Международный опыт оценки риска повреждаемости оборудования

William H. Bartley P.E.

В статье [5] риск отказа трансформатора определяется с помощью координатной плоскости. Ось ОУ — суммарная цена отказов, ось ОХ — количество отказов. Более высокий риск находится в правом верхнем углу. Для учета возраста трансформатора применяют формулу Перкса:

где f (t) — мгновенная скорость отказа по i-ой причине, б — является постоянной, в — постоянная времени, t — время (в годах), µ - коэффициент для приближения формы кривой, А — константа отображающая причины, не зависящие от возраста и случайных событий, таких как молния, разрушение и др.

Чтобы учитывать число случайных событий (например, молнии, стихии) отдельно от старения, вводят постоянную «А» установленную на уровне 0,005 (которая составляет Ѕ от 1%). На рисунке 3, соответствующая, экспоненциальная кривая, для 50% отказов возраст 50 лет.

Рисунок 1.2.1.1 — Интенсивность отказов трансформаторов Недостатки: прогноз является простой статистической моделью и не учитывает различий между трансформаторами разных производителей или разнице в истории нагрузки трансформаторов. Эта модель отказов учитывает только календарный возраст трансформатора, и не рассматривает конструктивные дефекты отдельных узлов, сложность их ремонта, материальные и временные затраты. Кроме того, не раскрывается, что учитывают при определении вероятности.

Достоинства: учитывает скорость развития дефекта по конкретной причине, срок эксплуатации, вероятность отказа.

Автор [6] предлагает риск оценивать с помощью уравнения (11):

где E () является ожидаемым значением, R является экономическим результатом риска, F является вероятность отказа и C является последствием отказа. Оценка риска может быть достигнута путем применения матрицы рисков.

Уравнение (11) используется в сложившейся ситуации для оценки рисков. Для предлагаемой улучшенной оценки рисков, уравнение (11) будет увеличено с более подробной информацией о времени возникновения отказа и будет математически выражаться следующим образом:

(12).

где является вероятностью отказа в течение определенного интервала времени, — потери нагрузки за тот же промежуток времени. Впоследствии уравнения (11) и (12) используются для заниженной или завышенной оценки риска, когда учитывается время возникновения отказа.

Недостатки: не адаптированы под специфику силовых трансформаторов, не раскрывается, какие факторы учитываются при определении вероятности отказа.

Достоинства: простота использования.

Источник [7] предлагает сравнивать риски друг с другом в соответствии с их ожидаемым убытком, а именно суммы произведений вероятностей событий с их последствием. Риск, оценивается с помощью уравнения:

где R — экономический результат риска, F_x — вероятность отказа в зависимости от времени суток (сезона), C_х— последствие отказа, потери нагрузки за тот же промежуток времени. Очевидно, что последствия отказов при отключении в середине рабочего дня и при отключении ночью различны. Так же отличаются результаты перебоев электроснабжения в отопительный сезон и летом. Оценка риска может быть достигнута путем применения матрицы рисков.

Для оценки вероятности отказа предлагается сопоставить данные об отказе оборудования и времени его отключения, а данные о нагрузке позволят оценить часть последствий отказа. Принимается во внимание то, что данные о нагрузке трансформатора в течение времени суток и разные сезоны года различны. Интенсивность отказов предлагается рассчитать, как отношение количества отказов к произведению единиц парка оборудования и времени наблюдения.

Недостатки: не учитываются затраты, зависящие от многих других факторов, таких как особенности конструкции, дополнительные расходы на обслуживание, затраты на экологические издержки и потери потребителей. Это может серьезно отразиться на точности результата.

Достоинства: учитывается график нагрузки, последствия отказа для энергопредприятия.

В [8] рассмотрена методика аналитической иерархии для оценки рисков отказа генераторов, но его можно реализовать и для другого оборудования. Данная методика позволяет делать заключения на основании нескольких критериев и реализуется в несколько этапов. Сначала происходит составление «дерева» уязвимых узлов, далее сопоставление тяжести возможных повреждений и присваивание весовых коэффициентов. Значение итогового весового коэффициента вычисляется как произведение коэффициентов различных подкритериев, определенных в порядке важности. Подкритериями могут являться результаты испытаний различных узлов, оцененные десятичной дробью. В итоге расставляют приоритеты и приходят к выводу о состоянии оборудования и необходимости ремонта.

Недостатки: не учитываются убытки от недоотпуска электроэнергии, ущерб потребителя, возраст оборудования. Методика адаптирована под генераторы.

Достоинства: учитываются результаты испытаний, посредствам весовых коэффициентов наиболее точно рассчитывается техническое состояние.

В источнике [9] рассматривается метод FMECA (Failure Mode Effects and Criticality Analysis — анализ видов, последствий и критичности отказов). Одним из методов количественной оценки критичности является определение значения приоритетности риска [Risk Priority Number (RPN))]. Риск в этом случае оценивают субъективной мерой тяжести последствий и вероятностью возникновения отказа в течение заданного периода времени (используемого для анализа). В некоторых случаях, когда этот способ неприменим, необходимо обратиться к более простой форме неколичественного FMEA.

Сочетание тяжести последствий и частоты возникновения отказов является мерой, называемой критичностью.

Потенциальный риска R, по методике FMECA, рассчитывают как:

R = S· P (14).

где S — значение тяжести последствий, т. е. степени влияния отказа на систему или пользователя; Р — вероятность появления отказа.

В некоторых применениях FMECA дополнительно выделяют уровень обнаружения отказа для системы в целом. В этих случаях используют дополнительно значение обнаружения отказа D (безразмерная величина) для формирования значения приоритетности риска RPN.

Рисунок 1.1.5.1 — Блок-схема анализа.

RPN = S· O·D (15).

где О — вероятность появления отказа для заданного или установленного периода времени (эта величина может быть определена как ранг, а не фактическое значение вероятности появления отказа); D — характеризует обнаружение отказа и представляет собой оценку шанса идентифицировать и устранить отказ до появления последствий для системы или заказчика. Значения D обычно ранжированы в обратном порядке по отношению к вероятности появления отказа или тяжести отказа. Чем выше значение D, тем менее вероятно обнаружение отказа. Коэффициенты присваиваются согласно соответствующим таблицам.

В итоге составляется матрица критичности (риска). Следует иметь в виду, что не существует универсального определения критичности. Критичность должна быть определена аналитиком и принята руководителем программы или проекта. Определения могут существенно различаться для различных задач.

В матрице критичности, представленной на рисунке 1.1.5.2, предполагается, что тяжесть последствий увеличивается с увеличением ее значения. В этом случае IV соответствует наивысшей тяжести последствий (гибель человека и/или потеря функции системы, травмы людей). Кроме этого, предполагается, что на оси ординат вероятность появления вида отказа возрастает снизу вверх.

Рисунок 1.1.5.2 — Матрица критичности Если самая высокая вероятность появления не превышает значения 0,2. то вероятность появления вида отказа и значение критичности приблизительно равны друг другу. Часто при составлении матрицы критичности применяют следующую шкалу:

• — значение критичности 1 или Е. Практически невероятный отказ, вероятность его появления изменяется в интервале: 0? Pi < 0,001;
• — значение критичности 2 или D. Редкий отказ, вероятность его появления изменяется в интервале: 0,001? Pi < 0,01;
• — значение критичности 3 или С. Возможный отказ, вероятность его появления изменяется в интервале: 0,01? Рi <0,1;
• — значение критичности 4 или В. Вероятный отказ, вероятность его появления изменяется в интервале: 0,1? Рi < 0,2;
• — значение критичности 5 или А. Частый отказ, вероятность его появления изменяется в интервале: 0,2? Рi < 1.

Рисунок 1.1.5.2 приведен только для примера. В других методах могут быть использованы для критичности и тяжести последствий другие обозначения и определения.

В примере, приведенном на рисунке 1.1.5.2, вид отказа 1 имеет более высокую вероятность появления, чем вид отказа 2, который имеет более высокую тяжесть последствий. Решение о том, какому виду отказа соответствует более высокий приоритет, зависит от вида шкалы, классов тяжести и частоты и используемых принципов ранжирования. Хотя для линейной шкалы вид отказа 1 (как обычно в матрице критичности) должен иметь более высокую критичность (или вероятность появления), чем вид отказа 2, могут быть ситуации, когда тяжесть последствий имеет абсолютный приоритет над частотой. В этом случае вид отказа 2 является более критичным видом отказа. Другой очевидный вывод состоит в том, что только виды отказа, относящиеся к одному уровню системы, можно обоснованно сравнивать в соответствии с матрицей критичности, поскольку виды отказа систем низкой сложности на более низком уровне обычно имеют более низкую частоту. Недостатки: не адаптированы под специфику силовых трансформаторов, не раскрывается, какие факторы учитываются при определении вероятности отказа, не учитывает режимы эксплуатации.

Достоинства: учитывает категорию потребителя и вероятность отказа оборудования.

Таблица 1.1.5.1 — Анализ методик оценки риска повреждаемости оборудования.