تحليل مدهاي خرابي و اثرات آنتحليل مدهاي خرابي و اثرات آن((Failure Mode & Effect AnalysisFailure Mode & Effect Analysis))

ارایه: دکتر عليرضا فريدونيانارایه: دکتر عليرضا فريدونيان دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی

13911391مهر مهر

به نام خدابه نام خدا

انگيزه هاي اصلي ارزيابيهاي كمي انگيزه هاي اصلي ارزيابيهاي كميقابليت اطمينان:قابليت اطمينان:

اخذ بهترين تصميم ها در چگونگي بهبود عملكرد سيستم، چگونگي مديريت مصالحه ها

بين مالحظات فني، اقتصادي و ايمني.

مقدمهمقدمه

ارزيابي كمي ريسك و احتمال وقوع ارزيابي كمي ريسك و احتمال وقوعرخدادهاي نامطلوب و شدت عواقب آن رخدادهاي نامطلوب و شدت عواقب آن براي رقابت شركتهاي برق ضروري شده براي رقابت شركتهاي برق ضروري شده

است. است.

بخش اولبخش اول روشهاي ارزيابي قابليت اطمينان در سیستم هاروشهاي ارزيابي قابليت اطمينان در سیستم ها

روشهاي ارزيابي قابليت اطمينانروشهاي ارزيابي قابليت اطمينان

((Network ModelingNetwork Modeling))مدلسازي شبكه اي مدلسازي شبكه اي

( ( Markov ModelingMarkov Modeling))مدلسازي ماركوف مدلسازي ماركوف

((Monte Carlo SimulationMonte Carlo Simulation))شبيه سازي مونت كارلو شبيه سازي مونت كارلو

2

31

عملكرد

صحيح

ازكارافتاده

قVابليت اطمينVان سيسVتم برحسVب تVركيب منطقي احتمVال وقVوع رخVدادهاي تصVادفي در سيسVتم ارزيVابي مي شVود، و اين مبنVا در

همه روشهاي مختلف ارزيابي قابليت اطمينان مشترك است.

مدلسازي شبكه مدلسازي شبكه ((Network ModelingNetwork Modeling))

سيستمهاي سريسيستمهاي سري

يVك • بVراي عملكVرد صVحيح قVابليت اطمينVان ديVدگاه از سVيسVتم VسVري بVايVد VهمVه عضVوهايV آن در حVال كVار باشVد و VبVنVابرايVن ازV VكVار VاVفVتVادنV هVر VعضVوV مVوجVب اVز كاراVفتVادگي

.Vي شودVيستم مVس

سVVاختاري • نVVوع تVVرين ضVVعيف سVVري سيسVVتمهاي سVيسVتمها از VنقطVه نظVر قVاVبليتV اطVمينVان محسVوب مي

شوند.

1 2

Q= احتمال ازكارافتادگي سيستم

R= احتمال عملكرد سيستم )قابليت اطمينان(

بعلت كوچك Qبودن

موازيموازي سيستمهايسيستمهاي

از ديدگاه قابليت اطمينان، يك شبكه موازي با عملكرد حداقليك عضو سالم عملكرد انتظاري خود را خواهد داشت.

1

2

سيستمهاسيستمهايي يي

عضو عضو nn بابا

n- سيستم متوالي با عضو:

1 2 n

1

2

n

n - سيستم موازي با عضو:

مثال: سيستم سري- موازيمثال: سيستم سري- موازي

:حل :مفروضات مساله

Q1 = 0.01

Q2 = 0.02

Q3 = 0.03

2

3

1

Solution (cont’d)

:احتمال رخداد خرابي در سيستم

:قابليت اطمينان سيستم برابر است

which is also equal to RSYS = 1 – QSYS

As shown in this example, the system probability of failure and reliability are dominated by the series component 1 i.e. a series system is as good as its weakest link

ارزيابي قابليت اطمينان در سيستم ارزيابي قابليت اطمينان در سيستم هاي پيچيدههاي پيچيده

اVري يVتمهاي سVادگي سيسVه سVتمها بVوم سيسVاختار عمVه سVا كVاز آنج مVوازي نيسVت، بVراي مدلسVازي و ارزيVابي قVابليت اطمينVان آنهVا شVيوه

هاي ديگري نياز است: (Cut Set Analysis تحليل كات ست)-(Tie Set Analysis تحليل تاي ست )-(Fault Tree درخت خطا )-

رار ميVبكه قVازي شVه روش مدلسVها همگي در زيرمجموعVاين روش . گيرد

((Cut SetCut Set كات ست ) كات ست )

(:Cut Setكات ست )

خVرابي مVوجب آنهVا همVه خVرابي كVه اجVزاء سيسVتم از اي مجموعVه سيستم مي شود:

{F, AB, CD, AED, BEC, …}

(:Cut Setكات ست ) مينيمال زيرمجموعVه اي از كVات سVت هVا كVه حVتي در صVورت عملكVرد يكي از

:آنها نمي توان با قطعيت خرابي سيستم را نتيجه گرفت{F, AB, CD, AED, BEC}

.بر اساس مدهاي خرابي سيستم عمل مي كند.بر اساس مدهاي خرابي سيستم عمل مي كند

تعريف تعريف 11

A

B

C

D

E F

تعريف تعريف 22

((Cut SetCut Set مجموعه انقطاع ) مجموعه انقطاع )

در سيستم هاي پيچيده بايد با الگوريتميMCS را بدست آورد.

((Tie SetTie Setمجموعه تاي ست )مجموعه تاي ست )

.مكمل روش كات ست است بر اساس مدهاي درستي سيستم عمل مي

كند. يرتكراري وVال غVيرهاي اتصVه مسVكيل همVتش

آنهVا صVحيVح VردVعملك عناصVري VكVه مVتVوالي موجبV عملVكرد سيسVتم Vمي شود.

A

B

C

D

E F

C F

D F

E D

E C

A

B

A

B

F

F

Rsys = P(T1 U T2 U T3 U T4)

T1

T2

T3

T4

((Fault TreeFault Treeدرخت خطا )درخت خطا )

رVداد هVاي رخVه هVرابي و ريشVل خVايش دالئVنم بVراي روشVي تصVويري خرابي در يك تجهيز يا سيستم.

هVتم از نقطVا سيسVيز يVار تجهVاي كيفي رفتVابي هVت جهت ارزيVزاري اسVاب

نظVرV قVابVليتV اطمينVان، كVه بVا VاسVتVفادهV از اطالعVات مرVبVوط بVهV قVابVليت اVطمينVان اجVزاVء و رVونVد منطقيV رخVداد خVراVبي، اVز پVائين تVرVين سVطحV بVه

بVاال،V VنهVايVتا Vبه ارVزياVبيV كمVيV قابلVيت اVطميناVن سيستVم منجVرV خواهVدV شد.

اييVه نهVوان حادثVه عنVرابي را بVي از خVوع خاصVيوه نVاين ش(Top event )V وعVه وقVبV رVه منجVادها كVدVير رخVاVوالي سVتV كيب وVرVرد. تVيVر مي گVدر نظ

حVاVدثهV نهاVيي VمVي شVود ساVختاVرV درVخت معايب رVا بVوجود ميV آوVرد.

تشكيل درخت خطا براي يك تشكيل درخت خطا براي يك مثال: مثال: سيستم حفاظتيسيستم حفاظتي

، CTبركر، رله، سيستم حفاظتي شامل: سيستم حفاظتي شامل: - - باتري و سيم كشي-كنترلي.

سيستم حفاظتي نتواند - حادثه نهايي فرضي: - حادثه نهايي فرضي: خطا را حذف كند.

سيستم

حفاظتي خطا را حذف نكند

حادثه نهايي

حوادث مبنا

خرابي بركر

خرابي CT

خرابي رله

خرابي باتري

خرابي سيمكشي

گيت منطقي

مدلسازي به روش ماركوفمدلسازي به روش ماركوف

روشي براي مدلسازي رفتار اتفاقي سيستمروشي براي مدلسازي رفتار اتفاقي سيستم.

MTTF.مدت زمان ميانگين تا وقوع خرابي در سيستم :

ازكارافتادگي آهنگ(: λنرخ خطا )

MTTF=

عملكرد عملكرد صحيحصحيح

ازكارازكارافتادهافتاده

λ

µ

تعريف تعريف 11

تعريف تعريف تعداد ازكارافتادگي سيستم در يك 22

محدوده زماني كه سيستم در حال كار محدوده زمانيبوده

ثابت مي شود 1λ

λ=

مدلسازي به روش ماركوفمدلسازي به روش ماركوف

روشي براي مدلسازي رفتار اتفاقي سيستمروشي براي مدلسازي رفتار اتفاقي سيستم.

MTTRمدت زمان ميانگين تعمير سيستم :

آهنگ تعمير(: µنرخ تعمير )

=r MTTR=

مقدارµ بسيار بزرگتر از λ است زيرا سيستم بايد در وضعيت نرمال عملكرد خود باشد.

عملكرد عملكرد صحيحصحيح

ازكارازكارافتادهافتاده

λ

µ

تعريف تعريف 33

تعريف تعريف تعداد تعميرات موفق در يك محدوده 44

Tزماني در يك محدوده زماني كه سيستم در حال تعمير بوده

Tمحدوده زماني

µ=

ثابت مي شود 1µ

تحليل مدهاي خرابي و اثرات تحليل مدهاي خرابي و اثرات ((FMEAFMEA))آنآن

تعريف هاتعريف ها

Failureمدهاي خرابي )Mode )

تكVنيكي بVراي درك رفتVار اجVزاء سيسVتم از نقطVه نظVر قVابليت اطينVان، كVه بVر بررسي اثر خرابي اجزاء بر اجزاء ديگر و كل سيستم استوار است.

تعريف تعريف 11

تعريف تعريف 22

جزء يا تركيبي از اجزاء شبكه، يا بطور كلي راههايي كه موجب خرابي و عدم عملكرد سيستم مي شود.

تحليل مدهاي خرابي و اثرات آن

(FMEA)

:FMEAهدف از مطالعات اعمال عملياتي براي شناسايي و

كاهش خرابي هاي شبكه با

درنظرگرفتن باالترين اولويت براي

آنها.

:FMEAهدف از مطالعات اعمال عملياتي براي شناسايي و

كاهش خرابي هاي شبكه با

درنظرگرفتن باالترين اولويت براي

آنها.

FMEAFMEAمراحل اصلي مراحل اصلي

.)بكهCش( تمCف سيسCتعري .)بكهCتم )شCف سيسCطوح تعريVآن و س داخلي توابVع شVامل محVدوده سيسVتم، مVشVترك بVا عواVمVل اثرVگVذار خVارجي،V عملكVرد مطVلVوب سيVسVتم و VتعريVف خVرابي در آن.

.تمCالقوه در سيسCرابي بCدهاي خCايي مCتم. شناسCالقوه در سيسCرابي بCدهاي خCايي مCاملشناسVيرهايي شVه مسVيين همVتع.Vمي شودV سيستمV ع عملكردVريك از توابVدر ه VرابيVد خVرخدا Vمنجر به Vكه

.رابيCدهاي خCك از مCر يCداد هCي از رخCواقب ناشCرات و عCيين اثCرابي. تعCدهاي خCك از مCر يCداد هCي از رخCواقب ناشCرات و عCيين اثCيينتعVتع عواقبي كه پس از وقوع هر مد خرابي به سيستم تحميل مي شود.

.رات منفيCدي اثCه بنCرات منفي. رتبCدي اثCه بنCه رتبVتم كVزاء سيسVرين اجVراني تVاس و بحVيين حسVامل تعVشاVز VمVدهاVي خVرابVي اثVر VمVي گيرنVد وV مVوجبV VمخVدوشV شVدن VعVملكVردV VكVل سVيسVتم Vمي

شوند. .تعيين تمام ريشه هاي بالقوه مدهاي خرابي. تعيين تمام ريشه هاي بالقوه مدهاي خرابي دهايCوع مCالقوه در وقCاي بCه هCايي ريشCابي و شناسCهاي رديCيين روشCدهاي تعCوع مCالقوه در وقCاي بCه هCايي ريشCابي و شناسCهاي رديCيين روشCتع

خرابي. خرابي. اCرابي يCاي خCه هCذف ريشCنهادي ممكن جهت حCهاي پيشCه روشCيدن بCا رسCرابي يCاي خCه هCذف ريشCنهادي ممكن جهت حCهاي پيشCه روشCيدن بCرس

كاهش حساسيت سيستم به آنها. كاهش حساسيت سيستم به آنها.

در ترانسفورماتور در ترانسفورماتورFMEAFMEAنمونه اي از مطالعات نمونه اي از مطالعات

تعريف سيستم )تعيين اجزاء مختلف براي تعيين مدهاي خرابي ترانسفورماتور(:

ترانسفورماتوترانسفورماتورر

بوشينگسيم پيچها

مخزن هستهروغن و خنك كن

تپ چنجر

گام اول

تشكيل درخت خطا براي تك تك اجزاء ترانسفورماتور

گام دوم

درخت خطا در هسته ترانسفورماتوردرخت خطا در هسته ترانسفورماتور

وظيفه هسته شارش شار مغناطيسياست.

مد خرابي: كاهش بازده ترانسفورماتور

وقوع خرابي در وقوع خرابي در هستههسته

افت بازده

نقص مكانيكي

De Magnetization

جابجايي فوالد هسته حين شكل

گيري

درخت خطا درخت خطا در سيم پيچهاي در سيم پيچهاي ترانسفورماتورترانسفورماتور

خرابي سيم پيچيها

اتصال كوتاه

نقص مكانيكي

خرابي عايقها

كيفيت نامناسب

روغن

جابجايي ترانس

رسيدن به نقطه

داغ

ايجاد سولفيد

مس

اضافه ولتاژ گذرا

نقص در ساخت

اتصال كوتاه در

شبكه

رعد و برق

درخت خطا در مخزندرخت خطا در مخزن

خرابي مخزن

نشتي

آسيب تانك

نقص مكانيكي

افزايش فشار ناشي از توليد

گاز

كم توجهي حين

جابجايي مخزن

رعدوبرق/PD

نقص در مواد

خوردگي Inelastic Gasket

پيريتعميرات

ناكافي

درخت خطا در درخت خطا در بوشيگنهابوشيگنها

o ينگهاVVVبوش وظيفVVVه بين الكVتريكي ايزوالسVيون و پيچيهVا سVيم و مخVزن بVVه پيچيهVVا سVVيم اتصVVال

شبكه قدرت است.

o رابيVVخ مVVد مهمVVترين كوتVVاه اتصVVال بوشVVينگها

است.

خرابي بوشينگ

اتصال كوتاه

آسيب مقره ها

خطا در مواد عايقي

آلودگي

نفوذ آب

فقدان تعميرا

ت

Inelastic Gaskets

پيري

برخورد اشياء نظير سنگ

بي دقتي حين

بازرسي

درخت خطا در تپ چنجر ترانسفورماتوردرخت خطا در تپ چنجر ترانسفورماتور

- تشكيل درخت خطا براي هر جزء.2تشكيل درخت خطا در تپ چنجربعنوان نمونه: بعنوان نمونه:

وظيفه تپ چنجر زير بار تنطيم ولتاژ سيم پيچهاست.•از دو قسمت تشكيل شده است:•

- Diverter switch

-Tap Selector

هر يك از اين دو جزء يك مد خرابي تپ چنجر است.هر يك از اين دو جزء يك مد خرابي تپ چنجر است.

تشكيل درخت خطا تشكيل درخت خطا براي اجزاي تپ براي اجزاي تپ

چنجرچنجر خرابي سوئيچ

Diverter

خرابي كنتاكت

آلودگي روغن

استفاده

نامناسب

تعميرات

نامناسب

خرابيTap

Selectorعدم توانايي در

تغيير سطح ولتاژ

اشكال مكانيكي

خوردگي

پيري

مد 1خرابي

مد 2خرابي

بدست آمدن درخت خطا در بدست آمدن درخت خطا در ترانسفورماتورترانسفورماتور

كVت خطVاي درخت ادغVام ايجVاد درخت و اجVزاء تVك V در خVطVVVVVا نهVVVVVايي

ترانسفورماتور

ترانسفورماتوترانسفورماتورر

خرابي بوشينگ

خرابي سيم پيچها

خرابي مخزن

خرابي هسته

خرابي خنك كن

خرابيتپ چنجر

درخت خطا

بوشينگ

درخت خطا

بوشينگ

درخت خطا سيم پيچها

درخت خطا سيم پيچها

درخت خطا مخزن

درخت خطا مخزن

درخت خطا هسته

درخت خطا هسته

درخت خطا

خنك كن

درخت خطا

خنك كن

درخت خطا تپ

چنجر

درخت خطا تپ

چنجر

گام سوم

و خVرابي مVدهاي كيفي ارزيابيهVاي اينجVا تا اثVراVت آنهVا Vدر يVك VسيسVتمV )ترانسVفورماتور( اVين Vاين مطالعVات، ادامVه در مطالعVهV شVد. بVرايV انجVام ارزيابيهVاي كمVي از نقVطVه نظVر قVابليت اVطمينVان الزم اVسVت نVرخ VخVرابي تVك قVابليت VاVيتVنها و VوندVشV بهVا محاسVمانهVال تVك اطمينVاVن سيسVتVم مVوVرد ارزيVابي VكميV قVرار

V.گيرد

ذVاخ در تVوان مي محاسVبات اين نتVايج از اسVتراتVژيهاي بهVتر نVگهVداريV و تعمVيرات بهVره

گرفت.

رابيVخ مVدهاي همVه آمVدن بدسVت با در آنهVا، رخVداد دالئVل و ترانسVفورماتور اين VمرحلVهV بVايVدV هVريVك اVز اجVزاءV وV هريVك اVز VمVدهاVي VخVرابي VآنهVا بVراVسVاس حVساسVيت ترVانسVفورماتور، پVذيرVي وقVوع VخVرابVي در

.Vتبه بندي شوندVر

ايVVخرابيه گذشVVته سVVابقه مطالعVVات بنVVدي رتبVVه اين در ترانسVVفورماتور

سودمند خواهد بود.

گام چهارم

گام هاي بعدي