Формулы надежности

25 июня 2013 в 14:00

Продолжаем цикл статей, посвященных надежности цифровых устройств релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации, начатый работами [1, 2].

В двух предыдущих публикациях [3, 4] были рассмотрены два показателя надежности [1], которые согласно документу [5] должны быть включены в технические условия цифровых устройств:

• средняя вероятность отказа в срабатывании устройства за год (при появлении требования);
• параметр потока ложных срабатываний устройства в год (при отсутствии требования).

Для оценки функционирования устройств релейной защиты в документе [6] рекомендовано определять процент правильных действий защиты по формуле (1), в которую входит второй из названных выше показателей - nлс:

где – nпс - число правильных срабатываний;
nис - число излишних срабатываний;
nлс - число ложных срабатываний;
nос - число отказов срабатывания.

Понятно, что такой показатель как «вероятность отказа в срабатывании за год» не может быть использован в формулах, подобной (1).

В документе [6] этот коэффициент предложено использовать как показатель качества работы релейной защиты, считая при этом возможным его применение не только для оценки соответствия защиты предъявляемым требованиям и пригодности для эксплуатации, но и для оценки надежности.

Однако, необходимо отметить, что правильность и неправильность срабатывания защиты, наличие излишних и ложных срабатываний, а также процентные соотношения между ними далеко не всегда связаны с надежностью релейной защиты и тем более с надежностью цифровых устройств [2].

Статистику различного рода срабатываний и несрабатываний правильнее рассматривать как характеристику совершенства схемы релейной защиты, применяемых в цифровых устройствах алгоритмов и адекватности используемых в них математических моделей.

Поэтому нельзя согласиться с тем, что с помощью такого рода формул и показателей можно оценить надежность срабатывания D (2), надежность несрабатывания S (3) и общую надежность R (4) релейной защиты :

D = Nc /(Nc + NF), (2)

S = Nc /(Nc + NU), (3)

R = Nc /(Nc + NF+ NU), (4)

где Nc – количество правильных срабатываний защиты;
NF – количество отказов в срабатывании защиты;
NU - количество излишних (ложных) срабатываний защиты.

Сравнивая формулы (1) – (4) между собой, можно сделать вывод об их принципиальном сходстве.

Небольшие различия вызваны только тем, что отдельные виды срабатываний по-разному объединены между собой.

Например, в формуле (1), cумма (nпс + nос) = nтс – интерпретируется как число требований срабатывания, а излишние и ложные срабатывания рассматриваются как независимые друг от друга.

В формулах (3) и (4) излишние и ложные срабатывания не разделены, тогда как в формулу (1) они входят как учитываемые раздельно.

О «взаимосвязи» таких показателей на форуме [4] можно прочесть такой обмен мнениями:

stoyan пишет: «Не надо забывать, что повышение надежности срабатывания понижает надежность несрабатывания».

Cambric спрашивает: «Что Вы имеете ввиду: излишнее срабатывание или ложное срабатывание?"»

stoyan отвечает: «И то и другое...»

Однако с помощью таких формул вообще нельзя произвести «учёт надежности», а можно только обработать полученную статистику разного рода срабатываний и несрабатываний защиты.

Поэтому вывод, сделанный в [7] «В России, как оказалось, учет надежности РЗ вообще не предусмотрен», неверен не потому, что в документе [6] использована формула (1), а потому, что такие формулы в принципе не имеют отношения к надежности, определяемой в соответствии со стандартом [9].

Тем не менее, в технической литературе можно найти многочисленные примеры попыток использования процента правильных или неправильных действий релейной защиты для оценки её надежности.

Например, в [8] предложено для этих целей использовать формулу (5):

где ΩИ – параметр потока излишних срабатываний (в простейшем случае – количество излишних срабатываний за год);
ΩЛ – параметр потока ложных срабатываний;
ΩО – параметр потока отказов в срабатывании релейной защиты;
ΩС – параметр потока заявок на срабатывание (т.е. количество повреждений защищаемого объекта в год).

Эта формула отличается от формулы (1) не только тем, что входящие в неё составляющие названы с использованием терминологии теории надежности.

Показатель D назван «процент неправильных действий» и поэтому логично предположить, что такой показатель должен дополнять процент правильных действий, рассчитанный по формуле (1), до 100%.

Однако из-за ряда различий (разные перечни срабатываний, различная их группировка и т.п.) этого не может быть и результаты, полученные по формулам (1) и (5) нельзя сопоставить между собой.

Обратим также внимание, что числитель и знаменатель в формуле (5) отличаются друг от друга всего только на dΩ = ΩС - ΩО , а не так, как в формуле (1).

В работе [8] предлагается для оценки эффективности функционирования использовать усредненный статистический показатель работы h, называемый процентом правильности действий:

h= hnc 100 / (hnc + hoc + hис + hлс), (6)

Где hпс - правильность срабатываний
hос – отказ в срабатываний;
hис – излишнее срабатывание;
hлс – ложное срабатывание.

В [8] написано, что данный показатель позволяет «…оценивать соответствие устройств РЗА предъявляемым требованиям, их надежность и пригодность для эксплуатации..».

Сравнение формул (1) и (6) показывает их идентичность, отличие состоит только в обозначении срабатываний. Поэтому все сказанное выше о невозможности оценки надежности релейной защиты на основе статистики различных срабатываний и несрабатываний применимо и для этой формулы.

Продолжением такого подхода может служить формула (7), предложенная в [7]:

В формуле приняты такие обозначения:

• МS1i – отказы реле i –го вида, не связанные с неправильными действиями релейной защиты, но требующие ремонта или замены «вышедших из строя» элементов и модулей;
• МDi - неправильные действия релейной защиты i –го вида, то есть излишние срабатывания при отсутствии аварийного режима или несрабатывание при аварийном режиме, не связанные с ошибками персонала;
• МРi – ошибки персонала, связанные с эксплуатацией, тестированием и программированием реле i –го вида, влияющие на правильность действия релейной защиты, выявленные до наступления неправильного действия защиты или после него.
• Ni – количество реле i-го вида, находящихся в эксплуатации в рассматриваемый период времени.

На самом деле, в этой формуле к надежности реле в смысле, установленном стандартом [9], имеет отношение только компонент МS1i .

Все остальные компоненты этой формулы так или иначе связаны с «ошибками персонала» и не могут в таком виде характеризовать надежность технического устройства.

Некорректность введения такого показателя видна и в его определении, предлагающего учитывать ошибки персонала учитывать в зависимости от их выявления.

Выводы

1. Предложенные в разных работах формулы (1) – (7), основанные на арифметическом учете в том или ином виде различных видов срабатываний или несрабатываний реле защиты не позволяют оценить их надежность в смысле, установленном в стандарте [9].
2. Для статистической оценки работы устройств релейной защиты следует использовать только формулу (1) из инструкции [6].

Литература

1. Гондуров С.А., Захаров О.Г. Определение наработки на отказ по результатам эксплуатации. //Электронный ресурс. Режим доступа:http://rza.org.ua/article/read/Opredelenie-narabotki-na-otkaz-po-rezul-tatam-ekspluatatsii--Gondurov-S-A---Zaharov-O-G-_77.html// Печатный вариант статьи опубликован в журнале СТА (Современные технологии автоматизации) №3 за 2010 год на с. 88 под названием «Способ оценки наработки на отказ по результатам эксплуатации для устройств релейной защиты и автоматики»
2. Захаров О.Г. Показатели надёжности блоков частотной автоматики БМАЧР в цифрах и фактах//Электронный ресурс. Режим доступа:http://rza.org.ua/article/read/Pokazateli-nad-zhnosti-blokov-chastotnoy-avtomatiki-BMACHR-v-tsifrah-i-faktah_80.html
3. Захаров О.Г. Требование на срабатывание. // Электронный ресурс. Режим доступа:http://rza.org.ua/article/read/Trebovanie-na-srabatyvanie--Zaharov-O-G.html
4. Захаров О.Г. Ложное срабатывание // Электронный ресурс. Режим доступаhttp://www.energoboard.ru/articles/3040-lognoe-srabativanie.html
5. РД 34.35.310-97 Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. // М.: ОРГРЭС, 1997, 36 с
6. РД 34.35.516-89 Инструкция по учету и оценке работы релейной защиты и автоматики электрической части энергосистем http://www.opengost.ru/9411-rd-34.35.516-89-instrukciya-po-uchetu-i-ocenke-raboty-releynoy-zaschity-i-avtomatiki-elektricheskoy-chasti-energosistem.html
7. В.И.Гуревич. Микропроцессорные реле защиты. Устройство, проблемы и перспективы. М.: «Инфра-инжиниринг», 2011, 336 с.
8. А. Шалин. Микропроцессорные реле защиты: необходим анализ эффективности и надежности// Новости электротехники, №2 (38), 2006, С. // Электронный ресурс. Режим доступа:http://www.news.elteh.ru/arh/2006/38/13.php
9. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1991.
10. Функции релейной защиты и автоматики и основные требования, предъявляемые к этим устройствам// Электронный ресурс. Режим доступа:http://relay-protection.ru/content/view/285/58/

[1]Названия показателей приведены в том виде, в каком они записаны в [5].
[2]Информация о причинах ложных срабатываний приведена в [4].
[3]Цитируется по [7]
[4]См.:http://rzia.ru/topic85-filosofiya-zashchit-generatorov-p4.html