Rõ ràng là viẹc nâng cao tính không hỏng của và tính lâu bền của sản phẩm, một mặt đòi hỏi ngững phí tổn lớn về thiết kế chế tạo, một mặt làm giảm hao phí lao động xã hội trong quá trình sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa tránh được những tổn thất về kinh kế và thời gian.Như vậy để đánh giá chỉ tiêu kinh tế của độ tin cậycó thể lấy quan hệ giữa tổng tổng chi phí chế tạoCct và chi phí khai thácCktvới lượng lao động
kt t : tkt C C K ct kt e ( 5.63 ) Trong đó: bd cd ct C C C Ccd : chi phí cố định. Cbd: chi phí biến đổi.
Cần cố gắng làm chỉ số này có giá trị nhỏ nhất bằng cách phân bổ hợp lý vốn đầu tư cho chế tạo và cho khai thác.
Khi thiết kế một sản phẩm mới có độ tin cậy cao hơn sản phẩm mẫu, ta thường phải tính những chi phí phụ thêm do việc nâng cao độ tin cậy. Chi phí phụ đó được gọi là giá của độ tin cậy Gtc và được tính:
a m tc tm t G G ( 5.64 ) m
G : giá của độ tin cậy mẫu.
m
t : thời gian khai thác.
t: lượng lao động của sản phẩm.
a: hằng số lấy trong khoảng ( 0,5 – 1,5 ), đặc trưng cho mức độ tiến bộ của sản xuất về khả năng nâng cao độ tin cậy của sản phẩm.
Với cùng một điều kiện, chất lượng sản phẩm càng thấp, chi phí khai thác càng cao. vì vậy cần xác định độ tin cậy tối ưu.
5.4. Tính toán độ tin cậy của hệ thống
Khi tính toán độ tin cậy của thiết bị ta cần xác định được sơ đồ thay thế.
Sơ đồ thay thế là sơ đồ logic hiểu theo nghĩa, độ tin cậy trong các phần tử sẽ được nối tiếp, nếu lỏng 1 phần tử sẽ dẫn đến hỏng cả hệ thống, còn nếu hỏng 1 phần tử nào đó mà hệ thống vẫn làm việc bình thường thì phần tử đó được coi là nối song song với phần tử khác.
Để có được sơ đồ thay thế chính xác, phải phân tích kỹ chức năng nhiệm vụ của từng phần tử.
5.4.1. Độ tin cậy của sơ đồ nối tiếp
Giả sử có n phần tử, mà mỗi p tử có độ tin cậy là Pi (t) . Độ tin cậy của hệ thống được xác định:
1 1 t P t P t P i n i i ht
Ta thấy rằng: độ tin cậy của hệ thống không thể nhỏ hơn độ tin cậy của phần tử có độ tin cậy thấp nhất Pi(t)min. Trong sơ đồ nối tiếp, muốn nâng cao độ tin cậy của hệ thống, phải nâng cao độ tin cậy của từng phần tử.
Độ tin cậy của hệ thống sẽ giảm khi số phần tử trong hệ thống nối tiếp tăng lên. Hình bên cho ta thấy quan hệ giữa Phtvà Ppt với các giá trị nkhác nhau.
5.4.2. Độ tin cậy của sơ đồ song song
Giả sử có n phần tử nối song song, mỗi phần tử có độ tin cậy là Pi(t) như hình sau: Độ tin cậy của hệ thống được xác định theo công thức sau:
] 1 [ 1 1 n i i ht P t P
Khi độ tin cậy của các phần tử là như nhau và = P, ta sẽ có:
Pht = 1− (1− P)n
→Vậy: độ tin cậy của hệ thống ≥ độ tin cậy của phần tử. trong các phần tử song song, số phần tử song song càng tăng thì độ tin cậy của hệ thống càng tăng.
→ độ tin cậy của hệ thống ≥ độ tin cậy của phần tử.
→ Kết luận: có thể xây dựng các sơ đồ có khả năng có độ tin cậy cao, trên cơ sở những phần tử có độ tin cậy tương đối thấp.
5.4.3. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy
Cần áp dụng các biện pháp tổng hợp.
- Trong giai đọan thiết kế: phải chọn phương án tối ưu, có nghĩa là đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật, đồng thời có số phần tử ít nhất, đơn giản nhất, dễ vận hành. Khi cần thiết phải đặt các mạch dự phòng để nâng cao độ tin cậy của hệ thống.
- Trong giai đọan chế tạo, phải áp dụng những công nghệ tiên tiến, dùng nguyên liệu tốt để các phần tử có tính năng đạt yêu cầu thiết kế.
- Trong giai đọan vận hành: phải đảm bảo các điều kiện làm viậc đúng yêu cầu: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, độ bụi, độ rung…Phải tuân thủ các quy trình quy phạm để ngăn chặn sự cố do nhầm lẫn, có chế độ theo dõi, bảo dưỡng thường xuyên.
a. Ví dụ các biện pháp nâng cao độ tin cậy trong hệ thống cung cấp điện
Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên lưới phân phối, có hai giải pháp chính:
1. Giải pháp làm giảm sự cố.
2. Giải pháplàm giảm thời gian mất điện. Bước 1:
- Các biện pháp làm giảm sự cố (ngăn chặn sự cố xảy ra)
1. Nâng cao chất lượng của thiết bị vận hành: Sử dụng các thiết bị có chất lượng vận hành tốt (lưu ý: thiết bị cũ, vận hành lâu ngày hay thiết bị mới nhưng có chất lượng thấp vẫn gây ra suất hư hỏng cao) và có tính tự động hóa cao. Lên kế hoạch và từng bước thay thế các thiết bị có suất hư hỏng cao bằng các thiết bị mới và có suất hư hỏng thấp.
Ví dụ, Tổng công ty Điện lực đã triển khai áp dụng các cách điện đứng loại line post và pin post thay cho các cách điện đứng loại pin type (truyền thống) có suất sự cố cao. Khuyến cáo không sử dụng các máy cắt (S&S), các recloser (VR3S), cầu chì tự rơi … có suất sự cố cao.
2. Trong thiết kế, mua sắm, lắp đặt cần sử dụng các vật tư, thiết bị và áp dụng các giải pháp phù hợp với điều kiện vận hành lưới điện nhằm giảm bớt các sự cố có tác nhân từ bên ngoài, ví dụ như :
- Sử dụng dây bọc cách điện để ngăn ngừa các sự cố do tiếp xúc với các vật thể khác.
- Sử dụng các thiết bị phù hợp với môi trường vận hành, sử dụng sứ chống nhiễm mặn khi các đường dây đi qua khu vực gần biển bị nhiễm mặn …
- Lắp đặt các chống sét đường dây, mỏ phóng cho các đường dây đi qua các vùng có mật độ sét lớn, suất sự cố do sét cao.
3. Tăng cường công tác kiểm tra, bảo dưỡng đường dây, thiết bị vận hành trên lưới để ngăn ngừa sự cố chủ quan.
- Trang bị đầy đủ phương tiện phục vụ cho công tác quản lý vận hành, bảo dưỡng như xe thang, thiết bị kiểm tra phát nóng …
- Đào tạo để nâng cao kiến thức và tay nghề cùng tính kỷ luật cho nhân viên vận hành.
- Từng bước nâng cao tỉ lệ sửa chữa lưới điện bằng hình thức hot-line (sửa chữa khi lưới điện đang vận hành).
Bước 2:
- Các biện pháp làm giảm thời gian mất điện (khoanh vùng và khắc phục sự cố nhanh)
1. Giảm đến mức tối thiểu khu vực mất điện bằng cách tăng số lượng lắp đặt thiết bị phân đoạn.
2. Nhanh chóng khoanh vùng sự cố bằng cách áp dụng công nghệ tự động hóa lưới điện phân phối nhằm tự động phân vùng sự cố.
3. Xây dựng hệ thống mạch kép (2 mạch), mạch vòng … 4. Khắc phục sự cố nhanh.
- Xác định nhanh điểm sự cố bằng các thiết bị chuyên dùng để dò điểm sự cố như thiết bị chỉ thị sự cố (Fault indicator).
- Trang bị các thiết bị chuyên dùng để xử lý sự cố.
- Tăng cường công tác bồi dưỡng, huấn luyện nhân viên vận hành về trình độ và kỹ năng xử lý sự cố.
5.4.4. Thông tin công nghiệp
Hệ thống thông tin công nghiệp là các hệ thống thông tin dùng để điều khiển các quá trình vật lý.
Các hệ thống này hoạt động trực tuyến với 1 quá trình được kiểm soát. Thông tin công nghiệp cần thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Quản lý 1 số lượng lớn đầu vào/ra. - Đảm bảo họat động tin cậy.
- Thỏa mãn trong thời gian thực.
Thông tin công nghiệp khác các hệ thống thông tin cổ điển bởi phương pháp và kỹ thuật của nó.
Ví dụ cho độ tin cậy cung cấp điện
Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối được hiểu là khả năng của hệ thống cung cấp đầy đủ và liên tục điện năng cho hộ tiêu thụ, với chất lượng điện năng (điện áp và tần số) đảm bảo (đúng quy định).
Để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã có các quy định về chỉ tiêu suất sự cố (đường dây và trạm biến áp) trong quản lý, vận hành hệ thống điện, làm cơ sở cho việc đánh giá chất lượng quản lý vận hành nguồn lưới đáp ứng yêu cầu cung ứng điện liên tục cho khách hàng. Cụ thể như sau:
- Suất sự cố thoáng qua đường dây trung thế : 12 vụ / 100 km/ năm. - Suất sự cố vĩnh cửu đường dây trung thế : 3,6 vụ / 100 km/ năm.
- Suất sự cố vĩnh cửu TBA : 1,8 vụ / 100 MBA/ năm
Từ các quy định trên đã buộc các đơn vị thành viên phải tích cực đưa ra kế hoạch và các phương án cải thiện chất lượng cung ứng điện trên hệ thống điện toàn quốc, đồng thời có tác động tích cực đến ý thức trách nhiệm của đội ngũ cán bộ công nhân viên làm công tác quản lý kỹ thuật, vận hành hệ thống điện. Tuy nhiên, việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện qua chỉ tiêu suất sự cố còn một số bất cập sau:
- Chỉ tiêu suất sự cố chỉ cho biết số lần mất điện (do sự cố) trung bình của hệ thống. Không biết được số lần và thời gian mất điện của khách hàng, cũng như phạm vi mất điện, lượng công suất và điện năng không cung cấp được (do mất điện); từ đó tính toán các thiệt hại do mất điện gây ra và đề ra các biện pháp thích hợp để giảm số lần và thời gian mất điện khách hàng, cũng như giảm phạm vi mất điện để tăng độ tin cậy của hệ thống.
- Với chỉ tiêu suất sự cố nêu trên, không thấy rõ hiệu quả kinh tế đem lại của các dự án cải tạo lưới điện, lắp đặt các hệ thống tự động phân đoạn sự cố cũng như hệ thống tự động hoá lưới điện phân phối, đặc biệt là sự cần thiết phải xây dựng các mạch liên lạc giữa các trạm nguồn, các mạch vòng cung cấp điện... để giảm thời gian mất điện cũng như hạn chế phạm vi (số hộ mất điện, lượng công suất và điện năng không cung cấp được) do sự cố hoặc thao tác hay bảo dưỡng thí nghiệm định kỳ.
Để giải quyết vấn đề trên, cần phải xây dựng thêm nhiều chỉ tiêu cụ thể để đánh giá thực chất độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng vận hành của lưới điện cũng như công tác quản lý vận hành.
Một số công ty điện lực ở các nước đã xây dựng các chỉ số chất lượng để theo dõi độ tin cậy vận hành của hệ thống. Các chỉ số chất lượng này có thể dùng để so sánh chất lượng phục vụ giữa các công ty, giữa các đơn vị trong cùng công ty hay dùng để so sánh trực tiếp chất lượng trước và sau cải tạo của một xuất tuyến hay của cả một hệ thống. Tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) của Mỹ đã xây dựng một số chỉ số để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, cụ thể như sau :
- Các chỉ số đánh giá độ tin cậy về mặt mất điện kéo dài
1. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (System Average Interruption Frequency Index - SAIFI): Chỉ số này cung cấp thông tin về số lần mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm.
2. Chỉ số thời gian mất điện trung bình của hệ thống (System Average Interruption Duration Index - SAIDI): Chỉ số này cung cấp thông tin về thời gian (phút hoặc giờ) mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm.
3. Chỉ số thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average Interruption Duration Index - CAIDI): Chỉ số này thể hiện thời gian trung bình cần để phục hồi cung cấp điện cho khách hàng trong một lần mất điện (vĩnh cửu).
4. Chỉ số tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer Total Average Interruption Duration Index - CTAIDI): Đối với khách hàng thực tế đã mất điện, chỉ số này thể hiện tổng thời gian trung bình khách hàng trong thông báo bị mất điện. Chỉ số này được tính toán như chỉ số CAIDI, trừ việc khách hàng bị mất điện nhiều lần chỉ được tính một lần.
5. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average Interruption Frequency Index - CAIFI): Chỉ số này thể hiện số lần mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm.
6. Chỉ số sẵn sàng cấp điện trung bình (Average Service Availability Index ASAI): Chỉ số này thể hiện thời gian trung bình (thường tính bằng %) mà khách hàng được cung cấp điện trong vòng một năm. Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số giờ của khách hàng được cung cấp trong năm và tổng số giờ khách hàng yêu cầu (số giờ khách hàng yêu cầu = 24giờ/ ngày*365 ngày = 8760 giờ ).
7. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (Average System Interruption Frequency Index - ASIFI) về mặt phụ tải: Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số công suất (kVA) bị gián đoạn trên tổng số công suất (kVA) được cung cấp. Đây là chỉ số quan trọng đối với các khu vực cấp điện chủ yếu cho ngành công, thương nghiệp. Chỉ số này cũng được sử dụng bởi các công ty không có hệ thống theo dõi khách hàng.
8. Chỉ số thời gian trung bình mất điện của hệ thống (Average System Interruption Duration Index - ASIDI) về mặt phụ tải: Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng điện năng không cung cấp được (do bị gián đoạn cung cấp điện) trên tổng số công suất (kVA) được cung cấp.
9. Chỉ số tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customers Experiencing Multiple Interruptions - CEMIn): Chỉ số này để theo dõi số sự kiện (n) những lần mất
điện đối với một khách hàng nào đó. Mục đích là xác định sự phiền toái cho khách hàng mà giá trị trung bình không thấy được.
CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG CHƯƠNG 5: R(t): hàm tin cậy, xác suất làm việc không hỏng. Q(t): hàm phân phối tuổi thọ, xác suất hỏng. f(t): hàm mật độ phân phối tuổi thọ.
) (t : cường độ hỏng. ) (t R
: xác suất không hỏng thực nghiệm ( hàm tin cậy ) )
(t
Q
: hàm phân phối tuổi thọ thực nghiệm ( xác suất hỏng ) ) (t f : hàm mật độ tuổi thọ thực nghiệm. ) (t : cường độ hỏng thực nghiệm. E(t), : kỳ vọng tuổi thọ.
D(t), 2(t): phương sai của tuổi thọ.
_ t: tuổi thọ trung bình. ) ( , 2 2 t
S : phương sai của tuổi thọ thử nghiệm. )
(t
: độ lệch tiêu chuẩn của tuổi thọ. v(t): hệ số biến động của tuổi thọ.
) (t : kỳ vọng số lần hỏng ( hàm phục hồi ). ) (t : cường độ dòng hỏng.
S(t): hàm sẵn sàng tại thời điểm t. S: hệ số sẵn sàng.
bd
A : tổng hao phí lao động bảo dưỡng kỹ thuật. (%)
: tuổi thọ gamma phần trăm.
Câu hỏi chương 5
Câu 1: Cho biết các tiêu chí đánh giá độ tin cậy của hệ thống trong quá trình điều khiển từ xa.
Câu 2: Trình bày các biện pháp nâng cao độ tin cậy trong truyền tin
Câu 3: Phân tích quan hệ giữa cường độ hỏng với các quy luật phân phối tuổi thọ
Câu 4: Tại sao nói độ tin cậy là chỉ tiêu quan trọng nhất của hệ thống đo, điều khiển từ xa
Câu 5: Đánh giá các chỉ tiêu độ tin cậy của sản phẩm có phục hồi và không phục hồi trong hệthống điều khiển.
Câu 6: Trình bày mối quan hệ giữa cường độ hỏng với các quy luật phân phối tuổi thọ trong một hệ thống.