CC BY
23
10
энЕРштатзшшАшнтвтвшшшхРАНАШРУДА
УДК 621.316.97
Оценка ущерба в системе электроснабжения
П. И. Моисеенков,
ВИ (ИТ) ВА МТО, кафедра электроснабжения, электрооборудования и автоматики, адъюнкт, г. Санкт-Петербург
М. А. Монахов,
ВИ (ИТ) ВА МТО, профессор кафедры электроснабжения,
электрооборудования и автоматики, кандидат технических наук, г. Санкт-Петербург А. М. Павленок,
ВИ (ИТ) ВА МТО, доцент кафедры электроснабжения, электрооборудования и автоматики, г. Санкт-Петербург
В настоящей работе рассматривается способ балльной оценки риска, сопряжённого с причинением потребителю ущерба, связанного с отсутствием электроснабжения в заданной точке. Аналогичным образом могут быть оценены риски, вызванные возможными затратами на ремонт, замену и техническое обслуживание элементов системы.
Ключевые слова: система электроснабжения, безопасность, отказ, риск, ущерб.
В общем случае оценка риска возникновения опасного состояния технической или любой другой системы может быть рассмотрена с точки зрения взаимодействия потребителя и снабжающей системы, обеспечивающей данного потребителя определённым видом ресурса. Рассматриваемая в статье методика оценки риска и ущерба в системе электроснабжения базируется на некоторых фундаментальных понятиях. В соответствии с [1, 2], под безопасностью понимается отсутствие недопустимого риска; под риском - сочетание вероятности нанесения ущерба и тяжести этого ущерба; под опасностью - потенциальный источник возникновения ущерба; под отказом - потеря способности выполнить требуемую функцию (что является событием, которое приводит к неисправности).
На вход системы поступает ресурс (тепло, электроэнергия и др.), сама система в этом случае выступает как вентиль, пропуская через себя данный ресурс и ранжируя его на своих выходах
Воздействие на систему
в зависимости от внешних, внутренних воздействий и действий обслуживающего персонала. Уровень выходного ресурса будет меняться в пределах от 100 до 0 % от первоначального, образуя три области состояний системы, представленные на рис. 1:
- безопасное состояние (полное функционирование, 100 % ресурса);
- опасное состояние (ограниченное функционирование);
- катастрофа (гибель системы и срыв выполнения задачи, 0 % ресурса).
Из области опасного состояния объект можно вернуть в область безопасного состояния, повысив уровень ресурса на выходе системы. В то же время существует область катастрофы, отделённая от области опасного состояния линией невозврата. При переходе объекта в данную область он теряет устойчивость, следствием чего является невыполнение им своей задачи, гибель или катастрофа.
Область невозврата Область возврата
Овх(Р,1,ит;п...)
Гибель системыили срыв задачи Ограниченное функционирование
Нормальное функционирование
Рис. 1. Области состояний системы
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ I щту.епсМт
№2 (56) 2014, март-апрель
Зависимость интенсивности отказов во времени представленная на рис. 2, условно имеет три характерных участка:
0-^ - участок приработки, на котором интенсивность отказов относительно велика и быстро падает (отказы являются следствием дефектов изготовления оборудования, ошибок монтажа и т. п.);
^-¿2 - участок нормальной работы, на котором интенсивность отказов практически постоянна (отказы обусловлены случайными причинами: колебаниями внешних условий, нагрузок, неблагоприятными сочетаниями различных факторов, ошибками обслуживающего персонала);
^-^з - участок старения, на котором интенсивность отказов вновь возрастает (отказы являются следствием накопления необратимых изменений материалов механического износа, коррозии, усталости металла и т. п).
Пикообразное увеличение интенсивности отказов на участке нормальной работы ^-¿2 обусловлено износом элементов вследствие колебания внешних условий, нагрузок, неблагоприятных сочетаний различных факторов, ошибок обслуживающего персонала и характеризуется отрезком [а; Ь]. Снижение интенсивности отказов на отрезке [Ь; с] связано с восстановлением отказавших элементов системы. Вместе с тем существует такая область (заштрихованная часть), где к элементам системы прикладываются внешние или внутренние воздействия, превышающие параметр стойкости самого элемента, вследствие чего происходит его полное разрушение.
Исходя из приведённых в начале статьи определений, оценка риска может быть представлена как сопоставление вероятности возникновения опасного события на последствия от этого события с учётом его минимизации:
(1)
(2)
где Я - риск функционирования системы;
Я - риск функционирования на г-м уровне выходного ресурса;
Рг - вероятность возникновения опасного состояния на г-м уровне выходного ресурса, полученная расчётным или экспериментальным путём;
- последствия опасного события (ущерб) на г-м уровне выходного ресурса;
Уг - коэффициент снижения риска на г-м уровне выходного ресурса.
Входящие в произведение сомножители могут быть оценены в баллах, как это сделано в [3]. Так, например, можно оценить последствия опасного события. Для этого необходимо провести анализ причин/последствий отказов, присвоив им числовые значения из табл. 1, предложенной в [3].
Таблица 1
Оценка последствий отказов
Описание последствий отказов Оценка в баллах
Отказ не приводит к заметным последствиям; потребитель, вероятно, не обнаружит наличия неисправности 1
Последствие отказа незначительно, но потребитель может выразить недовольство его появлением 2-3
Отказ приводит к заметному для потребителя снижению эксплуатационных характеристик 4-6
Высокая степень недовольства потребителя, но угрозы безопасности отказ не представляет 7-8
Отказ представляет угрозу безопасности людей или окружающей среды 9-10
12
энЕвтташзшшАшнтвтвшшшхвАаАшвудА
Аналогичным образом можно оценить коэффициент снижения риска, который характеризует возможность снижения наступления опасного состояния, для его балльной оценки воспользуемся данными из табл. 2 [3].
Получив балльные значения переменных путём их перемножения, можно проводить качественную или количественную оценку риска наступления опасного состояния.
Таким образом, главной целью при количественной оценке риска является определение причинных взаимосвязей между исходными аварийными событиями, относящимися к оборудованию, персоналу или окружающей среде, а также отыскание способов устранения инициирующих событий путём проведения мероприятий, направленных на модернизацию оборудования, совершенствование эксплуатации с целью обеспечения безопасности системы электроснабжения. При этом начинать анализ риска необходимо с учёта и формализации всех структурных и технологических особенностей безопасного функционирования - построения вероятностной математической модели.
Применяя данный подход для количественной оценки риска функционирования системы электроснабжения, необходимо определить основные составляющие.
Под действием внешних и внутренних воздействий, а также влиянием человеческого фактора в снабжающей системе происходят повреждения, которые условно можно разделить на три категории: сильные, средние и слабые (рис. 3). Повреждения вызывают нарушения функционирования подсистем и элементов системы электроснабжения. Под действием этих повреждений система начинает работать как вентиль, ограничивая количество, снижая качество, а в некоторых случаях и прекращая подачу электроэнергии на шины потребителей. Соотношение уровней (подача
электроэнергии требуемого качества на шины потребителя) будет характеризовать уровень выполнения задачи системой. При этом под гибелью системы будем понимать отсутствие питания на шинах 0,4 кВ потребителей системы электроснабжения. Подсчитав вероятность выхода на уровни функционирования системы, получаем числовое значение первого сомножителя уравнения (2).
Выполнив анализ причин/последствий отказов, представленный на рис. 3, и сопоставив им балльные значения из табл. 2 [3], получаем числовое значение второго сомножителя.
Для облегчения составления перечня рекомендаций по уменьшению риска проведём ранжирование вида
Таблица 2
Оценка вероятности обнаружения отказа до аварии
Виды отказов по вероятности обнаружения до поставки Вероятность обнаружения отказа, оцененная расчётом или экспериментальным путём ^ Оценка в баллах
Очень высокая вероятность выявления отказа при контроле, сборке, испытаниях Более 0,95 1
Высокая вероятность выявления отказа при контроле, сборке, испытаниях От 0,95 до 0,85 2-3
Умеренная вероятность выявления отказа при контроле, сборке, испытаниях От 0,85 до 0,45 4-6
Высокая вероятность поставки потребителю дефектного изделия От 0,45 до 0,25 7-8
Очень высокая вероятность поставки потребителю дефектного изделия Менее 0,25 9-10
ПРИЧИНЫ
со <
и н
О
Надежность
Внутренние воздействия
- износ, старение
- отказ оборудования
- превышение контролируемыми параметрами допустимых пределов
- пожар
- взрыв
- затопление
- обрушение строительных конструкций
Живучесть
Внешние воздействия
- стихийные явления
- влияние соседних объектов
- прекращение подачи электроэнергии от внешних систем
Человеческий фактор
ошибки при проектировании нарушение правил ТБ нарушение эксплуатации ошибочные действия персонала низкий уровень подготовки персонала
-К У
£
ПОСЛЕДСТВИЯ
I - слабые:
- не приводят к немедленной остановке работающего оборудования и устраняются при работающем оборудовании
Я И Н
Е Д
S
Е Р В О П
II - средние:
- не приводят к немедленной остановке работающего оборудования и устраняются силами обслуживаюего персонала
III - сильные:
- не могут быть устранены или частично устраняются силами обслуживаюего персонала
Рис. 3. Анализ причин/последствий отказов в системе электроснабжения
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ I www.endi.nl
№2 (56) 2014, март-апрель
отказов по тяжести последствий (рис. 4) исходя из назначения системы электроснабжения - обеспечения надёжного питания электроприёмников во всех режимах функционирования - и анализа причин/последствий отказов, представленного на рис. 3. Под максимальным ущербом (область катастрофы) будем понимать невыполнение системой своей задачи. Соответственно, последний сомножитель уравнения (2) будет характеризовать продвижение случайной величины xi по оси абсцисс (рис. 4). Чем ближе Xi будет к началу координат, тем меньшее значение из табл. 3 [3] будет ему соответствовать.
Перемножив все сомножители, можно получить качественную и количественную оценку риска системы электроснабжения или любой другой технической системы, на основе которой можно дать рекомендации по уменьшению риска возникновения опасных ситуаций. Балльные оценки возможного ущерба отказов можно применять для объектов (технических систем), абсолютные оценки последствий отказов которых невозможны или нецелесообразны по этическим, техническим или экономическим
Таблица 3
Пример шкалы для установления категории тяжести последствий отказов
Категория тяжести последствий отказов Характеристика тяжести последствий отказов
IV Отказ, который быстро и с высокой вероятностью может повлечь за собой значительный ущерб для самого объекта и/или окружающей среды, гибель или тяжелые травмы людей, срыв выполнения поставленной задачи
III Отказ, который быстро и с высокой вероятностью может повлечь за собой значительный ущерб для самого объекта и/или для окружающей среды, срыв выполняемой задачи, но создает пренебрежимо малую угрозу жизни и здоровью людей
II Отказ, который может повлечь задержку выполнения задачи, снижение готовности и эффективности объекта, но не представляет опасности для окружающей среды, самого объекта и здоровья людей
I Отказ, который может повлечь снижение качества функционирования объекта, но не представляет опасности для окружающей среды, самого объекта и здоровья людей
Оценка
Неудовлетворительное (эксплуатация запрещена)
Удовлетворительное (капитальный ремонт)
Хорошее (профилактический ремонт) Отличное (эксплуатация без ограничений)
отказ
с пренебрежительно некритический малыми отказ
последствиями
I категория
II категория
III категория
IV категория
Рис. 4. Характеристики тяжести последствий отказов в системе электроснабжения
соображениям. В целом настоящая методика позволяет сделать вывод, что применение балльных оценок является перспективным для оценки надёжности и риска эксплуатации технических систем.
Литература
1. ГОСТ Р 53480-2009. Надёжность в технике. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 2010. - 75 с.
2. ГОСТ Р 51898-2002. Аспекты безопасности. Правила включения в стандарты. - М.: Изд-во стандартов, 2002. - 7 с.
3. ГОСТ 27.310-95. Надёжность в технике. Анализ видов, последствий и критичности отказов. - М.: Изд-во стандартов, 1997. - 12 с.
Damage estimation in a power supply system
P. I. Moiseenkov,
Power Supply, Electrical Equipment and Automation department, MI (ET), postgraduate student, St. Petersburg
M. A. Monakhov,
Power Supply, Electrical Equipment and Automation department, MI (ET), PhD, professor, St. Petersburg
A. M. Pavlenok,
Power Supply, Electrical Equipment and Automation department, MI (ET), associate professor, St. Petersburg
The paper is dedicated to the consumer's risk that is linked to losses and damages in a case of power supply failure in a definite point. Risks caused by expenses for a possible repair, replacement and system elements technical maintenance can be estimated in the same way.
Keywords: power supply system, safety, failure, risk, damage.
