетике, 2010, №2, С. 22
2. Гондуров С.А., Захаров О.Г. Определение наработки на отказ по результатам эксплуатации.//Вести в электроэнергетике, №1, 2010, С. 22.
3. Захаров О.Г. Надежность цифровых устройств в цифрах и диаграммах.//Вести в электроэнергетике, №4, 2013, С. 42
4. Захаров О.Г. Оценка сохраняемости цифровых устройств релейной защиты. //СТА (Современные технологии автоматизации), №2, 2013, С. 90
5. Козлов В.Н., Захаров О.Г. Цифровые устройства центральной сигнализации.//М: НТФ «Энергопрогресс», 2009, в двух частях [Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энеретик», вып. 7(127) и 8 (128)]
6. Захаров О.Г.  Цифровые устройства релейной защиты электродвигателей. Алгоритмы и уставки //..М: НТФ «Энергопрогресс», 2012, 2013 , в двух частях.
7. Александров А.Ф., Езерский В.Г., Захаров О.Г., Малышев В.С. Частотная разгрузка в энергосистемах//М: НТФ «Энергопрогресс», 2007, в двух частях
8. ДИВГ.648228.003 РР. Блок микропроцессорный многофункциональных реле частоты БММРЧ. Контрольные испытания на надежность. Расчеты.
СПб, НТЦ «Механотроника», 2012
9. ДИВГ.421241.002 РР. Регистратор «Дуга-Ф». Контрольные испытания на надежность. Расчеты. СПб, НТЦ «Механотроника», 2012
10. ДИВГ.421452.002 РР. Блок «Дуга-БЦ». Контрольные испытания на надежность. Расчеты. СПб, НТЦ «Механотроника», 2011
11. ДИВГ.421241.001 РР. Регистратор «Дуга-О». Контрольные испытания на надежность. Расчеты. СПб, НТЦ «Механотроника», 2012
12. ДИВГ.648228.003 РР. Цифровые блоки разгрузки по частоте и напряжению типа БРЧН-100. Контрольные испытания на надежность. Расчеты. СПб, НТЦ «Механотроника», 2012
13. ДИВГ.648228.007 РР. Блоки микропроцессорные релейной защиты БМРЗ.
Контрольные испытания на надежность. Расчеты. СПб, НТЦ «Механотроника», 2012
14. ДИВГ.421235.001 РР. Блок микропроцессорный противоаварийной автоматики БМПА-0,4. Контрольные испытания на надежность. Расчеты. СПб, НТЦ «Механотроника», 2011
15 Способ оценки надежности цифровых устройств релейной защиты //[Электронный ресурс «Всё о релейной защите»], режим доступа:
http://www.rza.org.ua/blog/a-43.html
16. Захаров О.Г. Надежность цифровых устройств релейной защиты. Показатели. Требования. Оценки. М.: Инфра-Инженерия, 2014
17. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.
18. MTBF ≡ наработка на отказ?//[Электронный ресурс «Всё о релейной защите»], режим доступа:http://www.rza.org.ua/blog/a-60.html
19. ГОСТ 27.410-89. Надежность в технике. Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность.
20. Прокопьев А.М., Скороходов В.В., Сергиенко Н.Н. Надежность контроллеров производства ЗАО «ПК «Промконтроллер» по результатам промышленной эксплуатации //Автоматизация & IT в энергетике, №3 (20)

 

 

19 Март, 2014              4316              ]]>Печать]]>
9 / 45 ( Отлично )

Последние комментарии : 1

Maxim Arsenev             Добавлен: 15 Март, 2016 21:11       Ответить
Материал оказалось достаточно ещё для одноы статьи, прочесть которую можно перейдя по ссылке http://www.energoboard.ru/articles/3869-otsenka-vliyaniya-usloviy-eksplutatsii-na-nadegnost-tsifrovih-ustroystv-releynoy-zashchiti.html Оценка влияния условий эксплуатации на надежность цифровых устройств релейной защиты

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Dвa pлюs тpi ? (цифрой)

Вверх страницы