1 Tämä on lyhennelmä käytettävyysanalyysistä ja sen laskennasta. Tämän raportin osat on selvitetty tällaisilla kuplilla Aloitus Terveisin SP Vaaraton Oy, Kokemäki Vesivoimalaitos Omistaja: Sijainti: Teho: Voimalaitoksen omistaa vesivoima Oy Voimalaitos toimii koskessa ja putouskorkeus on noin 23 m Vesivoimalaitos kykenee tuottamaan tehoa 35 MW. Analyysi aloitetaan perustiedoilla laitoksesta. Tilaajan kanssa yhdessä sovitaan millaisilla tiedoilla lähdetään ja mitä analyysissä lasketaan. Virtaavan veden määrä on noin 450m3/s. Vuosituotantoja: v. 2011 49 667 MWh v. 2012 55 820 MWh v. 2013 36 717 MWh Voimalaitoksen valmistumisvuosi: 1968 Turbiini tyyppi: Generaattori: Francis Tahtigeneraattori (18MW,)
2 Tavoite Laitoksen käytettävyyden laskeminen tarjoaa kunnossapidosta ja käytöstä vastaaville tietoja laitteiston nykytilasta ja käyttövarmuudesta. Analyysissä on mallinnettu voimalaitoksen käytettävyyttä nykyhetkellä. Mallinnuksen tavoitteena on löytää laitoksen toiminnasta alhaisen käytettävyyden laitteita, jotka voisivat muodostaa riskin käytön tai ympäristön kannalta. Analyysiin on koetettu kerätä kaikki toiminnallisuudet, jotka vaikuttavat laitoksen ajoon. Tavoitteet vaihtelevat riippuen laitoksesta, voiman tuotantotavasta ja tilaajan omista toiveista. Analyysissa on pyritty esittämään laitoksen käytettävyyttä ja epäkäytettävyyttä kuvaavat luvut selkeinä prosenttilukuina tai aikoina. Syy-seuraustarkastelussa on pyritty löytämään mahdollisimman todennäköisiä vikamekanismeja, jotka toisivat esiin laitoksen suojaukseen liittyvien laitteiden käytettävyyttä. Kaikkia vikamuotoja ei ole järkevää tarkastella. Tavoitteena ei ole ollut analyysissa löytää kunnossapidon puutteita. Sen sijaan tavoite on paikallistaa ympäristö- tai tuotantoriskin välillisesti sekä välittömästi muodostavia laitteita ja vikamekanismeja.
3 Käytetty ohjelmisto Analyysin laskennassa on käytetty Ramentor Oy:n kehittämää Elmas-ohjelmistoa. Tämä ohjelmiston päämääränä on ollut kehittää käyttövarmuutta, jonka muodostavat luotettavuus, käytettävyys ja huollettavuus (Reliability, Availability, Maintainability) = RAM. Luotettavuus on vikaantumistaajuus eli kuinka usein laite vikaantuu. Käytettävyys on Luotettavuus x korjausaika ELMAS (Event Logic Modeling and Analysis Software) on ohjelmisto tapahtumalogiikan, eli tapahtumien välisten loogisten suhteiden, mallinnukseen ja analysointiin. Tapahtumalla voidaan tarkoittaa mitä tahansa asian tai tilanteen muutosta. Analyysissä on käytetty vikapuu-mallia (Fault Tree Analysis, FTA). Sen lisäksi, että SP Vaaraton Oy käyttää kehittynyttä ohjelmistoa, niin osana palvelua on analysoiva tiedonkeruu. Parhaimmat tulokset saadaan jos tilaaja sitoutuu avoimuuteen osana analyysia ja sen laskentaa. Kuva 0.1 Vikapuumalli ELMAS-ohjelmistossa vikapuu on pyritty kuvaamaan mahdollisimman selkeästi. Solmun yläosassa näkyvä yksilöivä ID-tunnus on hyödynnettävissä kätevästi kuvaamaan puurakennetta tai täydentämään solmun tietoja. Tässä on kuvattu laitoksen vikapuun ylin taso. Vikapuun ääripäässä on lehdet jotka ovat toimilaitteita, joille annetaan lähtötietoja. Nämä lähtötiedot ovat vikahistoria, laitteen ikä, korjausaika jne. Tuotannon keskeyttävät viat ovat kuvan 2.1 vikapuurakenteessa. Tämä vikapuun ylin taso on jäsennelty tuotannon pysäyttävien, vikamuotojen perusteella. Kunkin vikamuodon alla on itsenäisiä vikapuita, joilla on vaikutus koko laitoksen vikaantumiseen. Laskentaan ja simulointiin on otettu myös toimilaiteviat jotka estävät tuotannon käynnistämisen tai hallitun pysäyttämisen Laskenta itsessään tapahtuu vikapuun avulla. Vikapuussa on useita erilaisia vikoja lehtinä ja niillä monia erilaisia syötteitä.
4 Syy-seurauspuu-Cause Consequence Analysis, CCA. Vikapuun lisäksi ELMAS ohjelmisto tarjoaa mallinnusmenetelmäksi syyseurauspuun, (Kuva 2.2) jolla kuvataan erilaisia skenaarioita. Syy-seuraustoiminnolla havainnollistetaan skenaarioita jotka ovat yleensä ei-toivottuja. Näitä tarkastellaan yleensä silloin kun kaksi tai useampi vika tulee yhtä aikaa. Skenaarioiden toteutuminen on yleensä epätodennäköistä, mutta niiden tarkastelu on hyödyllistä. Jos skenaarion toteutumisen torjunta on helposti toteutettavissa, niin se kannattaa tehdä. Osana analyysia voidaan laskea erilaisia syyseurauspuu analyysejä. Skenaariot ovat aina jonkun ajateltavissa olevan vian tutkimista ja arvailua sen jatkoseuraamuksista. Kuva 0.2 Skenaariomalli Syy-seuraus-mallilla on tässä analyysissä etsitty mahdollisia todennäköisyyksiä, jossa todennäköisyyttä lasketaan kohteen vikaantumisen analyysistä saamalla todennäköisyydellä. Esimerkiksi jos skenaario antaa todennäköisyydeksi 0,05 ja analyysi antaa lähtöarvoksi 0,07 niin kokonaislodennäköisyys on 0,05*0,07=0,035. Skenaariolla voi olla useita eri lopputuloksia, jotka voivat olla toisistaan hyvinkin poikkeavia. Tarkoituksena on kuitenkin aina löytää todennäköisin vikamuoto ja pahin vikamuoto.
5 Lähtötiedot Dokumentit Voimalaitoksen toiminnan selvittämiseksi käytettiin läpi erilaisia hyvin arkistoituja dokumentteja, kuten: Patoturvallisuuskansiot Turbiinisäätäjän ohjekirja Logiikkaohjelmien ohjelmakoodit. Alkuperäiset kone- ja hydrauliikka piirustuksia. Laiteohjekirjoja Valokuvia ja Digikuvia Haastattelut Lähtötietojen saannissa on ollut suurena apuna käyttöteknikko, voimalaitospäällikkö sekä laitoshoitaja. Analyysin pohjan muodostavat lähtötiedot ja dokumentit. Dokumentteja tärkeämpi osa on kuitenkin käyttöja huoltohenkilöstön haastattelut. Sovellettavat standardit Ramentorin ELMAS-ohjelmisto käyttää yleisiä standardeja, joista yleisimmät ovat PSK-standardit. Näistä standardeista ohjelma käyttää seuraavia PSK-standardeja: PSK 6201 Kunnossapito, Käsitteet ja määritelmät PSK 6202 Prosessiteollisuuden kuntokartoitus PSK 6800 Laitteiden kriittisyysluokittelu teollisuudessa
6 Laitteen vikaantuminen Aloitus iällä tarkoitetaan tässä tutkimuksessa laitteen tai tutkittavan osan ikää tarkasteluajankohtana. Ohjelma ottaa huomioon iän dynaamisen simuloinnin yhteydessä. Keskimääräinen vikaantuminen kertoo kohteen keskimääräisestä vikaantumisajankohdasta. Todennäköinen vikaantumisajankohta lasketaan aloitusiän ja suunnitellun pitoajan perusteella. Todennäköisyys vikaantumiseen kasvaa keskimääräisen vikaantumisajan jälkeen. Kuvassa 3.1 nähdään 12-vuoden keskimääräisen vikaantumisajan käyrä. Käyrästä nähdään todennäköinen vikaantuminen 5-vuoden kuluttua, joka on noin 35 % ja 30-vuoden kuluttua noin 92 %. ELMAS-ohjelmisto antaa hyvät mahdollisuudet syöttää moninaisia lähtötietoja vikaantumisesta toimilaitteille tai prosessin osille. Kuva 0.1 Vikaantumisaikakäyrä 12-vuoden keskimääräisellä vikaantumisella Laitteen alkuiäksi määriteltiin tiedossa oleva ikä. Vikaantumistaajuudeksi laitteelle annettiin, joko tiedossa olevaa dataa tai yleisesti tunnettuja teknistä pitoaikaa. Laitteen korjausaikaan vaikuttivat vian etsintä, varaosan ja huollon saatavuus. Näiden kolmen, alkuiän, vikaantumistiheyden ja korjausajan pohjalta Ohjelma laskee myös vikaantuneena oloajan, mutta tämä arvo antaa usein virheellisen mielikuvan. Esimerkiksi muuntaja, jonka vikaantumisväli on noin 40 vuotta ja korjauksen kesto 60-päivää voi antaa simulointihetkellä epäkäytettävyysprosentiksi 2 %, joka muutettuna vikaantumisajaksi on noin 7,3 päivää/vuodessa. Oikeansuuntainen tulkinta tässä esimerkissä on, että muuntajan vikaantumislodennäköisyys on 2 %:a. simuloidulla aikajaksolla.
7 Laskenta ja simulointitulokset Kuva 0.3 Laitoksen vikapuumalli Kuvan 4.3 taulukosta nähdään Kosken voimalaitoksen kokonaiskäytettävyys 10-vuoden ajanjaksolla. Käytettävyys on 88,68 % laitoksen kokonanis korjaus- % on 11,32 ja laitos on vikaantuneena keskimäärin 413 päivää. Vikojen laskennallinen lukumäärä on tällä ajanjaksolla 359. Kuva 4.2 kertoo vikaantuneena oloajan, jossa sininen keskiarvoviiva osoittaa tuon kumulatiivisen vikaantuneena oloajan eli 413 päivää =( 365+48). Tämä vikaantuneena oloaika voidaan laskea korjaus % / epäkäytettävyys %:in perusteella. Ylempi vihreä viiva kertoo 95 % - lodennäköisyyden vikaantumisille Kuva 0.1 Laitoksen simuloitu käytettävyys taulukko Kuva 0.2 Laitoksen käytettävyys kuvaaja laskentatulokset ovat helppolukuisia prosesnttiyksiköitä, vikalukumääriä ja arvio tulevasta seisokkiajasta. Varsinaiset Alempi punainen viiva kertoo 5 % -lodennäköisyyden vikaantumisille (11,32 % x 365päivää/v x
8 ANALYYSI Kohteen ympäristöriskit Kosken voimalaitoksen ympäristöriskit ovat tavanomaiset. Laitoksen öljyvuodon riski on tavanomaista pienempi. Käytettävyysanalyysilaskennassa ei tullut esille vakavaa ympäristövahinkoa aiheuttavia tekijöitä. Ympäristövauriot liittyvät vakavaan koneistovaurioon tai vikoihin, joiden syntymekanismia ei tunneta. Alla on esitelty analyysista saatuja tuloksia ympäristöriskeistä ja niiden syitä. Öljyvuodot Kohteessa on paine- ja voiteluöljyä arviolta 1200 litraa. Tästä 300 litraa laakereiden voiteluöljysäiliössä on 700 litraa paineöljyjärjestelmässä ja 200 litraa putkistoissa ja toimilaitteissa. Ainoastaan voiteluöljyjärjestelmän vuoto voi joutua alakanavaan. Öljy voi vuotaa, joko lämmönvaihtimen läpi tai sitten turpiinikannelle paluuputkesta tai suoraan laakerista ja siitä vuotoveden poiston mukana alaveteen. Analyysiosuudessa pureudutaan tarkemmin laskentaan ja analysoidaan yhdessä sovittuja tavoitteita laskennan pohjalta. Tarkoituksena on nostaa esille erityisesti tilaajaa askarruttavia tekijöitä, jotka tulevat esiin. Järjestelmässä on kuitenkin paineenvalvonta ja vapaaöljysäiliössä pintavahti, jolloin voidaan olettaa vuotoöljyn kokonaismäärän jäävän maksimissaan 150 litraan. Öljyvuodon ympäristövaikutus on vähäinen Analyysin pohjalta ovat esille tulleet asiat Jäähdytysveden puhdistusongelma on tiedossa ja ratkaisua etsitään, on kahdentamatta, eikä varaosaa ole varastossa. Kompressori vikaantuessaan aiheuttaa ongelmatilanteen. Ratkaisuja on mietittynä. Typpikaasun käyttöön on varauduttu lisäyhteellä. Voiteluöljykoneikko voi jossain vikatilanteessa lopettaa toiminnan ennen aikojaan, kun kone vielä pyörii. Kapillaarimittarit ovat ainoita laakerin lämpötiloja seuraavia ja laukaisevia mittareita. Nämä olisi hyvä varmentaa toisella järjestelmällä esim. pt-100 antureilla. Analyysin pohjalta voidaan laatia suosituksia. Suositukset ovat toimia tai havaintoja asioista jotka laskevat käytettävyyttä.
9 YHTEENVETO Laitoksen vikajakauma on alla olevan kuvan mukainen Laitoksen epäkäytettävyysjakauma 1 % 5 % 7 % 10 % 49 % Turbiini vika Generaattori vika Kytkinlaitos vika 28 % Apusähkö Automatiikka vika Laskennassa on mallinnettu Kosken voimalaitoksen käytettävyyttä. Laskennassa on otettu huomioon huollot, huoltokäytännöt haastatteluiden perusteella, varaosatilanne, käyttöön ja kunnossapitoon varatut resurssit, toimilaitteiden ikä ja tekninen pitoaika ja käytettävyyttä parantavat investoinnit. Laskennasta tulee selvästi ilmi, että oikeita toimia käytettävyyden nostamiseksi on tehty. Tällaisia ovat magnetointisäätäjän uusinta, voiteluyksikön asentaminen ja erottaminen säätö-öljy-yksiköstä, akuston tilan valvonta sekä 400 V kennoston uusinta. Käytettävyyteen voimakkaasti vaikuttavia asia on korjausajat, jotka ovat pitkiä laakereilla, generaattorilla ja päämuuntajalla. Erityisen pitkäksi on arvioitu uuden generaattorin toimitusaika. Käytettävyys 88 % on hyvä. Vaihtoehtoisessa laskennassa, jossa on oletettu että mm. muuntajalla on varaosa tai ratkaisu vaihtoon ja että generaattorin staattorin käämit on vaihdettu palamattomiin ja käytettävyyttä saatu nostettua yli 2 %. Tulevaisuudessa suurimmat haasteet käytettävyyden osalta liittyvät varaosavaraston ylläpitoon, pääkomponenttien vikaantuessa pitkiin seisakkiaikoihin sekä hiljaisen tiedon siirtoon laitoksen käytöstä ja huoltojen tekemisestä.
10 Liite Taulukko laskentatuloksista ID Nimi OK (%) Korjaus (%) FA_VVL Vesivoimalaitos vikaantuu 88,47 11,53 FT1 Turbiini vika 93,82 6,18 FG1 Generaattori vika 96,45 3,55 FK1 Kytkinlaitos vika 98,88 1,12 FA Apusähkö 99,98 0,02 FAU Automatiikka vika 99,33 0,67 FPato Rakenteet pato ja vesitie viat 99,22 0,78 FP1 Paineöljyjärjestelmä vika 99,63 0,37 FS1 Turbiinisäätö vika 98,73 1,27 FL1 Laakeri vika 97,21 2,79 FJL Jarruvika /Lukitus vika 99,99 0,01 FRV1 Rasvavoitelu järjestelmä vika 100,00 0,00 FJAA Jäätyminen 99,90 0,10 FTJP Juoksupyörä vika 98,50 1,50 FTK Turbiini kammio vika 99,72 0,28 FG1.5 Johdin vika 100,00 0,00 FG1.6 Katkaisija vika 99,97 0,03 FG1.7 Generaattorimuuntajan vika 99,96 0,04 FG1.8 Suojarelevika 99,93 0,07 FJ1 Jäähdytysjärjestelmävika 99,16 0,84 FM1 Magnetointi vika 99,57 0,43 FG1.2 Roottori vika 99,35 0,65 FG1.1 Staattori vika 98,47 1,53 FK1.1 Generaattori katkaisija vika 99,96 0,04 FK1.2 Päämuuntaja vika PM1 99,31 0,69 FK1.3 Suojarele vika VAMP 99,95 0,05 FOK Omakäyttö sähkö vika 99,85 0,15 FK1.4 Kiskosto vika 99,86 0,14 FK1.5 Katkaisija vika 20/0,4kV 99,97 0,03 FK1.6 Katkaisijavika 45kV 99,97 0,03 FA2 Akusto vika 110VDC 99,98 0,02 FAU1 Logiikkavika A&B 1991(PLC) 99,92 0,08 FAU2 Logiikkavika A&B 2006 (PLC) 99,93 0,07 FAU3 Anturi ja I/O- viat 99,69 0,31 FAU4 Kaapelivika 100,00 0,00 FT2 Apusähkö vika 99,96 0,04 FAU5 Lämpötilan mittaus ja hälytysjärjestelmä (SACO) 99,84 0,16 FPato1.1 Säännöstelypato 1 99,98 0,03 FPato1.2 Säännöstelypato 2 99,99 0,01 FPato1.3 Vesitie ja sulkupato 99,99 0,01
11