Что такое коэффициент готовности. Надежность и безопасность технических систем: Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССРГЛАВНОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОСИСТЕММЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО РАСЧЕТУ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ГОТОВНОСТИ К РАБОТЕ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
И ЭНЕРГОСИСТЕМ

СЛУЖБА ПЕРЕДОВОГО ОПЫТА ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОСИСТЕМ ОРГРЭСМОСКВА 1976

Составлено общестанционным отделом Главтехуправления Минэнерго СССР

Настоящие Методические указания являются вторым изданием «Методических указаний и инструкции о порядке подсчета показателей готовности к работе электростанций и энергосистем» (СЦНТИ ОРГРЭС, 1975). Во втором издании устранены имевшиеся недостатки, уточнены определения и способы расчета некоторых показателей, учтен опыт работы по новой системе планирования. Авторы выражают благодарность всем организациям и отдельным лицам, приславшим свои замечания, а также тт. Свистунову А.С. и Ильинскому А.В., принявшим участие в редактировании Методических указаний. Предложения по дальнейшему совершенствованию Методических указаний и замечания, возникшие при подсчете коэффициентов готовности к работе энергооборудования, следует направлять по адресу: 103074, Москва, К-74, Китайский проезд, д. 7, Главтехуправление Минэнерго СССР.

УТВЕРЖДАЮ:

Начальник Главтехуправления

Л.А. ТРУБИЦЫН

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Показатель готовности к работе электростанций и энергосистем служит для оценки полноты и длительности использования оборудования в целях электро- и теплоснабжения, уровня эксплуатации энергооборудования и эффективности проведенного на нем ремонта, а также характеризует степень совершенства и качество монтажа вновь вводимой техники. 1.2. Готовность к работе отдельных агрегатов электростанций определяется временем, нахождения агрегатов в работе и резерве и оценивается с помощью коэффициента готовности. 1.3. Плановый (фактический) коэффициент готовности агрегата к работе определяется по формуле

(1)

Где Т кал - календарный отрезок времени, на который планируется готовность оборудования к работе, ч; - планируемая (фактическая) продолжительность всех ремонтов в течение рассматриваемого периода, ч. 1.4. электростанции (энергосистемы, объединенной и Единой энергосистем) определяется как средневзвешенное (по установленной электрической или эквивалентной электрической мощности) значение коэффициентов готовности входящих в ее состав отдельных агрегатов, энергоблоков, очередей (электростанций и котельных, энергосистем). Для очереди электростанции с поперечными связями коэффициент готовности к работе вычисляется как средневзвешенное (по тепловой мощности для котлоагрегатов и номинальному расходу тепла для турбоагрегатов) значение коэффициентов готовности к работе всех входящих в состав очереди котло- и турбоагрегатов. 1.5. При определении коэффициентов готовности к работе установленная мощность (электрическая или тепловая) принимается с учетом планируемых на год вводов. 1.6. Плановый коэффициент готовности к работе для вновь вводимого оборудования устанавливается в соответствии с нормами Госплана СССР. 1.7. Устанавливается следующий порядок планирования коэффициента готовности к работе. Плановый коэффициент готовности к работе рассчитывается на год с разбивкой по кварталам и месяцам на основании утвержденного графика планово-предупредительных ремонтов и нормативной продолжительности неплановых простоев. Плановые коэффициенты готовности к работе утверждаются: - по электростанции и котельной - энергосистемой (годовые - с разбивкой по кварталам за 10 дн до начала отчетного года, месячные - за 5 дн до начала отчетного квартала); - по энергосистеме - главком (годовые - с разбивкой по кварталам за 20 дн до начала отчетного года, месячные - за 10 дн до начала отчетного квартала);- по главным эксплуатационным и главным производственным управлениям энергетики и электрификации Минэнерго СССР, министерствам энергетики и электрификации Украинской ССР, Казахской ССР, Узбекской ССР и Молдглавэнерго - руководством Минэнерго СССР.Расчеты коэффициентов готовности к работе, согласно настоящим Методическим указаниям, производятся соответственно электростанциями, котельными, энергосистемами, главными эксплуатационными и главными производственными управлениями Минэнерго СССР и министерствами энергетики и электрификации Украинской ССР, Казахской ССР, Узбекской ССР и Молдглавэнерго.Рекомендуется централизованное выполнение расчетов по всей энергосистеме (энергообъединению).Корректировка годового планового коэффициента готовности к работе не производится.Корректировка квартального и месячного плановых коэффициентов готовности к работе энергосистем производится вышестоящей организацией до 25-го числа последнего месяца отчетного периода.Корректировка квартальных плановых коэффициентов готовности к работе электростанций производится вышестоящей организацией до 30-го числа последнего месяца отчетного квартала.Для расчета показателей готовности к работе объединенных энергосистем районные энергетические управления передают соответствующим объединенным диспетчерским управлениям годовые, квартальные и месячные планы готовности (первоначально утвержденные и скорректированные) через 10 дн после утверждения и отчеты об их выполнении до 10-го числа месяца, следующего за отчетным.1.8. Задание по готовности считается выполненным, если достигнут плановый коэффициент готовности к работе. Выполнение плана готовности учитывается помесячно без учета нарастающего итога в пределах квартала.

2. РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ НАХОЖДЕНИЯ АГРЕГАТА В РЕМОНТЕ

2.1. Продолжительность всех ремонтов определяется по формуле

где - продолжительность планово-предупредительных (капитальных, средних и текущих) ремонтов (ч), устанавливаемая на основании утвержденного графика планово-предупредительных ремонтов, составленного в соответствии с «Инструкцией по организации ремонта энергетического оборудования электростанций и подстанций» (УУ3, 1975); - фактическая продолжительность капитальных, средних и текущих ремонтов, ч.Для дубль-блоков продолжительность ремонтов рассчитывается по формуле

(3)

Здесь и - плановое или фактическое время работы турбины с одновременным ремонтом соответственно первого или второго корпусов котла, ч; - продолжительность неплановых простоев (ч), принимаемая в процентах от предполагаемого времени использования оборудования , на которое планируется коэффициент готовности агрегата к работе; в течение года эта продолжительность распределяется по усмотрению электростанции и РЭУ и составляет для оборудования ГЭС 2,0 %, электростанций на давление пара 90 кгс/см 2 и ниже - 2 %, 130 кгс/см 2 и водогрейных котлов - 2,5 %, для оборудования газомазутных энергоблоков мощностью 150 МВт - 3 %, 200 МВт - 3,5 %, 300 МВт и выше - 4 %. Для энергоблоков, работающих на твердом топливе, увеличивается дополнительно на 1 %; - фактическая продолжительность неплановых простоев, ч; - приведенная продолжительность разрыва мощности (ч), определяемая согласно разд. 3 настоящих Методических указаний.2.2. Оборудование, выведенное в длительную консервацию, а также оборудование отопительных котельных, пиковых водогрейных котлов в неотопительный период считается находящимся в резерве, а проводимые на нем ремонты учитываются при расчете коэффициента готовности к работе.

3. УЧЕТ РАЗРЫВОВ МОЩНОСТИ

3.1. Неиспользуемая производственная мощность электростанций определяется значением имеющих место разрывов и ограничений.Разрыв мощности - часть неиспользуемой мощности, характеризующая техническое состояние действующего оборудования:

где - эксплуатационные разрывы мощности, являющиеся следствием неисправностей и отказов в работе оборудования, некачественного ремонта, недостатков эксплуатации (зашлаковка поверхностей нагрева, повышенные присосы воздуха в котлоагрегат и т.п.) и зависящие от эксплуатационного и ремонтного персонала; - разрывы мощности, обусловленные:- конструктивными и технологическими дефектами основного и вспомогательного оборудования;- взаимным несоответствием отдельных агрегатов по производительности и мощности (недостаточной производительностью топливоподачи, котельных установок, подогревателей сетевой воды, пиковых водогрейных котлов, механизмов собственных нужд; недостаточной по сравнению с проектной пропускной способностью ВЛ или тепловых сетей, мощностью повысительных подстанций и т.д.);- ухудшением условий эксплуатации (работой на непроектном топливе, снижением по сравнению с номинальными параметрами начального давления и температуры пара по условиям работы металла или несоответствием расчетных параметров пара у котлов и турбин);- задержкой с вводом общестанционных устройств и вспомогательного оборудования электростанций: дымовых труб, градирен, магистралей ГЗУ, сооружений топливоподачи, ОРУ, электрических и тепловых сетей и т.д.При расчете плановых коэффициентов готовности к работе учитываются значения , при расчете фактических коэффициентов готовности к работе и .3.2. Плановое значение разрывов мощности утверждается соответствующей вышестоящей организацией (см. п. 1.7), которая одновременно с утверждением плановых коэффициентов готовности к работе электростанции устанавливает также сроки устранения разрывов мощности , по истечении которых разрывы мощности учитываются только при расчете фактических коэффициентов готовности к работе. Сроки устранения разрывов мощности корректировке не подлежат.3.3. При расчете коэффициентов готовности к работе отдельных агрегатов разрывы мощности учитываются с помощью приведенной продолжительности разрыва мощности: - установленная электрическая или эквивалентная электрическая мощность (разрыв мощности) агрегата, МВт;Т разр - время, в течение которого имела место работа агрегата с разрывом мощности, ч; D N разр, D Q разр - разрыв электрической или тепловой мощности, МВт, Гкал/ч; W - переводной коэффициент, равный 0,25 МВт/(Гкал/ч).Для теплофикационных агрегатов значение должно учитывать одновременно значения разрывов электрической и тепловой мощности. Если агрегат (электростанция) имеет несколько разрывов мощности одновременно, расчет производится по большему значению разрыва.При выходе одного из корпусов котла дубль-блока значение принимается равным половине значения установленной эквивалентной электрической мощности энергоблока.3.4. Время нахождения оборудования в ремонте (время разрыва мощности) определяется от момента вывода оборудования в ремонт до момента включения его в работу либо ввода в резерв (до момента ликвидации имевшегося разрыва мощности) с докладом диспетчеру ОДУ, если его немедленное включение не требуется по режиму работу энергосистемы.3.5. Если разрыв мощности относится не к отдельному агрегату, а к электростанции (очереди ТЭС с поперечными связями, котельной) в целом, фактический коэффициент готовности к работе электростанции (очереди ТЭС с поперечными связями, котельной) уменьшается на , где

(7)

Для очереди ТЭС с поперечными связями, котельной (РОУ)

(8)

Где - суммарный по очереди разрыв номинальной тепловой мощности турбин и котлов; - суммарная котлоагрегатов и суммарный номинальный расход тепла турбоагрегатов очереди, определяется согласно формуле (14). 3.6. Ограничения мощности D N огр связаны с режимными условиями работы оборудования и не зависят от эксплуатационного персонала. Основными причинами ограничения мощности являются: - недостаточность или неполноценность энергоресурса (повышение температуры охлаждающей воды, снижение напора воды во время паводков за счет повышения уровня нижнего бьефа, маловодность, ухудшение ледовой обстановки, обеспечение попусков воды для нереста рыбы и т.п.); - работа по условиям покрытия графика электрической или тепловой нагрузок (работа по тепловому графику с максимальным использованием отборов пара; ограничение тепловых потребителей, связанное с необходимостью покрытия электрического графика и т.д.); - проведение испытаний, профилактических осмотров, подключение смежного оборудования. При расчете коэффициента готовности к работе ограничения мощности не учитываются.

4. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ГОТОВНОСТИ К РАБОТЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

4.1. Плановый (фактический) коэффициент готовности к работе блочных ТЭС и ГЭС определяется по формуле

(9)

Где - плановый (фактический) коэффициент готовности по времени работы i -го турбоагрегата (гидроагрегата); a i - доля установленной мощности i -го агрегата в установленной мощности электростанции (N у или N у экв);

для блочных КЭС и ГЭС

для блочных ТЭЦ

где - установленная электрическая (эквивалентная электрическая) мощность i -го турбоагрегата (гидроагрегата), МВт.

(12)

где - установленная электрическая мощность i -го теплофикационного турбоагрегата, МВт; - установленная тепловая мощность i -го турбоагрегата (Гкал/ч), определяемая в соответствии с «Инструкцией к составлению отчета по форме 6-тп о работе тепловой электростанции» (ВГО «Союзучетиздат», 1975); W - переводной коэффициент, равный 0,25 МВт/(Гкал/ч).Расчет коэффициентов готовности к работе блочных ТЭС и ГЭС производится по табл. 1.4.2. Плановый (фактический) коэффициент готовности к работе очередей КЭС и ТЭЦ с поперечными связями и котельных определяется по формуле

(13)

где - плановый коэффициент готовности i -го турбоагрегата, котлоагрегата, пикового водогрейного котла, котла, отпускающего свежий пар; b i - доля номинального расхода тепла на данный турбоагрегат (установленной тепловой мощности котлоагрегата, пикового водогрейного котла, котла, отпускающего свежий пар) в суммарном номинальном расходе тепла на все турбоагрегаты данной очереди ТЭС и суммарной установленной тепловой мощности всех котлоагрегатов рассматриваемой группы оборудования.

где - расход тепла на i -ю турбину очереди при номинальных значениях параметров пара, электрической нагрузки и отборов пара от турбины, Гкал/ч (не путать с установленной тепловой мощностью турбины); ; Q пвк i ; Q сп i - установленная тепловая мощность i -го котлоагрегата, пикового водогрейного котла, котла по отпуску свежего пара очереди электростанции, Гкал/ч.Значения , ; Q пвк; Q сп определяются по типовым, нормативным или заводским характеристикам.Установленная эквивалентная электрическая мощность очереди ТЭС с поперечными связями:

(16)

Где - i -го турбоагрегата очереди электростанции, МВт; - установленная тепловая мощность очереди, Гкал/ч, определяемая согласно «Инструкции к составлению отчета по форме 6-тп о работе тепловой электростанция» (ВГО «Союзучетиздат», 1975).

Таблица 1

РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ГОТОВНОСТИ К РАБОТЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (блочных ТЭС, ГЭС, ГАЭС, АЭС, ГТУ)

Номер агрегата

Разрыв мощности на отдельном агрегате D N разр, МВт; D Q разр, Гкал/ч

Время работы с разрывом мощности Т разр, ч

Разрыв эквивалентной электрической мощности , МВт

Продолжительность в течение рассматриваемого периода, ч

Установленная электрическая мощность i -го агрегата , МВт

Установленная тепловая мощность i -го агрегата , Гкал/ч

Установленная эквивалентная электрическая мощность i -го агрегата , МВт

Коэффициент готовности к работе по времени турбоагрегата, гидроагрегата K г i

Доля установленной эквивалентной электрической мощности агрегата в установленной эквивалентной электрической мощности электростанции a i

неплановых простоев Т нп

приведенная продолжительность разрыва мощности Т прив

всех ремонтов Т рем

Всего по электростанции

Расчет коэффициентов готовности к работе очереди электростанции выполняется по форме табл. 2. 4.3. Коэффициент готовности к работе электростанции, имеющей в своем составе конденсационные и теплофикационные энергоблоки, очереди с поперечными связями и котельные, определяется по формуле, в которую вносятся соответственно плановые или фактические показатели:

Где , , , - коэффициенты готовности к работе соответственно конденсационных и теплофикационных энергоблоков, очередей с поперечными связями и котельных; , , , , - установленная эквивалентная электрическая мощность соответственно конденсационных и теплофикационных энергоблоков, очередей с поперечными связями, котельных и электростанций в целом. Расчет коэффициентов готовности электростанции выполняется по форме табл. 2 и 3.

5. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ГОТОВНОСТИ К РАБОТЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ (ЭНЕРГООБЪЕДИНЕНИЯ)

Коэффициент готовности к работе энергосистемы определяется по формуле, в которую вносятся соответственно плановые или фактические показатели:

(18)

Где N у экв.сист - установленная эквивалентная электрическая мощность энергосистемы, МВт.

Где - коэффициент готовности к работе i -й ТЭС (ГЭС) энергосистемы; N у ТЭС(ГЭС) - установленная мощность i -й КЭС (ГЭС), МВт; N у экв.ТЭЦ(кот) - установленная эквивалентная электрическая мощность i -й ТЭЦ (котельной), МВт. Если разрыв мощности относится не к отдельной электростанции, а к энергосистеме в целом, коэффициент готовности к работе энергосистемы должен быть уменьшен аналогично формуле (7). Коэффициент готовности к работе объединенной энергосистемы рассчитывается по формуле

(20)

Расчет коэффициентов готовности энергосистемы ведется по форме табл. 4.

Таблица 2

РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ГОТОВНОСТИ К РАБОТЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С ПОПЕРЕЧНЫМИ СВЯЗЯМИ (КЭС, ТЭЦ И КОТЕЛЬНОЙ)

Номер агрегата (очереди)

Продолжительность в течение рассматриваемого периода, ч

Разрыв мощности на отдельном агрегате D N разр, МВт, D Q разр, Гкал/ч

Время работы с разрывом мощности Т разр, ч

Продолжительность в течение рассматриваемого периода, ч

Установленная электрическая мощность i -го агрегата , МВт

Установленная тепловая мощность i -го агрегата , Гкал/ч

Установленная эквивалентная электрическая мощность i -го агрегата , МВ т

Расход тепла на турбину при номинальных значениях параметров пара, электрической нагрузки и отборов пара , Гкал/ч

Коэффициент готовности к работе i -го агрегата K г i , %

Доля номинального расхода тепла на турбоагрегат, установленной тепловой мощности котлоагрегата в суммарном номинальном расходе тепла на все турбоагрегат и суммарной установленной тепловой мощности котлоагрегатов b i

капитальных, средних, текущих ремонтов Т ппр

неплановых простоев Т нп

приведенная продолжительность разрыва мощности Т прив

всех ремонтов Т рем

Котлоагрегаты

Турбоагрегат

Всего по очереди

Таблица 3

Расчет коэффициента готовности к работе электростанции, имеющей блочную часть, очереди с поперечными связями и котельные

Номер очереди, блочного агрегата электростанции

Установленная электрическая мощность i -й очереди ТЭС, энергоблока ТЭС N у, МВт

Установленная тепловая мощность i -й очереди ТЭЦ, котельной, блочной установки , Гкал/ч

i -й очереди ТЭС, блочной установки N у экв, МВт

Разрыв мощности на i -й очереди ТЭС, котельной, блоке D N разр, МВт, D Q разр, Гкал/ч

Время работы с разрывом мощности Т paзp , ч

Разрыв эквивалентной электрической мощности , МВт

Приведенная продолжительность разрыва мощности Т прив, ч

Коэффициент готовности к работе i -й очереди, блочного агрегата K г i , %

Доля установленной эквивалентной электрической мощности i -й очереди ТЭС, блочного агрегата ТЭС в установленной эквивалентной электрической мощности электростанции a i

Котельные

Очереди ТЭС

Энергоблоки

Всего по электростанции

6. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГОТОВНОСТИ К РАБОТЕ

Пример № 1. Расчет годового планового коэффициента готовности к работе электростанции

Электростанция состоит из трех очередей и водогрейной котельной (см. схему). На водогрейной котельной установлены четыре пиковых водогрейных котла ПТВМ-100, работающих на природном газе или мазуте.В I очередь электростанции входят котлоагрегаты № 1 - 5 (БКЗ-75), работающие на твердом топливе, и турбоагрегаты № 1 и 2 (соответственно Т-25-29 и К-25-29). Из коллектора I очереди электростанции пар может подаваться потребителям через РОУ, минуя турбины. Установленная тепловая мощность РОУ составляет 20 Гкал/ч. II очередь электростанции с оборудованием на давление пара 130 кгс/см 2 включает котлоагрегаты № 6 - 8 (БКЗ-320), сжигающие твердое топливо, и турбоагрегаты № 3, 4 и 5 (соответственно Р-50-130/31М, ПТ-60-130/13 и Т-100-130). III очередь электростанции - блочная, с двумя энергоблоками: теплофикационным с турбиной Т-250-240 и газоплотным котлом ТГМП-324 и конденсационным - с турбиной К-300-240 ЛМЗ и двухкорпусным котлом ТГМП-114, работающими на мазуте.Годовой план ремонта оборудования, разработанный электростанцией и утвержденный вышестоящей организацией, включает в себя следующий комплекс работ, выполняемых в плановые сроки и направленных на обеспечение надежной эксплуатации и доведение технико-экономических показателей работы основных агрегатов до уровня утвержденных расчетных норм. По водогрейной котельнойКапитальный ремонт котлов № 1 и 2 и средний ремонт котлов № 3 и 4. По I очереди электростанцииКапитальный ремонт котла № 4, средний ремонт котла № 3, текущий ремонт котлов № 1, 2 и 5, а также капитальный ремонт турбоагрегата № 2 и текущий - турбоагрегата № 1. По II очереди электростанцииКапитальный ремонт котла № 9, средний - котлов № 7 и 8, текущий - котла № 6; капитальный ремонт турбоагрегата № 5 и текущие - турбоагрегатов № 3 и 4. По блочной частиТекущий ремонт энергоблока № 1 и капитальный - энергоблока № 2.Нормы простоя в ремонтах определяются согласно «Инструкции по организации ремонта энергетического оборудования электростанций и подстанций» (УУЗ, 1975).Расчет планового годового коэффициента готовности к работе может быть произведен в следующем порядке.1) Расчет коэффициента готовности к работе водогрейной котельной.Для котлов ПТВМ-100 принимаем время простоя (согласно графику ремонтов, утвержденному вышестоящей организацией) в капитальном ремонте 35 сут, в среднем ремонте 20 сут.

Таблица 4

Расчет коэффициента готовности к работе энергосистемы

Номер электростанции

Установленная электрическая мощность i -й ТЭС, ГЭС, ГТУ, АЭС энергосистемы , МВт

Установленная тепловая мощность i -й ТЭС, котельной , Гкал/ч

Установленная эквивалентная электрическая мощность i -й ТЭС, ГЭС, ГТУ, АЭС энергосистемы N у экв, МВт

Коэффициент готовности к работе i -й ТЭС, ГЭС, ГТУ, A Э C энергосистемы K г i

Доля установленной эквивалентной мощности i -й электростанции в установленной эквивалентной электрической мощности энергосистемы a i

ТЭЦ и котельные:

ГЭС и ГАЭС:

ГТУ и др.:

Всего по энергосистеме

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, СОСТОЯЩЕЙ ИЗТРЕХ ОЧЕРЕДЕЙ И ВОДОГРЕЙНОЙ КОТЕЛЬНОЙ

Очереди электростанции

Установленное оборудование

Длительность ремонтов, сут

Расход тепла на турбину при номинальных значениях параметров пара, нагрузок и отборов пара , Гкал/ч

Установленная тепловая, мощность, Гкал/ч

капитальных

Водогрейная котельная

ПТВМ-100

I очередь

Т-26-29

К-25-29

БКЗ-75

II очередь

P -50-130/31 M

ПТ-60-130/13

Т-100-130

БКЗ-320

Ш очередь

Т-250-240 № 6, котел ТГМП-324

К-300-240 ЛМЗ № 7, двухкорпусный котел ТГМП-114

определяется согласно разд. 2 Методических указаний. - установленная тепловая мощность ПТВМ, определяемая по заводской характеристике.Суммарная эквивалентная электрическая мощность водогрейной котельной: Коэффициент готовности к работе водогрейной котельной

2) Расчет коэффициента готовности к работе I очереди электростанции.Котлоагрегаты № 1, 2 и 5: котлоагрегат № 3: котлоагрегат № 4: Согласно «Инструкции по организации ремонта энергетического оборудования электростанций и подстанций» (УУЗ, 1975), простой для котлоагрегатов БКЗ-75-39 составляет в текущем, среднем и капитальном ремонтах соответственно 11, 14 и 25 сут. По заводской характеристике котла БКЗ-75-39 находим установленную тепловую мощность котлоагрегатов: Q K 1 = 48,3 Гкал/ч = Q K 2 = Q K 3 = Q K 4 = Q K 5 . - суммарная установленная тепловая мощность котлоагрегатов I очереди ТЭС.Турбоагрегат № 1 T-25-29: Установленная тепловая мощность турбоагрегата определяется в соответствии с «Инструкцией к составлению отчета по форме 6-тп о работе тепловой электростанции» (ВГО «Союзучетиздат», 1975) или по приложению 3 к «Инструкции по составлению отчета о тепловой экономичности работы электростанции» (СЦНТИ ОРГРЭС, 1971) ; установленная эквивалентная электрическая мощность турбоагрегата Т-25-29

Расход тепла на турбоагрегат № 1 при номинальных значениях параметров пара, электрической нагрузки и отборов пара от турбины определен по нормативной характеристике турбоагрегата № 1 и составил .Турбоагрегат № 2 К-25-29: Установленная эквивалентная электрическая мощность турбоагрегата К-25-29

Расход тепла на турбоагрегат № 2 определен по нормативной характеристике турбины и составил .Суммарный номинальный расход тепла на турбоагрегаты I очереди составит Для каждого агрегата очереди по формуле (14) определяем b i - долю номинального расхода тепла на турбоагрегат (долю установленной тепловой мощности котлоагрегата) в суммарном номинальном расходе тепла на турбоагрегаты и суммарной установленной тепловой мощности котлоагрегатов. Коэффициент готовности к работе I очереди электростанции составит Установленная эквивалентная мощность I очереди, отпускающей пар помимо турбин в количестве 20 Гкал/ч, согласно условию, составит по формуле (16) 3) Расчет коэффициента готовности к работе II очереди электростанции.Время простоя в ремонтах, согласно «Инструкции по организации ремонта энергетического оборудования электростанций и подстанций (УЗУ, 1975), составит:Котлоагрегат № 6: Котлоагрегаты № 7 и 8: Котлоагрегат № 9: Установленная тепловая мощность котлоагрегатов БКЗ-320 II очереди составит

Периодом нормальной работы. Для этого периода характерна постоянная интенсив- ность отказов. Последний, третий период - это период старения. Так как период нор- мальной работы является основным, то в расчетах надежности принимается λ(t) = λ = const. В этом случае при экспоненциальном законе распределения функция надежности имеет вид: Р(t) = exp(- λ t). (5.26) Среднее время жизни соответственно равно: ∞ T0 = ∫ exp(-λ t) dt = 1/λ. (5.27) 0 Поэтому функцию надежности можно записать и так: Р(t) = еxp(-t/T0). (5.28) Если время работы элемента мало по сравнению со средним временем жизни, то можно использовать приближенную формулу Р(t) ≈ 1 – t/T0. (5.29) Пример 5.2. По данным эксплуатации генератора установлено, что наработка до отказа подчиняется экспоненциальному закону с параметром λ = 2.10-5 1/час. Найти вероятность безотказной работы за время t = 100 часов. Определить ма- тематическое ожидание наработки до отказа. Решение. Определим вероятность безотказной работы по формуле (5.26): P(t) = e- λ t = exp(-2.10-5.100) = 0,998. Математическое ожидание наработки до отказа определяем по формуле (5.27): M0 = 1/λ = 1/(2.10-5) = 5.104 ч. Ответ: P(t) = 0,998; M0 = 5.104 ч. Пример 5.3. Построить кривую интенсивности отказов по данным табл. 5.1. На испытания поставлено N элементов (N = 200), испытания проводились в течение t = 100 ч. Таблица 5.1. Результаты испытаний элемента (к примеру 5.3.) № Δt, ч Δn n(t) № Δt, ч Δn n(t) п/п п/п 1 0-10 10 190 6 50-60 2 168 2 10-20 8 182 7 60-70 2 166 3 20-30 6 176 8 70-80 4 162 4 30-40 4 172 9 80-90 5 157 5 40-50 2 170 10 90-100 8 149 31 Обозначения: Δt - интервал испытаний; Δn - число отказов; n(t) - число не- отказавших элементов. Для построения кривой (рис.5.3.) вычислим интенсивность отказов λ(ti) ч-1 по формуле (5.25): λ(t1) = 10/(10.190) = 0,0052; λ(t2) = 8/(10.182) = 0,0044; λ(t3) = 6/(10.176) = 0,0034; λ(t4) = 4/(10.172) = 0,0023; λ(t5) = 2/(10.170) = 0,0011; λ(t6) = 2/(10.168) = 0,0011; λ(t7) = 2/(10.166) = 0,0012; λ(t8) = 4/(10.162) = 0,0024; λ(t9) = 5/(10.157) = 0,0032; λ(t10) = 8/(10.149) = 0,0053. λ(t)10-3, ч-1 t, ч Рис. 5.3. Кривая интенсивности отказов во времени 5.2. Показатели надежности восстанавливаемого элемента Большинство сложных технических систем с длительными сроками службы яв- ляются восстанавливаемыми, т.е. возникающие в процессе эксплуатации отказы систем устраняют при ремонте. Технически исправное состояние изделий в процессе эксплуа- тации поддерживают проведением профилактических и восстановительных работ. Для осуществляемых в процессе эксплуатации изделий работ по поддержанию и восстановлению их работоспособности характерны значительные затраты труда, мате- риальных средств и времени. Как правило, эти затраты за время эксплуатации изделия значительно превышают соответствующие затраты на его изготовление. Совокупность работ по поддержанию и восстановлению работоспособности и ресурса изделий под- разделяют на техническое обслуживание, и ремонт, которые, в свою очередь, подраз- деляют на профилактические работы, осуществляемые в плановом порядке и аварий- ные, проводимые по мере возникновения отказов или аварийных ситуаций. Свойство ремонтопригодности изделий влияет на материальные затраты и дли- тельность простоев в процессе эксплуатации. Ремонтопригодность тесно связана с без- отказностью и долговечностью изделий. Так, для изделий, с высоким уровнем безот- 32 казности, как правило, характерны низкие затраты труда и средств на поддержание их работоспособности. Показатели безотказности и ремонтопригодности изделий являют- ся составными частями комплексных показателей, таких как коэффициенты готовности Kг. и технического обслуживания Kт.и.. К показателям надежности, присущим только восстанавливаемым элементам, следует отнести среднюю наработку на отказ, наработку между отказами, вероятность восстановления, среднее время восстановления, коэффициент готовности и коэффици- ент технического использования. Средняя наработка на отказ - наработка восстанавливаемого элемента, при- ходящаяся, в среднем, на один отказ в рассматриваемом интервале суммарной наработ- ки или определенной продолжительности эксплуатации: m Tо = 1/m Σ ti (5.30) t=1 где ti - наработка элемента до i-го отказа; m - число отказов в рассматриваемом ин- тервале суммарной наработки. Наработка между отказами определяется объемом работы элемента от i-гo от- каза до (i + 1)-го, где i =1, 2,..., m. Среднее время восстановления одного отказа в рассматриваемом интервале суммарной наработки или определенной продолжительности эксплуатации m Tв = 1/m Σ tвi (5.31) i=1 где tвi - время восстановления i-го отказа; т - число отказов в рассматриваемом ин- тервале суммарной наработки. Коэффициент готовности Kг. представляет собой вероятность того, что изделие будет работоспособно в произвольный момент времени, кроме периодов выполнения планового технического обслуживания, когда применение изделия по назначению ис- ключено. Этот показатель является комплексным, так как он количественно характери- зует одновременно два показателя: безотказность и ремонтопригодность. В стационарном (установившемся) режиме эксплуатации и при любом виде за- кона распределения времени работы между отказами и времени восстановления коэф- фициент готовности определяют по формуле Kr = То/(То + Тв) (5.32) где То- наработка на отказ; Тв - среднее время восстановления отказа. Таким образом, анализ формулы показывает, что надежность изделия является функцией не только безотказности, но и ремонтопригодности. Это означает, что низкая надежность может быть несколько компенсирована улучшением ремонтопригодности. Чем выше интенсивность восстановления, тем выше готовность изделия. Если время простоя велико, то готовность будет низкой. Другой важной характеристикой ремонтопригодности является коэффициент технического использования, который представляет собой отношение наработки изде- лия в единицах времени за некоторый период эксплуатации к сумме этой наработки и времени всех простоев, обусловленных устранением отказов, техническим обслужива- нием и ремонтами за этот период. Коэффициент технического использования представ- 33 ляет собой вероятность того, что изделие будет работать в надлежащем режиме за вре- мя Т. Таким образом, Kи определяется двумя основными факторами - надежностью и ремонтопригодностью. Коэффициент технического использования характеризует долю времени нахож- дения элемента в работоспособном состоянии относительно рассматриваемой продол- жительности эксплуатации. Период эксплуатации, для которого определяется коэффи- циент технического использования, должен содержать все виды технического обслу- живания и ремонтов. Коэффициент технического использования учитывает затраты времени на плановые и неплановые ремонты, а также регламенты, и определяется по формуле Kи = tн/(tн + tв + tр + tо), (5.33) где tн - суммарная наработка изделия в рассматриваемый промежуток времени; tв, tр и tо - соответственно суммарное время, затраченное на восстановление, ремонт и техни- ческое обслуживание изделия за тот же период времени. Пример 5.4. Определить коэффициент готовности системы, если известно, что среднее время восстановления одного отказа равно Tв = 5 ч, а среднее значение нара- ботки на отказ составляет Tо = 500 ч. Решение. Для определения коэффициента готовности воспользуемся формулой (5.32) Kг = Tс/(Tс + tв) = 500/(500 + 5) = 0,99. Ответ: Kг = 0,99. Пример 5.5. Определить коэффициент технического использования машины, если известно, что машину эксплуатируют в течение года (Tэ = 8760 ч). За этот период эксплуатации машины суммарное время восстановления отказов составило tв = 40 ч. Время проведения регламента составляет tо = 20 ч. Суммарное время, затраченное на ремонтные работы за период эксплуатации составляет 15 суток, т.е. tр = 15.24 = 360 ч. Решение. Коэффициент технического использования вычислим по формуле (5.33), но сначала определим суммарное время наработки машины: tн = Tэ – (tв + tр + tо) = 8760 – (40 + 360 + 20) = 8340. Kи = tн/(tн + tв + tр + tо) = tн/Tэ = 8340/8760 = 0,952. Ответ: Kи = 0,952. Пример 5.6. При эксплуатации сложной технической системы получены стати- стические данные, которые сведены в табл.5.2. Определить коэффициент готовности системы. Таблица 5.2 Статистические данные, полученные при эксплуатации сложной технической системы (к примеру 5.6) Число от- Время, ч Номер казов восстановление работы Суммарное восста- системы mi отказа tр новление tв,i mitв,i 34 1 2 1 200 2 2 5 2 300 10 3 6 4 400 24 4 4 3 300 12 5 8 2 600 16 6 10 5 700 50 7 15 2 900 30 8 20 3 1000 60 Итого 70 - 4400 204 Наработка на отказ 8 8 Tо = Σtр/Σmi = 4400/70 = 62,8 ч. i=1 i=1 Среднее время восстановления 8 8 Tв = Σmi tв.i/Σmi = 204/70 = 2,9 ч. i=1 i=1 По формуле (5.32) по вычисленным значениям Tо и Tв находим коэффициент го- товности системы: Kr = 62,8/(62,8+2,9) = 0,95. 5.3. Показатели надежности системы, состоящей из независимых элементов Всякая система характеризуется безотказностью и ремонтопригодностью. В ка- честве основной характеристики безотказности системы служит функция надежности, которая представляет собой вероятность безотказной работы в течение некоторого вре- мени t. Пусть система состоит из n элементов, функции надежности которых обозначим через p1(t), p2(t),…pn(t). Так как элементы, входящие в состав системы, являются неза- висимыми, то вероятность безотказной работы системы определяется как произведение вероятностей составляющих ее элементов Р(t) = p1(t)p2(t)...pn(t). (5.34) В частном случае, когда функции надежности составляющих элементов имеют экспоненциальное распределение с постоянными интенсивностями отказов, функция надежности системы определяется по формуле n P(t) = exp[-(λ1 + λ2 +…+ λn)t] = exp[- Σλi t] (5.35) i=1 Одной из важнейших характеристик безотказности системы является среднее время жизни, которое вычисляют, используя выражение ∞ 35 TC = - ∫P(T)DT. (5.36) 0 Для случая экспоненциального распределения среднее время жизни системы равно ∞ n Tc = ∫ exp[- Σλi t]dt = 1/(λ1 + λ2 +…+ λn) (5.37) 0 i=1 Среднее время жизни системы или наработку на отказ по результатам статисти- ческих данных вычисляют по формуле Тc = T/m, (5.38) где T - суммарная наработка системы, полученная по результатам испытаний или экс- плуатации; т - суммарное число отказов, зафиксированное в процессе испытаний или эксплуатации. Коэффициент оперативной готовности характеризует надежность системы, не- обходимость применения которой возникает в произвольный момент времени (кроме планируемых периодов, в течение которых применение системы по назначению не предусматривается), начиная с которого система будет работать безотказно в течение заданного времени T. Значение коэффициента оперативной готовности определяют из выражения Kо = Kг P(t) = Р(t).Tc/(Tc +Тв). (5.39) Пример 5.6. Определить коэффициент оперативной готовности системы за пе- риод времени t = 10 ч, если известно, что система состоит из пяти элементов с соот- ветствующими интенсивностями отказов, ч-1: λ1 = 2.10-5; λ2 = 5.10-5; λ3 = 10-5; λ4 = 20.10-5; λ5 = 50.10-5, а среднее время восстановления при отказе одного элемента равно Tв = 10 ч. Результатами испытаний установлено, что распределение наработки на отказ подчиняется экспоненциальному закону. Решение. Вероятность безотказной работы определим по формуле (5.35) Р(t) = ехр[-Σλi t] ≈ l - (λl+λ2+λз+λ4+λ5)10-5 = =1- (2+5+1+20+50)10-5.10 = 0,992. Значение Tc определяем по формуле (5.37) Tc = 1/(λ1 + λ2 + λ3 + λ4 + λ5) = 105/78 = 1282 ч. Используя формулу (5.39), вычислим коэффициент оперативной готовности Ko = P(t)Tc/(Tc + Tв) P(t) = 0,992.1282/(1282 + 10) = 0,984. Ответ: Ko = 0,984. Пример 5.7. При эксплуатации в течении одного года (Tэ = 1 год = 8760 ч.) из- делий специального назначения было зафиксировано пять отказов (m = 5). На восста- новление каждого отказа в среднем затрачено двадцать часов (Tв = 20 ч.). За указанный период эксплуатации был проведен один регламент (техническое обслуживание). Вре- мя регламента составило десять суток (Tр = 240 ч.). Определить коэффициенты: готов- ности (Kг) и технического использования (Kи). 36 Решение. Коэффициент готовности определим по формуле Kг = 1 – (m Tв/Tэ) = 1 – (5.20/8760) = 0,9886. Коэффициент технического использования равен: Kи = 1 – (m Tв + Tр)/Tэ = 1 – (5.20 + 240)/8760 = 0,9612. Ответ: Kг = 0,9886; Kи = 0,9612. 6. Расчет показателей надежности технических систем 6.1. Структурные модели надежности сложных систем Большинство технических систем являются сложными системами, состоящими из отдельных узлов, деталей, агрегатов, систем управления и т.п. Под сложной сис- темой понимается объект, предназначенный для выполнения заданных функций, ко- торый может быть расчленен на элементы (компоненты), каждый из которых также выполняет определенные функции и находится во взаимодействии с другими элемен- тами системы. С позиций надежности сложная система обладает как отрицательными, так и положительными свойствами. Факторы, отрицательно влияющие на надежность сложных систем, следующие: - во-первых, это большое число элементов, отказ каждого из которых может привести к отказу всей системы; - во-вторых, оценить работоспособность сложных систем весьма затруднительно с точки зрения статистических данных, т.к. они часто являются уникальными или имеются в небольших количествах; - в-третьих, даже у систем одинакового предназначения каждый экземпляр име- ет свои незначительные вариации свойств отдельных элементов, что сказывается на выходных параметрах системы. Чем сложнее система, тем большими индивидуальны- ми особенностями она обладает. Однако сложные системы обладают и такими свойствами, которые положи- тельно влияют на их надежность: - во-первых, сложным системам свойственна самоорганизация, саморегулиро- вание или самоприспособление, когда система способна найти наиболее устойчивое для своего функционирования состояние; - во-вторых, для сложной системы часто возможно восстановление работоспо- собности по частям, без прекращения ее функционирования; - в-третьих, не все элементы системы одинаково влияют на надежность слож- ной системы. Анализ работоспособности сложной системы связан с изучением ее структуры и тех взаимосвязей, которые определяют ее надежное функционирование. При анализе надежности сложных систем их разбивают на элементы (компонен- ты) с тем, чтобы вначале рассмотреть параметры и характеристики элементов, а затем оценить работоспособность всей системы. Под элементом можно понимать составную часть сложной системы, которая может характеризоваться самостоятельными входны- 37 ми и выходными параметрами. При исследовании надежности системы элемент не рас- членяется на составные части, и показатели безотказности и долговечности относятся к элементу в целом. При этом возможно восстановление работоспособности элемента не- зависимо от других частей и элементов системы. Анализ надежности сложных систем имеет свои специфические особенности. Влияние различных отказов и снижение работоспособности элементов системы по- разному скажутся на надежности всей системы. При анализе надежности сложной системы все ее элементы и компоненты целе- сообразно разделить на следующие группы. 1) Элементы, отказ которых практически не влияет на работоспособность сис- темы (деформация ограждающего кожуха машины, изменение окраски по- верхности и т.п.). Отказы (т.е. неисправное состояние) этих элементов могут рассматриваться изолированно от системы. 2) Элементы, работоспособность которых за рассматриваемый период времени практически не изменяется (станины и корпусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом прочности). 3) Элементы, ремонт или регулировка которых возможна при работе изделия или во время остановок, не влияющих на его эффективность (подналадка и замена режущего инструмента на станке, регулировка холостого хода кар- бюратора автомобильного двигателя). 4) Элементы, отказ которых приводит к отказам системы. Таким образом, рассмотрению и анализу надежности подлежат лишь элементы последней группы. Как правило, имеется ограниченное число элементов, которые в основном и определяют надежность изделия. Эти элементы и подсистемы выявляются при рассмотрении структурной схемы параметрической надежности. Модели надежности устанавливают связь между подсистемами (или элемента- ми системы) и их влиянием на работу всей системы. Структурная схема надежности определяет функциональную взаимосвязь между работой подсистем (или элементов) в определенной последовательности. Эту схему составляют по принципу функциональ- ного назначения соответствующих подсистем (или элементов) при выполнении ими определенной части работы, выполняемой системой в целом. Техническая система мо- жет быть сконструирована таким образом, что для успешного ее функционирования необходима исправная работа всех ее элементов. В этом случае ее называют последо- вательной системой. Есть также системы, в которых при отказе одного элемента дру- гой элемент способен выполнить его функции. Такую систему называют параллельной. Очень часто системы обладают свойствами как параллельных, так и последовательных систем - системы со смешанным соединением. При расчете надежности необходимо исследовать действия системы, основываясь на ее функциональной структуре и исполь- зуя вероятностные соотношения. Такое исследование структуры позволяет выявить узкие места в конструкции системы с точки зрения ее надежности, а на этапе проектирования разработать конст- руктивные меры по устранению подобных узких мест. Например, можно заранее под- считать, сколько резервных элементов необходимо для обеспечения заданного уровня надежности системы. Далее можно рассчитать надежность системы, построенной из элементов с известной надежностью, или наоборот, исходя из требования к надежности системы, предъявить требования к надежности элементов. 38 6.2. Структурная схема надежности системы с последовательным соединением элементов Имеются структурные схемы надежности системы с последовательным соеди- нением элементов (рис. 6.1), когда отказ одного элемента вызывает отказ другого эле- мента, а затем третьего и т.д. Например, большинство приводов машин и механизмы передач подчиняются этому условию. Так, если в приводе машины выйдет из строя любая шестерня, подшипник, муфта, рычаг управления, электродвигатель, насос смазки, то весь привод перестанет функционировать. При этом отдельные элементы в этом приводе не обязательно должны быть соединены последовательно. Такую структурную схему называют схемой с последовательным соединением зависимых элементов. В этом случае надежность системы определяют по теореме ум- ножения для зависимых событий. Рассмотрим систему, состоящую из двух или более элементов. Пусть А - собы- тие, состоящее в том, что система работает безотказно. a Ai (i=1, 2,..., п) - события, со- стоящие в исправной работе всех ее элементов. Далее предположим, что событие А имеет место тогда и только тогда, когда имеют место все события Ai, т.е. система ис- правна тогда и только тогда, когда исправны все ее элементы. В этом случае систему называют последовательной системой. р1 р2 рn Рис.6.1. Структурная схема надежности системы с последовательным соединением элементов Известно, что отказ любого элемента такой системы приводят, как правило, к отказу системы. Поэтому вероятность безотказной работы системы определяют как произведение вероятностей для независимых событий. Таким образом, надежность всей системы равна произведению надежностей подсистем или элементов: n P(A) = ΠP(Ai). (6.1) i=1 Обозначив Р(А) = Р; Р(Аi) = pi, получим n P = Πpi, (6.2) i=1 где Р - надежность. 39 Сложные системы, состоящие из элементов высокой надежности, могут обла- дать низкой надежностью за счет наличия большого числа элементов. Например, если узел состоит всего из 50 деталей, а вероятность безотказной работы каждой детали за выбранный промежуток времени составляет Pi = 0, 99, то вероятность безотказной ра- боты узла будет P(t) = (0,99)50 = 0,55. Если же узел с аналогичной безотказностью элементов состоит из 400 деталей, то P(t) = (0,99)400 = 0,018, т.е. узел становится практически неработоспособным. Пример 6.1. Определить надежность автомобиля (системы) при движении на заданное расстояние, если известны надежности следующих подсистем: системы зажи- гания p1 = 0,99; системы питания топливом и смазкой p2 = 0,999; системы охлаждения p3 = 0,998; двигателя р4 = 0,995; ходовой части р5 = 0,997. Решение. Известно, что отказ любой подсистемы приводит к отказу автомобиля. Для определения надежности автомобиля используем формулу (6.2) Р = p1 p2 p3 p4 p5 = 0,99.0,999.0,998.0,985.0,997 = 0,979. Ответ: Р = 0,979. 6.3. Структурные схемы надежности систем с параллельным соединением элементов В практике проектирования сложных технических систем часто используют схемы с параллельным соединением элементов (рис. 6.2.), которые построены таким образом, что отказ системы возможен лишь в случае, когда отказывают все ее элемен- ты, т.е. система исправна, если исправен хотя бы один ее элемент. Такое соединение часто называют резервированием. В большинстве случаев резервирование оправдывает себя, несмотря на увеличение стоимости. Наиболее выгодным является резервирование отдельных элементов, которые непосредственно влияют на выполнение основной ра- боты. При конструировании технических систем в зависимости от выполняемой систе- мой задачи применяют горячее или холодное резервирование. Горячее резервирование применяют тогда, когда не допускается перерыв в рабо- те на переключение отказавшего элемента на резервный с целью выполнения задачи в установленное время. Чаще всего горячему резервированию подвергают отдельные элементы. Используют горячее резервирование элементов и подсистем, например ис- точников питания (аккумуляторные батареи дублируются генератором и т.п.). Холодное резервирование используют в тех случаях, когда необходимо увеличе- ние ресурса работы элемента, и поэтому предусматривают время на переключение от- казавшего элемента на резервный. Существуют технические системы с частично параллельным резервированием, т. е. системы, которые оказываются работоспособными даже в случае отказа несколь- ких элементов. 40

Напомним, что коэффициент готовности по ГОСТ 27.002-89 является вероятностью того, что изделие будет работоспособным в произвольно выбранный момент времени в промежутках между выполнениями планового технического обслуживания. Пусть p (t ) - вероятность того, что в момент t система исправна. Назовем коэффициентом готовности предельное значение этой вероятности

Для рассматриваемой системы

(4.51)

Коэффициент готовности равен средней доле времени, в течение которого система находится в исправном состоянии.

В тех случаях, когда коэффициента готовности недостаточно для характеристики надежности системы, можно дополнительно определить среднюю длительность исправного состояния системы (исключая начальный период)

(4.52)

Среднее время неисправной работы равно

(4.53)

в) Основные характеристики ремонтоспособности.

Каждый отказавший элемент поступает в ремонтное устройство, состоящее из r единиц. Если все ремонтные единицы заняты восстановлением, то элемент становится на ремонт в очередь.

Из этих соображений, качество ремонтного устройства может быть охарактеризовано двумя параметрами:

k " - среднее число элементов, стоящих в очереди;

k ’’ - среднее число занятых ремонтных единиц.

Эти характеристики должны определяться для стационарного режима и не зависят от времени.

Эти характеристики можно выразить через финальные вероятности.

Если v (t ) -число неисправных элементов в момент t , тогда длина очереди в этот момент равна нулю, если

v (t )  r

и равна v (t )-r , если v (t ) > r .

Средняя длина очереди в момент t выразится так:

Тогда в стационарном режиме

(4.54)

Аналогично находится второй параметр

(5.55)

Можно оценить ремонтоспособность системы другим путем. Каждый элемент системы в процессе службы многократно превосходит цикл: работа-ожидание ремонта - ремонт - резерв. Если:

t 1 - среднее время пребывания элемента в рабочем состоянии;

t 2 - среднее время ожидания ремонта;

t 3 - среднее время ремонта;

t 4 - среднее время пребывания в резерве.

(4.56)

Эти отношения и дадут среднюю долю времени пребывания элемента в том или ином состоянии.

Введенные так коэффициенты достаточно хорошо и полно определяют качество нашей резервной системы.

Выразим коэффициенты в формуле (4.56) через финальные вероятности.

(4.57)

(4.58)

(4.59)

(4.60)

Изложенные выше примеры и методы оценки характеристик надежности имеют весьма важное все возрастающее значение. В принципе они применимы для оценки деятельности целых организаций и отраслей народного хозяйства.

Процесс оценки будет складываться в организации сбора информации о нахождении используемых устройств в рабочем состоянии, в ремонте, в резерве, и т. д., а также информации об отказах и времени исправной (неисправной) работы.

Последующая математическая обработка полученных данных позволит вычислить оценочные критерии работы системы, выявлять слабые, недостаточно надежные ее элементы и улучшать качество их работы.

Практически каждый специалист по ИТ сталкивался с ситуацией, когда необходимо рассчитать готовность системы, а даных, мягко говоря, маловато. Сегодня мы расскажем о том, как сделать примерный, но вполне практический расчет.

Начнем с определений к основным понятиям. Во-первых, для понимания того, насколько «высокой» должна быть готовность для различных классов систем, необходимо понимать основые термины. В чем измеряется степень готовности системы?

Степень готовности системы описывается через коэффициент готовности, при этом он является безразмерной величиной и не может быть больше 1

Кстати, зачем вообще проводить расчет готовности системы? И как понимать полученный в результате коэффициент? Понятно, что более глубокий и детальный подход с большим количеством показателей даст более точные результаты, но, обычно, необходимо получить данные о существующей или предлагаемой системе, которые позволили бы начать практическую работу.

На самом деле полученный коэффициент отражает тот временной интервал, который система может «позволить себе» простаивать за период времени.

Как же можно посчитать этот коэффициент? Согласно ГОСТ 27.002-89 коэффициент готовности это «вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается» . В свою очередь, работоспособное состояние по ГОСТ 27.002-89 - это «состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации» . В общем случае это можно записать следующим образом:

Но где взять эти временные показатели, чтобы посчитать коэффициент? Обычно в распоряжении ИТ-специалистов есть совсем другие данные – количество серверов, процессоров, памяти и т.д. На самом деле, для нахождения нужных параметров, нужно проделать следующие шаги:

1. Составить архитектурную схему системы
2. Преобразовать ее в логическую
3. Разбить на модули с последовательным/параллельным соединением компонентов
4. Выполнить расчет готовности по модулям
5. Выполнить расчет готовности для системы в целом

Итак, продемонстрируем эти шаги.

Архитектурная схема системы представляет собой набор включенных в схему объектов (оборудования) вместе с их коммуникациями. Наглядно одна из схем, описывающей архитектуру системы показана на следующем рисунке:

Рис.1 . Схема, отражающая архитектуру системы

На Рис.2 наглядно показан процесс преобразования из одного типа системы в другой.

Рис.2 . Преобразование архитекурной схемы в логическую и разделение ее на модули

Обычно полагают, что чем выше готовность системы, тем лучше – вполне логично. Также обычно полагают, что если систему задублировать, то готовность системы будет выше вдвое.

Однако это не так. Логика данного суждения понятна: была одна система - стало две, в 2 раза больше элементов, а если одна упадет, вторая «поддержит» - значит и готовность системы должна стать в два раза больше.

Мы обещали не загромождать статью громоздкими выводами формул, поэтому приводим их ниже лишь для иллюстрации наших рассуждений. Главное, что при расчете учитывается, КАК внутри системы связаны объекты (оборудование). Для последовательного или параллельного соединения готовность считается по-разному, что в итоге существенно сказывается на окончательном результате для всей системы.

Вероятность безотказной работы системы рассчитывается как:

- для последовательного соединения

- для параллельного соединения

Для примера предположим, что коэффициент готовности отдельного сервера равен 0,99 . В случае кластера коэффициент готовности системы будет, согласно формулам, составлять 0,9999 :

Надо отметить, что готовность повысилась не в 2 раза, а на 2 порядка, т.е. стала лучше в 100 (!) раз.

Рассмотрим пример, который мы раньше приводили на Рис.1 . Предположим, для каждого элемента уже имеются значения К г поэтому рассчитать коэффициент готовности для каждого модуля довольно просто:

Итоговое значение:

Также на основе указанных формул можно отметить, что:

Коэффициент готовности системы не может быть выше наименьшего коэффициента готовности среди компонентов данной системы в случае последовательного соединения.

При создании кластера коэффициент готовности системы повышается минимум в 10 раз при условии, что К г элемента больше 0,9.

Итак, получен результат:

Вернемся к вопросу в начале статьи: что же означает это число? Ниже приведена таблица соответствия коэффициента готовности и времени простоя системы.

Коэффициент готовности	Время простоя
	36,5 дня
	3,65 дня
	8,76 часа
	52,56 минуты
	5,256 минуты

Таблица 1 . Соответствие коэффициента готовности и времени простоя

Итак, полученный результат коэффициента готовности из примера на картинке означает, что суммарное время простоя всей системы в год будет составлять 2,8 минуты. Если рассмотреть другой пример, описанный в этой статье, то наличие одного сервера с К г = 0,99 означало простой системы на 3,65 дня , добавление еще одного сервера в кластер позволило снизить время простоя до 52 минут .

Итак, коэффициент готовности обозначет то время, которое бизнес перестает получать поддержку своих сервисов от ИТ-системы. Здесь надо очень четко понимать, что из полученного времени простоя системы необходимо далее получить следующие данные:

1. Сколько в деньгах потеряет бизнес при отсутствии поддержки от ИТ за определенное по расчетам время? Дело в том, что в зависимости от специфики производства/бизнеса, отсутствие поддержки может как очень сильно отразиться на бизнесе, так и почти совсем не повлиять. Например, для крупного телекоммуникационного провайдера или банка останов биллинговой системы мгновенно начинает приносить огромные убытки. А вот для некоторых производств ничего особенно «страшного» не произойдет – особенно там, где непосредственный производственный процесс контролируется людьми, а компьютерные системы лишь обрабатывают вторичную информацию.
2. Учесть косвенные потери (ущерб для имиджа, переход клиентов к конкурентам или отказ от сервисов и т.д.

Здесь надо четко понимать, решение о необходимом уровне готовности принимает бизнес, а не ИТ. Что это означает? Это означает, что в идеале, CIOпредставляет бизнес-руководителям таблицу, где отмечены следующие колонки:

• Коэффициент готовности (разные варианты или уровни)
• Времена простоя, соответствующие этим коэффициентам
• Сколько нужно денег для закупки – чтобы достичь того или иного уровня
• Пустая колонка, которую должен заполнить бизнес: сколько денег теряет бизнес при тех или иных временах простоя, с учетом косвенных потерь

Не надо забывать, что коэффициент готовности элемента инфраструктуры больше 0,999 встречается