Расчет структурной надежности систем

Пусть объект (система) состоит из отдельных элементов, известны также показатели надежности каждого из них. Тогда возникает задача расчета показателей надежности системы по известным показателям надежности элементов.

Возможны два подхода: расчеты структурной и функциональной надежности систем. Деление на подходы чисто условное и отличается лишь числом допущений и, следовательно, степенью сложности расчетов. При расчете функциональной надежности влияние надежности каждого элемента на систему рассматривается с учетом выполняемых им функций. Поэтому отказ некоторых элементов может приводить не к полному, а лишь к частичным отказам системы. В состояниях частичных отказов система продолжает работать с пониженными показателями качества функционирования. При расчете структурной надежности отказ любого элемента, если он хоть как-то влияет на пропускную способность системы, считается отказом всей системы.

Введем определение пропускной способности объекта. Любой технический объект можно рассматривать как черный ящик, имеющий вход и выход. В общем случае, когда объект исправен, при подаче сигнала на вход на выходе также возникает сигнал. Например, для тяговой подстанции сигнал – это электрическая энергия. Если подстанция исправна, то при подаче напряжения на шины входного распределительного устройства на шинах выходных устройств также появится напряжение. Если все элементы подстанции исправны, то количество электроэнергии, которое она может преобразовать, будет соответствовать паспортным (проектным) значениям.

Если откажет система регулирования напряжения, то часть показателей качества функционирования будет нарушена. Будет нарушена частично и пропускная способность объекта «тяговая подстанция». Т.е. пропускная способность системы зависит от состояния элементов.

При расчете функциональной надежности это событие классифицируется как частичный отказ, при расчете структурной надежности – как отказ всей системы. Разную пропускную способность могут иметь и отдельные элементы. Так, нормальное электроснабжение потребителей может быть обеспечено только при параллельной работе двух трансформаторов. Отказ любого из них приведет к перегрузке оставшегося. Это потребует либо снизить нагрузки, либо ограничить время питания потребителей. В данном случае пропускная способность одного элемента (трансформатора) меньше единицы.

При расчете структурной надежности пропускная способность каждого элемента считается равной единице.

Для расчета структурной надежности систем необходимо правильно составить структурную схему надежности. Под структурной схемой надежности понимается наглядное (графическое) представление условий, при которых работает или не работает исследуемая система. При составлении структурной схемы надежности важно не забывать о соединениях между элементами и включать их в схему в качестве отдельных элементов.

Простейшей формой структурной схемы надежности является параллельно-последовательная структура. На ней параллельно соединяются элементы, совместный отказ которых приводит к отказу системы. В последовательную цепочку соединяются такие элементы, отказ каждого из которых приводит к отказу объекта.

Рассмотрим гирлянду изоляторов. Электрически и механически элементы (изоляторы) такой системы соединены последовательно. Если рассматриваются отказы типа «механический обрыв», то в этом случае соединение элементов по надежности будет также последовательным, поскольку обрыв одного изолятора приводит к расцеплению (отказу) всей гирлянды. Но если в той же гирлянде рассматривается отказ типа «пробой изолятора», то соединение по надежности уже будет параллельным, так как пробой одного изолятора не приводит к отказу всей гирлянды.