Оценка показателей сохраняемости цифровых устройств релейной защиты

13 ноября 2012 в 17:00

Оценка показателей сохраняемости  цифровых устройств релейной защиты

Аннотация

Приведена информация о показателях сохраняемости цифровых устройств РЗА, показана возможность применения стандартных методов определения выбранного показателя с минимальными затратами, приведены результаты практического определения показателей сохраняемости методами, описанными в действующих стандартах.

Ключевые слова

Цифровые устройства, показатель сохраняемости, непосредственное хранение, метод испытаний, назначенный срок хранения, условия хранения, гамма-процент

В документе [1] требования к показателям сохраняемости цифровых устройств РЗА не установлены, поэтому некоторые изготовители микропро-цессорных устройств релейной защиты в технических условиях указывают только назначенный срок хранения [2] в заводской упаковке, как это было в старой редакции документа [3]:

«Срок хранения блока в упаковке и консервации изготовителя – 2 года со дня упаковывания».

Условия хранения блоков в [3] заданы в соответствии с требованиями ГОСТ 23216 – 79 [4] как в части воздействия механических (условия С), так и климатических факторов (нижнее значение температуры – минус 450С, верхнее значение температуры - плюс 600С).

Действующая нормативная документация требует устанавливать не только назначенный срок хранения, но и показатели сохраняемости [5]:

  • средний срок сохраняемости – Тс.ср;

     
  • гамма-процентный срок сохраняемости - Тс.γ.

Для выбора одного из двух показателей сохраняемости в стандарте [1] рекомендовано оценивать «возможные последствия достижения пре-дельного состояния или отказа при хранении и (или) транспортиро-вании».

Если отказ (достижение предельного состояния) изделия при хранении (транспортировании) изделия не приводит к катастрофическим последствиям, то стандарт рекомендует использовать показатель Тс.ср.

В том случае, когда после отказа или достижения предельного состояния изделия возможны катастрофические последствия, используют показатель Тс.γ.

В последнем случае предполагается, что техническое состояние изделий можно контролировать.

Кроме самого показателя в документации на изделие должны быть заданы условия и режимы хранения (транспортирования) по [4].

Ряд организаций, проводящих аттестацию продукции или экспертизу документации на них, требуют включать в технические условия помимо назна-ченного срока хранения оба показателя сохраняемости и даже закрепляют это требование в своём отраслевом документе, как это сделано, например в ОТТ-20.020.00-КТН-008-10.

Из-за таких требований в последнюю редакцию технических условий [3] были введены оба показателя сохраняемости, что сделало необходимым выбор стандартного метод их экспериментального определения для включения в программу и методику испытаний цифровых устройств релейной защиты и проведения контрольных испытаний, подтверждающих выбранные значения показателей.

Из известных методов оценки показателей сохраняемости был выбран метод непосредственного хранения, установленный стандартом [7], а также рекомендованный в стандартах [7, 8] и ряде других документов.

Данный метод предполагает закладку на длительное хранение испыты-ваемых изделий на складе завода-изготовителя изделий. В [9] для оценки показателей сохраняемости рекомендованы такие планы испытаний для:

  • среднего срока сохраняемости
  • гамма-процентного срока сохраняемости

 

Буквами в планах испытаний обозначены:

  • N - объем выборки;
  • U – изделия в случае отказа не восстанавливают и не заменяют;
  • T – продолжительность испытаний;
  • r - число отказов или отказавших объектов.

Из описания планов испытаний [NUT] и [NUr] видно, что их принципи-альное отличие от метода испытаний [NМS], использовавшегося для оценки наработки этих же изделий на отказ [10], заключается в том, что в последнем случае изделия испытывались последовательно, а отказавшие изделия ремон-тировались.

Самый простой способ проведения таких испытаний – закладка на хране-ние некоторого количества изделий, экономически нецелесообразна, так как на срок не менее 24 месяцев из оборота выводится значительное количество изделий.

Так как стандарт [6] рекомендует хранить изделия на складе изготови-теля, были проверены складские остатки по состоянию на день начала испы-таний, что позволило выявить 14 изделий, переданных на хранение сразу после прохождения приемо-сдаточных испытаний (табл. 1).

Рассмотрим как такой подход (использование для испытаний изделий, не переданных по каким-то причинам потребителю) позволил получить необхо-димую информацию о показателях сохраняемости изделий не увеличивая затрат.

Изделия типа А и Ж были изготовлены по одному и тому технологичес-кому процессу, состоят из одинаковых модулей и имеют одно и то же функ-циональное назначение. Для изготовления изделий этого типа применены одни и те же материалы и комплектующие электрорадиоэлементы.

Все это позволило распространить результаты испытаний изделий типа А на изделия типа Ж и наоборот, а всю совокупность испытываемых изделий рассматривать как выборку из 14 блоков.

Таблица 1 Информация об изделиях, хранившихся на складе изготовителя на день начала испытаний

Тип изделия Количество Срок хранения
А 5 16 месяцев
3 38 месяцев
Ж 1 44 месяца
5 32 месяца

Прежде всего, все перечисленные в табл. 1 были сняты с хранения и переданы в ОТК для проведения приёмо-сдаточных испытаний по той же про-грамме, по которой испытывают все новые изделия. Результаты ПСИ показали, что после хранения все контролируемые параметры и характеристики этих изделий соответствуют требованиям технических условий, что позволило использовать их для экспериментальной оценки показателей сохраняемости.

Как следует из табл. 1 изделия хранились на складе разное время – от 16 до 44 месяцев, но согласно требованиям стандарта [6], при непосредственном методе хранения продолжительность испытаний, т.е. фактически время хране-ния, должна быть не менее срока сохраняемости, который составляет 24 меся-ца, как это и записано в технических условиях [12] [1].

Для того, чтобы не сокращать объем выборки, отсчет времени хранения изделий было принято начинать не с даты закладки 1 блока типа Ж (рис. 1), а с даты закладки на хранение 5 блоков типа А (линия Е на рис. 1).

Такая процедура контроля технического состояния хранящихся изделий позволяет обеспечить выполнение главного условия выбранных выше планов испытаний [NUT] и [NUr] – одновременность испытаний всех N объектов выборки.

В связи с тем, что в данном случае продолжительность хранения всех блоков составила всего 16 месяцев, было принято решение возвратить все проверенные изделия на дальнейшее хранение (линия Д на рис. 1).

В соответствии с рекомендациями стандарта [6] последующие испытания этих изделий будем проводить 1 раз в квартал до тех пор, пока срок хранения 5 изделий типа А не превысит 24 месяца - значения установленного в техни-ческих условиях (линия К на рис. 1).

Согласно [9], исходными данными при плане испытаний [NUr] служат:

  • выборочные значения срока сохраняемости t1, t2, tr;
  • число отказов r;
  • объем выборки N.

По результатам испытаний проведенных в момент времени Д стали известны выборочные значения сроков сохраняемости каждого из 14 изделий, т.е.- t1 = t2 = tn = 16 месяцев. Известно также и число отказов – r = 0. Известен и объем выборки, т.е. N = 14.

Как известно, стандарты дают разные рекомендации относительно объема выборки, различающейся от вида изделий и отрасли, в которой их используют.

Чтобы не увеличивать затраты на экспериментальное определение показателей сохраняемости, стандарт [6] допускает уменьшать количество изделий в выбор-ке, если её объем превышает 1% годового выпуска изделий.

Так как 14 изделий (объем выборки) существенно меньше 1% годового выпуска изделий данного вида, то сокращать её объем нет необходимости.

При оценке гамма-процентного срока сохраняемости и неизвестном зако-не распределения стандарт [6] рекомендует выбирать допустимое число отка-зов r по табличным данным, предполагая заданным число испытываемых объ-ектов N, что в нашем случае соответствует объему выборки (табл. 2).

Таблица 2 . Фрагмент табл. 26 из [9]

γ%/100 или Р(t) q N или r
0 1 2
0,50 0,80 - - -
  0,90 - - 6
  0,95 - - 8
  0,99 6 10 10
0,80 0,80 8 8 13
  0,90 10 10 15
  0,95 13 13 20
  0,99 20 20 25
0,90 0,80 15 15 32
  0,90 20 20 32

На основании данной таблицы можно заключить, что как при отсутствии отказавших блоков (r = 0), так и при одном отказавшем блоке (r = 1) для выборки данного объема N = 14 > 13, гамма-процентный ресурс сохраняемости

γ = 0,80 для продолжительности испытаний 24 месяца (см. линию К на рис. 1).

Риск потребителя при любом исходе испытаний (r = 0, r = 1) составит:

ß= 1- q = 1 – 0, 95 = 0,05.

Если же во время хранения произойдет отказ двух блоков (r = 2), значение гамма–процентного срока сохраняемости останется неизменным (γ = 0,80), но доверительная вероятность уменьшится до 0,80, а риск потре-бителя ß вырастет до 0,2.

Для опытного значения γ-процентов стандарт [6] рекомендует исполь-зовать такую формулу:

Отметим, что при нулевом количестве отказов r при любом объеме выборки N результат определения γ – процентов по формуле (1) будет один и тот же, т.е. γ = 100%.

Для вынесения окончательной оценки данного показателя сохраняемости сведем в табл. 3 результаты вычислений γ-процента по формуле (1) при трёх значениях r для N = 14 и оценки, сделанные на основании табличных данных, приведенных в стандарте [9] для N = 13.

Таблица 3. Сравнение опытных и табличных значений γ-процентов

Источник γ-процент для r
0 1 2
Формула (1) 100,0 92,8 85,7
Таблица 2 по [9] 80,0 80,0 80,0

Отметим, что увеличение количества хранящихся изделий до 15 (N= 15), повысит табличное значение гамма-процента до 90 (при доверительной вероят-ности q = 0,8), если за время хранения откажет не более одного изделия.

Расчетное значение этой же величины, найденное по формуле (1), при r = 1 и N =15 будет γ = 93,3%.

Проведенная оценка данного показателя позволяет утверждать, что значение γ – процентного ресурса сохраняемости для выборки из 14 изделий, в которой был зафиксирован один отказ, находится в диапазоне:

93, 3 > γ >80,0.

Для дополнительной оценки этого показателя было принято решение провести аналогичные испытания изделий, хранившихся на складе у потре-бителя.

Для уточнения информации о таких изделиях был проанализирован весь массив «уведомлений о вводе в эксплуатацию» [2], поступивших в 2011 – 2012 годах. Срок ввода изделий определялся как разность между датой отгрузки и датой ввода в эксплуатацию. При анализе отбирались блоки, поступившие на один и тот же объект и хранившиеся в одинаковых условиях.

Информация о среднем сроке ввода в эксплуатацию наибольшей по количеству изделий выборки (81 изделие), поставленных на один и тот же объект сведены в табл. 4.

Табл. 4 Сроки ввода в эксплуатацию изделий

Типизделия Срок ввода в эксплуатацию, месяцев Среднеезначение
1 3 4 5 6 7 9 12 13 14
Б 5 6 17 5 3 4 1 - 1 1 4,4 мес
Д - - 12 13 10 - - 1 2 - 5,6 мес

Отметим, что 74% поставленных изделий (заштрихованные графы в табл. 4) были введены в эксплуатацию в срок от 4-х до 6-ти месяцев (рис. 1) после отгрузки их потребителю.

Данное исследование подтвердило:

  • наличие тенденции сокращения срока ввода в эксплуатацию изделий;
  • невозможность использования выборки из 81 изделия для испытаний на сохраняемость из-за небольшого срока их хранения у потребителя.

Проведенные ранее исследования [10] показали, что средний срок ввода изделий в эксплуатацию (в зависимости от типа и исполнения блока) состав-ляет в среднем не более 10-ти месяцев со дня отгрузки, что также не позволяет использовать эти изделия для оценки показателей сохраняемости.

Тем не менее, анализ всего массива «уведомлений о вводе в эксплуа-тацию», полученных изготовителями в 2011 -2012 годах, позволил выявить 15 блоков типа А, поставленных потребителю в 2006, 2007 и 2008 годах тремя партиями на один и тот же объект и хранившиеся до момента их ввода в эксплуатацию не менее 24 месяцев:

  • 12 блоков (Поставка 2006 года, от отгрузки 17.11.2006 до ввода в эксплуатацию прошло 66 месяцев.);
  • 1 блок (Поставка 2007 года, от отгрузки 04.10.2007 до ввода в эксплуатацию прошло 56 месяцев.);
  • 2 блока (Поставка 2008 года, от отгрузки 25.03.2008 до ввода в эксплуатацию прошло 50 месяцев.).

Эти блоки хранились на складе потребителя в течение срока, превы-шающего 24 месяца при соблюдении условий, заданных в документации на них. Всё это позволяет использовать эти 15 изделий для проведения контрольных испытаний на сохраняемость.

При определении срока хранения в качестве определяющего был выбран

наименьший срок хранения – 50 месяцев и из него исключена продолжитель-ность логистической задержки [2], составляющей 2 месяца. Отметим, что стандарт [6] допускает длительность такой задержки до 3 месяцев.

Таким образом, срок хранения 15 блоков составил 48 месяцев, т.е. удвоенному сроку, зафиксированному в технических условиях [11].

Приемо-сдаточные испытания 15-ти блоков типа А после снятия их с хранения (см. линию К на рис. 3) проводились в условиях эксплуатирующего

В результате испытаний установлено, что все контролируемые параметры и характеристики соответствуют требованиям технических условий на изделия типа А, а количество отказавших изделий равно нулю, т.е. r = 0. На основании этого можно утверждать, что сделанные ранее выводы по результатам испыта-ний на сохраняемость при хранении на складе изготовителя остаются в силе.

Значение γ-процента на основании табличных данных для этих 15 блоков равно 0,90 при доверительной вероятности q = 0,8, как при r = 0, так и при r = 1. Таким образом, подтверждена нижняя граница данного показателя.

Для оценки γ –процентного показателя сохраняемости изделий была выбрана ещё одна группа изделий, из числа возвращенных изготовителю. Хотя потребитель высказал замечания к этим изделиям, однако все они касались только их внешнего вида и не влияли на их электрические характеристики.

На основании этого причина возврата была признана необоснованной.

В соответствии с рекомендациями, изложенными в п. 2.2.3 стандарта ГОСТ 21493-76, все возвращенные изделия были допущены к контрольным испытаниям на сохраняемость.

В эту группу входят девять изделий типа К, которые до возвращения изготовителю хранились на складе потребителя в течение 17 месяцев.

Используя данные из табл. 1, принимаем для девяти изделий типа К зна-чение γ-процента равным 0,8 при доверительной вероятности q = 0,8 и r = 0.

Таким образом, контрольные испытания трёх групп блоков позволили одинаково оценить нижнюю границу γ –процентного показателя сохраняемости.

Обратимся теперь к оценке другого показателя – среднего срока сохраняемости Тс.ср. Оценку будем производить на примере выборки из 14 изделий типов А и Ж.

После хранения этих 14 изделий в течение 16 месяцев (см. линии Е и Д на рис. 1) ни одного отказа не наступило и все изделия сохранили работоспособность.

В соответствии с рекомендациями, изложенными в [10] для плана испыта-ний [NUT] при оценке среднего срока сохраняемости необходима такая исход-ная информация:

  • выборочные значения срока сохраняемости t1, t2, td;
  • продолжительности испытаний Т;
  • объем выборки N.

Выборочные значения срока сохраняемости для всех испытываемых изделий одинаковы, т.е t1 = t2 = tn = 16 месяцев.

Продолжительность испытаний Т = 16 месяцев, а объем выборки N1 = 14.

Воспользуемся табл. 28 из стандарта [9] при известном значении N (табл. 5).

Таблица 5 . Фрагмент табл. 28 из [9]

d q P(t)
0,800 0,850 0,900 0,950 0,975
0 0,80 7 10 15 31 64
  0,90 10 14 22 45 91
  0,95 13 18 28 58 118
  0,99 21 28 44 90 182
1 0,80 14 19 29 59 119

Стандарт [9] рекомендует вычислять точечные оценки показателей надежности только при r>5.

В связи с тем, что в нашем случае отказы изделий при хранении не зафиксированы, то при оценке среднего срока сохраняемости Tср используем нижнюю доверительную границу вероятности P (T).

При объёме выборки N1 = 14 изделия, хранящиеся на складе изготови-теля), q = 0,9 и d = 0 принимаем значение P (T) = 0, 85 (заштрихованная ячейка в табл. 5).

Так как выборка из 14 изделий (см. табл. 1) хранилась 16 месяцев, то суммарный срок хранения этих изделий составил TΣ1 = 16·14 = 224 месяца (более 150 000 часов).

На дату проведения испытаний (линия Д на рис. 1) подтвержденное испы-тание значение среднего срока сохраняемости Tcр составило 16 месяцев. Если за оставшееся до даты окончания испытаний на сохраняемость время (см. линию К на рис. 1) не будет зафиксировано ни одного отказа (d = 0), то средний срок сохраняемости Tcр = 24 месяца при P (T) = 0, 85.

Если же за этот период времени произойдет отказ одного изделия (d = 1), то значение среднего срока сохраняемости Tcр отсанется прежним, но изменяться значения q (уменьшится до 0,8), а P (T) станет равным 0, 80.

Для другой выборки изделий (см. рис. 3, N2 = 15), хранившихся у потре-бителя 48 месяцев средний срок сохраняемости Tcр = 48 месяцев при q = 0,8 и d = 0 и P (T) = 0, 9.

Суммарный срок хранения этой выборки составил TΣ2 = 15·48 = 720 месяцев или более 500000 часов.

Выводы:

  1. По результатам хранения изделий на складах изготовителя и потребителей выполнена оценка двух показателей сохраняемости изделий, установленных стандартом [1].
  2. Для получения более точных оценок необходимо продолжить испытания на сохраняемость выборки из 14 изделий в условиях склада изготовителя.

Литература

  1. РД 34.35.310-97. Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М.: ОРГРЭС, 1997
  2. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения
  3. ДИВГ.648228.001 ТУ. Блоки микропроцессорные релейной защиты БМРЗ. Технические условия.
  4. ГОСТ 23216-78. Изделия электротехнические. Хранение, транспортирование, временная противокоррозионная защита. Упаковка. Общие требования и методы испытаний.
  5. ГОСТ 27.003-90 Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности.
  6. ГОСТ 21493-76 Изделия электронной техники. Требования по сохраняемости и методы испытаний.
  7. ГОСТ 2583-92 Батареи из цилиндрических марганцево-цинковых элементов с солевым электролитом Технические условия.
  8. РД 50-707-91. Руководящий документ по стандартизации. Методические указания. Изделия медицинской техники. Требования к надежности. Правила и методы контроля показателей надежности
  9. РД 50-690-89 Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным. Методические указания.
  10. Гондуров С.А., Захаров О.Г. Определение наработки на отказ по резуль-татам эксплуатации. // Материал размещен здесь:http://rza.org.ua/article/read/Opredelenie-narabotki-na-otkaz-po-rezul-tatam-ekspluatatsii--Gondurov-S-A---Zaharov-O-G-_77.html
  11. СТО ДИВГ-050-2012. Блоки микропроцессорные релейной защиты БМРЗ. Технические условия.
  12. ГОСТ Р 51372-99 Методы ускоренных испытаний на долговечность и сохраняемость при воздействии агрессивных и других специальных сред для технических изделий, материалов и систем материалов. Общие положения

[1]См. также материал, размещенный здесь: http://rza.org.ua/news/read/Noviy-standart-organizatsii---tehnicheskie-usloviya---na-bloki-BMRZ-dlya-zheleznih-dorog----proizvodstva-NTTS---Mehanotronika---_1919.html.

[2]Вкладыш в паспорт изделия при получении которого изготовитель устанавливает увеличенный гарантийный срок

 

Опубликован вариант статьи, подготовленный для публикации в журнале  «СТА» («Современные технологии автоматизации»).
Сайт журнала www.cta.ru.

 

2182
Закладки
Последние публикации
Комментарии 3
 

Maxim Arsenev

В январе 2013 года 14 блоков, входящих в первую выборку, были сняты с хранения и подвергнуты ПСИ по программе, применяемой для новых изделий. Результаты испытаний подтвердили соответствие 14 изделий требованиям технических условий. В соответствии со сказанным в статье, следующее испытание будет проведено в апреле 2013 года. Косвенным подтверждением правильности выбранного подхода может служить блок типа А, возвращенный от потребителя через 31 месяц после отгрузки для проверки и восстановления утраченных документов. Испытания этого блока по программе ПСИ подтвердили его исправность и соответствие требованиям технических условий [12] (нумерация литературы дана по списку, приведенному в статье).

 

Maxim Arsenev

Извините. Правильная ссылка на литературу - [11]

 

Анонимный пользователь

Писал статьи дурак вальяжный
Он круглый был, как шар бильярдный
Писал так кругло черт-те что,
Что запепиться не за что!

 
Написать комментарий
Можно не указывать
На этот адрес будет отправлен ответ. Адрес не будет показан на сайте
*Обязательное поле
Сейчас читают
Последние комментарии