ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

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:

,

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.

Общая причина

Сфера действия

События общего характера

1

Внешние природные воздействия

Все

А1, А2, А3, А4, А6

2

Физическая диверсия

Все

А3, А4, А6

3

Электронная диверсия

Диспетчерский пункт

А5, А11, А12

               

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 li и интенсивностей восстановлений mi элементов системы. Примем что li=const и mi =const. Величины li и mi 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.

Отказ

Частота возникновения отказа в год (l)

1

Частый

> 1     

2

Вероятный

1-10-2

3

Возможный

10-2-10-4

4

Редкий

10-4-10-6

5

Практически невероятный

< 10-6     

 

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 mi =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.

 

Поступила в редакцию 10.09.2008 г.

2006-2017 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.