杜 飛

（江蘇省電力公司檢修分公司,211102）

一種適用于狀態(tài)檢修的電力設(shè)備時(shí)變停運(yùn)模型分析

杜 飛

（江蘇省電力公司檢修分公司,211102）

本文圍繞電力設(shè)備的狀態(tài)檢修進(jìn)行研究，分析時(shí)變停運(yùn)模型的原理及特點(diǎn)，結(jié)合其在狀態(tài)檢修的應(yīng)用效果，分析其適用性。

電力設(shè)備；狀態(tài)檢修；時(shí)變停運(yùn)模型

0 前言

電力系統(tǒng)在長(zhǎng)期、持續(xù)的運(yùn)行過程中，其電力設(shè)備會(huì)發(fā)生一定程度的損耗，增加了發(fā)生故障的幾率。為了降低電力設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)行電力系統(tǒng)的狀態(tài)檢修，以保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全。關(guān)于設(shè)備的檢修時(shí)間及檢修方式，需要參考在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立適用于電力設(shè)備狀態(tài)檢修的模型，其中時(shí)變停運(yùn)模型得到了有效的應(yīng)用。其對(duì)于電力設(shè)備運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及故障檢修具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 電力設(shè)備時(shí)變停運(yùn)模型研究現(xiàn)狀

時(shí)變停運(yùn)模型主要應(yīng)用于電力設(shè)備運(yùn)行的可靠性分析當(dāng)中，其根據(jù)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估結(jié)果，精細(xì)化的描述電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，分析其中存在的故障，對(duì)檢修行為進(jìn)行指導(dǎo)。隨著在線監(jiān)測(cè)裝置在電力設(shè)備運(yùn)維當(dāng)中的廣泛應(yīng)用，采集更多的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并將其作為電網(wǎng)狀態(tài)檢修的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。但是在數(shù)據(jù)層和風(fēng)險(xiǎn)層的銜接方面還存在著明顯的不足，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利用率不高，電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性低。而目前電網(wǎng)對(duì)于停運(yùn)行為的建模和分析有待進(jìn)一步提升，需要更加嚴(yán)格的理論依據(jù)。在設(shè)備狀態(tài)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算等方面，需要以數(shù)據(jù)層為基礎(chǔ)，建立時(shí)變停運(yùn)模型，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，進(jìn)而對(duì)電力設(shè)備的狀態(tài)檢修進(jìn)行決策。

馬爾可夫模型是傳統(tǒng)電力設(shè)備停運(yùn)模型，經(jīng)解析求解，能夠?qū)﹄娏υO(shè)備老化以及不完全維修進(jìn)行描述，但是其描述內(nèi)容不夠全面和準(zhǔn)確。在電力設(shè)備檢修當(dāng)中，主要包括故障后檢修和預(yù)防性檢修。故障后檢修具有隨機(jī)性，其檢修方式和檢修時(shí)間存在不確定性。而預(yù)防性檢修則是根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行條件、負(fù)荷等多重因素進(jìn)行綜合分析，其檢修方式和檢修時(shí)間均確定。電力設(shè)備時(shí)變停運(yùn)模型在預(yù)防性檢修當(dāng)中的應(yīng)用，能夠有效優(yōu)化檢修方式和檢修時(shí)間，提高檢修效果。而在故障后搶修當(dāng)中，其應(yīng)用可有效提升故障后搶修的維修率。

2 電力設(shè)備三階老化模型

2.1 三階老化馬爾可夫模型

三階老化馬爾可夫模型主要包括三階完全維修模型、三階不完全維修模型、三階最小維修模型等三種類型。三階完全維修模型完全與IEEE模型標(biāo)準(zhǔn)相互對(duì)應(yīng)，對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)進(jìn)行感知，劃分為正常、注意、異常以及嚴(yán)重和等4個(gè)等級(jí)，根據(jù)其監(jiān)測(cè)結(jié)果來確定電力設(shè)備的運(yùn)行實(shí)況。該模型能夠?qū)υ袨檫M(jìn)行精細(xì)化描述。注意、異常以及嚴(yán)重等狀態(tài)代表著電力設(shè)備的老化程度，其中嚴(yán)重狀態(tài)即為故障狀態(tài)，而完全狀態(tài)維修的目的在于將以上三種狀態(tài)恢復(fù)至著正常狀態(tài)。解析馬爾可夫方程，求解狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，進(jìn)行后續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)概率的計(jì)算，根據(jù)元件各狀態(tài)概率和可用度指標(biāo)，參考公式A(t)=P0(t)+P1(t)+P1(t)進(jìn)行計(jì)算。

三階完全維修模型是一種理想模型，在實(shí)際應(yīng)用中并不多見。而不完全維修和最小維修模型較為常用。三階不完全維修模型的應(yīng)用，在修復(fù)故障狀態(tài)后，并不完全恢復(fù)至正常狀態(tài)，部分元件恢復(fù)至注意狀態(tài)，一般發(fā)于元件老化嚴(yán)重或劣化的情況下，無法將其完全恢復(fù)至正常狀態(tài)，根據(jù)不完全維修狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況，計(jì)算元件各狀態(tài)概率和可用度指標(biāo)。而最小維修模型則是將元件保持工作狀態(tài)，而對(duì)于元件老化情況并無改善，不同故障狀態(tài)修復(fù)后回到故障前的狀態(tài)，其正常和注意狀態(tài)的狀態(tài)概率降低至0，元件主要將保持在注意狀態(tài)與異常狀態(tài)的吸收態(tài)中，其模型求解過程與三階完全維修模型十分相近。

另外，在當(dāng)前的電力設(shè)備狀態(tài)檢修的時(shí)變停運(yùn)模型研究當(dāng)中，綜合考慮了以上三種模型，分析其狀態(tài)轉(zhuǎn)移。根據(jù)a1+a2+a3=μ2、b1+b2=μ1(a1，a2，a3，b1，b2≥0)計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移速率（a1：故障狀態(tài)a向正常狀態(tài)的轉(zhuǎn)移速率，完全維修模型所占比例；a2：故障狀態(tài)a向注意狀態(tài)的轉(zhuǎn)移速率，不完全維修模型所占比例；a3：故障狀態(tài)a向異常狀態(tài)的轉(zhuǎn)移速率，最小維修模型所占比例；b1：故障狀態(tài)b向正常狀態(tài)的轉(zhuǎn)移速率，完全/不完全維修模型所占比例；b2：故障狀態(tài)b向注意狀態(tài)的轉(zhuǎn)移速率，最小維修模型所占比例），根據(jù)a和b的取值來進(jìn)行三種模型的合理組合，保證最佳的狀態(tài)檢修效果。

2.2 確定性計(jì)劃?rùn)z修下電力設(shè)備三階老化模型

在以上三種模型中，并未將確定性計(jì)劃?rùn)z修考慮其中。建立確定性計(jì)劃?rùn)z修下電力設(shè)備三階老化模型，將確定性事件加入其中，元件的可用度表達(dá)會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。該模型多應(yīng)用于電力設(shè)備的大型檢修當(dāng)中，其檢修方式和檢修時(shí)間也相對(duì)固定，將檢修后，電力設(shè)備基本恢復(fù)至正常那個(gè)狀態(tài)。計(jì)劃?rùn)z修前未發(fā)生故障的概率為Pcase1=1-H（M），計(jì)劃?rùn)z修前發(fā)生故障的概率為Pcase2=H（M），根據(jù)元件各狀態(tài)概率和可用度指標(biāo)，參考公式ASchedule2(t)=1-Hcut(t)+A(t)·wfirst(t)進(jìn)行計(jì)算。

3 結(jié)論

在電力系統(tǒng)狀態(tài)檢修當(dāng)中，尋找使用性時(shí)變停運(yùn)模型，在完全維修、不完全維修、最小維修以及綜合維修等多種下形式，同時(shí)結(jié)合確定性的計(jì)劃?rùn)z修，準(zhǔn)確進(jìn)行件可用度的表達(dá)，其對(duì)于電力設(shè)備的檢修提供了重要的參考，進(jìn)而做出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和檢修決策，進(jìn)而保障電力系統(tǒng)安全、平穩(wěn)的運(yùn)行。

[1]汲國強(qiáng),張伯明,吳文傳,等. 一種適用于可靠性評(píng)估的電網(wǎng)設(shè)備時(shí)變停運(yùn)模型[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,01:56-62.

[2]郭創(chuàng)新,王越,王媚,等. 表征內(nèi)部潛伏性故障的變壓器時(shí)變停運(yùn)模型研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,01:63-69.

[3]呂志盛,趙淵,萬凌云,等. 計(jì)及時(shí)變故障率的電網(wǎng)計(jì)劃?rùn)z修啟發(fā)式優(yōu)化模型研究[J]. 華東電力,2014,05:950-956.

[4]冉啟傳,舒文華. 淺談狀態(tài)檢修在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè),2015,03:53-54.

表四： 效益對(duì)比數(shù)據(jù)

由于鍋爐熱利用效率提升，相同煤燃燒產(chǎn)生的熱值利用更高，向空氣中排放的廢氣和熱量也就相對(duì)在減少，由于煤炭中含有C、S、N等元素，燃燒后會(huì)放出CO2、SO2、CO、NO等影響大氣的氣體，尤其是SO2在空氣中在一定條件下形成對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生活造成嚴(yán)重危害的酸雨，對(duì)環(huán)境影響嚴(yán)重，減少排放量，這對(duì)環(huán)境保護(hù)，減少對(duì)環(huán)境的污染也取得比較重要的作用。

4 總結(jié)及展望

從上述數(shù)據(jù)分析，此次實(shí)施鍋爐墻體改造是比較成功的。鍋爐進(jìn)行局部改造不影響鍋爐整體安全性能，由專業(yè)的施工單位進(jìn)行改造，改造質(zhì)量得到保障，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的。這種局部改進(jìn)的做法，可推廣使用。

節(jié)能不僅是企業(yè)應(yīng)盡的社會(huì)責(zé)任，也是企業(yè)降低成本，增加效益提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇。21世紀(jì)是能源緊缺社會(huì)，誰掌握了能源優(yōu)勢(shì)，誰就有主動(dòng)權(quán)。企業(yè)為了生存和發(fā)展，只有從點(diǎn)滴做起，不斷通過技術(shù)革新，運(yùn)用新工藝，新技術(shù)，才有獲得繼續(xù)發(fā)展壯大的源泉。

保護(hù)環(huán)境也一直是企業(yè)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，符合現(xiàn)在全社會(huì)呼吁保護(hù)地球、保護(hù)環(huán)境大趨勢(shì)。企業(yè)進(jìn)行節(jié)能減排不僅能促進(jìn)其自身發(fā)展還有效降低對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)全社會(huì)的持續(xù)發(fā)展有重大的意義和必要性。

參考文獻(xiàn)

[1]陳學(xué)俊.陳聽寬 鍋爐原理 西安交通大學(xué)出版社 1994

[2]洪向道等 鍋爐房實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版 社2001

[3] 婁慶松，統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，高等教育，2006

[4]成大先。機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)。化學(xué)工業(yè)出版社。2005

[5] 工業(yè)鍋爐通用技術(shù)條件 JBT10094-2002

An analysis of time varying outage model of power equipment for condition based maintenance

Du Fei
（Jiangsu electric power company maintenance branch,211102）

In this paper,the state maintenance of power equipment is studied,the principle and characteristics of the time varying outage model are analyzed,and the applicability of the model is analyzed.

power equipment;condition based maintenance;time varying outage model