You are currently viewing Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования

Многолетняя практика эксплуатации рудничного взрывозащищенного электрооборудования (РВЗЭО) на угольных шахтах свидетельствует об имеющих место фактах повреждения его средств взрывозащиты (СВЗ), что приводит РВЗЭО в опасное для эксплуатации во взрывоопасной среде состояние. Наибольшее число повреждений СВЗ возникает, как показано в [1], при переносе РВЗЭО на новое место установки при продвигании горных работ.

В [2, 3] показано, что СВЗ РВЗЭО не обладают отказными признаками и поэтому к ним не могут быть применены показатели надежности по ГОСТ 27.002-89.

Обобщающим показателем свойств безопасности РВЗЭО является вероятность опасного состояния (ВОС) [2]. Этот комплексный показатель отражает как частоту повреждений СВЗ, так и длительность пребывания РВЗЭО в неисправном состоянии, т.е. в состоянии, когда его эксплуатация может привести к взрыву окружающей взрывоопасной среды или пожару.

Допустим, что РВЗЭО находится в исправном состоянии при одновременном наступлении двух независимых событий:

  • При восстановлении работоспособности РВЗЭО после отказов не будут допущены ошибки или преднамеренные действия персонала, приводящие его в опасное (неисправное) состояние (вероятность Рово)
  • При производстве демонтажно-монтажных работ (ДМР) при переносе РВЗЭО на новое место не будут допущены ошибочные или преднамеренные действия персонала, приводящие РВЗЭО в неисправное состояние (вероятность Ромд)

Считая вероятности этих событий независимыми, получим вероятность безопасного состояния РВЗЭО в виде:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 1

(1)

Тогда вероятность опасного состояния:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 2

(2)

Переходя к противоположным событиям, имеем:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 3

где

  • Р̅ово и Р̅омд — соответственно вероятности повреждения СВЗ при устранении отказов и при ДМР.

Доказано [4], что при идеальных условиях работы хорошо обученные операторы делают в среднем одну ошибку на 1000 операций, а при стрессовых ситуациях — одну на 10 операций. Применительно к РВЗЭО таких данных пока нет, а потому оценки Р̅ово и Р̅омд можно получить только на основе специальных исследований.

Для приближенных расчетов значения этих условных вероятностей можно принять в пределах 0,02-^0,07 и ввиду малости их произведением пренебрегаем.

Соответственно вероятность опасного состояния определится из соотношения:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 4

(3)

Для расчета вероятности Рово воспользуемся следующим приемом.

Пусть изделие состоит из П элементов, которые отказывают с вероятностями P(H1), Р(Н2), …,Р(Нn). Допустим, что события H1, Н2, Нn несовместимы (каждый раз отказывает только один элемент).

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 5

При восстановлении работоспособности i -го отказавшего элемента возможно повреждение СВЗ с вероятностью Р(ПСЗ/Н().

Вероятность нарушения СВЗ изделия найдем из формулы полной вероятности:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 6

(4)

Вероятности P(Hi) представляют собой распределения долей отказов по узлам или элементам и могут быть получены в результате обследования РВЗЭО или при их испытаниях.

В качестве примера ниже приведены доли отказов по узлам автоматов АФВ на напряжение 660 В, полученные на основе обследования (осмотров) этих аппаратов на шахтах Кузбасса:

  • Подгорание силовых контактов — 0,18
  • Отказ механизмов свободного расцепления — 0,12
  • Пробой изоляторов проходных контактных зажимов — 0,23
  • Перегорание отключающих катушек — 0,23
  • Повреждения рукояток, фланцев кабельных вводов — 0,06
  • Повреждения средств взрывозащиты — 0,14
  • Прочие повреждения — 0,4

Как видно отсюда, при повреждениях СВЗ, рукояток и фланцев кабельных вводов автоматы АФВ могли находиться в опасном для эксплуатации состоянии, а доля этих повреждений по отношению к общему числу повреждений и отказов составляет 0,06+0,14=0,2.

Вероятность опасного состояния определяют по формуле:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 7

(5)

где

  • Тос.ср — среднее время пребывания РВЗЭО в опасном для эксплуатации состоянии, ч
  • λ2 — интенсивность отказов, после которых при восстановлении работоспособности объекта (РВЗЭО) могут быть повреждены СВЗ, 1/ч.

Пусть оператор при демонтажно-монтажных работах с РВЗЭО выполняет m операций с вероятностью ошибки р в каждой из них. Появление хотя бы одной ошибки приводит к нарушению свойств безопасности РВЗЭО.

Тогда вероятность нарушения СБ при одной операции ДМР, т.е. вероятность того, что будет совершена одна ошибка при проведении одной операции, получим из соотношения:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 8

(6)

Вероятность же того, что РВЗЭО останется в исправном состоянии после проведения одной операции ДМР, т.е. ошибка не будет совершена и СБ не нарушатся, будет:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 9

(7)

При проведении N операций МДР за время Т вероятность нарушения СБ можно определить, предполагая, что для каждой из них исправные состояния являются независимыми событиями.

Следовательно, получим следующее выражение:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 10

(8)

Нарушения СБ, допущенные при демонтажно-монтажных работах из-за ошибочных или преднамеренных действий персонала, могут быть обнаружены и устранены либо при еженедельных осмотрах РВЗЭО, либо при проведении предусмотренных ПБ в угольных шахтах периодических ревизий (не реже раза в три месяца) лицами, назначенными главным энергетиком (главным механиком). В промежутках между еженедельными осмотрами, контрольными осмотрами и ревизиями возможна, как показывает практика, эксплуатация РВЗЭО с нарушенными СБ.

Обозначим периодичность осмотров и ревизий РВЗЭО через М(ТР), подчеркивая тем самым, что на практике возможны отклонения от установленной графиками периодичности ревизий.

Поэтому этот показатель характеризуется математическим ожиданием:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 11

где

  • m — число реализаций
  • Tpi — i-я фактическая периодичность осмотров и ревизии

С учетом этих замечаний вероятность Ромд опасного состояния РВЗЭО, вызванная нарушением СБ при производстве МДР будет:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 12

(9)

где

  • PT — вероятность опасного состояния из-за ошибок или преднамеренных действий персонала при ДМР
  • Т- рассматриваемое время

Зная Рoво и Ромд , можно найти вероятность опасного состояния рассматриваемого вида РВЗЭО по формулам (2) или (3). Заметим, что использование формулы (3) возможно, когда Р̅ово и Р̅омд имеют порядок менее 10-2.

При оценке СБ РВЗЭО в процессе проектирования важно сравнить его расчетные характеристики, которые могут быть получены по вышеизложенному методу, с фактическими показателями используемого в настоящее время РВЗЭО или его аналогами. Отметим, что вероятность безопасного состояния RИС конкретного РВЗЭО определяется по формуле произведения вероятностей RИС безопасного состояния отдельных компонентов (средств взрывозащиты).

Исходя из предположения следует, что безопасные состояния каждого из средств взрывозащиты одного вида электрооборудования являются событиями независимыми:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 13

(10)

где

  • n — число СВЗ на одном конкретном виде электрооборудования
  • RИСi -вероятность исправного состояния i-го СВЗ.

Вероятность опасного состояния вида электрооборудования определяется как величина обратная в вероятностном смысле вероятности исправного состояния.

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 14
Таблица 1 - Расчет вероятности повреждений СВЗ магнитного пускателя
Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 15

(11)

Среднее время восстановления исправного состояния TBC можно определить в виде показателя для каждого вида электрооборудования:

  • Для магнитных пускателей и автоматических выключателей — 1,3÷1,8 ч
  • Для электродвигателей до 160 кВт — 1,5÷2 ч
  • Для высоковольтных комплектных распредустройств — 1,5÷2,2 ч
  • Для трансформаторных подстанций — 1,5÷2,2 ч.

Рассмотрим пример расчета показателей свойств безопасности взрывозащищенного магнитного пускателя.

Пусть проведены 32 ревизии (N=32 N = 32 ) таких пускателей. Установлено М=9 видов повреждений СВЗ, которые не соответствуют чертежу СВЗ завода-изготовителя, т.е. пускатели, у которых выявлены поврежденные СВЗ, являются опасными для эксплуатации во взрывоопасной среде. Число выявленных гипотетических повреждений и расчет вероятности повреждений приведен в таблице.

Общую вероятность исправного состояния СВЗ магнитных пускателей получим в следующем виде:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 16

где

  • Pki — вероятность повреждения i -го вида СВЗ.

Отсюда вероятность опасного состояния СВЗ магнитного пускателя или вероятность пребывания в опасном для эксплуатации во взрывоопасной среде состоянии ROC=1-PИCO=0.35. Это означает, что на момент проведения ревизии из 32 магнитных пускателей 10 единиц (32 х 0.35 ≈ 11) могли эксплуатироваться с поврежденными СВЗ, т.е. находиться в опасном для взрывоопасной среды состоянии.

Если при модернизации магнитного пускателя за счет изменения конструкции или других мер обеспечено сохранение в исправном состоянии охранных колец, резиновых уплотнительных колец силовых и контрольных кабелей, заглушек на неиспользуемых кабельных вводах (как это сделано, например в РВЗЭО, импортируемого из Великобритании и Чехии, то число магнитных пускателей, которые могут эксплуатироваться с поврежденными СВЗ, уменьшится до 5 штук:

[32 * (1 — 0,988 * 0,988 * 0,953 * 0,965 * 0,95)] = 4,7.

Известно, что при производстве работ при первоначальном монтаже магнитного взрывозащищенного пускателя необходимо произвести операции на m=5 средствах взрывозащиты. Вероятность ошибки персонала при этом р=0.01 (одна ошибка на 100 операций). Вероятность недопущения ошибки составит q=0.99. При повреждении одного средства взрывозащиты магнитный пускатель должен быть выведен из эксплуатации, поскольку работа с поврежденными СВЗ запрещена, следовательно, к=1.

По формуле Бернулли получаем:

Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования 17

Следовательно, если будет произведен монтаж 20 пускателей, то один (20 х 0,048 = 0,96 ≈ 1) может пойти в эксплуатации с одним поврежденным СВЗ. Введение дополнительного контроля за состоянием СВЗ перед включением напряжения снижает вероятность ошибки до рпр = P1 x p2 = 0.01 x 0.01 = 0 .0001.

Вероятность повреждения СВЗ снижается до P15пр=0.00048, т.е возможно повреждение СВЗ на одном пускателе из 2000 смонтированных.

Изложенный метод может найти применение при оценке свойств безопасности РВЗЭО на стадии его разработки и эксплуатации.

Список литературы

  1. Разгильдеев Г.И., Ефременко В.М., Друй В.М. Характеристики и причины повреждаемости средств взрывозащиты рудничного взрывозащищенного электрооборудования. / В кн. IX Международная научно-практическая конференция. Энергетическая безопасность России. Тезисы докладов. Кемерово, 2007. — с.74-75.
  2. Разгильдеев Г.И., Друй В.М. Показатели безопасного функционирования рудничного врывозащищенного электрооборудования. // Вести. Кузбасского гос. тех. унив.„ 2008 , №3. С.64-68.
  3. Разгильдеев Г.И., Серов В.И. Безопасность и надежность взрывозащищенного электрооборудования. — М.: Недра, 1992. — 207 с.
  4. Дружинин Г. В. Анализ эргодигических систем. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — с.328.

Источник: Метод определения вероятности опасного состояния рудничного взрывозащищенного электрооборудования / Г.И. Разгильдеев, В.М. Друй // Вестник КузГТУ. — 2008. — №4. — C. 49-52

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org