Самое краткое определение понятия надежности принадлежит академику Н.Г. Бруевичу: «Надёжность – это качество, развёрнутое во времени».
Надёжность – свойство объекта сохранять во времени и в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Из этого определения следует, что надёжность – понятие объективное, независимое от нашего сознания.
Под системой энергетики понимается открытая человеко-машинная производственная система, состоящая из совокупности элементов, предназначенных для добычи (производства, получения), переработки (преобразования), передачи, хранения и распределения соответствующего энергоресурса и снабжения им потребителей, то в качестве этих элементов выступают условно неделимые для данного уровня рассмотрения части системы, предназначенные для выполнения определённых ее функций.
Так, при рассмотрении надёжности электростанций ее элементами могут быть отдельные котлы, турбины, генераторы, трансформаторы, системы управления, а при анализе надёжности ЭЭС в качестве элементов могут выступать агрегаты электростанций, объединяющие перечисленные составляющие (котлы, турбины и т.д.).
Система энергетики или её элемент являются объектом энергетики, которые в задачах надёжности подразделяют на основные (силовые), сервисные (управляющие), коммутационные и вспомогательные.
Состояние объекта электроэнергетики описывается множеством параметров, которые могут принимать определённые значения и изменяться во времени.
Например, давление в котле, расход топлива, уровень напряжения, величина нагрузки, экономичность и т.п. Надлежащее выполнение объектом своих функций возможно при условии, что все его параметры принимают значения, находящиеся в определённой многомерной области, изменяющейся во времени. В этом случае объект находится в работоспособном состоянии.
Если значения параметров объекта оказываются за границей допустимой области, то объект переходит в неработоспособное состояние.
Исправное состояние объекта – это такое состояние, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.
В противоположность этому неисправное состояние – состояние при котором он не соответствует хотя бы одному из этих требований.
Работоспособное состояние (работоспособность) – состояние объекта, при котором он способен выполнять все или часть заданных функций в полном или частичном объёме.
В неработоспособном состоянии (неработоспособность) объект не способен выполнять все заданные функции.
К неработоспособным состояниям следует отнести предельное состояние,когда дальнейшая эксплуатация объекта должна быть прекращена по причинам:
· неустранимого нарушения требований безопасности;
· неустранимого снижения уровня работоспособности;
· неустранимого ухода заданных параметров и характеристик за установленные пределы;
· недопустимого снижения эффективности эксплуатации;
· необходимости проведения капитальных ремонтов.
В зависимости от условий эксплуатации и от изучаемого свойства надёжности для одного и того же объекта могут быть установлены несколько критериев предельного состояния – признаков, установленных нормативно-технической и (или) конструкторской документацией, а также на основании результатов технической диагностики.
Промежуточным является частично работоспособное состояние объекта (частичная работоспособность) при котором он способен выполнять часть заданных функций в полном или частичном объеме или все заданные функции, но при этом хотя бы одну из них в частичном объёме.
Переход из одного состояния в другое называется событием.
Событие, заключающееся в нарушении исправного состояния системы или ее частей при сохранении работоспособного состояния, называют повреждением.
Управляемость – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путём проведения технического обслуживания и ремонтов. Следовательно, при выходе значений параметров за допустимую область они могут быть возвращены в неё средствами управления.
Маневренность – свойство объекта изменять значения своих режимных параметров в соответствии с заданной скоростью и в заданном диапазоне (скорость набора или снижения нагрузки, восстановления номинального напряжения и т.п.) при определенных условиях его эксплуатации.
Надёжность обладает комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетаний свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности, и сохраняемости.
Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Для количественной характеристики надежности сложных систем в качестве показателей безотказности используют:
· вероятность безотказной работы,
· среднюю наработку до отказа,
· среднюю наработку на отказ,
· среднюю наработку между отказами,
· интенсивность отказов,
· параметр потока отказов.
Противоположный безотказности термин отказ – событие, заключающееся в том, что объект перешёл границу допустимой области значений его параметров из работоспособного состояния в неработоспособное и не способен выполнять заданные функции независимо от причины этого перехода.
Основными признаками классификации отказов являются:
· характер возникновения;
· причина возникновения;
· последствия отказов;
· дальнейшее использование объекта;
· лёгкость обнаружения;
· время обнаружения.
Большинство отказов соответствует следующим определениям:
полные, при которых функционирование объекта невозможно;
частичные, когда объект переходит в частично работоспособное состояние, то есть, за допустимые пределы выходит один или нескольких параметров;
катастрофические,отказы, при которых происходит– внезапный полный отказ (пробой изоляции, короткое замыкание и т.д.);
внезапные, характеризующиеся неожиданным (обычно скачкообразным) снижением уровня работоспособности объекта, при изменении одного или нескольких параметров, определяющих функционирование объекта в нормальных условиях;
случайные, возникающие в фазе нормальной эксплуатации объекта в результате взаимодействия большого числа независящих друг от друга факторов;
постепенные, характеризующиеся постепенным снижением уровня работоспособности объекта при изменении одного или нескольких заданных параметров;
допустимые, не нарушающие выполнение объектом заданных функций, которые объект способен выполнять;
параметрические, когда определяющий параметр (температура, ток, напряжение, сопротивление) непрерывно изменяясь во времени, достигает предельных значений, после чего система перестаёт выполнять заданные функции;
деградационные,постепенные частичные отказы, обусловленные естественными процессами старения, коррозии и усталости при соблюдении всех установленных правил и норм проектирования, изготовления и эксплуатации;
связанные со старением –отказы в конце периода эксплуатации в результате усталости, износа, старения материала;
ожидаемые – отказы, наступление которых прогнозируется с соответствующей степенью достоверности;
независимые, то есть не обусловленные отказами других объектов;
зависимые, обусловленные отказом других элементов;
устойчивые, при которых для восстановления работоспособности требуется ремонт объекта;
неустойчивые, при которых для восстановления работоспособности требуется только отключение или изменение режима работы объекта без его ремонта (успешное АПВ);
сбои, самоустраняющиеся отказы, приводящие к кратковременному нарушению работоспособности;
множественные, отказы двух и более объектов или элементов по одной причине (реже по разным причинам), при которых ни одно наступление отказа не является следствием другого;
каскадные, последовательные отказы двух и более элементов, при которых отказ последующего элемента является следствием предыдущего;
перемежающиеся – многократно возникающие, сбои одного того же характера;
приработочные, обусловленные недостаточным качеством изделия, проявляющиеся в начальной фазе его эксплуатации;
конструкционные, возникающие в результате нарушения или несовершенства установленных правил или норм конструирования и проектирования;
производственные, возникающие в результате нарушения или отклонения от установленного процесса изготовления или ремонта;
эксплуатационные, возникающие в результате нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации;
явные, обнаруживающиеся визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования сразу после их появления;
неявные (скрытые), не обнаруживаемые визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностики, для выявления которых требуются специальные методы диагностирования или мероприятия технического обслуживания;
систематические,когда в результате известной взаимосвязи влияющих факторов отказ происходит к определенному моменту времени;
ресурсные, представляющие отказы по долговечности, в результате которых объект достигает предельного состояния;
рыночные, возникающие в результате срыва плановых или договорных обязательств субъектов электроэнергетического рынка;
отказы функционирования, представляющие события, заключающиеся в переходе объекта с одного относительного уровня функционирования на другой, более низкий.
Долговечность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
В отличие от безотказности долговечность характеризуется продолжительностью работы объекта по суммарной наработке, прерываемой периодами для восстановления его работоспособности плановыми ремонтами и при техническом обслуживании.
Количественные показатели долговечности:
· ресурс,
· гамма-процентный ресурс,
· средний ресурс,
· срок службы,
· гамма-процентный срок службы.
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов (повреждений), к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путём проведения технического обслуживания и ремонтов.
Количественные показатели ремонтопригодности:
· время восстановления,
· среднее время восстановления,
· вероятность восстановления.
Для ремонтопригодных объектов существуют следующие определения.
Восстанавливаемость – свойство объекта восстанавливать работоспособность после отказа путем проведения технического обслуживания, ремонтов и (или) управления объектом.
Восстанавливаемый объект – объект, для которого в рассматриваемой ситуации проведение восстановления работоспособного состояния предусмотрено в нормативно технической и (или) конструкторской документации.
Невосстанавливаемый объект не подлежит восстановлению в рассматриваемой ситуации. В зависимости от ситуации даже один и тот же объект может быть отнесён к тому или иному виду.
Время восстановления – период времени от момента снижения уровня работоспособности или относительного уровня функционирования до момента восстановления требуемого или относительного уровня работоспособности объекта.
Наработка – продолжительность или объем работы объекта. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, количество энергии), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков).
Различают:
· наработку на отказ,
· наработку до отказа,
· нормативную наработку на событие.
Наработка на отказ – отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.
Наработка до отказа – математическое ожидание наработки объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа.
Нормативная наработка на событие – наработка, в течение которой вероятность возникновения события не превышает заданного значения.
Технический ресурс (ресурс) – наработка объекта от начала его эксплуатации или её возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.
Срок службы – календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возобновление после ремонта до перехода в предельное состояние.
Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять исправное или только работоспособное состояние в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Для количественной характеристики сохраняемости применяют следующие показатели:
· назначенный срок хранения,
· средний срок сохранямости,
· гамма-процентный срок сохраняемости.
Средний срок сохраняемости – математическое ожидание срока сохраняемости.
Гамма-процентный срок сохраняемости – срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью 
, выраженной в процентах.
Показатель надёжности – количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.
Нормирование надёжности – установление в нормативно-технической и (или) проектно-конструкторской документации количественных и качественных требований к надёжности.
Нормирование надёжности включает:
· выбор номенклатуры нормируемых показателей;
· их технико-экономическое обоснование;
· задание требований к объёму, точности и достоверности исходных данных;
· формулировку критериев отказов, повреждений, предельных состояний;
· задание требований к методам контроля надёжности.
Оценка надёжности – определение качественных и (или) количественных значений показателей и характеристик надёжности по результатам расчётов, испытаний или эксплуатации.
Период приработки (приработка) – начальный период наработки объекта, в течение которого имеет место устойчивая тенденция к уменьшению потока (интенсивности) отказов, обусловленная устранением скрытых дефектов.
В последнее время особое место стало занимать понятие живучесть, которое представляет активную реакцию объекта при его противостоянии возмущениям за счёт рационально организованной структуры управления и целесообразных режимов функционирования, что позволяет противостоять этим возмущениям не допуская их каскадного развития, ограничивая глубину (тяжесть) отказа с возможностью массового нарушения режима электроснабжения потребителей.
Другими словами живучесть – это надёжность в особых условиях.
В последнее время сформировалась новая область энергетических исследований, связанных с обеспечением энергетической безопасности (ЭБ) России и регионов.
В самом общем виде безопасность – свойство объекта не допускать ситуаций опасных для людей и окружающей среды.
Энергетическая безопасность – это состояние защищённости граждан, общества, государства, экономики от угроз дефицита в обеспечении их потребностей в энергии экономически доступными энергетическими ресурсами приемлемого качества, от угроз нарушений бесперебойности энергоснабжения. В отличие от понятий надёжности, понятие энергетической безопасности (ЭБ) имеет более общий характер и несёт большую смысловую нагрузку, так как ЭБ – атрибут не только энергетики и даже не только производственной сферы, но и общества в целом. Поэтому ЭБ имеет не только технико-экономический, но в определённой мере и политический смысл.