如何估算泵站系统的可靠性？

洞庭湖区某泵站工程装机4×800kW、自1977年建成投产以来共运行13．1万h，为农业稳产高产发挥了重要作用。但是随着运行时间的增长，老化损坏情况不断加重、故障越来越多，为此要对其可靠性进行计算和评估。

根据历年（1977～1993年）运行检修记录，经统计获得该泵站10项组成元件（主电动机、主水泵，主变压器、主泵房、进出水流道、进出水前池、水力节制防御设备，电气监控保护设备、油气水辅助设备以及输变电设备共10项）的工作状态变化过程（又称状态流程表）。由于农用泵站运行时间是间断的，甚至一日之内也只是在电网供电低谷时期才开机运行8～10h，因此统计是逐日汇总，再逐月逐年汇总。本节受文字篇幅限制，不可能把实际统计过程中的所有中间计算过程一一列出。下面给出的状态流程表，如表3-31示例也只是以年划分时段统计的。统计内容项目有无故障工作时间TTF、待命停运时间TTA、故障时刻FM和抢修完成时间TTR、待命区间是从每年4月1日～9月30日，统计区间是1977年4月1日～1993年9月30日。

下面以泵站主电动机元件为例说明之。

主电动机元件状态变化过程统计如表3-31所示。

表3-31　主电动机元件状态变化过程统计表

由表3-31统计数据，代入本节式（3-59）～式（3-66）中，计算出主电动机元件有关可靠性指标的估计值如表3-32、表3-33、表3-34所列。

表3-32　主电动机元件可靠性指标统计值

表3-33　主电动机元件可靠性指标估算值

表3-34　主电动机元件不同状态发生概率估算值

从以上元件可靠性指标估算值，可以容易分析出如下一些问题：

表3-32统计算出的主电动机元件平均无故障运行时间仅488天，相对其他行业此值偏小，但它又是排涝泵站实际环境所确定，这是因为发生暴雨洪涝时泵站才开机，平时只能停机待命。

表3-32中的平均修复可运行时间为1200天，此指标尚可。

表3-33中估算出的主电动机故障率是很小的，从表3-31统计数据可看出投产17年来，四台电机总共只发生9次较大故障。但是每当发生故障，迫于农用抗灾需要，抢修一般十分及时和快速，所以元件修复率μ相对故障率λ要高约200倍；这是可以理解的。

表3-34中估算出的主电动机元件运行状态概率和待命状态概率（稳态）各占50%左右，故障发生概率很小（3．3×10－3）；表4中还可看出PA1、PA2及PC三者大体相当，这是因为“μ”值比“λ”值大得很多之故。(www.xing528.com)

表3-34中反映运行状态概率即可靠度虽仅为0．5左右、但是可用率均保持为1。这是因为电动机属可修复元件，只要加强维修保养措施则可以做到始终处于可用状态。大量事实也表明，几乎每一个泵站每年在非排灌季节，一定要将所有影响正常开机的缺陷和故障修理好，说明可用率保持为1来之不易。

采用上述同样分析计算方法，如图3-10所示，泵站系统的10个组成元件的其他9个（主水泵、主变压器、主泵房等）逐一进行统计估算，同样可获得每一个元件如表3-31～表3-34的结果。现将10个元件的可靠度R（t），即运行概率PA、可用度PD，即使用率D（t）和无故障工作时间m，即TTF三个指标列于表3-35内，据此估算泵站系统的可靠度Rs（t）可用率Ds（t）和无故障工作时间TTFS，列于表3-36。

由表3-36中结果可知，由于部分元件（如水力节制防御设备、电气监控保护设备及油气水辅助设备等）可靠度很低，经串并联结果，带来系统的可靠度更低（仅0．025），但是由于该系统10个元件均属可修复元件，可用率很高，致使系统的可用率也很高（接近于1）。对于系统无故障工作时间TTFs＝107．2天不能简单理解为其寿命仅为0．3年，其一，泵站实际上是间断运行。本例每台每年平均运行为1926h，相当80天，所以说，107．2天至少也相当运行了1．4年；其二，本例元件和系统均属可修复类，因此，无故障平均运行时间不能等同于寿命。人们习惯上理解寿命是从全新到整体功能失效报废为止的时间，寿命终止的界限取决于无法修复或修复不经济的时刻到来，为确定寿命期的长短，应当再建立一个技术经济优化模型予以解决，本节暂不讨论。

表3-35　泵站系统10个元件可靠性指标估算值汇总表

表3-36　泵站系统可靠性指标估算结果表

尚需说明的是本例仅统计估算了4台机组元件的群体、显然偏少，这势必会影响估算结果的可信度。不过本例以说明方法为目的，希望它在估算方法上有参考作用。另外，本例还由于实际工作中的困难，少数指标统计值暂作了假设处理。

可靠性研究是一门新兴的边缘学科，它以系统为研究对象，以概率论为工具，研究内容涉及构成系统的元件的失效数据统计和处理、系统可靠性的定量评定、运行维护中可靠性考核的组织与管理、提高安全可靠性措施和途径以及可靠性和经济性两者协调寻优等诸多方面。这门学科从它诞生开始就和工程实践紧密相结合，有一整套独特的科学理论和方法，可适用于所有产品，构件与其组成的系统的整个开发建造过程中及其运行维护、更新改造过程中。泵站工程也不能例外。