Надежность технических средств автоматизированной системы диспетчерского управления электроснабжением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Надежность технических средств автоматизированной системы диспетчерского управления электроснабжением

Бандурин Иван Иванович, пспирант Псковского государственного политехнического института (ППИ)

Автоматизированные системы диспетчерского управления электроснабжением (АСДУЭ) обладают запасом живучести за счет избыточности структуры и возможности как автоматического, так и ручного управления. Однако при отказах группы элементов и критических внешних воздействиях не достигается требуемый уровень безопасности. Поэтому необходимо количественно оценить влияние внешних угроз на надежность АСДУЭ.

Технические средства АСДУЭ можно отнести к сложным системам, так как они содержат большое количество различных элементов (компьютеры, линии связи, приемные устройства, контроллеры и т.д.). Согласно [1] для сложных систем возможно применение следующих основных методов анализа надежности:

1. анализ дерева неисправностей (дерева отказов),

2. марковский анализ,

3. анализ с помощью сетей Петри.

Логико-вероятностный метод расчета надежности с использованием дерева отказов является дедуктивным методом и применяется в тех случаях, когда число различных видов отказов системы невелико. Этот метод широко распространился при исследованиях надежности технологических систем АЭС [2]. При анализе надежности технических средств, может быть учтена многофункциональность современных АСУ [3].

Основная сложность при использовании 2 и 3 методов связана с высокой размерностью математической модели. В общей случае число возможных R состояний, в которых может находиться система равно:

,

электроснабжение диспетчерский управление надежность

где k - число групп с различными возможными состояниями элементов,

Mi - число возможных состояний элементов k группы,

Ni - число элементов в k группе.

Поэтому системы высоких порядков сложности, которые состоят из десятков элементов в общем случае трудно исследовать.

Изберем в качестве базового логико-вероятностный метод расчета. Чтобы получить выражение логической функции отказа (ФО) для событий отказов АСДУЭ, необходимо построить дерево отказов.

Для построения дерева отказов, перечисляют все возможные отказы системы и определяют, какие блоки, элементы или узлы могут привести к отказу заданного вида. В ходе анализа строится дерево отказов.

Все состояния элементов АСДУЭ (отказ диспетчерского щита, отказ операционной системы и т.д.) будем обозначать буквой Ak, где k - присвоенный номер элемента системы. Логическую взаимосвязь между состояниями элементов АСДУЭ выражаем знаками конъюнкции и дизъюнкции.

Основой АСДУ является оперативно-информационный управляющий комплекс (ОИУК), включающий набор технических средств, предназначенных для сбора и передачи на диспетчерский пункт информации о состоянии основного оборудования системы, переработки, отображения и документирования информации (рис. 1).

ОИУК работает в реальном времени, с определенной цикличностью опрашивая датчики телесигнализации (ТС) и телеизмерений (ТИ) с помощью устройств распределительных пунктов (РП) телемеханики и передачи сигналов по линиям связи в приемные устройства (ПУ) телемеханики, установленные на диспетчерских пунктах.

Дерево отказов для технических средств АСДУЭ приведено на рис. 2. Передача телеинформации между энергообъектами и оперативно-информационным комплексом соответствующего диспетчерского центра, а также между оперативно-информационными комплексами смежных уровней управления должна быть обеспечена по двум взаиморезервируемым каналам [5]. Поэтому в дереве отказов рассматриваем только 2 канала связи. Отказ технических средств АСДУЭ происходит, при неисправности не менее 1/3 всех контроллеров ячеек, либо технических средств диспетчерского пункта, и системы телемеханики. Было рассмотрено влияние различных типов угроз. Которым соответствует 3 общих причины. Каждой причине соответствует набор событий общего характера, приведенных в табл. 1.

Таблица 1 - Общие причины, сфера действия и события общего характера

Рис. 1 - Схема работы технических средств в автоматизированной системе диспетчерского управления электроснабжением

ДЩ - диспетчерский щит, ОИУК - оперативно-информационный управляющий комплекс, ПУ - приемное устройство. Сигналы: ТИ - телеизмерения, ТС - телесигнализации, ТУ - телеуправления.

Рис. 2 - Дерево отказов технических средств автоматизированной системы диспетчерского управления электроснабжением

Полученная логическая ФО будет:

Она включает в себя 10 минимальных сечения отказов (МСО). Определим di как все исходные события, происходящие в i-м МСО в момент t. Конечное событие Yотказа можно выразить через di в виде:

,(1)

где Nc=10 общее число МСО.

Вычислим коэффициент простоя qc(t) и коэффициент готовности системы Кг.с.(t). Коэффициент готовности системы Кг.с.(t) - вероятность того, что конечное событие не произойдет в момент времени t, т.е. вероятность успешного функционирования системы. Коэффициент простоя системы qc(t) - вероятность того, что конечное событие произойдет в момент времени t, т.е. вероятность отказа системы.

Для получения количественных оценок необходимо знать величины интенсивностей отказов i и интенсивностей восстановлений i элементов системы. Примем что i=const и i =const. Величины i и i определяем по статистическим и справочным данных или экспертным методом. При использовании экспертного метода можно воспользоваться данными табл. 2 взятыми из [4].

Таблица 2 - Частоты возникновения различных видов отказов в год

Коэффициент простоя системы определяем [2], как

(2)

Проще найти коэффициент простоя, используя крайние оценки (нижний и верхний предел). Точность при этом снижается.

Выражение (2) может быть преобразовано в следующее неравенство:

(3)

Вероятность того, что событие Ai находятся в состоянии отказа в момент времени t:

(4)

В случае n исходных событий A1, … An вероятность того, что A1, … An находятся в состоянии отказа в момент времени t, при действии общей причины вычисляем по формуле [2]:

(5)

где h - интенсивность отказов по общей причине (табл. 1).

Формулы (3) и (4) справедливы, как для восстанавливаемых элементов, так и для невосстанавливаемых элементов. Для невосстанавливаемых элементов в формулах (3) и (4) интенсивность восстановлений i =0.

Если вычислен коэффициент простоя, то коэффициент готовности системы найдем по формуле:

Предложена новая методика для определения коэффициента готовности и простоя АСДУЭ, учитывающая возникновение событий общего характера. Определение вероятности множественных отказов группы элементов при критических внешних воздействиях позволяет условно прогнозировать данные события и вводить своевременные профилактические мероприятия. Это способствует повышению надежности и безопасности проектируемых систем АСДУЭ.

Литература

1. ГОСТ Р 51901.5-2005/ Менеджмент риска. Руководство по применению методов анализа надежности.

2. Гук Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике: Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. - С. 87-169.

3. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных систем. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1977. - С. 451 - 454.

4. РД 03-418-01 Методические рекомендации по проведению анализа риска опасных производственных объектов. Документы межотраслевого применения по вопросам промышленной безопасности, охраны недр. Госгортехнадзор России, 2001. - С. 9 - 10.

5. Федеральный закон. Специальный технический регламент: «О безопасности технических систем диспетчерского управления энергосистемами». - С. 12.

Размещено на Allbest.ru