Оценка надежности тэс как важной составляющей безотказной работы энергетической системы

82

надежность электросетей

Оценка надежности ТЭС 
как важной составляющей 
безотказной работы 
энергетической системы

УДК 621.311:621.313

Кондратьева

О

.

Е

., 

д.т.н., доцент, 

заведующая кафедрой 

ИЭиОТ НИУ «МЭИ»

Боровкова

А

.

М

.,

к.т.н., доцент

кафедры ИЭиОТ

ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»

Баева

П

.

Н

.,

студентка кафедры 

ИЭиОТ ФГБОУ ВО

«НИУ «МЭИ»

Черкасский

Е

.

В

.,

начальник службы 

надежности, пожарной 

и экологической 

безопасности 

ПАО «ЮНИПРО»

В

статье

описаны

современные

подходы

к

оценке

надежности

восстанавли

-

ваемых

энергетических

систем

, 

таких

как

ТЭС

, 

рассмотрены

основные

коли

-

чественные

показатели

надежности

. 

Описан

алгоритм

применения

общего

логико

-

вероятностного

метода

и

обоснована

целесообразность

использования

программных

комплексов

для

расчета

надежности

. 

Даны

рекомендации

по

применению

индекса

технического

состояния

оборудования

для

определения

требований

по

надежности

ТЭС

и

получения

достоверных

результатов

расчета

.

Ключевые

слова

:

надежность энерго-

системы, количе-

ственные показатели 

надежности, логико-веро-

ятностный метод, индекс 

технического состояния

Н

адежная  бесперебойная 

поставка  электроэнер-

гии  и  тепла  от  тепловых 

электрических  станций 

(ТЭС) потребителям является важ-

нейшей  составляющей  жизне-

обеспечения  современной  среды 

обитания  людей,  которая  напря-

мую влияет на функционирование 

общественного  производства.  На-

дежность  электроэнергетической 

системы  (ЭЭС)  складывается  из 

надежности  двух  звеньев:  надеж-

ности  звена  генерации,  под  кото-

рым  понимается  генерирующая 

мощность станции, и сетевого зве-

на,  представляющего  собой  все 

линии  электропередачи  основной 

сети.  Обеспечение  надежности 

сетевого  звена  является  важной 

задачей,  особенно  для  россий-

ских сетей, имеющих протяженные 

и слабые связи, а также дефицит-

ные и избыточные районы по гене-

рации [1]. Однако первичным и от-

ветственным за покрытие нагрузки 

является звено генерации. Поэто-

му  обеспечение  его  надежности 

является  приоритетной  задачей 

в  обеспечении  надежности  элек-

троэнергетических систем (ЭЭС).

Под  надежностью  ТЭС  пони-

мают свойство сохранять во вре-

мени  способность  вырабатывать 

электрическую  и  тепловую  энер-

гию определенных параметров по 

требуемому графику нагрузки при 

заданной  системе  технического 

обслуживания и ремонтов обору-

дования  [2].  При  этом  обеспече-

ние  требуемого  уровня  надежно-

сти имеет два дополняющих друг 

друга аспекта: технический и эко-

номический.

Аварийный отказ в работе мощ-

ного теплоэнергетического обору-

дования  ТЭС  не  только  наносит 

ущерб всей ЭЭС и, как следствие, 

потребителю, но и влечет за собой 

снижение прибыли для компании 

из-за  недоотпуска  электрической 

и тепловой энергии и существен-

ных затрат на ремонт и восстанов-

ление отказавшего оборудования. 

Поэтому актуальной практической 

задачей для энергогенерирующих 

компаний  является  оценка  риска 

производственной  деятельности, 

которая  включает  в  себя  оцен-

ку  надежности  и  оценку  убытков, 

в случае если надежность не бу-

дет удовлетворять требуемым по-

казателям. 

Затраты  компаний  на  резер-

вирование,  замену  и  ремонт  по 

техническому  состоянию  должны 

быть  меньше  ущерба,  выражен-

ного  в  денежном  эквиваленте. 

Именно  поэтому  одной  из  основ-

ных  задач  оценки  надежности 

является  обоснование  затрат  на 

резервирование  наиболее  значи-

мого оборудования на стадии про-

ектирования,  своевременную  за-

купку запасных частей элементов 

и оптимизация инвестиций в име-

ющееся  оборудование  для  под-

держания его работоспособности.

83

С другой стороны, энергогене-

рирующие  компании  обязаны  по-

ставлять электроэнергию и тепло 

по требуемому графику нагрузки, 

что  регламентируется  норматив-

ными  документами.  Приказом 

Минэнерго № 676 [3] утверждена 

методика, по которой рассчитыва-

ется индекс технического состоя-

ния К

ИТС

 основного оборудования 

и  линий  электропередачи  элек-

трических  станций  и  электриче-

ских  сетей.  Такая  оценка  должна 

проводиться раз в год и на осно-

вании  полученного  результата 

определяется:

– вид  технического  состояния 

системы  и  необходимый  уро-

вень технического воздействия 

на оборудование;

– виды ремонта при формирова-

нии  и  актуализации  перспек-

тивных (многолетних) графиков 

ремонта,  годовой  ремонтной 

программы,  комплекса  меро-

приятий по техническому пере-

вооружению  и  реконструкции 

в  случае  несоответствия  зна-

чения 

удовлетворительным 

показателям.

А уже на основании полученно-

го  значения  К

ИТС

  рассчитывается 

вероятность отказа функциональ-

ного  узла  и  единицы  основного 

технологического  оборудования 

и проводится оценка последствий 

отказа согласно приказу Минэнер-

го  №  123  [4]  с  учетом  приведен-

ных в таблице 1 показателей.

Однако  индекс  технического 

состояния К

ИТС

, рассчитанный по 

имеющейся  методике,  не  позво-

ляет  перейти  к  количественным 

показателям  надежности  и  про-

гнозировать  их  изменение  в  за-

висимости  от  проводимых  тех-

нических  воздействий.  Одной  из 

причин, усложняющих переход от 

К

ИТС

  к  показателям  надеж ности, 

является то, что при расчете ин-

декса  технического  состояния 

помимо  показателей,  которые 

напрямую  характеризуют  физи-

ческое  состояние  оборудования, 

учитываются  также  показатели 

безопасности  и  тепловой  эконо-

мичности. К тому же не учитыва-

ется  вспомогательное  оборудо-

вание,  которое  также  оказывает 

влияние  на  надежность  всего 

энергоблока ТЭС. 

Для определения количествен-

ных показателей надежности ТЭС 

нахождение объекта в нерабо-

тоспособном состоянии.

Статистика  повреждаемости 

элементов  системы  по  результа-

там  их  эксплуатации  в  течение 

заданного времени дает значения 

параметра  потока  отказов 



(

t

), 

время  восстановления  элемента 

T

в

 и время наработки на отказ 

T

0

, 

имея  которые  можно  рассчитать 

описанные  выше  коэффициенты 

и вероятность отказа системы. 

Для  расчетов  могут  использо-

ваться  аналитические,  статисти-

ческие  или  экспериментальные 

методы,  сравнительный  анализ 

которых приведен в таблице 2.

Наиболее перспективным ме-

тодом расчета надежности в на-

стоящее  время  является  общий 

логико-вероятностный 

метод 

(ОЛВМ),  опирающийся  на  все 

описанные  выше  методы  и  во-

бравший  в  себя  их  преимуще-

ства.  ОЛВМ  предусматривает 

анализ  надежности  сложных 

систем,  при  котором  их  струк-

тура  описывается  средствами 

математического  аппарата  би-

нарной  алгебры  логики,  а  коли-

чественная  оценка  надежности 

производится с помощью теории 

вероятностей.  Для  осуществле-

ния  расчета  необходимо  преоб-

разовать  действительную  функ-

ционально-структурную 

схему 

в эквивалентную ей графическую 

схему,  описывающую  состав 

ее необходимо представить в виде 

системы, состоящей из отдельных 

элементов,  по  которым  имеются 

статистические исходные данные. 

Для  восстанавливаемых  элемен-

тов, то есть элементов, для кото-

рых срок эксплуатации складыва-

ется  из  чередующихся  периодов 

работы и восстановления, какими 

являются  элементы  ТЭС,  харак-

терными являются следующие ко-

личественные показатели:

–



(

t

)  —  параметр  потока  отка-

зов,  характеризующий  число 

отказавших объектов в выбран-

ном временном промежутке;

–

T

0

 — время наработки объекта 

до отказа;

–

T

в

 — среднее время восстанов-

ления объекта;

–

K

г

 — коэффициент готовности, 

характеризующий  вероятность 

того, что объект окажется рабо-

тоспособным,  то  есть  готовым 

нести проектную нагрузку в про-

извольный  момент  времени, 

кроме  периодов  его  плановых 

остановов;

–

K

т.и.

  —  коэффициент  техниче-

ского  использования,  характе-

ризующий относительную долю 

времени  нахождения  объекта 

в  работоспособном  состоянии 

в  течение  рассматриваемого 

промежутка времени за исклю-

чением плановых простоев;

–

K

п

  —  коэффициент  вынужден-

ного простоя, характеризующий 

Табл. 1. Учитываемые показатели

при оценке последствий отказа функционального узла

Пока-

затель

Обозначение

С

з

Стоимость замены оборудования без учета НДС, руб.

З

пуск

Пусковые затраты (зависящие от дополнительного расхода 

топлива и его цены)

У

ЭК

Фактические или прогнозные затраты на возмещение 

экологического ущерба

У

жл

Фактические или прогнозные затраты на компенсацию вреда 

жизни персонала вследствие отказа оборудования

У

ТР

Фактические или прогнозные затраты на компенсацию вреда 

здоровью персонала

У

неопл.мощн

Фактический или прогнозный убыток от неоплаты располагаемой 

мощности электростанции

У

упущ.выгоды

Фактический или прогнозный убыток в результате упущенной 

выгоды от недовыработки электрической и тепловой энергии

У

комп.над

Убыток от выплаты компенсации потребителям

У

тар.над

Убыток от снижения тарифа

С

пр

Стоимость прочих расходов (на ликвидацию аварии и т.д.)

№

 1 (64) 2021

84

и  условие  функционирования 

элементов энергоблока. 

Такое  графическое  представ-

ление системы с математической 

точки  зрения  дает  возможность 

определить работоспособное со-

стояние системы и состояние от-

каза.  Кроме  того,  на  основании 

эквивалентной  графической  схе-

мы  возможно  представление  как 

всех  традиционных  видов  струк-

турных  схем  (блок-схемы,  дере-

вья  отказов,  деревья  событий, 

графы связности с циклами), так 

и  принципиально  нового  класса 

немонотонных  (некогерентных) 

структурных  моделей  различных 

свойств  исследуемых  систем, 

что  является  большим  преиму-

ществом.  Для  моделирования 

и  расчета  количественных  пока-

зателей  надежности  также  необ-

ходимо  использование  экспери-

ментально полученных исходных 

данных. В общем виде алгоритм 

ОЛВМ  может  быть  представлен 

следующей  блок-схемой  (рису-

нок 1) [10]:

 Количественная оценка и оп-

тимизация  надежности  работы 

ТЭС  по  представленному  выше 

алгоритму  является  сложной 

задачей  ввиду  значительного 

количества  элементов  систем 

и многообразия связей между от-

дельными  элементами.  Оценить 

надежность  такой  системы  ана-

литически  «вручную»  на  реаль-

ных объектах достаточно сложно, 

так  как  оценка  требует  больших 

временных затрат и специальной 

дополнительной  подготовки  пер-

сонала. 

Описанная  выше  задача  мо-

жет  быть  значительно  упрощена 

применением  программных  ком-

плексов  моделирования  и  расче-

та показателей надежности и без-

опасности  систем.  Расчет  в  про-

граммных  комплексах  позволяет 

оперативно  вносить  изменения 

и оценивать влияние тех или иных 

параметров  на  системную  надеж-

ность. 

В  таблице  3  приведен  срав-

нительный  анализ  наиболее  рас-

пространенных 

отечественных 

и  зарубежных  программных  ком-

плексов  расчета  надежности, 

реализующих  методы  ОЛВМ  [5]. 

Анализ программных комплексов, 

представленных  в  таблице  3,  по-

казывает,  что  возможность  ре-

шения  поставленной  задачи  по 

оценке  надежности  на  основе 

предложенного  на  рисунке  1  ал-

горитма  предоставляют  все  рас-

смотренные  программы,  поэтому 

выбор конкретной будет зависеть 

в большей степени от затрат пред-

приятия на ее приобретение. До-

стоверность  полученных  данных 

при этом прежде всего зависит от 

корректности формирования мас-

сива исходных данных.

Как  уже  говорилось  выше, 

в качестве исходных данных при-

нимаются,  в  том  числе,  среднее 

время наработки на отказ и сред-

нее  время  восстановления  эле-

ментов,  полученные  на  основе 

анализа статистики отказов обо-

рудования и остановов системы. 

Однако,  после  того  как  расчет 

проведен  и  определены  необхо-

димые  мероприятия,  исходные 

данные  меняются  и  возникает 

необходимость  прогнозирования 

изменения  исходных  характе-

ристик  элементов  в  результате 

проводимых  технических  меро-

приятий.  Это  является  одной  из 

ключевых  проблем  оценки  на-

дежности оборудования ТЭС.

Для  решения  этой  проблемы 

нужна  не  только  статистика  по-

вреждаемости элементов, но и до-

стоверная  оценка  технического 

состояния  оборудования.  Усо-

вершенствование  существующей 

Табл. 2. Методы оценки надежности

Методы

Преимущества

Недостатки

Аналити-

ческие

Возможность оценки показателей надежности всей системы на ран-

них этапах проектирования
Возможность учета влияния широкого перечня факторов на ЭЭС

Высокие трудозатраты при сложной 

схеме ЭЭС

Статисти-

ческие

Возможность оценки сложных схем путем разработки и исследо-

вания функционирования статистической модели рассматривае-

мого объекта

Отсутствует возможность учета 

влияния всех возможных факторов 

на систему и ее элементы

Экспери-

менталь-

ные

Возможность оценки надежности действующего оборудования, удов-

летворяющего всем техническим условиям, и учета деградации под 

влиянием различных внешних и внутренних факторов, приводящих 

к отказам

Необходимость действующих образ-

цов, удовлетворяющих всем техни-

ческим условиям
Высокие материальные затраты

АНАЛИЗ

ПОЛУЧЕННЫХ

РЕЗУЛЬТАТОВ

КОЛИЧЕСТВЕННЫХ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ

НАДЕЖНОСТИ

ПОЛУЧЕНИЕ

РАСЧЕТНОЙ

ВЕРОЯТНОСТНОЙ

ФОРМУЛЫ

(этап вероятностного моделирования)

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

ЛОГИЧЕСКОЙ

ФУНКЦИИ

К

ФОРМЕ

ПЕРЕХОДА

К

ЗАМЕЩЕНИЮ

(этап логического моделирования)

КОНСТРУИРОВАНИЕ

ЛОГИЧЕСКОЙ

ФУНКЦИИ

РАБОТОСПОСОБНОСТИ

СИСТЕМЫ

(этап структурно-логической постановки задачи)

Рис

. 1. 

Алгоритм

применения

ОЛВМ

НАДЕЖНОСТЬ 

ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ

85

Табл. 3. Программные комплексы для расчета надежности

Программа

(произ-

водитель)

Расчет показателей

Метод

расчета

Область применения

Достоинства

Недо-

статки

ПК Relex

(Relex 

software 

Corporation, 

США)

•  вероятность безот-

казной работы

•  средняя наработка 

до отказа

•  интенсивность отка-

зов системы

•  коэффициент готов-

ности

•  параметр потока 

отказов

•  ОЛВМ

•  метод 

модели-

рования

Монте-

Карло

•  марковское 

моделиро-

вание

•  анализ надеж-

ности и безопас-

ности управляющих 

и технологических 

систем, изделий 

приборостроения, 

вычислительной 

техники, транспорта, 

в оборонной технике

•  решение широкого 

спектра задач;

•  возможность экономиче-

ских расчетов;

•  позволяет учитывать 

вид резервирования, 

вероятность и время 

успешного подключения 

резерва, механизм появ-

ления отказа, стратегии 

восстановления

Высокая 

стоимость

ПК Risk 

spectrum

(Швеция)

•  вероятность безот-

казной работы

•  средняя наработка 

до отказа

•  среднее время вос-

становления

ОЛВМ

•  вероятностный ана-

лиз безопасности 

объектов энергетики

•  оптимизация 

техногенного риска 

и определение 

оптимальных пара-

метров системы тех-

нического обслужи-

вания потенциально 

опасных объектов

•  используется более 

чем на 50% атомных 

станций мира

Высокая 

стоимость

ПК АСМ

(«АРБИТР»,

РФ)

•  вероятность безот-

казной работы

•  средняя наработка 

до отказа

•  среднее время вос-

становления

•  вероятность отказа

•  значимость и вклад 

элементов в раз-

личные показатели 

надежности

ОЛВМ

•  анализ безопас-

ности объектов 

энергетики

•  оптимизация 

техногенного риска 

и определение 

оптимальных пара-

метров системы тех-

нического обслужи-

вания потенциально 

опасных объектов

•  удобство использова-

ния;

•  относительно невысо-

кая цена

–

методики  расчета  индекса  техни-

ческого  состояния  К

ИТС

  путем  на-

хождения данного индекса только 

через  показатели,  характеризую-

щие функциональную надежность 

каждой  единицы  оборудования, 

позволило  бы  прогнозировать  из-

менение  исходных  данных  систе-

мы  после  проводимых  техниче-

ский  мероприятий.  Такой  подход 

позволит  получать  корректные 

и  достоверные  результаты  при 

расчете с помощью программного 

комплекса на базе ОЛВМ, посколь-

ку программа напрямую зависима 

от вносимых исходных данных. 

ВЫВОДЫ

Таким  образом,  наиболее  пер-

спективными  для  оценки  надеж-

ности  ТЭС  энергогенерирую-

щими  компаниями  в  настоящее 

время являются адаптированные 

в  аппаратном  комплексе  логико-

вероятностные методы, позволя-

ющие  получить  количественные 

показатели  надежности  и  сде-

лать вывод о работоспособности 

системы. 

Для  повышения  достоверно-

сти  расчета  с  помощью  ОЛВМ 

необходимо  совершенствование 

методики  оценки  индекса  тех-

нического  состояния  К

ИТС

  и  уче-

та  при  его  определении  только 

показателей, 

характеризующих 

функциональную надежность обо -

рудования. 

Прогнозирование  технического 

состояния  оборудования,  расчет 

вероятности отказа и его экономи-

ческая оценка позволяют перейти 

к  риск-ори ен ти ро ван но му  подхо-

ду  в  планировании  технических 

воздействий  для  предупрежде-

ния  аварий  в  электроэнергетике 

и формирования плановых и вне-

плановых затрат на ремонт и мо-

дернизацию оборудования.  

ЛИТЕРАТУРА
1.  Крупенев  Д.С.  Оценка  и  синтез  сетевой  надежности 

электроэнергетической системы // Проблемы энергети-

ки, 2010, № 9–10. С. 28–40.

2.  ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные по-

нятия. Термины и определения. М.: ИПК «Издательство 

стандартов», 2002, 24 с.

3.  Приказ Министерства энергетики РФ от 26 июля 2017 г. 

№  676  «Об  утверждении  методики  оценки  техниче-

ского  состояния  основного  технологического  оборудо-

вания  и  линий  электропередачи  электрических  стан-

ций  и  электрических  сетей».  URL:  https://base.garant.

ru/71779722/.

4.  Приказ  Министерства  энергетики  РФ  от  19  февраля 

2019 г. № 123 «Об утверждении методических указаний 

по расчету вероятности отказа функционального узла 

и  единицы  основного  технологического  оборудования 

и оценки последствий такого отказа». URL: https://www.

garant.ru/products/ipo/prime/doc/72113770/.

№

 1 (64) 2021

86

5.  Строганов  А.,  Жаднов  В.,  Полесский  С.  Обзор  про-

граммных комплексов по расчету надежности сложных 

технических систем // Компоненты и технологии, 2007, 

№ 5. С. 183–190.

6.  Можаев  А.С.  Общий  логико-вероятностный  метод  ав-

томатизированного  структурно-логического  моделиро-

вания надежности, безопасности и риска сложных си-

стем / Безопасность России. Анализ риска и проблем 

безопасности. Часть 1. Основы анализа и регулирова-

ния безопасности. М.: МГФ «Знание», 2006. С. 243–293.

7.  Байдюк М.А., Комаров Г.В. Оценка технического состо-

яния  и  надежности  электрических  машин  //  Известия 

СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2019, № 3. С. 78–84.

8.  Петухов  И.С.  Автоматизированная  система  структур-

но-логической  оценки  показателей  надежности  и  ри-

ска  объектов  энергетики  /  Сборник  статей  IV  Всерос-

сийской научно-технической конференции «Проблемы 

информатики  в  образовании,  управлении,  экономике 

и технике». Пенза, 2004. С. 154–156.

9.  Громов В.Н., Можаев А.С. Теоретические основы обще-

го логико-вероятностного метода автоматизированного 

моделирования  систем.  СПб.:  Изд-во  Военного  инже-

нерно-технического университета, 2000. 145 с.

10. Макаренко А.В. Расчет надежности при конструирова-

нии. Воронеж: ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова, 2014. 86 с.

REFERENCES
1.  Krupenev D.S. Evaluation and synthesis of network reliabil-

ity of the electric power system. Problems of energy, 2010, 

no. 9-10, рp. 28-40.

2.  GOST 27.002-89.2002. Reliability in technology. Basic con-

cept. Terms and defi nitions. Moscow, IPK Publishing house 

of standards, 2002, 24 p.

3.  Order of the Ministry of energy of the Russian Federation 

No. 676 dated July 26, 2017 "On approval of the methodol-

ogy for assessing the technical condition of the main tech-

nological equipment and power transmission lines of power 

stations  and  electric  networks".  URL:  https://base.garant.

ru/71779722/.

4.  Order of the Ministry of energy of the Russian Federation 

dated February 19, 2019 No. 123 "On approval of guidelines 

for calculating the probability of failure of a functional node 

and a unit of basic technological equipment and assessing 

the consequences of such failure". URL: https://www.garant.

ru/products/ipo/prime/doc/72113770/.

5.  Stroganov  A.,  Zhadnov  V.  and  Polessky  S.  Review  of 

software systems for calculating the reliability of complex 

technical systems. Components and technologies, 2007, 

no. 5, pp. 183-190.

6.  Mozhaev A.S.  General  logical-probabilistic  method  of  au-

tomated structural-logical modeling of reliability, safety and 

risk of complex systems. Security of Russia. Risk analysis 

and security issues. In four parts. Part 1. Fundamentals of 

analysis and regulation of safety. Moscow, MGF "Znanie", 

2006, pp. 243-293.

7.  Baidyuk  M.A.,  Komarov  G.V. Assessment  of  the  technical 

condition and reliability of electric machines. SPb., Izvestiya 

SPbGETU "LETI", 2019, no. 3, pp. 78-84.

8.  Petukhov I.S. Automated system of structural and logical as-

sessment of reliability and risk indicators of energy facilities. 

Problems  of  Informatics  in  education,  management,  Eco-

nomics and technology: Sat. St. IV of the all-Russian scien-

tifi c and technical conference, Penza, 2004, pp. 154-156.

9.  Gromov V.N., Mozhaev A.S. Theoretical bases of the Gen-

eral logical-probabilistic method of automated system mod-

eling. Saint Petersburg, Publishing house of the Military en-

gineering and technical University, 2000, 145 p.

10. Makarenko A.V. Тhe calculation of the reliability in the de-

sign. Voronezh, VSTU at G.F. Morozov, 2014, 66 p.

НАДЕЖНОСТЬ 

ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ