Transcript Slide 1
به نام خدا
تحليل مدهاي خرابي و اثرات آن
(Failure Mode & Effect Analysis)
Substation
BRK
M1
L1
C1
F1
S1(NC)
900 Customers,
1800 kVA
M2
550 Customers,
1100 kVA
C2
L2
L3
د ک ت ر ع ل ي رض ا ف ري د ون ي ا ن: ا را ی ه
F2
S2(NC)
د ا ن ش گ ا ه ص ن ع ت ی خ وا ج ه ن ص ي ر ا ل د ی ن ط وس ی
1391 مهر
M3
125 Customers,
300 kVA
C4
L4
L5
F3
S3(NO)
C3
450 Customers,
825 kVA
انگيزه هاي اصلي ارزيابيهاي كمي قابليت اطمينان:
اخذ بهترين تصميم ها در چگونگي بهبود عملكرد سيستم ،چگونگي
مديريت مصالحه ها بين مالحظات فني ،اقتصادي و ايمني.
ارزيابي كمي ريسك و احتمال وقوع رخدادهاي نامطلوب و
شدت عواقب آن براي رقابت شركتهاي برق ضروري شده
است.
مقدمه
بخش اول
روشهاي ارزيابي قابليت اطمينان در سیستم ها
روشهاي ارزيابي قابليت اطمينان
قابليت اطمينان سيستم برحسب تركيب منطقي احتمال وقوع رخدادهاي تصادفي در سيستم
ارزيابي مي شود ،و اين مبنا در همه روشهاي مختلف ارزيابي قابليت اطمينان مشترك است.
مدلسازي شبكه اي ()Network Modeling
2
1
3
مدلسازي ماركوف ()Markov Modeling
ازكار
افتاده
شبيه سازي مونت كارلو ()Monte Carlo Simulation
عملكرد
صحيح
مدلسازي شبكه
)Network Modeling(
سيستمهاي سري
• از ديدگاه قابليت اطمينان براي عملكرد صحيح يك سيستم
سري بايد همه عضوهاي آن در حال كار باشد و بنابراين از كار
افتادن هر عضو موجب از كارافتادگي سيستم مي شود.
2
1
احتمال ازكارافتادگي سيستم =Q
احتمال عملكرد سيستم (قابليت اطمينان) =R
• سيستمهاي سري ضعيف ترين نوع ساختاري سيستمها از
نقطه نظر قابليت اطمينان محسوب مي شوند.
بعلت كوچك بودن Q
سيستمهاي موازي
از ديدگاه قابليت اطمينان ،يك شبكه موازي با عملكرد حداقل يك عضو سالم عملكرد
انتظاري خود را خواهد داشت.
1
2
سيستم متوالي با nعضو:n
-سيستم موازي با nعضو:
2
1
1
2
n
سيستمهايي
با nعضو
مثال :سيستم سري -موازي
مفروضات مساله:
حل:
2
1
3
Q1 = 0.01
Q2 = 0.02
Q3 = 0.03
Solution (cont’d)
: احتمال رخداد خرابي در سيستم
: قابليت اطمينان سيستم برابر است
which is also equal to RSYS = 1 – QSYS
As shown in this example, the system probability of failure
and reliability are dominated by the series component 1
i.e. a series system is as good as its weakest link
ارزيابي قابليت اطمينان در سيستم هاي پيچيده
از آنجا كه ساختار عموم سيستمها به سادگي سيستمهاي سري يا موازي نيست ،براي مدلسازي
و ارزيابي قابليت اطمينان آنها شيوه هاي ديگري نياز است:
تحليل كات ست()Cut Set Analysis تحليل تاي ست ()Tie Set Analysis درخت خطا ()Fault Tree اين روشها همگي در زيرمجموعه روش مدلسازي شبكه قرار مي گيرد.
كات ست ()Cut Set
C
كات ست (:)Cut Set
F
تعريف 1
مجموعه اي از اجزاء سيستم كه خرابي همه آنها موجب خرابي سيستم مي شود:
D
A
E
B
}… {F, AB, CD, AED, BEC,
تعريف 2مينيمال كات ست (:)Cut Set
زيرمجموعه اي از كات ست ها كه حتي در صورت عملكرد يكي از آنها نمي توان با قطعيت خرابي
سيستم را نتيجه گرفت:
}{F, AB, CD, AED, BEC
بر اساس مدهاي خرابي سيستم عمل مي كند.
مجموعه انقطاع ()Cut Set
در سيستم هاي پيچيده بايد با الگوريتمي MCSرا بدست آورد.
مجموعه تاي ست ()Tie Set
مكمل روش كات ست است.
بر اساس مدهاي درستي سيستم عمل مي كند.
تشكيل همه مسيرهاي اتصال غيرتكراري و متوالي
عناصري كه عملكرد صحيح آنها موجب عملكرد
سيستم مي شود.
C
F
T4
B
F
C
A
F
D
B
F
D
E
A
F
C
E
B
T2
T3
E
D
T1
)Rsys = P(T1 U T2 U T3 U T4
A
درخت خطا ()Fault Tree
روش ي تصويري براي نمايش دالئل خرابي و ريشه هاي رخداد هر خرابي در يك تجهيز يا سيستم.
ابزاري است جهت ارزيابي هاي كيفي رفتار تجهيز يا سيستم از نقطه نظر قابليت اطمينان ،كه
با استفاده از اطالعات مربوط به قابليت اطمينان اجزاء و روند منطقي رخداد خرابي ،از پائين
ترين سطح به باال ،نهايتا به ارزيابي كمي قابليت اطمينان سيستم منجر خواهد شد.
اين شيوه نوع خاص ي از خرابي را به عنوان حادثه نهايي ( )Top eventدر نظر مي گيرد .تركيب
و توالي ساير رخدادها كه منجر به وقوع حادثه نهايي مي شود ساختار درخت معايب را بوجود
مي آورد.
مثال :تشكيل درخت خطا براي يك سيستم حفاظتي
سيستم حفاظتي شامل :بركر ،رله ،CT ،باتري و سيم كش ي-كنترلي. -حادثه نهايي فرض ي :سيستم حفاظتي نتواند خطا را حذف كند.
حادثه نهايي
سيستم حفاظتي
خطا را حذف نكند
گيت منطقي
حوادث مبنا
خرابي سيمكش ي
خرابي باتري خرابي رله
خرابي CTخرابي بركر
مدلسازي به روش ماركوف
روش ي براي مدلسازي رفتار اتفاقي سيستم.
ازكار
افتاده
λ
عملكرد صحيح
µ
تعريف :MTTF 1مدت زمان ميانگين تا وقوع خرابي در سيستم.
تعريف 2نرخ خطا ( :)λآهنگ ازكارافتادگي
تعداد ازكارافتادگي سيستم در يك محدوده زماني
محدوده زماني كه سيستم در حال كار بوده
=MTTF
1
λ
=λ
ثابت مي شود
مدلسازي به روش ماركوف
روش ي براي مدلسازي رفتار اتفاقي سيستم.
ازكار
افتاده
λ
عملكرد صحيح
µ
تعريف :MTTR 3مدت زمان ميانگين تعمير سيستم
تعريف 4
نرخ تعمير ( :)µآهنگ تعمير
تعداد تعميرات موفق در يك محدوده زماني T
محدوده زماني كه سيستم در حال تعمير بوده در يك محدوده زماني T
1
=MTTR
=r
µ
مقدار µبسيار بزرگتر از λاست زيرا سيستم بايد در وضعيت نرمال عملكرد خود باشد.
=µ
ثابت مي شود
تحليل مدهاي خرابي و اثرات آن)(FMEA
تعريف ها
تعريف 1
مدهاي خرابي ()Failure Mode
جزء يا تركيبي از اجزاء شبكه ،يا بطور كلي راههايي كه موجب خرابي و عدم عملكرد سيستم مي شود.
تعريف 2
تحليل مدهاي خرابي و اثرات آن )(FMEA
تكنيكي براي درك رفتار اجزاء سيستم از نقطه نظر قابليت اطينان ،كه بر بررس ي اثر خرابي اجزاء بر اجزاء ديگر و
كل سيستم استوار است.
هدف از مطالعات :FMEA
اعمال عملياتي براي شناسايي و كاهش
خرابي
هاي شبكه با درنظرگرفتن باالترين اولويت براي آنها.
مراحل اصلي FMEA
تعريف سيستم (شبكه) .شامل محدوده سيستم ،توابع داخلي آن و سطوح مشترك با عوامل اثرگذار خارجي،
عملكرد مطلوب سيستم و تعريف خرابي در آن.
شناسايي مدهاي خرابي بالقوه در سيستم .شامل تعيين همه مسيرهايي كه منجر به رخداد خرابي در هريك از
توابع عملكرد سيستم مي شود.
تعيين اثرات و عواقب ناش ي از رخداد هر يك از مدهاي خرابي .تعيين عواقبي كه پس از وقوع هر مد خرابي به
سيستم تحميل مي شود.
رتبه بندي اثرات منفي .شامل تعيين حساس و بحراني ترين اجزاء سيستم كه از مدهاي خرابي اثر مي گيرند و
موجب مخدوش شدن عملكرد كل سيستم مي شوند.
تعيين تمام ريشه هاي بالقوه مدهاي خرابي.
تعيين روشهاي رديابي و شناسايي ريشه هاي بالقوه در وقوع مدهاي خرابي.
رسيدن به روشهاي پيشنهادي ممكن جهت حذف ريشه هاي خرابي يا كاهش حساسيت سيستم به آنها.
نمونه اي از مطالعات FMEAدر ترانسفورماتور
گام اول
تعريف سيستم (تعيين اجزاء مختلف براي تعيين مدهاي خرابي ترانسفورماتور):
ترانسفورماتور
تپ چنجر
روغن و
خنك كن
هسته
مخزن
سيم پيچها
بوشينگ
گام دوم
تشكيل درخت خطا براي تك تك اجزاء ترانسفورماتور
درخت خطا در هسته ترانسفورماتور
وظيفه هسته شارش شار مغناطيس ي است.
مد خرابي :كاهش بازده ترانسفورماتور
وقوع خرابي در هسته
افت بازده
نقص مكانيكي
جابجايي فوالد هسته حين
شكل گيري
De
Magnetization
درخت خطا
در سيم پيچهاي ترانسفورماتور
خرابي سيم پيچيها
اتصال كوتاه
خرابي عايقها
ايجاد
سولفيد مس
نقص مكانيكي
رسيدن به
نقطه داغ
كيفيت
نامناسب روغن
جابجايي
ترانس
اضافه
ولتاژ گذرا
اتصال
كوتاه در
شبكه
نقص در
ساخت
رعد و
برق
درخت خطا در مخزن
خرابي مخزن
نشتي
آسيب تانك
نقص در مواد
Inelastic
Gasket
پيري
خوردگي
تعميرات ناكافي
نقص مكانيكي
افزايش فشار ناش ي
از توليد گاز
رعدوبرقPD /
كم توجهي حين
جابجايي مخزن
خرابي بوشينگ
درخت خطا در بوشيگنها
اتصال كوتاه
خطا در مواد
عايقي
آسيب مقره ها
نفوذ آب
بي دقتي
حين
بازرس ي
برخورد
اشياء نظير
سنگ
oوظيفه بوشينگها ايزوالسيون
الكتريكي بين مخزن و سيم پيچيها و
اتصال سيم پيچيها به شبكه قدرت
است.
Inelastic
Gaskets
پيري
oمهمترين مد خرابي بوشينگها اتصال
كوتاه است.
آلودگي
فقدان
تعميرات
درخت خطا در تپ چنجر ترانسفورماتور
-2تشكيل درخت خطا براي هر جزء.
بعنوان نمونه :تشكيل درخت خطا در تپ چنجر
• وظيفه تپ چنجر زير بار تنطيم ولتاژ سيم پيچهاست.
• از دو قسمت تشكيل شده است:
Diverter switchTap Selector -
هر يك از اين دو جزء يك مد خرابي تپ چنجر است.
مد خرابي 2
مد خرابي 1
خرابي سوئيچ
Diverter
خرابي
Tap Selector
خرابي
كنتاكت
عدم توانايي در تغيير
سطح ولتاژ
آلودگي روغن
اشكال مكانيكي
تعميرات
نامناسب
استفاده
نامناسب
پيري
خوردگي
تشكيل درخت خطا براي
اجزاي تپ چنجر
گام سوم
بدست آمدن درخت خطا در ترانسفورماتور
ادغام درخت خطاي تك تك اجزاء
و ايجاد درخت نهايي خطا در
ترانسفورماتور
ترانسفورماتور
خرابي
تپ چنجر
خرابي خنك
كن
خرابي هسته
درخت خطا
تپ چنجر
درخت خطا
خنك كن
درخت خطا
هسته
خرابي مخزن
خرابي
سيم پيچها
خرابي
بوشينگ
درخت خطا
مخزن
درخت خطا
سيم پيچها
درخت خطا
بوشينگ
گام چهارم
با بدست آمدن همه مدهاي خرابي ترانسفورماتور و
دالئل رخداد آنها ،در اين مرحله بايد هريك از اجزاء
و هريك از مدهاي خرابي آنها براساس حساسيت
پذيري وقوع خرابي در ترانسفورماتور ،رتبه بندي
شوند.
مطالعات سابقه گذشته خرابيهاي ترانسفورماتور
در اين رتبه بندي سودمند خواهد بود.
گام هاي بعدي
تا اينجا ارزيابيهاي كيفي مدهاي خرابي و اثرات آنها در
يك سيستم (ترانسفورماتور) مطالعه شد .در ادامه اين
اين مطالعات ،براي انجام ارزيابيهاي كمي از نقطه نظر
قابليت اطمينان الزم است نرخ خرابي تك تك املانها
محاسبه شوند و نهايتا قابليت اطمينان سيستم مورد
ارزيابي كمي قرار گيرد.
از نتايج اين محاسبات مي توان در اخذ استراتژيهاي بهتر
نگهداري و تعميرات بهره گرفت.