Определение оптимальной периодичности и объема ТОиР оборудования АЭС
Установление оптимальных режимов ТО оборудования энергоблока АЭС базируется на решении следующих задач: определения перечня работ по ТО объектов; определения оптимальной периодичности выполнения каждой из регламентных работ; группировки работ по ТО в оптимальные формы профилактики для энергоблоков АЭС в целом.
Рис. 13.2. Влияние периодичности ТОиР на надежность и безопасность восстанавливаемой системы ЭБ АЭС
Рис. 13.3. Выбор периодичности ТОиР при внезапных отказах и полном восстановлении
Перечень профилактических работ формируют с учетом: появления рассматриваемой работы на аналогичных объектах обслуживания энергоблока;
особенностей конструкции оборудования;
степени влияния возможных отказов, зависящих от включаемых в перечень работ, на безопасность эксплуатации энергоблока АЭС.
Сущность влияния ТОиР на надежность и безопасность можно пояснить с помощью рис. 13.2-13.5. Кривая 1 на рис. 13.2 выражает изменение вероятности безотказной работы объекта P(t) в предположении отсутствия профилактики. Так как реально на оборудовании проводятся профилактические работы, при которых выявленные повреждения и отказы устраняются, то кривая вероятности безотказной работы P(t) получает характерный, так называемый, "пилообразный" вид (кривая 2). В моменты U на оборудовании выполняются профилактические работы, и в дальнейшем кривая P(t) имеет начало на линии, близкой к максимальному значению вероятности P (t) — 1 . Из-за воздействия на оборудование при эксплуатации факторов внешней среды надежность их постепенно ухудшается. Кроме того, после выполнения профилактики могут остаться неисправные элементы, которые не были обнаружены обслуживающим персоналом в ходе проверки работоспособности объектов.
Следовательно, и количественно это должно отражаться наклоном линии относительно прямой, соответствующей максимуму вероятности P(t) в момент времени t = 0 (угол <р). Назовем эту линию "линией ухудшения" (прямая 3 на рис. 13.2). Принципиально "линия ухудшения" может быть не прямой и иметь начало не обязательно в точке, соответствующей P(t = 0) = 1 , ибо сложные объекты по статистике отказов, покидая завод-изготовитель, не имеют вероятность безотказной работы, равную единице.
Рис. 13.4. Выбор периодичности ТОиР при постепенных отказах оборудования
Рис. 13.5. Вид функции интенсивности отказов при заменах критических элементов
Участок аб (рис. 13.2) показывает, насколько восстанавливается надежность оборудования при проведении профилактики. Недовосстановление надежности до начальной величины с течением времени эксплуатации, как правило, растет, а следовательно, может наступить такой момент, когда надежность оборудования не будет восстанавливаться за счет профилактики. Этот момент времени указывает на то, что необходимо проводить более эффективные работы (средний или капитальный ремонт).
Снижение надежности ниже значений РДОП1 и РДОП2 может привести к частым отказам в работе систем. Значение допустимой вероятности Р доп выбирается на основании анализа безопасности, живучести и эффективности данного оборудования.
Из рис. 13.2 видно, что периодичность выполнения профилактики существенным образом влияет на значение вероятности безотказной работы P(t). Так, если периодичность профилактики на объектах равна промежутку времени от момента t = 0 до t = t2пр и так далее до t = t2m , то вероятность безотказной работы описывается " зубом пилы" е — с. С уменьшением времени между профилактическими работами в два раза вероятность безотказной работы систем повышается и определяется "зубьями пилы" а — 6, b — d— с и т.д.
Таким образом, при назначении периодичности профилактики необходимо промежутки времени между циклами работ выбирать так, чтобы обеспечить требуемое значение вероятности безотказной работы. Предполагается, что на основании директивных документов (например, ТОБ ЭБ АЭС) или исследований безопасности установлен требуемый уровень надежности объекта (допустимое снижение вероятности безотказной работы, допустимое число повреждений или отказов, приходящихся на межремонтный период или между ППР и т.д.), который должен быть обеспечен в процессе эксплуатации. Исходя из установленной нормативной надежности с помощью модели, показанной на рис. 13.2, определяют максимальную периодичность ТОиР, которая бы обеспечивала указанную надежность и безопасность.
Планирование профилактики зависит от того, насколько вероятны ожидаемые отказы различной природы. Если отказы - редкие события и носят внезапный характер, то не имеет смысла проводить частые плановые замены элементов системы, поскольку заменяемый элемент не будет менее надежен, чем новый, и замена его может привести не к повышению, а к снижению надежности. При постепенных отказах плановая замена элементов может существенно повысить надежность системы, если замена своевременна: преждевременная замена экономически невыгодна, а запаздывание в замене не предупреждает отказа. Таким образом, разработка стратегий профилактических работ (выбор сроков, объема, последовательности, глубины и тщательности) зависит от характера потока отказов и восстановления, вида отказов, требований к надежности и экономической целесообразности.
Кроме безотказности на выбор длительности промежутка времени между циклами профилактических работ оказывают влияние следующие факторы: период эксплуатации и характер применения оборудования; долговечность элементов; стоимость; характер возможных последствий отказов.
Время профилактической проверки работоспособности оборудования назначается исходя из следующих соображений.
- На нормальном периоде эксплуатации, когда дельта(t) = const и известно значение допустимого снижения надежности Рдоп или Qдоп, время профилактики, выбирается с учетом того, чтобы вероятность появления отказа не превышала допустимого значения (см. рис. 13.3):
(13.1)
- Для определения времени календарного обслуживания оборудования, работающего длительно в непрерывном режиме и ориентированного на замену элементов, выработавших ресурс, предварительно оценивается средняя наработка до постепенного отказа Тср и среднее квадратическое отклонение наработки (см. рис. 13.4). Тогда
(13.2)
где число п выбирается таким, чтобы вероятность отказа была меньше допустимой вероятности.
- На характеристиках оборудования в различные моменты времени могут появляться "горбы" (см. рис. 13.5), характеризующие различный ресурс элементов (в системе могут быть элементы с различной механической и электрической прочностью). Естественно, что в моменты t1nр, t2пр , t3пр целесообразно проведение профилактики соответствующего объема (глубины).
- Для систем, работающих в дежурном режиме (системы управления и защиты, системы безопасности ЯЭУ), весьма важно, чтобы профилактика не снижала обобщенный показатель надежности
(13.3)
- коэффициент технического использования; tсум - суммарная наработка; tpeм - время ремонта; tпp - время, затрачиваемое на профилактику.
В этом случае в выражение (13.1) для определения времени профилактики tпр вместо Qдоп подставляется значение [1—Кти-Р(t)доп.
- В ряде случаев процесс возникновения повреждений и отказов оборудования можно рассматривать как простейший поток. Такой поток, как известно, описывается законом Пуассона. Тогда вероятность того, что за данный период между ТОиР tnp возникнет к повреждений (отказов), равна
(13.4)
где w - параметр потока повреждений (отказов) в период между профилактиками (ППР). Задаваясь значениями Qдoп и к, из выражения (13.4) определяют время профилактики tпр. Данный метод может использоваться для сложных систем, состоящих из большого числа элементов, когда отказ одного или двух не влияет на работоспособность системы в целом.
Рассчитанные любым из семи приведенных (или других) методов периодичность и объем ТОиР отдельных объектов должны рассматриваться как желаемые, так как при группировке отдельных работ в форме регламента для энергоблоков в целом они могут измениться.
Задача группировки многочисленных отдельных работ с их индивидуальной периодичностью проведения в оптимальные сроки регламента заключается в том, чтобы определить число форм ТО и указать их базовые периодичности для энергоблоков АЭС в целом.
Группировку работ по трудоемкости можно выполнить следующими методами.
- Периодичность проведения ТО считается известной (например, в период перегрузки топлива на РУ). В этом случае каждая работа, выполнение которой влияет на безопасность ЭБ АЭС, относится к форме регламента, периодичность которой меньше желаемой периодичности выполнения данной работы и ближе к ней, чем все другие. Периодичность остальных работ формируется исходя из экономических критериев.
- Периодичность ТО заранее не задана. В этом случае объем и периодичность работ назначают из обеспечения минимальных затрат на ТО, приходящихся на 1 МВт • ч выработанной ЭЭ, при условии обеспечения заданных показателей безотказности и безопасности.
Суть метода заключается в следующем. Все работы по ТО объектов ЭБ разбиваются на две группы. В первую группу (М1) входят работы, связанные с предотвращением отказов, влияющих на безопасность ЭБ АЭС. Для таких работ считается известной назначенная периодичность выполнения каждой из них t1. Во вторую группу (М2 ) включаются работы, оптимальную периодичность которых 2,j можно назначать по критерию минимальных удельных затрат на ТОиР ЭБ АЭС.
При расчетах каждой работе отдельных групп М1 и М2 присваивается два индекса: первый характеризует номер группы работ (1 или 2), второй - порядковый номер работы по мере роста периодичности ее выполнения. Величина принимает все значения группы работ М1 , т.е ? М2 . Предполагаются известными для каждой работы группы М1 прямые затраты С1 на разовое их выполнение, а для каждой работы группы М2 - заданные зависимости удельных затрат на ТОиР от периодичности обслуживания C2,j= f(t,j). В процессе формирования работ может получиться несколько групп работ m, имеющих одинаковую локальную периодичность. Для каждой из этих групп работ необходимо знать среднюю продолжительность выполнения ti(tj).
Зная периодичность проведения каждой работы и трудовые затраты на их разовое выполнение (или зависимость удельных затрат на ТО от периодичности обслуживания), продолжительность выполнения каждой группы работ, можно получить периодичность ТО для всех работ на энергоблоке в целом. Задача группировки работ в оптимальные формы регламента заключается в том, чтобы, изменяя значения периодичностей работ, найти такой приемлемый ряд значений базовой периодичности ТО для энергоблоков в целом, при котором минимизируются годовые затраты на ТОиР СТОиР с учетом убытков от простоев на ТОиР:
(13.10)
где - годовая наработка энергоблока (время технического использования энергоблока); т - число групп работ, имеющих одинаковую продолжительность tl,i(t2,j).
В тех случаях, когда приведенные выше зависимости неизвестны, используют более сложные методы оптимизации, например методы линейного и нелинейного программирования.
