Классификация отказов элементов технических систем

Как уже отмечалось, отказом называется потеря работоспособности, т.е. переход в состояние, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

По характеру возникновения отказы связаны либо с поломкой отдельных элементов при функционировании, либо с изменением параметров до недопустимых пределов. Для энергетических установок отказы связаны со снижением располагаемой мощности или параметров электрической и тепловой энергии.

Для различения отказов их классифицируют. Различают классификацию

отказов математическую (вероятностную) и классификацию инженерную (физическую).

По причинам отказов можно разделить отказы на случайные и систематические.

Случайные отказы могут быть вызваны перегрузками, дефектами материалов и изготовления, ошибками персонала, сбоями. Чаще всего проявляются в неблагоприятных условиях эксплуатации.

Систематические отказы возникают по причинам, вызывающим постепенное накопление повреждений (время, температура, облучение). Они выражаются в виде износа, старения, коррозии, залипания, утечки и т.д.

По характеру проявления отказы подразделяются на внезапные (мгновенные) и постепенные (накопление повреждений растянуто во времени).

Отказы внезапные – поломки.

Отказы постепенные – износ, старение.

Попричинам возникновения отказы бывают конструкционные, технологические, эксплуатационные. Отказы нельзя смешивать с дефектами.

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие объекта требованиям, установленным нормативной документацией. Этот термин применяем ко всем видам промышленной и непромышленной продукции.

Полный отказ ведет к полной потере работоспособности.

Частичный отказ ведет к частичной потере работоспособности.

Математическая классификация отказов:

Постепенные отказы развиваются во времени и связаны со старением, износом, усталостной прочностью и другими факторами изменения свойств материала.

Внезапные отказы – на вероятность их появления не влияет время предыдущей работы.

Совместные отказы – отказы элементов объекта, которые могут одновременно появиться в количестве двух и более.

Несовместные отказы – отказы, из которых никакие два не могут по-

явиться вместе.

Независимые отказы – вероятности их появления не зависят друг от друга.

Зависимые отказы – вероятность появления одного отказа связана с вероятностью появления другого.

Инженерная классификация отказов:

1. По моменту выявления:

– до выполнения функций;

– во время выполнения функций.

2. По последствиям:

– без последствий;

– приводит к невыполнению функций;

– приводит к происшествиям.

3. По причинам:

– конструктивно-производственные ошибки:

– ошибки оперативного персонала;

– внешние или случайные причины.

4. По способу устранения:

– восстановление работоспособности на месте эксплуатации:

– частичный ремонт в ремонтных службах;

– капитальный ремонт;

– списание объекта.

Кроме понятия отказ, в прикладной теории надежности и на практике могут использоваться другие понятия, связанные с нарушением работоспособности объекта:

Поломка – повреждение объекта, которое может быть устранено силами

экипажа или ремонтных служб, не влекущее гибели людей.

Происшествие – событие, связанное с нарушением функционирования

объекта вследствие его разрушения или повреждения.

Авария – полное разрушение объекта или такое его повреждение, что восстановление либо невозможно, либо нецелесообразно (но не влечет гибели людей).

Катастрофа – полное или частичное разрушение объекта, влекущее гибель хотя бы одного человека (если смерть людей в результате происшествия наступает в течение 10 суток после него).

Различают отказы: явные и скрытые, полные и частичные. В том случае, когда работа энергетической установки прекращается из-за появления дефектов оборудования, происходит полный явный отказ. Установка полностью теряет работоспособность, причем это событие отражается в оперативной документации.

Если из-за дефектов отдельных агрегатов располагаемая мощность установки снижается ниже мощности, заданной диспетчерским графиком нагрузки, но при этом остается выше минимально допустимой, и установка не выводится из работы, то такое событие также фиксируется в оперативной документации. Происходит частичный явный отказ.

В том случае, если вследствие появления дефектов элементов оборудования располагаемая мощность установки снизилась до величины, превышающей в данный момент времени диспетчерскую нагрузку, то такое событие может не фиксироваться, для потребителей электрической и тепловой энергии отказ остается незамеченным. Иногда об этом не подозревают и сами работники, обслуживающие установку. Это случай частичного неявного отказа.

Полный неявный отказ может произойти в том случае, если оборудование находится в резерве, т.е. предполагается, что по указанию диспетчера через определенное время установка может быть загружена до максимально допустимой мощности. Появление дефектов, которые не позволяют включить установку в работу, приводит к полному отказу, но внешне этот дефект может не проявиться. Такие отказы иногда не фиксируются, если устранение дефектов происходит во время нахождения установки в резерве.

Одна из возможных укрупненных схем классификации отказов приведена на рис.1.3. Более подробная схема классификации отказов, соответствующая ГОСТ 27.002-89, приведена на рис.1.4.

 

Рис.1.3. Укрупненная схема классификации отказов

Рис.1.4. Схема классификации отказов по ГОСТ 27.002-89

Применяющееся в теории надежности понятие «отказ» в практике эксплуатации электрических станций и сетей подразделяется на три термина:

- авария;

- отказ;

- потребительское отключение.

В свою очередь различают отказы 1-й и 2-й степеней. Аварии и отказы учитываются и расследуются.

Внеплановый вывод оборудования из работы или резерва или сброс нагрузки классифицируются по указанным терминам в зависимости от степени нарушения энергоснабжения потребителей, характера повреждения, объема и продолжительности ремонта (посмотреть инструкцию).

Повреждения оборудования, происшедшие во время плановых ремонтов, учитываются как аварии или отказы в зависимости от восстановительного ремонта этого оборудования.

Внеплановый вывод из работы оборудования по оперативной заявке для устранения мелких дефектов (набивка сальников, расшлаковка котлов, устранение утечек масла, замена прокладок и т.д.), выявленных при профилактических осмотрах, аварией или отказом не считается, если он не привел к нарушению диспетчерского графика. Он учитывается только в цеховой документации.

По каждому зафиксированному отказу проводится служебное расследование. Основными задачами расследования являются:

- технически квалифицированное установление причин и виновников нарушений;

- разработка организационных и технических мероприятий по восстановлению работоспособности поврежденного оборудования;

- разработка мероприятий по предупреждению подобных нарушений в будущем;

- разработка мероприятий по повышению ответственности персонала энергопредприятий за выполнение мер, обеспечивающих бесперебойное и надежное энергоснабжение потребителей.

Учет аварий и отказов ведется со дня приемки оборудования и сооружений в эксплуатацию, т.е. со дня подписания акта приемочной комиссией. При этом составляется специальная отчетная карта 2-тех. Случаи повреждения оборудования, выявленные до приемки в эксплуатацию, а также во время плановых ремонтов и испытаний, не включаются в отчетную форму 2-тех, но они обязательно учитываются в цеховой документации и картах отказов. При выходе из планового ремонта учет аварий и отказов для тепломеханического оборудования ведется с начала подъема давления, для турбин и других вращающихся механизмов – с момента выхода на номинальные обороты.

Станционной аварией считается нарушение режима ее работы, вызвавшее:

- перерыв электроснабжения потребителей первой категории на время более 20 мин или потребителей второй категории на время более 10 ч;

- перерыв в подаче от ТЭЦ технологического пара предприятиям первой категории на срок более 2 ч или предприятиям второй категории на время более 10 ч;

- недоотпуск потребителям электроэнергии в количестве более 50000 КВт•ч или теплоты в количестве более 400 Гкал независимо от продолжительности перерыва;

- полный сброс электрической нагрузки на ГРЭС с установленной мощностью 500 МВт и выше или электрической и тепловой нагрузки на ТЭЦ с установленной мощностью 100 МВт и выше.

Отказом в работе 1-й степени считается нарушение режима работы электростанции, вызвавшее:

- перерыв электроснабжения потребителей второй категории на срок от 1 до 10 ч или потребителей третьей категории на срок более 10 ч;

- перерыв в подаче от ТЭЦ технологического пара предприятиям первой категории на срок от 30 мин до 2 ч или предприятиям второй категории на срок от 2 до 10 ч;

- недоотпуск потребителям электроэнергии в количестве от 5000 до 50000 КВт•ч или теплоты в количестве от 50 до 400 Гкал независимо от продолжительности перерыва;

- полный сброс электрической нагрузки на ГРЭС с установленной мощностью от 100 до 500 МВт или электрической и тепловой нагрузки на ТЭЦ с установленной мощностью от 25 до 100 МВт.

Отказом в работе 2-й степени считается нарушение режима работы электростанции, вызвавшее:

- повреждение оборудования, требующего восстановительного ремонта менее 3 сут.;

- недоотпуск потребителям электроэнергии в количестве от 500 до 5000 КВт•ч или теплоты в количестве от 20 до 50 Гкал независимо от продолжительности перерыва.

Аварии и отказы классифицируются по вине оперативного персонала, если они вызваны неправильными его действиями, нарушениями им правил технической эксплуатации (ПТЭ), техники безопасности (ПТБ), правил взрыво- и пожарной безопасности эксплуатации (ПВПБ) или нарушениями производственных инструкций.

По вине ремонтного персонала аварии и отказы классифицируются вследствие некачественного ремонта, неполноценных профилактических осмотров и контроля оборудования, неправильных действий и нарушений правил производства ремонтных работ (РДПр) и требований ПТЭ, ПТБ, ПВПБ.

По вине руководящего персонала аварии и отказы классифицируются вследствие непринятия своевременных мер по устранению аварийных очагов и дефектов оборудования, невыполнения направленных на повышение надежности работы оборудования директивных указаний вышестоящих органов, несвоевременного или проведенного в недостаточном объеме ремонта или профилактического испытания оборудования, невыполнения противоаварийных циркуляров, нарушения ПТЭ, ПТБ, ПВПБ, руководящих указаний по организации работы с персоналом.

Аварии и отказы по вине других организаций классифицируются лишь при наличии достаточного обоснования с участием представителей этих организаций в расследовании. Их причинами могут быть низкокачественное изготовление оборудования, недостатки проектирования, некачественное выполнение строительных, монтажных, ремонтных и наладочных работ, несовершенство и дефектность конструкции.

Аварии и отказы по причине стихийных явлений могут классифицироваться лишь в том случае, когда характеристика этих явлений (толщина гололеда, скорость ветра и т.д.) превышают расчетные значения, предусмотренные проектом или существующими нормами.

Аварии и отказы по причине естественного износа (старение, изменение свойств материалов, усталостные явления, коррозия и др.) могут быть классифицированы лишь в том случае, если они не могли быть предотвращены в процессе эксплуатации.

Все аварии и отказы в работе на электростанциях и сетях регистрируются в картах отказов. В тех случаях, когда произошел останов энергоустановки, составляется акт расследования и отчет об авариях и отказах. В этих документах прилагаются поясняющие технологические схемы, чертежи и фотографии повреждения, ленты регистрирующих приборов, заключения о работе защит и автоматики, результаты металлографических и других исследований.

Заполненные оперативным персоналом карты отказов предоставляются ежесуточно на рассмотрение руководству предприятия и затем направляются в соответствующие производственные службы.

Каждая авария и отказ в работе, происшедшие на электростанции, должны быть тщательно расследованы. Должны быть установлены причины, виновники и определены конкретные мероприятия по предупреждению аналогичных случаев. Расследование нарушений должно быть начато немедленно после их происшествия и закончено в срок не более 10 дней.

Состав комиссии по расследованию регламентируется инструкцией в зависимости от масштаба нарушений. В случае серьезного повреждения оборудования в состав комиссии должны быть включены представители заводов-изготовителей, ремонтных организаций, специалисты по металлографии и расчетам на прочность, представители научно-исследовательских и наладочных организаций.

Карты отказов и акты расследования аварий и отказов направляются в трест «ОРГРЭС», в котором полученный со всех электростанций материал обобщается. Ежегодно выпускаются сборники по анализу работы и обзору повреждений тепломеханического оборудования.

В табл. 2.1. приведена одна из распространенных классификационных схем категоризации отказов по основным признакам.

Таблица 2.1

Основные классификационные признаки отказов

По типу:	отказы функционирования, при которых прекращается выполнение объектом основным функций
	отказы параметрические, при которых параметры объекта изменяются в недопустимых пределах
По природе возникновения:	случайные отказы – обусловлены непредсказуемыми перегрузками, дефектами материала, ошибками персонала, сбоями системы управления и т.п.
	систематические отказы – обусловлены закономерными явлениями, вызывающими постепенно накопление повреждений: усталость, износ, коррозия материалов и т.п.
Характер возникновения:	внезапный отказ – отказ, проявляющийся в резком (мгновенном) изменении характеристик объекта
	постепенный отказ – отказ, происходящий в результате медленного, постепенного ухудшения качества объекта
Внезапные отказы обычно проявляются в виде механических повреждений элементов (трещины – хрупкое разрушение, пробои изоляции, обрывы) и не сопровождаются предварительными видимыми признаками их приближения. Внезапный отказ характеризуется независимостью момента наступления от времени предыдущей работы. Постепенные отказы - связаны с износом деталей и старением материалов
Причина возникновения:	конструкционный отказ, вызванный недостатками и неудачной конструкцией объекта
	производственный отказ, связанный с ошибками при изготовлении объекта по причине несовершенства или нарушения технологии
	эксплуатационный отказ, вызванный нарушением правил эксплуатации

Окончание табл. 2.1

Характер устранения:   Характер устранения:	устойчивый отказ
	перемежающийся отказ (возникающий/исчезающий). Последствия отказа: легкий отказ (легкоустранимый)
	средний отказ (не вызывающий отказы смежных узлов – вторичные отказы)
	тяжелый отказ (вызывающий вторичные отказы или приводящий к угрозе жизни и здоровью человека)
Дальнейшее использование объекта:	полные отказы, исключающие возможность работы объекта до их устранения;
	частичные отказы, при которых объект может частично использоваться
Легкость обнаружения:	очевидные (явные) отказы
	скрытые (неявные) отказы
Время возникновения:	приработочные отказы, возникающие в начальный период эксплуатации
	отказы при нормальной эксплуатации
	износовые отказы, вызванные необратимыми процессами износа деталей, старения материалов