CC BY
24Энергоснабжение, водоснабжение и теплоснабжение объектов военного назначения
УДК 355.7:621.316.97
Монахов М.А., Павленок А.М., Колесник И.В. Monakhov M.A., Pavlenok А.М., Kolesnik I.V.
Преобразование показателей безопасности и оценка риска в системах автономного электроснабжения объектов военной инфраструктуры
Conversion of safety indicators and risk assessment autonomous power supply systems of military infrastructure objects
Аннотация: the conditions of external factors and safety system
С позиций системного подхода рассмотрен index are introduced. Safoty, risk, normal and umafe вопрос безопасного функционирования техниче- system's functioning definitions are gwm as wM as
ской системы. Безопасность и её производные the definitions °f failure and large-scale accident.
рассмотрены с точки зрения взаимодействия
двух систем: «высшей» и системы, служащей для л л
' ^ г ния, безопасность, риск, ущерб.
обеспечения её функционирования. Определены области состояний систем (высшей и системы). Введены показатели, характеризующие функционирование системы в условиях воздействия внешних факторов, и показатель безопасности систе- Опыт проектирования показывает, что совре
Ключевые слова: система электроснабже-
Keywords: power supply system, safety, risk, damage.
мы. Даны определения безопасности, риска, нормального и опасного функционирования системы, а также гибели и катастрофы.
Abstract:
менные технические и технологические системы сооружения как потребители электроэнергии представляют собой сложные системы, построенные по иерархическому признаку. Характерной особенностью таких систем является наличие как
The article deals with the problem of the technical вертикальных, так и горизонтальных связей меж-
system safe functioning from system approach ду их подсистемами и отдельными элементами.
perspective. Safety and its derivatives are considered Поэтому нарушения электроснабжения отдель-
from the point of view of two-system interaction: the ных потребителей электроэнергии этих систем
"higher" system and the one which serves to provide могут приводить к зависимым отказам их отдель-
its functioning. The concept of the systems states ных подсистем или систем.
(the higher one and the system itself) are defined. На систему автономного электроснабжения
Indices characterizing the system's functioning under (САЭ) объектов военной инфраструктуры (ОВИ)
в период её работы воздействует целый ряд внеш- - задавать требования по безопасности к раз-
них и внутренних факторов, приводящих к изме- рабатываемому в промышленности энергетиче-
нению её состояния. Эти изменения могут стать скому оборудованию;
причиной частичной или полной потери системой - использовать показатели при оценке безо-её работоспособности, что приводит к невыпол- пасности всего комплекса сооружений в целом. нению поставленной перед комплексом сооруже- Обобщение материалов исследований по ананий боевой задачи, а также к аварийной ситуации лизу безопасности и риска сложных технических на объекте и, как следствие, может привести к че- систем позволило определить основные принци-ловеческим жертвам. пы количественной оценки показателей безопас-САЭ ОВИ должна противостоять этим воз- ности и риска САЭ ОВИ, где САЭ ОВИ должна действиям, сохранять свою безопасность и ра- рассматриваться как система с повышенной по-ботоспособность в течение заданного интервала тенциальной опасностью (структурно-сложная времени. С этой целью система электроснабжения система) и оцениваться с помощью системного строится как многократно резервированная си- подхода. Системный подход заключается в том, стема со сложными функционально-логическими что САЭ ОВИ рассматривается как сложная ка-связями между составляющими её элементами. тегория, описанная некоторой областью событий При этом возникает практическая задача по оцен- (состояний системы), зависящих от комплекса ке степени соответствия системы предъявляемым структурных, функциональных и технологиче-к ней требованиям в отношении обеспечения без- ских факторов, а также «взаимоотношений» с об-опасности и сохранения основных технологиче- служивающим персоналом.
ских характеристик (частоты, уровня напряжения Анализ безопасности с позиций системного
и т. п.) в заданных пределах. Соответствие систе- подхода обладает рядом преимуществ, поскольку
мы предъявляемым требованиям оценивается не- применим к анализу любой технической системы.
сколькими характеристиками, в том числе и безо- Границы исследований при этом определяются
пасностью САЭ ОВИ. только рамками самого исследования.
Оценка безопасности и риска САЭ ОВИ долж- Исходным положением при системном анали-
на осуществляться с помощью количественных зе безопасности является рассмотрение двух си-
показателей. Наличие количественных показате- стем: системы (далее система), обеспечивающей
лей позволяет производить инженерные расчёты функционирование системы более высокого уров-
уровней безопасности систем, на основании кото- ня иерархии (далее высшая система). рых можно: Под системой понимается совокупность
- сравнивать варианты проектируемых си- структурно и функционально связанных элемен-стем; тов в целях решения задач её функционального
- улучшать схемные и конструктивные реше- предназначения.
ния; Элемент - часть системы, выполняющий от- определять рациональную степень резерви- дельную её функцию и не подлежащий расчлене-рования элементов системы; нию в рамках данного исследования. Элемент -
простейшая система.
По функциональному назначению элементы системы подразделяются на:
источники ресурса;
потребителей ресурса;
преобразования и распределения ресурса;
транспортировки ресурса.
Система, используя свой потенциал, вырабатывает ресурс, идущий на поддержание потенциала высшей системы, которая, в свою очередь, вырабатывает ресурс для поддержания потенциала системы более высокого уровня иерархии. В то же время система сама может рассматриваться как высшая система по отношению к другим (другой) системам, которые вырабатывают ресурс для поддержания потенциала рассматриваемой системы.
Система в процессе функционирования испытывает случайные воздействия, которые характеризуются факторами:
- временным;
- внешним;
- интеллектуальным.
Влияние временного фактора обусловлено процессом старения, вызывающего эксплуатационный (внутренний) отказ элемента.
Влияние внешнего фактора обусловлено воздействиями со стороны других систем, вызывающих поражающий (внешний) отказ элемента.
Влияние интеллектуального фактора обусловлено неверными действиями оператора или подсистем управления системы, которые приводят к изменению режима функционирования элемента и вызывают управленческий (интеллектуальный) отказ.
Процесс перехода системы в различные со-
стояния и события, определённые на этих состояниях, также является случайным.
Каждому событию ставится в соответствие число и - уровень функционирования, равный порядковому номеру события. Так как события К случайные то и число и будет случайной величиной Так, событие ^ч—^система функционирует на уровне выше и} эквивалентно событию (и > и}, и = ОЛ =... = и
Соответственно вероятности наступления этих событий равны, то есть — > и)
Событие ^а происходит тогда, когда не происходит ни одного события из ^ , система находится в состоянии отказа.
Очевидно, что событие ^о и ~ ^ есть
достоверное событие, вероятность которого и Е-} = 1 Вероятности > 0} =ЯЩ
П{й >и] = Д«+1}
?
а вероятность
Вероятность события >«} = я{Еи+1), V« £ (ОД.....Е/} принима.
ет значение из интервала (1,.. .,0). Таким образом, функция = принимающая значе-
ния из интервала [1,...,0], невозрастающая, есть дополнение до единицы функции распределения = ^ — случайной величины На
рисунке 1 представлена функция для собы-
Е = \Е' Е Е}
тии I 11 2'-"' 7J соответствующих потребителям = К^О
Преобразованные события и ~ ...,£/) формируются в соответствии с выражением
Сформированные уровни функционирования системы удовлетворяют отношению
К и <+1 и ...и Еи = Еиуи Е (1,2,-..,£/).
)
Рисунок 1 - Функция распределения
Функция распределения позволяет опреде- системы, таких как:
лить ряд количественных оценок вероятности со- - вероятность функционирования системы бытий и их комбинаций, которые будут полезны- не ниже уровня и ми при формировании показателей безопасности
Ри = Фй(и-) = ДК+1},и = ОД.....и-,
(3)
- средний уровень функционирования системы
Процесс функционирования системы связан с
иЕ 0,1, ...,¿7
ее переходами между состояниями ,
а значит с изменением параметров и передаваемого ресурса. Параметры ресурса изменяются в результате перехода системы из одного состояния в другое под влиянием различных факторов, действующих на её элементы. Данные переходы системы, а значит, изменение параметров передаваемого ресурса, могут представлять опасность для высшей системы. Опасность заключается в том,
что передаваемого системой ресурса может быть недостаточно для поддержания потенциальной возможности высшей системы выполнять свою задачу в полном объёме с параметрами не ниже
В области «нормального» функционирования система вырабатывает ресурс с параметрами не ниже Такого ресурса достаточно, чтобы обеспечить возможность высшей системе функцио-
72Г
нировать с параметрами не ниже и. Система при этом не будет нести какие-либо дополнительные
{г„ = о)
затраты 4 и для поддержания потенциальной возможности высшей системы выполнять
задачу в полном объёме по данному виду ресур- ность можно оценивать количественно показате-
са. Имеющиеся при этом фактические затраты лями в диапазоне от 0 до 1. В качестве показателя
связаны только с эксплуатацией системы. В этом «безопасности» принимается условная вероят-
смысле система абсолютно безопасна для высшей ность функционирования не выше уровня и при
системы, её опасность 0 (ноль), а безопасность 1 нахождении системы в области «работоспособ-
(единица). ных» состояний и определяемая в виде
В области «гибели» система не способна вы- _ = р — (5}
рабатывать ресурс даже с минимальными параметрами а потенциальной возможности недо- В качестве показателя «уровня безопасности»
г "безопасности"
статочно для ее перевода на более высокии уро- принимается среднее значение в
вень функционирования. В таком случае высшая области «опасного» функционирования система вынуждена определять альтернативную и
замену «погибшей» системе по данному виду ре- 5е,. = ^ и • 5е„. (6)
сурса. В этом смысле система абсолютно опасна
»=1
для высшей системы, её опасность 1 (единица), а Отмечается особенность состояния «гибели»
безопасность 0 (ноль). системы, в котором она функционирует с параме-
В области «опасного» функционирования трами <: что является недостаточным для
система вырабатывает ресурс с параметрами не обеспечения функционирования высшей системы
и = 1,2,...,£/ — 1 п- > п.
ниже и при в зависимости от с параметрами 1 1 по данному виду ресурса.
того, в каком состоянии оказалась система под Однако это не означает, что высшая система тоже
влиянием воздействующих факторов. Такого ре- переходит в состояние «гибели». Она располагает
сурса достаточно, чтобы обеспечить потенциаль- потенциальной возможностью привлечь для по-
ную возможность высшей системе функциониро- ставки необходимого ресурса свою подсистему
вать с параметрами . Система при этом будет (если имеется) или другую (альтернативную) си-
вынуждена нести затраты для обеспечения потен- стему. Если таких возможностей не имеется или
циальной возможности выполнять задачу в пол- располагаемые потенциальные возможности не-
ном объёме с параметрами ^ достаточны, высшая система переходит в состоя-
Система в области «опасного» функциониро- ние «гибели». Для рассматриваемой системы дан-
вания характеризуется безопасностью по отноше- ное событие является «катастрофой», её «гибель»
нию к высшей системе. привела к «гибели» высшую систему.
Таким образом, безопасность есть способ- С понятием «гибели» высшей системы ассо-ность системы функционировать с параметра- циируется понятие «риск» рассматриваемой сими, не вызывающими опасность перехода выс- стемы. Действительно, система, находясь в лю-шей системы в состояния, не обеспечивающие бомработоспособном состоянии^ выполнения ею задач в полном объёме. «рискует» перейти в состояние в результате В области «опасного» функционирования си- воздействия различных факторов, носящих слу-стемы её безопасность и, соответственно, опас- чайный характер. В результате такого события
возможна «гибель» высшей системы, может наступить «катастрофа». В качестве показателя «риска» может быть принята условная вероятность, определяемая в виде
Ши = = С= ОД.....и. (7)
V и.
естественно, наиоольшии риск система имеет, находясь в состояниях, определяющих событие При этом «риск» наибольший, ^
Соответственно, наименьший риск будет при наи
хождении системы на высшем уровне , следова-
ти =
тельно, —.
Приведённые показатели позволяют оценить безопасность функционирования сколь угодно сложной системы с учётом всего комплекса воз-
действующих на неё факторов.
Результаты исследования безопасности рассмотренного класса систем, которые возможны только при наличии соответствующих моделей, позволяют сделать следующие выводы: риск гибели системы сопоставимо низок по сравнению, например, с авиационными авариями, пожарами и взрывами (см. рисунок 2); наибольший риск сохраняется при комплексном воздействии влияющих факторов, при этом, определяющими остаются временной и внешний факторы, влияние интеллектуального фактора, незначительное и риск гибели системы САЭ сопоставим с риском аварий реакторов атомных электростанций.
(э|
|0Г----- Г-
Ничильние число жертв Начально«: числи жертв
Рисунок 2. Области риска САЭ при воздействии различных факторов, в сравнении с частотой
событий и человеческими жертвами а) до выполнения мероприятий по повышению живучести; б) тоже, после мероприятий 1 - все авиационные авари; 2 - пожары; 3 - взрывы; 4 - авиационные аварии на земле; 5 - реакторы. Воздействие: Н - временное; Ж - внешнее; И - интеллектуальное; К - комплексное.
Решение задачи повышения безопасности системы связано, как с понижением уровней областей риска гибели, так и сокращением размеров этих областей. Для этого следует рассматривать следующие мероприятия:
- при проектировании системы (при новом строительстве, модернизации) её структура должна формироваться не только с целью обеспечения требуемой категорийности по надёжности электроснабжения, но и значимости конкретного электроприёмника или потребителя в формировании условий функционирования высшей системы;
- отказ от принципа определения независимого источника, как источника обеспечивающего полную нагрузку с допустимой перегрузкой, которая ограничена по времени;
- независимый источник должен обеспечивать полную нагрузку без ограничения по времени; глубокое резервирование с использованием перемычек вплоть до силовых пунктов и щитов управления; рассредоточение элементов системы по объёмам объекта, что позволит снизить опасность их одновременного поражения при внешних воздействиях (с этой же целью необходима прокладка взаиморезервируемых коммуникаций по различным направлениям);
- объективное формирование уровней функционирования системы со стороны высшей системы с учётом реальных возможностей решения поставленных задач.
Список литературы:
Журнальная статья
1. Павленок, А.М. Оценка ущерба в системе электроснабжения / А.М. Павленок, П.И. Мои-сеенков, М.А. Монахов // Энергобезопасность и энергосбережение. -2014. - №2 (2014), М., - С. 3237.
Книга
2. Блауберг, И.В. Системный подход: предпосылки, проблемы, трудности / И.В. Блауберг, В.И. Садовский, З.Г. Юдин. - М.: Знание, 1969.
3. Вентцель, Е.С. Теория случайных процессов и её инженерные приложения / Е. С. Вентцель, Л.А. Овчаров. - М.: Наука, 1991. - 384 с.
4. Гражданкин, А.И. Использование вероятностных оценок при анализе безопасности опасных производственных объектов / А. И. Граждан-кин, М.В Лисанов, А.С Печеркин // Безопасность труда в промышленности. - 2001. №5. - С. 33-36.
5. Хенли, Э.Дж. Надёжность технических систем и оценка риска / Э.Дж. Хенли, Х.Кумамото.
- М.: Машиностроение, 1984. - 528 с.
Стандарты
6. ГОСТ Р 51898-2002. Аспекты безопасности. Правила включения в стандарты. - Введ. 2003-1-01. - М.: Стандартинформ, 2002. - 07 с.
7. ГОСТ Р 53480-2009. Надёжность в технике. Термины и определения. - Введ. 2011-01-01.
- М.: Стандартинформ, 2010. - 75 с.
УДК 355.7: 623.093
Тишков А. А., Колесник И.В., Панасюк В.Н. Tishkov А. A., Kolesnik I.V., Panasyuk V. N.
Создание системы контроля состояния изоляции кабельных сетей на объектах МО РФ
Creation of the monitoring system of the cable networks insulation condition on the objects of the
DOD of the RF
Аннотация:
В статье рассмотрены вопросы по созданию системы контроля изоляции в системах электроснабжения с изолированной нейтралью с целью повышения надёжности работы электро - и по-жаробезопасности систем электроснабжения. Рассмотрены пути решения актуальных задач при комплексном подходе к технической реализации системы контроля изоляции. Представлены результаты разработки системы пофидерного контроля состояния изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью.
Abstract:
In article deals with the creation of the isolation monitoring system in the systems of power supply with the isolated neutral in order to increase the reliability of electro-andfire safety operation of power supply systems. The ways of solving actual problems of an integrated approach to technical implementation of the insulation monitoring system are considered. The results of the development of insulation monitoring systems in electric networks with isolated neutral are presented.
Ключевые слова: специальное фортификационное сооружение, специальный объект, система электроснабжения, однофазное замыка-
ние на землю, распределительный щит, система пофидерного контроля состояния изоляции, информационно-измерительная система.
Keywords: special fortification, special object, power supply system, line-to-ground fault, switchboard, insulation condition monitoring system, information-measuring system.
Обследование существующих объектов выявило ситуацию, при которой ограничение нового строительства специальных сооружений делает остро актуальной проблему старения сооружений и их технических систем, что, как следствие, приводит к росту количества отказов и аварий. Старение кабельных сетей приводит не только к их выходу из строя, но и повышению опасности получения электрических травм обслуживающим персоналом, квалификация которого, как показало обследование, снижается, а так же возникновением пожаров в сооружении при замыканиях в сети. Эти обстоятельства требуют принятия технических мер, которые должны обеспечить объективный контроль и диагностирование состояния изоляции в системах электроснабжения (СЭС) как существующих объектов, так и вновь возводимых, а также оперативное определение мест повреждений, исключающих условия возникновения пожа-
