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.‬‬