Эффективность функционирования цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики, а также надежность ее работы в условиях технологического процесса управления системы

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 621.31                                          

Одним из важнейших свойств цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики является, обеспечение эффективности функционирования системы то есть ее надежности. Исследования обусловлены значительным уровнем технико-экономических и экологических ущербов на предприятиях непрерывного производства из-за провалов напряжения. Существует много способов повышения устойчивости работы технологических установок. Возникает актуальный вопрос, как выбрать необходимую и достаточную комбинацию мероприятий по изменению структуры и параметров релейной защиты и автоматики, которая обеспечит устойчивость технологических установок и минимизирует затраты? Целью работы по надежности повышения эффективности функционирования РЗиА необходимо применение МП РЗиА. Новые системы и аппараты РЗиА должны обеспечивать: -снижение времени отключения токов короткого замыкания на основе повышения быстродействия устройств релейной защиты; - повышение надежности функционирования устройств РЗиА в результате применения встроенной в устройства непрерывной диагностики.

Под надежностью цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики понимают способность системы выполнять заданные защитные характеристики и функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей и параметров, определенных в заданных пределах при заданных условиях эксплуатации. Надежность цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики является комплексным свойством, включающим безотказность, ремонтопригодность и долговечность. Безотказность цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики — свойство системы сохранять работоспособность в течение некоторого периода времени (наработки) без вынужденных перерывов. Ремонтопригодность цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики — приспособленность системы к предупреждению, обнаружению и ликвидации отказов. Для безотказности характерным являются закономерности возникновения отказов, в то время как для ремонтопригодности - закономерности их устранения.

Долговечность цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики — свойство системы сохранять работоспособность до некоторого предельного состояния (с перерывами типы, виды периодичности технического обслуживания цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики). Показателями цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики является ресурс функционирования надежности и срок службы, то есть суммарная наработка и циклическая продолжительность защитных, эксплуатационных характеристик до предельного состояния.

Важнейшими показателями является отказ цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики в работе системы, происходящий в результате нарушения нормального функционирования одного или нескольких ее элементов, блоков и узлов.

Цифровые терминалы устройств релейной защиты и автоматики тесно связаны с увеличением количество и качество выполняемых ею функций, что приводит к усложнению системы и повышает надежность функционирования при отказе в работе системы. При этом в цифровых терминалах устройств релейной защиты и автоматики увеличивается количество элементов, что приводит к существенному уменьшению ее надежности, если ее элементы увеличивают процесс функционирования потокоотказа в работе устройства.

Как показывает анализ работы элементов и опыты эксплуатации цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики должны быть составлены критерии надежности системы включающие следующие значения:

• -    сбор и анализы данных о режимах и условиях работы цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики, изучение видов и периодичности технического обслуживания и надежности технологического объекта управления, изучение видов коротких замыканий, ненормальных режимов и последствий отказов функционирования устройств, определение технологических требований к надежности системы;

• -    анализы функций цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики и определение критериев отказов во каждых случаях и по электроэнергетической системы в целом;

• -    определение требований к надежности цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики и выбор методов оценки надежности системы;

• -    изучение цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики и оценка показателей надежности;

• -    разработка основных правил технической характеристики эксплуатации и уточнение расчета показателей надежности цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики;

• -    сбор данных о надежности в условиях эксплуатационных характеристик, оценка надежности и разработка рекомендаций по ее повышению на стадии анализа функционирования цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики;

• -    системы цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики могут быть ремонтируемыми и не ремонтируемыми.

Цифровые терминалы устройств релейной защиты и автоматики, являясь ремонтируемыми системами, имеют срок службы (ресурс), который определяются физическим износом и старением ее элементов, узлов, блоков, так как они могут быть заменены другими, а снижением эффективности ее работы и целесообразностью дальнейшей эксплуатации. Поэтому надежность системы достаточно полно определяется совокупностью свойств безопасности и ремонтопригодности.

Процесс функционирования цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики можно представить в виде последовательно чередующихся интервалов работоспособности и поток отказов. Продолжительность интервалов является непрерывной случайной величиной, которая может характеризоваться функциями распределения или плотностями вероятностей, теории случайных процессов и математической статистики.

Процессы функционирования систем цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики R г и входящих в их состав устройств в виде потоков случайных событий (потоков отказов элементов и устройств), полагают, что потоки отказов являются простейшими (пуассоновскими), обладающими одновременно свойствами ординарности, стационарности и отсутствия последствия. У ординарного потока отказов вероятность появления в некоторых моментах времени более одного отказа пренебрежимо мала. Поток отказов называют стационарным, если вероятность появления некоторого числа отказов в интервале времени t - (t + ∆t) зависит только от ∆t и не зависит от t . Отсутствие при этом последствия означает, что отказы являются случайными и независимыми друг от друга.

Для ремонтируемых систем критериями безотказности являются вероятности наработки между отказами Р(t) больше заданного значения времени Т, параметр потока отказов системы Л (t) и наработка на отказ Тн , под которой понимается средняя продолжительность работы системы цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики между двумя последовательными отказами. Величина Р(Т) является важнейшим показателем надежности ремонтируемых систем цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики и определяет вероятность того, что наработка Тн между отказами превзойдет заданное время Т:

Р(Т = Р(Т_н >  Т)

Показателями ремонтопригодности цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики являются вероятность Р ( Т 3 ) восстановления системы за заданное время Т 3 и среднее время восстановления Т_в , которое определяет средние показатели времени на обнаружение и устранение отказа при заданных условиях функционирования устройства.

Кроме перечисленных показателей безотказности и ремонтопригодности используется комплексными показателями: коэффициент готовности R_r и коэффициента технического использования R _t . _u . . Коэффициенты готовности для установившегося режима работы системы цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики определяет вероятность того, что система цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики исправна в любой произвольно выбранный момент времени. В промежутке между плановыми профилактическими обслуживаниями согласно, вида и периодичности технического обслуживания цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики и оценивается отношением времени наработки на отказ к средней длительности цикла работы — профилактическим восстановлением системы цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики:

Rr = TH/(TH + Tne)

Вероятностный смысл коэффициента R_TU такой же, как и R_r, но в нем учитывается время планового профилактического обслуживания t_np согласно объема, вида и периодичности технического обслуживания цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики. Он оценивает отношением времени на наработки на отказ к средней длительности цикла работы профилактические восстановление и профилактический контроль:

R t.u

. ...Т н /(Т н + Т пв + Т пр )

Главная особенность системы цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики состоит в том, что оценка качества их функционирования производится с учетом технико-экономического критерия. Поэтому состояние систем цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики в процессе эксплуатации следует характеризовать с помощью функции, связанной с экономическим эффектом от их использования в течение установленного срока службы (ресурса) Т р . Такой случайной функцией могут служить убытки (экономические потери), которые зависят от количества и последствия отказов цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики в процессе работы системы.

Для успешного функционирования системы цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики требуется исправное действие всех ее элементов, блоков и узлов. Такими свойствами обладают наиболее простые системы цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики из числа удовлетворяющих требованиями, предъявляемыми к процессу управления защитными характеристиками и параметрами. Вероятность безотказной работы системы P(t) зависит от вероятностей безотказной работы элементов P i (t) и (при независимости отказов) определяется по формуле:

N ад=H^^(t) i=i

где N — количество элементов.

Для обеспечения надежной работы системы, содержащей большое число элементов, весьма эффективным является введение понятия избыточности системы цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики. Различают структурную и информационную избыточность определяется наличием дополнительных путей передачи сигналов о нарушении или сбои в работе; поэтому при отказе одного из элементов его функции выполняет другой элемент, которые не является необходимым при исправной работе основного устройства защиты. Введение структурной избыточности является одним из основных методов, позволяющих создать высоко надежную систему из элементов с недостаточно высокой надежностью. Это достигается за счет рационального применения избыточных элементов и способов их соединения.

Информационная избыточность определяется наличием в сигнале дополнительной информации о всех нарушениях и в сбоях в работе устройства. Необходимость и надобность в ней возникает при отказе рядов элементов, узлов и блоков. Она не используется при нормальной работе всех элементов узлов и блоков.

Введение избыточностью увеличивают надежность системы цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики за счет повышения ее безотказности. Повышение ремонтопригодности цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики может быть достигнуто в случае применения унифицированных блочных конструкций, устройств диагностики и индикации отказов.

Вывод

Надежность функционирования цифровых терминалов устройств релейной защиты и автоматики является: комплексным свойством, включающих в себя безотказность; ремонтопригодность и долговечность определяемой критериями эксплуатационных показателей.