Feiltre analyse og REL analyser. Jon Røstum og Rita Ugarellila Professora II, SINTEF Kontakt:

Transkript

1 Feiltre analyse og REL analyser Jon Røstum og Rita Ugarellila Professora II, SINTEF Kontakt: 1

2 TOPP: Pumpestasjonen svikter TOPP: Pumpestasjonen svikter TOPP: Pumpestasjonen svikter og og og Pumpe1 Pumpe2 Feiltreanalyse Pumpe1 Pumpe2 Pumpe1 Pumpe2 Pumpestasjon Feiltreanalyse REL Hva er det? Litt teori Eksempler: Kvalitativ analyse (eks Samrisk: FTA ikke vann fra Oset ) Kvantitativ analyse (vannpumpestasjon VAV) Hvordan bruke resultatene? Rel analyse- leveringssikkerhet nett Hva er det? Hvordan gjøres det? Eksempler Oslo, Trondheim, Las Vegas Hvordan bruke resultatene? 2

3 Behovet for dybdeanalyser Vis meg noe jeg ikke visste fra før! Kjartan Reksten VAV Hvis du vil ha skikkelig greie på noe, så nytter det ikke å bli sittende på kontoret. Gå ut og mål. Nøy deg ikke med bare å beskrive overflaten, men gå også i dybden Fritt etter Mao 3

4 Noen begreper: uønsket hendelse, årsaksanalyse, barrierer, feiltre, hendelsestre Årsaksanalyse Konsekvensanalyse K1 Teknisk eller operativ svikt Redusere frekvens Uønsket hendelse Redusere konsekvens Ulykkes hendelse Ja Nei Ja Nei Ja Nei K2 K 3 K 4 Barriere Redusere Forebygge tap 4

5 Hva er feiltreanalyse? TOPP B4 B5 B1 B2 B3 Kan brukes til å bestemme årsakene og sannsynlighet/frekvens til en uønsket hendelse Kan også brukes til å analysere påliteligheten til de ulike sikkerhetsbarrierer Kan være kvalitativ, kvantitativ eller begge deler Er et logisk diagram som illustrerer sammenhengen mellom en uønsket hendelse (Topp-hendelsen) og årsakene til denne hendelsen 5

6 TOPP Hva er feiltreanalyse? - 2 B4 B5 Kan blant annet gi oss svar på følgende: B1 B2 B3 Hvilke kombinasjoner av feil og hendelser kan føre til Topp-hendelsen? Hva er sannsynligheten for at Topp-hendelsen vil inntreffe? Hvor ofte vil Topp-hendelsen vil inntreffe? Hvilke komponentfeil og eller hendelser har størst betydning for om Topp-hendelsen vil inntreffe eller ikke? 6

7 Vanlige feiltre symboler 7

8 Hvorfor skal en ha redundans? (f.eks 2 pumper i parallell) A: 1 pumpe TOPP: Pumpestasjonen svikter B: 2 pumper TOPP: Pumpestasjonen svikter og og Pumpe1 Pumpe1 Pumpe2 Q 0 = Q1 = Q0 = Q1 Q2 = = Tilgjengelighet: ( )= Tilgjengelighet: ( ) = Dvs nedetid: 43,8 timer/år Dvs: 0.22 timer/år 8

9 Hvorfor skal en ha redundans? (f.eks 2 pumper i parallell) A: 1 pumpe TOPP: Pumpestasjonen svikter B: 2 pumper TOPP: Pumpestasjonen svikter og og Pumpe1 Pumpe1 Pumpe2 Q 0 = Q1 = Q0 = Q1 Q2 = = Tilgjengelighet: ( )= Tilgjengelighet: ( ) = Dvs nedetid: 43,8 timer/år Dvs nedetid: 0.22 timer/år 9

10 Kvantitativ analyse Dersom vi kan fremskaffe tallverdier for pålitelighetsdata for basis hendelsene i feiltreet kan en foreta en kvantitativ analyse (beregning) Illustrasjon foreløpige resultater Svendstua VAV 10

11 Krets A Krets B TOPP = {Bilen bremser ikke i en kritisk situasjon} Bilen bremser ikke i en kritisk situasjon TOPP Krets B Overoppheting av bremseklosser I1 Bremseklossene beveges ikke G1 Krets A Krets A gir ikke noe trykk til bremseklossene G2 Krets B gir ikke noe trykk til bremseklossene G3 Sylinderstag beveges ikke Lekkasje i krets A Sylinderstag beveges ikke Lekkasje i krets B G4 I2 G5 I5 Sjåføren trykker ikke på bremsepedalen Brudd på bremsepedal/ sylinderstag Sjåføren trykker ikke på bremsepedalen Brudd på bremsepedal/ sylinderstag I3 I4 I3 I4 11

12 Feiltreanalyse vannpumpestasjon Svenstua VAV Beregnet med CARA FTA e version 4.1 (c) Sydvest Sotfware 1999 Feiltre for svikt på hovedtavle P5 Svikt på hovedtavle Or 10 Årsak for svikt på fordelingstavle #1 Årsak for svikt på fordelingstavle #2 Or 12 Or 11 Bryter #2 Bryter #1 Bryter #1 Bryter #2 Årsak til svikt på frekvensomformer Årsak til svikt på frekvensomformer Årsak til svikt på frekvensomformer Årsak til svikt på frekvensomformer Or 13 Or 14 Or 15 Or 16 Lynnedslag medfører svikt på hovedbryter Svikt på elektromotor medfører svikt på hovedbryter Overspenning medfører svikt på hovedbryter Lynnedslag medfører svikt på hovedbryter Overspenning medfører svikt på hovedbryter Svikt på elektromotor medfører svikt på hovedbryter Lynnedslag medfører svikt på hovedbryter Overspenning medfører svikt på hovedbryter Svikt på elektromotor medfører svikt på hovedbryter Lynnedslag medfører svikt på hovedbryter Svikt på elektromotor medfører svikt på hovedbryter Overspenning medfører svikt på hovedbryter Basic 19 Basic 21 Basic 20 Basic 19 Basic 20 Basic 21 Basic 19 Basic 20 Basic 21 Basic 19 Basic 21 Basic 20 12

13 Eksempler basis hendelser med tilhørende inngangsdata (38 basis hendelser) Navn Beskrivelse MTTF (år) MTTR [timer] Basic 1 Basic 2 Basic 3 Basic 4 Basic 5 Elektrisk feil på innløpsventilen som fører til stopp. Total svikt på skap #2 (nytt skap kreves) som medfører pumpestopp Tett sluk medfører pumpestopp om nivået når 5 cm på gulv Direkte sabotasje medfører stopp i pumpestasjonen Ledningsbrudd inne i pumpestasjonen medfører høyt trykkfall og intet vann til pumpene Data fra historiske data (databaser) eller ekspertvurderinger Basic 6 Lavt trykk og intet vann til pumpene 30 3 Basic 7 Lavt trykk fra nedstrøms pumpe og intet vann til pumpene

14 Pålitelighet av vannpumpestasjon - hvor ofte/lenge svikter stasjonen? Variabel Gj.snitt Qo(t) (#/timer): 0,04 # feil: 3,25 # feil/tid: 0,00037 System tilgjengelighet: 0,97206 MTTF (1. svikt): 2638,82 Utilgjengelighet: =0.028 år= 245 timer/år Godt nok? 14

15 De mest kritiske hendelsene som bidrar mest til svikt i pumpestasjonen Hendelse Beskrivelse Birnbaums mål Basic 34 Brann 9,85216e-001 Basic 4 Mulige sabotasjer direkte adgang til stasjonen 9,80806e-001 Basic 22 Sensor-svikt 9,79685e-001 Basic 28 Sensorfeil medfører 9,79685e-001 pumpestopp om nivået når 5 cm Basic 17 Feil i motoraksling 9,79440e-001 medfører svikt i pumpen Basic 15Analyse av effekten Svikt på frekvensomformer av ulike tiltak kan tallfestes 9,78882e-001 Basic 16 Svikt på svinghjul (ubalanse) 9,78560e

16 FTA av serverrom VAV Serverrom en viktig rolle i mange kommuner. Konsekvensene ved langvarig bortfall vil være store Fjernkontrollsystem Administrative system Historiske data lagring etc Tiltak for å forbedre? 16

17 Kvalitativ analyse feiltre Pålitelighetsdata ikke tilgjengelig Rangere kuttmengder mht kuttmengder (orden og hendeslestype) Eksempel DECRIS Nye/gamle Oset 17

18 Kvalitativ analyse av feiltre Tar ugangspunkt i de minimale kuttmengdene En kuttmengde med bare en hendelse er i utgangspunktet viktigere enn kuttmengder med flere hendelser (1.ordens) Rangere mht ulike typer hendelser: Menneskelige feilhandlinger Aktiv utstyrsfeil Passiv utstyrsfeil Vurdere faren for fellesfeil 18

19 Eks. kvalitativ analyse DECRIS Bortfall av vann Oset- konsekvenser for sykehus Farer Årsaks kjede Chain of causers Bortfall vann fra Oset -> Ullevåll Farer Krise håndtering Beredskap Possible Consequences Konsekvenser = sikkerhets barrierer Vann kan ikke leveres fra Oset eller FTA 1 ukes bortfall fra Oset Høydebasseng lever nok vann inntil Oset er oppe igjen? Vann leveres med tankbil som pumpes på UUS nettet? ETA Vann leveres på tanker utenfor UUS (manuell henting)? Konsekvenser for UUS service/funksjoner Slutthendelse Ikke vann i Maridalsvannet Ikke vann gjennom gamle og nye Oset VBA Feil på hovedledningsnettet ut fra Oset Forurensing av vann som gjør leveranse av vann ikke tilrådelig, ikke til WC en gang Tørke/lav vannstand eller Dambrudd Villed handling/ sabotasje Gammel inntak svikter (1920 inntak) Begge inntaksledninger virker ikke og Nytt inntak svikter eller Svikt gamle Oset VBA eller Svikt i både gamle og Nye Oset VBA og Svikt nye Oset VBA og Ingen av nødstrømsagg regatene starter (2 stk) Svikt råvannspumper eller Brann i pumpestasjon Grefsen tunnelen svikter og Vest- Nydalen forbindelsen svikter Villet handling (tilsetting av stoff i vannet) eller Ikke-villet handling (f.eks benzen fra togulykke Bortfall vannforsyning fra Oset og konsekvenser for Ullevåll Universitetssykehus JA NEI JA JA Ingen konsekvenser for UUS UUS har ikke slik påkoblingsmulighet? Distribusjonsutfordring? Avløpshåndtering? Svikt VB Svikt desinfeksjon Svikt VB VBA parallell 1 svikt eller Svikt desinfeksjon Svikt VB VBA parallell 2 svikt eller Svikt desinfeksjon Konsekvensklasser: L: lav M: middels H: høy NEI NEI Kjøling (M) WC/vask (H) Drikkevann (L) Desinfeksjon (L) Dialyse (L) Sykehusfunksjon (M) Matproduksjon (M) (SAMRISK ) 4 Vannmangel avløpsproblemer avfallsproblem 19

20 Eksempel kvalitativ FTA - Svikt i vannforsyning fra Oset Vann kan ikke leveres fra Oset eller Ikke vann i Maridalsvannet Ikke vann gjennom gamle og nye Oset VBA Feil på hovedledningsnettet ut fra Oset Forurensing av vann som gjør leveranse av vann ikke tilrådelig, ikke til WC en gang eller eller og eller Tørke/lav vannstand Dambrudd Villed handling/ sabotasje Begge inntaksledninger virker ikke Svikt i både gamle og Nye Oset VBA Svikt råvannspumper Grefsen tunnelen svikter Vest- Nydalen forbindelsen svikter Villet handling (tilsetting av stoff i vannet) Ikke-villet handling (f.eks benzen fra togulykke og og eller Gammel inntak svikter (1920 inntak) Nytt inntak svikter Svikt gamle Oset VBA Svikt nye Oset VBA Ingen av nødstrømsagg regatene starter (2 stk) Brann i pumpestasjon eller og Svikt VB Svikt desinfeksjon VBA parallell 1 svikt VBA parallell 2 svikt eller eller Svikt VB Svikt desinfeksjon Svikt VB Svikt desinfeksjon 20

21 Kvalitativ analyse av feiltre/kuttmengder Kuttmengder Orden Kommentar Sanns. Tørke/lav vannstand 1 Økende sannsynlighet som følge av klimaendringer? Tiltak: Ny Hovedplan beskriver en ny tunnel fra Langlia (3 måneders forsyning) og Holsfjorden Dambrudd 1 Dambrudd vil ha liten konsekvenser da inntaket ligger dypere. Dam ved Oset har ikke mye reguleringshøyde. Viljeshandlinger/sab otasje i VBA Svikt i både gamle og Nye Oset VBA Feil på hovedledningsnet Av og til Sjelden 1 Lite sannsynlig? Sjelden 2 Gamle Oset VBA beholdes som backup. 2 parallelle vannbehandlingsanlegg i Nye Oset VBA. Fellesfeil: ras i fjelltunneler 2 2 hovedledninger/tunneler må være ute av drift. Ledning vestover Sjelden Sjelden 21

22 Eksempel viktighet med høy pålitelighet også av mindre pumpestasjoner Noen mindre områder ensidig vannforsyning (pumping uten høydebasseng) Ved pumpestans vil nettet fort bli trykkløst med fare for innlekking Feiltreanalyse kan brukes til å forbedre oppetiden av slike stasjoner Resultatene brukes også i forbindelse med ny saneringsplan/hovedplan VAV Figurer: VAV M. Aulie 22

23 Foreløpig oppsummering feiltreanalyse vannpumpestasjon FTA gir oversikt over årsakskjedene og hvilke hendelser/komponenter som bidrar mest til redusert oppetid Feiltreanalysen vil bli brukt for å analysere effekten av mulige tiltak (ulike scenarier av tiltakspakker) Kritiske komponenter på lager (VAV, leverandør) Innføre ekstra brannsikring etc Resultatene vil kunne være nyttig også for andre pumpestasjoner Viktig å samle erfaringstall for sviktdata og reparasjonsdata for ulike hendelser i pumpestasjoner Slike pålitelighetsdata må lagres og systematiseres D&V system vil kunne være en god datakilde på sikt dersom det legges til rette for dette. 23

24 Men, feiltre ikke egnet for ledningsnett Feiltre (kuttmengder) Virkelig nett a b Vannledningsnettet for avansert og komplisert til å bli modellert med feiltre Ikke nok med bare forbindelse, men også ulik diameter, kapasitet høydebasseng etc 24

25 Del 2 av foredrag Analyse av leveringssikkerhet REL 25

26 Leveringssikkerhet i vannledningsnett Ulik: kapasitet sviktrate reparasjonstid VB Kilde Det er sannsynlig at noe usannsynlig vil skje (Aristoteles, f. Kr. ) 26

27 Hvor er de svake punktene på nettet?/hvilke ledninger er mest kritisk? 0.01 Kritisk Kan analyseres ved: What if analyser vha hydraulisk nettmodell (f.eks Epanet) eller: Systematisk gjennomgang ved bruk av f.eks. REL- analyse verktøy (utviklet bl.a I CARe-W prosjektet ) 27

28 ILLUSTRASJON Rel metode Trykk: - P1: 100 % - P2: % - P3: 100 % - P4: 100 % Trykk: - P1: 100 % - P2: 100 % - P3: 100 % - P4: 0 % Kilde Kilde

29 Beregning av hydraulisk kritikalitets indeks (HCI) Beregner viktigheten av hver enkelt ledning ved å stenge ledningen og beregne trykket (vannmengder) i alle noder Beregner samlet vannforbruk i forhold til behovet. HCI for hver ledning beregnes etter følgende formel: HCI = Q_total Q_total ( Q_ny) Jo høyre HCI jo mer kritisk ledning Hvis Σ(Q_ny) = 0 da får ingen vann og HCI = 1 Hvis Σ(Q_ny) = Q_total da får svikten ingen konskvenser og HCI = 1. Basert på simuleringer vha Epanet.dll 29

30 Ulike verktøy for REL analyser nett 30

31 Eksempler leveringssikkerhets analyse nett 1. Trondheim 2. VAV Oslo 3. Las Vegas 31

32 REL resultater Trondheim 32

33 Kritiske ledninger Trondheim mikro nivå Noen ledninger i en sone er viktigere enn andre (ta hensyn til ved evnt fornyelse, service nivå) HCI Eks: mulige tiltak: Redusere sannsynligheten for svikt for denne ledningen (fornye) -> S Ny parallell ledning (redundans) (->K) Øke dimensjon på andre (ring)ledninger (->K) 33

34 Eksempel VAV: analyse av leveringssikkerhet på nettet HCI A HCI a.hci Analyser med CARE-W REL (del av Saneringsplan VAV) Ulike scenarier analysert Mye redundans (ringledninger) i sentrum Mest kritisk er: Skullerud sonen Forsyningen til Ski Hovedledningene ut fra Oset Hovedledningene vestover SINTEF rapport 2008, Saneringsplan vann VAV 34

35 Kritiske ledninger og sårbare abonnenter - resultater fra Oslo Hvor avhengig er sykehus av vannforsyning (kvalitet/kvantitet)? Hvem har ansvaret? Hvem sier hvor listen skal ligge? kommunen, sykehuset, Mattilsynet, DSB? Rikshospitalet Ullevål sykehus Radiumhospitalet 35

36 REL analyser av ulike scenarier VAV 1. Normal situasjon (ca ledninger i modellen) 2. Hagevanning (3X forbruket) 3. Svikt i noen av hovedledningen fra Oset Grefsen Grorud Vest - Nydalen 4. Svikt i vannbehandling Langlia ute Skullerud ute - all forsyning fra Oset Oset ute, all forsyning fra Skullerud, Langlia Resultatene importert til digitalt kartverk for effektiv bruk (resultater pr ledning) 36

37 De mest kritiske ledningene rangert Scenario: Hagevanning (3X vannforbruk) SINTEF rapport 2008, Saneringsplan vann VAV 37

38 Scenario: Hagevanning VAV dagsaktuell Normal I A I a.hci

39 Scenario: Hagevanning VAV dagsaktuell Normal Hagevanning (3X) HCI B I A I a.hci HCI B (er).hci

40 Las Vegas: stor befolkning/infrastruktur vekst 4000 Service Population Trend Cumulative Miles Trend Population Cumulative Miles Year 40

41 Rel resultater fra Las Vegas 41

42 Hvordan brukes resultatene fra analyse av leveringssikkerhet? Forteller hvor de mest kritiske ledningene er mhp ledningsbrudd/svikt Las Vegas, Oslo, Trondheim bruker resultatene i forbindelse med rehabiliteringsplanlegging (saneringsplanarbeidet) Leveringssikkerhet (mest kritiske ledningene) er et av flere kriterier som det tas hensyn til Et av flere kriterier for utvelgelse av ledninger for gjentatt inspeksjon (ref godstykkelses målinger). Dvs hvor er det særlig viktig å vite tilstanden av ledningen (S) for å nvelge riktig renoveringsmetode Kunne ha vært brukt til å beregnet forventet kunde avbruddsminutter over året pga ledningsbrudd (benchmarking). Ref KILE (konsekvenser ved ikke levert energi) innen strømforsyning Resultatene registrert i GIS systemet/geodatabase VAV 42

43 Photo: Las Vegas Valley Water District 43