УДК 626/627.03.042
, к. т.н., доцент, главный специалист
()
ДЕРЕВО ОТКАЗОВ И НЕИСПРАВНОСЕЙ, КОТОРЫЕ МУГУТ
ПРИВЕСТИ К ВОЗНИКНОВЕНИЮ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА КИЕВСКОМ ГИДРОУЗЛЕ
Разработано дерево отказов и неисправностей, которые могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций на Киевском гидроузле. Такое дерево необходимо для анализа надежности и безопасности объекта, позволяет найти слабые места в гидроузле, обеспечивает удобный и эффективный метод оценки вероятностей возникновения чрезвычайных ситуаций на сооружениях гидроузла.
It was developed the tree of faults and malfunctions that could lead to emergency situations at the Kyiv Hydropower Development. The tree is required for analysis of safety and reliability of the plant, it also provides the possibility to determine trouble spots in the hydropower development, provides convenient and efficient evaluation technique of emergency probabilities at power structures.
В настоящее время ОАО “Укргидропроект” выполняет работу “Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений гидроэнергетических объектов Украины на Днепровском каскаде”. В рамках этой работы для оценки надежности и безопасности гидротехнических сооружений наряду с нормативными детерминистическими методами используется вероятностные методы технической теории надежности сложных технических объектов. Одним из весьма эффективных методов решения вероятностных задач технической теории надежности является метод деревьев отказов и неисправностей. В последнее время этот метод широко применяется для количественного анализа надежности и безопасности гидротехнических объектов [1-4 и др.]. Наиболее полное изложение метода деревьев отказов и неисправностей дано в работе [3].
Метод деревьев отказов и неисправностей позволяет определить возможные причины наступления сложных отказов и неисправностей, найти слабые места сложной технической системы, наглядно представить результаты анализа такой системы. Создаваемое дерево отказов и неисправностей представляется графически в виде событий (состояний), которыми характеризуются элементы сложной технической системы и вся система в целом. Результирующее событие (состояние) рассматривается как головное событие (состояние). Последовательной дифференциацией событий (состояний) доходят до элементарных базовых событий (состояний), вероятности которых вычисляются до построения дерева отказов и неисправностей.
На диаграмме дерева отказов и неисправностей базовые события (состояния) отображаются в виде окружности, а головные – в виде прямоугольников. Причинно-следственные отношения между расчетными событиями и состояниями определяются логическими операторами, обозначаемыми соответствующими символами.
Настоящая работа посвящена разработке дерева отказов и неисправностей, которые могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций на Киевском гидроузле, связанных с прорывом напорного фронта.
Киевский гидроузел, строительство которого осуществлялось с 1960 года по 1968 год, является первой ступенью Днепровского каскада ГЭС. Поэтому надежность и безопасность сооружений Киевского гидроузла являются определяющими для всего каскада. Ответственность Киевского гидроузла еще более возрастает в связи с тем, что в его нижнем бьефе расположена столица Украины г. Киев.
В состав основных сооружений Киевского гидроузла входят: здание ГЭС, совмещенное с водосливом, судоходный однокамерный шлюз, земляные намывные плотины. Рассмотрим основные особенности конструкций и условий разрушения этих сооружений.
Здание ГЭС состоит из пяти секций машинного зала, монтажной площадки, левобережных и правобережных устоев ячеистого типа со стороны верхнего и нижнего бьефов. Каждая из секций машинного зала является сложной пространственной железобетонной конструкцией. Это обусловлено тем, что здание ГЭС, оборудованное горизонтальными агрегатами, совмещено с поверхностным водосливом. Монтажная площадка представляет собой коробчатую железобетонную конструкцию, примыкающую к 1-ой секции машинного здания. Устои выполнены в виде системы железобетонных плит, образующих ячейки, которые засыпаны песчаным грунтом. Разрушение каждой из перечисленных конструкций здания ГЭС может быть связано либо с исчерпанием прочности железобетонных конструкций, либо с потерей устойчивости против сдвига.
Судоходный шлюз, расположенный в верхнем бьефе, состоит из верхней и нижней железобетонных голов, оборудованных рабочими и ремонтными воротами, и камеры шлюза с разрезным днищем, образованной железобетонными стенами уголкового типа. Разрушение голов шлюза может быть связано либо с исчерпанием прочности железобетонных конструкций, либо с потерей устойчивости против сдвига. Разрушение стен камеры шлюза
Рис. 1. Околовершинные события и состояния дерева отказов и неисправностей,
ведущих к возникновению чрезвычайных ситуаций на Киевском гидроузле
Рис. 2. Ветвь 1 расчетного дерева отказов и неисправностей, ведущих к возникновению чрезвычайных ситуаций на
 |
Киевском гидроузле
Рис. 3. Ветви 2 и 3 расчетного дерева отказов и неисправностей, ведущих к
возникновению чрезвычайных ситуаций на Киевском гидроузле
Рис. 4. Ветви 4, 5, 6 и 7 расчетного дерева отказов и неисправностей, ведущих к возникновению чрезвычайных
 |
ситуаций на Киевском гидроузле
Рис.5. Ветви 8, 9 и 10 расчетного дерева отказов и неисправностей, ведущих к возникновению чрезвычайных ситуаций на Киевском гидроузле
может быть связано только с исчерпанием прочности железобетонных конструкций.
Правобережная и левобережная, переходящая в дамбу, однородные земляные плотины общей длиной 54.1 км выполнены способом намыва грунта. Они имеют традиционное трапецеидальное поперечное сечение со сравнительно крутым верховым (коэффициент заложения 4) и пологим, пляжного типа, низовым (коэффициент заложения 15…20) откосами. Разрушение земляной плотины может быть связано с переливом воды через гребень, потерей устойчивости откосов, потерей фильтрационной прочности тела плотины и/или основания.
На основе анализа особенностей конструкций сооружений и условий их разрушения составлено дерево отказов и неисправностей, которые могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций на Киевском гидроузле, связанных с прорывом напорного фронта. Графическое представление этого дерево отказов и неисправностей выполнено в виде диаграммы (рисунки 1-5) с использованием стандартных обозначений событий и состояний, а также логических операторов, используемых для описания причинно-следственных отношений между расчетными событиями и состояниями. При разработке дерева отказов и неисправностей оказалось возможным ограничиться использованием логических операторов “или…и” и “и”.
На рис. 1 представлены околовершинные события и состояния, а на рисунках 2-5 – ветви 1-10 дерева отказов и неисправностей, которые могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций на Киевском гидроузле, связанных с прорывом напорного фронта.
Полученное таким образом дерево отказов и неисправностей может быть использовано для оценки надежности и безопасности Киевского гидроузла, выявления слабых мест в гидроузле, определения таких комбинаций событий и состояний, которые могут привести к сложным отказам и неисправностям системы.
1. , , Шульман методы оценки надежности грунтовых гидротехнических сооружений. Том 1. - СПб.: Изд-во “ВНИИГ им. ”, 2003. 2. , , Шульман методы оценки надежности грунтовых гидротехнических сооружений. Том 2. - СПб.: Изд-во “ВНИИГ им. ”, 2004. 3. , , Стефанишин , социальная и экологическая безопасность гидротехнических объектов: оценка риска и принятие решений. - СПб.: Изд-во “ВНИИГ им. ”, 2002. 4. , , Шульман накопителей промышленных и бытовых отходов. - СПб.: Изд-во “ВНИИГ им. ”, 2006.
