Оценка надежности оборудования основана на следующих пунктах:
а) в течение года каждый агрегат или блок некоторое время не работает. Нерабочее время делится на плановое и неплановое.
Плановое – ремонты, технологический просмотр, плановый останов из-за отсутствия нагрузки.
Неплановое – аварийный останов;
б) аварийные остановы вызываются отказами в работе оборудования. Отказ в работе – это нарушение работоспособности оборудования. В зависимости от характера нарушений, степени повреждений и последствий (величины недоотпуска электрической, тепловой энергии) отказы учитываются как аварии, отказы в работе 1 степени, 2 степени и так далее.
Аварии в свою очередь делятся на:
- станционные (т.е. аварии внутри станции);
- электросетевые;
- теплосетевые;
- системные - лавинообразное отключение энергоблоков на различных станциях из-за падения частоты сети;
в) чем выше мощность энергосистемы, тем меньше процент аварийного резерва требуется для обеспечения заданной надежности энергоснабжения, так как с ростом числа энергоблоков вероятность одновременного отказа резко снижается;
г) наибольшую опасность предоставляют системные аварии, то есть аварии в масштабах всей энергосистемы. При снижении частоты сети ниже требуемого уровня должна действовать автоматическая частотная разгрузка (отключение потребителей);
д) на электростанции в энергосистеме и в масштабах всей энергетике ведется учет аварийных простоев и их причин. На основе статических данных определяются два коэффициента:
1) коэффициент надежности:
, (2.5)
– время готовности к работе в году;
- время аварийного простоя, неготовности;
= 8760 часов;
2) коэффициент аварийности:
, (2.6)
Из этого следует, что 
;
е) надежность и готовность работы блоков ТЭС и АЭС зависят в основном от состояния работы паровых котлов, реакторов, парогенераторов и турбин, а влияние электротехнического оборудования мало ввиду меньшей аварийности;
ж) статистически данные о надежности и аварийности конкретных агрегатов и блоков используется при проектировании электростанций для оценки необходимого резерва мощности – вращающегося (за счет недогрузки отдельных агрегатов или блоков) и холодного (наличие оборудования остановленного, но готового к пуску);
з) выбор величины ремонтного резерва.
Ремонтная мощность (
) должна быть равна суммарной мощности одновременно выводимых в ремонт агрегатов и блоков. Лучше всего ремонт производить во время спада нагрузок (летом);
и) выбор величины аварийного резерва.
Рис.2.2 Зависимость мощности аварийного резерва от издержек.
Здесь:
У – годовой ущерб от недоотпуска электроэнергии потребителям из-за аварийных остановов оборудования;
З – годовые приведенные затраты на содержание резерва;
– оптимальная мощность резерва;
к) математический способ оценки надёжности агрегатов и энергоблоков.
Пусть на ЭС имеется n одинаковых блоков или агрегатов: 
- вероятность готовности агрегатов к работе; 
– вероятность аварийного простоя.
Получим, что 
– вероятность одновременной готовности всех n агрегатов; 
- вероятность одновременного выхода из строя всех n агрегатов.
Если данный период времени принять за единицу (обычно один год), то вероятность (т.е. продолжительность по времени) готовности определенного числа агрегатов или их простоя определяется слагаемыми разложения бинома Ньютона – т.к. в энергетике есть сотни и тысячи блоков и, следовательно, вступают в действие законы математической статистики, т.е. законы больших чисел.
Число часов в году: 8760 ч – условно принимаем равным единице (100%). Пусть число агрегатов 7. Тогда имеется 8 временных отрезков.
Разложение бинома Ньютона:
(2.7)
Здесь:
1-ое слагаемое определяет вероятность (т.е. долю времени от 8760 ч/год) одновременной готовности к работе всех n агрегатов.
2-ое слагаемое – вероятность готовности (n – 1) агрегатов при аварийности 1-ого агрегата.
m -ое слагаемое – вероятность готовности (n – m) агрегатов при аварийности m.
Предпоследнее слагаемое – вероятность готовности одного агрегата при аварийности всех остальных.
Последнее слагаемое – вероятность одновременной аварийности всех агрегатов
Произвольное слагаемое № m имеет коэффициент:
Задача:
Предположим что:
1) все агрегаты одинаковые и являются рабочим, а резервных агрегатов нет;
2) суммарная мощность всех рабочих агрегатов совпадает с максимальной постоянной нагрузкой.
Определим:
1) вероятные значения относительной выработки энергии (Э);
2) вероятные значения аварийной недовыработки энергии (ΔЭ).
Для определения вероятной выработки Э каждое слагаемое разложения бинома Ньютона надо умножить на коэффициент: 
.
Этот коэффициент означает относительную долю работоспособности агрегатов.
Для 1-ого слагаемого при m = 0, получим 
.
Для последнего слагаемого: 
, т.к. m = n.
Тогда вероятная выработка будет равна:
Если сравнить это выражение с разложением бинома Ньютона, то увидим, что:
, а т.к. 
, тогда уравнение вероятной выработки примет вид: Э = p.
Т.о. коэффициент готовности p определяет (при отсутствии резерва) численное значение вероятной выработки энергии, т.е. ожидаемой доли выработки от 100 % годовой выработки при безаварийной работе.
Очевидно, что вероятная недовыработка энергии: Δ Э = , т.к. бином Ньютона полностью симметричен в отношении величин и .
Рассмотрим простейший случай, когда n = 2 (т.е. имеется 2 одинаковых агрегата).
Для простоты предположим: 
Тогда:
81 % времени в году исправны оба агрегата.
Определим возможную выработку энергии:
.
Недовыработка: 
.
А теперь рассмотрим случай, когда имеется nрез резервных агрегатов. У каждой из них такая же мощность 
, как у рабочих агрегатов.
Число рабочих агрегатов: 
Максимальная нагрузка сети: 
Для покрытия нагрузки 
необходимо чтобы из n агрегатов в аварийном состоянии находилось бы не более чем nрез агрегатов. Т.е. требуется, чтобы в работоспособном состоянии были бы как минимум (n – nрез) агрегатов. Недовыработка энергии возникает, если выпадает из работы (nрез + 1) и более агрегатов. Т.е. при работоспособности (n – nрез – 1) агрегатов.
Если 8 рабочих и 3 резервных агрегата, то:
| Слагаемые | ||||||||||||
| Число работоспособных агрегатов | недовыработка |
Обозначим слагаемые разложения бинома Ньютона через 
;
Тогда 
,
где: 
.
Получаем, что недовыработка энергии равна:
где 
- доля аварийных агрегатов (сверх того, что уже есть резерв аварийный) от числа рабочих агрегатов.
Рассмотрим случай когда n рез = 1 (зачастую этот вариант и имеет место).
Определим недовыработку энергии:
,
С учетом разложения бинома Ньютона уравнение примет вид:
, (2.8)
где 
– все резервы исправны; 
– один неисправен – вводится резерв – недовыработки нет.
 |
Допустим, что 
, тогда 
а
Определим недовыработку энергии:
,
где 
- оба агрегата исправны; 
- один агрегат сломан, другой исправен; 
- оба агрегата неисправны. Следовательно, учитываются только а 2. Используя формулу (2.8), получим:
.
Т.е. возможна недовыработка 1 %.
Вероятная выработка: 
.
А теперь пусть: 
.
Из (2.8):
Т.е. недовыработка 1.45%, а вероятная выработка:
.
Наличие резерва даёт потенциальную возможность сверхплановой (дополнительной) выработки энергии.
Относительная величина дополнительной выработки:
, (2.9)
где 
- сумма всех слагаемых, которое отражает вероятность одновременной готовности к работе (nраб + 1) агрегатов и более, что дает возможность покрыть нагрузку большую, чем Nmax.
- доля исправных агрегатов сверх nраб по отношению к числу рабочих агрегатов.
Рассмотрим случай, когда 
,т.е. всего 12 слагаемых (по биному Ньютона):
| + | + | + | = | - | - | - | - | - | - | - | - |
| N0 | N1 | N2 | N3 |
Пример: 2-ое слагаемое – исправно 10 агрегатов.
„+” – слагаемые с дополнительной выработкой энергии.
Допустим, что 
, тогда из формулы (2.9) следует:
, (2.10)
При одном резервном агрегате нужно учитывать только слагаемое разложения бинома Ньютона N°0.
Пример: при p =0.9
1) В случае, когда 
а 
, используя уравнение (2.10), получим:
2) При 
, относительная величина дополнительной выработки равна:
.
Все определённые выше величины 
являются наиболее возможные, т.к. исходят из того, что: 
.
На самом деле нагрузка в течение года не постоянна, но рассмотренная методика позволяет определить вероятную недовыработку (
) при любом графике нагрузки.
Рис.2.3 Годовой график электрических нагрузок по продолжительности.
Каждая точка на графике показывает, сколько часов в году энергосистема должна иметь работоспособную мощность не ниже чем в этой точке.
Теперь рассмотрим случай, когда имеются агрегаты или блоки 2-х разных типов в количестве 
и 
с коэффициентами надёжности и аварийности 
, 
и 
, 
соответственно. Тогда вероятность одновременной готовности к работе (
) агрегатов 1-ого типа и (
) агрегатов 2-ого типа, по биному Ньютона, будет равна:
Здесь: m 1, m 2 – число неисправных агрегатов 1-го и 2-го типа
Наиболее часто в энергетике встречаются моноблоки (одна турбина и один котел). Для энергоблока вероятность готовности или аварийности определяется выражением:
где 1-ое слагаемое – котёл и турбина исправны;
2-ое слагаемое – турбина исправна, котёл неисправен;
3-е слагаемое - котёл исправен, турбина неисправна;
4-ое слагаемое – турбина и котёл неисправны.
Для приблизительной оценки необходимой доли резерва мощности при одинаковых агрегатах мощностью 
, можно принять, что:
Технически минимальный коэффициент резерва это отношение:
, (2.11).