Определение наработки на отказ по результатам эксплуатации. Гондуров С.А., Захаров О.Г.

        В словаре [1] надежность цифровых устройств релейной защиты (ЦРЗА) определена как «вероятность выполнения ею требуемых функций при заданных условиях в течение заданного промежутка времени» (цитируется по [2]).

Как правило, производители ЦРЗА не публикуют данные о фактических значениях всех показателей надежности выпускаемых ими устройств. Однако в технической документации практически всех отечественных ЦРЗА можно найти информацию о средней наработке на отказ То -  показателе, включенном в номенклатуру показателей надежности в РД [3, 4].

Определение наработки на отказ по результатам эксплуатации

Гондуров С.А., Захаров О.Г.

Первые цифровые устройства релейной защиты были выполнены на отечественной элементной базе. Доступность информации о надежности отечественных комплектующих элементов позволяла определить те или иные показатели надежности расчётным методом.

В настоящее время в цифровых устройствах релейной защиты и автоматики используются импортные комплектующие элементы, официальная информация о надежности которых отсутствует.

С момента ввода в эксплуатацию первых отечественных ЦРЗА прошло более 10 лет, что позволило накопить достаточный объём статистических данных о числе и видах отказов устройств. Наличие статистики позволяет оценить значения наработки на отказ по статистическим данным, как это рекомендовано в разделе 3.6 руководящего документа [3]. Аналогичный подход обоснован в статье [5].

Для проведения контрольных испытаний на надежность на основании информации, получаемой по данным эксплуатации, был выбран план испытаний [NMS] по стандарту [6] при экспоненциальном распределении наработок на отказ (табл. 1).

Таблица 1 План контроля средних показателей надежности по одноступенчатому методу для экспоненциального распределения

В табл. 1 использованы такие условные обозначения:

α, β – риски поставщика и потребителя соответственно;

rпр –  предельное число отказов или отказавших объектов;

Tβ – браковочное значение наработки на отказ

Tα – приёмочное значение наработки на отказ

Tmax – предельная суммарная наработка.

Следуя выбранному плану испытаний последовательно вводят в эксплуатацию N блоков. После отказа (получения замечаний по работе) блок ремонтируют на предприятии-изготовителе (обозначено буквой М в плане испытаний) и продолжают эксплуатировать. По результатам расчётов показателя надежности принимают решение (в плане испытаний обозначено буквой S) о его соответствии значению, указанному в документации на блок.

Согласно приведенным в стандарте [6] рекомендациям, при испытаниях с восстановлением объектов объем выборки (в данном случае – количество находящихся в эксплуатации объектов) не регламентируется.

Однако для контроля полученных результатов было определено минимальное количество блоков, которое должно находиться в эксплуатации

в тот или иной момент времени. Для этого использовалось соотношение:

Nmin =Тmax/tи (1)

где Тmax - предельная суммарная наработка

tи – продолжительность испытаний.

Значение Тmax определяли по данным, приведенным в табл. 1 для разных значений Tβ = Тн при разных рисках поставщика и потребителя

α = β, а также предельного числа отказов rпр.

На диаграмме (рис. 1) показано изменение значений Тmax, мес, в зависимости от предельного числа отказов rпр при Tβ = Тн = 100000 час (~139 мес) для α = β = 0,05 (верхняя линия) и α = β = 0,20 (нижняя линия).

Продолжительность испытаний блоков tи была определена по формуле:

tи = Дот1 – Д – (tвэ+tрем) (2)

где Дот1i – дата отгрузки первого блока типа А¹ или Б;

Д - дата (09.09.2009) окончания испытаний;

tвэ - промежуток времени, прошедший от даты отгрузки до даты ввода в эксплуатацию;

tрем – среднее значение времени, затрачиваемого на транспортировку блока к изготовителю и обратно, а также на ремонт².

Более сложно было получить сведения о дате ввода в эксплуатацию каждого блока. Для получения этой информации использовалось три источника.

Первый из них - «Уведомления о вводе блока» (вкладыш в паспорте блока). Заполнение вкладыша потребителем с указанием места и даты ввода блока в эксплуатацию предусматривает увеличение срока гарантии на изделие.

Использование этого источника позволило получить сведения о дате ввода³ в эксплуатацию и месте установки для 6% процентов от общего числа выпущенных предприятием блоков ЦРЗА типа А и для 8,1% для блоков ЦРЗА типа Б. Сравнивая эти цифры, следует учитывать, что в документацию этих блоков вкладыш «Уведомление о вводе блока» был введен в разное время. Следует отметить, что по полученной непосредственно от потребителя информации, количестве блоков, введённых в эксплуатацию, многократно превышает значение N min, рассчитанное по формуле (1).

Вторым источником получения информации о месте и дате ввода в эксплуатацию стали те или иные претензии потребителей к работе блоков. ⁴

_________________________________________________________________________________________

И, наконец, третьим источником информации о месте и дате ввода блоков в эксплуатацию были ответы на рассылаемые в эксплуатирующие предприятия запросы.

Учитывая, что согласно формуле (1) сокращение продолжительности испытаний tи приводит только к увеличению количества блоков, которые должны находится в эксплуатации, то при определении продолжительности испытаний использовались большие значения tвэ, а именно

8,5 мес для блоков типа А и 3,7 мес для блоков типа Б.

Результаты расчетов tи по формуле (2) следующие:

tиА = 119 – 8,5 – 2 = 108,5 ~108 мес (3)

tиБ = 35 - 3,7 – 2 = 29,3 ~ 29 мес (4)

где tиА, tиБ – продолжительность испытаний блоков типа А и Б соответственно.

При проведении испытаний минимальное количество объектов, находящихся в эксплуатации, было рассчитано для всех значений переменных величин – рисков потребителей, наработки на отказ и т.п.

Для экономии места в данной статье приведены результаты для одного случая – наработки на отказ Тн = 100000 ч, значения рисков потребителя и поставщика α = β = 0,05, соответствующего наибольшим значениям N (рис. 2). Верхний график соответствует блокам типа Б, нижний – блокам типа А.

        Из диаграммы следует, что даже для предельного числа отказов

rпр = 25 минимальное количество блоков, которое должно находиться в эксплуатации, не превышает 161 шт.

Фактическая наработка каждого блока, по работе которых не было претензий от потребителя, но была информация о дате ввода в эксплуатацию, определялась по выражению:

Ti = Д – Дотi – tвэ1  (5),

где Д – дата (09.09.2009), на которую рассчитывалось значение наработки i-го блока;

Дотi – дата отгрузки i-го блока потребителю;

tвэ1 – среднее время от отгрузки до ввода в эксплуатацию блоков по работе которых не было высказано замечаний до момента Д.

Эта же формула использовалось для определения фактической наработки блоков, для которых отсутствует информация о дате ввода в эксплуатацию, и по работе которых не было замечаний

Фактическая наработка блоков, по работе которых у потребителей были претензии, определялась по формуле, в которой учтены затраты времени на его транспортировку к изготовителю и ремонт:

Ti = Д – Дотi – (tвэ2 + tрем) (6)

где tвэ2– среднее время от отгрузки до ввода в эксплуатацию блоков по работе которых были высказаны замечания до моменту Д.

Остальные обозначения приведены выше.

Результаты, полученные по формулам (5) и (6) для каждого i-го блока одного и того же типа, использовались для определения суммарной наработки по формуле:

  (7)

        В соответствии с рекомендациями стандарта [6] все замечания потребителей по работе блоков, находящихся в эксплуатации, были разделены на две группы – признанные производителем и не признанные производителем. При дальнейшем рассмотрении учитывались только замечания по работе блоков, признанные производителем.

На рис. 3 верхний график показывает изменения суммарной наработки блоков типа А. При наступлении первого отказа суммарная наработка t∑ составила 1999 месяцев, а в эксплуатации находилось 17 блоков (вторая линия снизу).

        Из приведенных характеристик видно, что значение суммарной наработки t∑  при наступлении 5, 10, 15, 20, 25 отказа всегда оказывается больше, чем значение tmax, рассчитанное по данным табл. 1 (третья линия снизу).

Одновременно можно утверждать, что количество находящихся в эксплуатации блоков всегда больше минимального значения N(первая линия снизу), вычисленного по формуле (1).

На рис. 4 приведены аналогичные величины, рассчитанные по данным, полученным от предприятий, эксплуатирующих блоки типа Б.

Из графиков видно, что при получении первой претензии значение суммарной наработки t∑ (верхняя линия на рис. 4,а) существенно превышает значение tmax = 1111, рассчитанное по данным, приведенным в табл.1.

        На момент получения первого замечания по работе, в эксплуатации находилось 344 блока, тогда как согласно формуле (1) в эксплуатации  может быть всего 43 блока.

Согласно рекомендациям, приведенным в стандарте [6], если первым достигается значение t∑ = tmax при r<rпр, принимают решение о соответствии требованиям к показателю надежности – наработки на отказ.

Проведенная по методике, изложенной в стандарте [6], обработка данных, полученных от эксплуатирующих предприятий, позволила сделать обоснованный вывод – наработка на отказ блоков типов А и Б соответствует значению 100000 ч.

В технических условиях на блоки А и Б [7] в разделе «Периодические испытания» предусмотрено проведение контрольных испытаний на надежность.

Результаты расчетов средней наработки на отказ, полученные с помощью метода, описанного в данной статье, были представлены на рассмотрение в экспертные организации и получили их одобрение, что

позволило внести соответствующие изменения в технические условия и

увеличить значение средней наработки на отказ до 100000 ч.

Литература

1. Международный электротехнический словарь. Глава 448. Защита энергетических систем. IEC 60050-448.

2. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. М.: Энергоатомиздат, 2007, 549 с.

3. РД 34.35.310-97. Общие требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М.: ОРГРЭС, 1997 (с изменением №1).

4. Захаров О.Г. Корректировка требований к надежности цифровых устройств релейной защиты, автоматики и сигнализации// Материал размещен по адресу: http://olgezaharov.narod.ru/RD/nadezhnostj.pdf

5. Дворин В.М. Оценка показателей надежности радиоэлектронных систем.//Радиотехника, 1999, №1, С. 87.

6. ГОСТ 27.410-87. Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность. М.: Издательство стандартов, 2000

7. Захаров О.Г. Опыт выпуска технических условий – стандарта организации.//Электротехнический рынок, №5 (29),сентябрь-октябрь, 2009, С. 56.