周 強(qiáng)

（江蘇電力公司檢修分公司蘇州運(yùn)維分部，江蘇蘇州 215000）

智能電網(wǎng)設(shè)備計(jì)及機(jī)會檢修優(yōu)化模型

周 強(qiáng)

（江蘇電力公司檢修分公司蘇州運(yùn)維分部，江蘇蘇州 215000）

對電力設(shè)備的劣化故障和突發(fā)性故障建立模型來量化不同故障對檢修決策的影響，將設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)與系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)加權(quán)和的最小值作為目標(biāo)函數(shù)，得出電力設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與電力設(shè)備檢測頻率間的關(guān)系，驗(yàn)證模型的優(yōu)越性。為改善電力設(shè)備的檢修決策效率，降低電力設(shè)備的檢修費(fèi)用提供了一種方案。

智能電網(wǎng)；狀態(tài)轉(zhuǎn)移；設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)；系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.45

0 引言

電力設(shè)備檢修策略是在一定時(shí)間間隔內(nèi)獲取設(shè)備狀態(tài)信息后根據(jù)所得信息制定的。當(dāng)時(shí)間間隔過大會使?jié)撛陔[患釀成大的損失，而時(shí)間間隔太小又增加檢修費(fèi)用，所以確定合理的時(shí)間間隔不僅能避免大的損失而且能節(jié)省檢修費(fèi)用。計(jì)及機(jī)會維修不但能減少預(yù)防性檢修費(fèi)用而且能減小系統(tǒng)停運(yùn)帶來的損失，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。

電力設(shè)備的常見故障主要有兩種——劣化故障和突發(fā)性故障。根據(jù)不同故障類型對檢修決策的影響，將電力設(shè)備檢測、檢修時(shí)造成的設(shè)備損失風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)相結(jié)合，把兩者加權(quán)和作為目標(biāo)函數(shù)，通過優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)得出最佳檢修策略，最后通過算例分析證明模型能有效改善設(shè)備的檢修效率，降低設(shè)備檢修費(fèi)用。

1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移

電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)主要受設(shè)備自身性能和檢修策略的影響，文獻(xiàn)1中的馬爾可夫模型闡述了影響關(guān)系。將電力設(shè)備的劣化故障過程定義為D0→F，電力設(shè)備劣化故障的整體過程可表示為：正常狀態(tài) D0→劣化狀態(tài) D（ii=1，2，…，n-1）→故障狀態(tài) F。在電力設(shè)備劣化故障狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過程中還有預(yù)防檢修Mi（i=b，b+1，…，n-1）和檢測 I（ii=0，1，…，n-1）。電力設(shè)備劣化故障的轉(zhuǎn)移模型如圖1所示。

圖1 電力設(shè)備劣化故障轉(zhuǎn)移模型

電力設(shè)備運(yùn)行時(shí)還會有突發(fā)性故障，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型如圖2 所示。假設(shè)突發(fā)性故障的狀態(tài)為 m（ii=0，1，…，n-1），規(guī)定的電力設(shè)備機(jī)會維修閾值為D（l1≤l≤n-1），當(dāng)電力設(shè)備有突發(fā)故障時(shí)，若故障狀態(tài)為D0，則僅對突發(fā)故障進(jìn)行處理，若故障狀態(tài)為Dl，則需要對電力設(shè)備進(jìn)行機(jī)會維修，若故障狀態(tài)為F，則表示電力設(shè)備完全故障。

圖2 電力設(shè)備突發(fā)故障轉(zhuǎn)移模型

2 檢修優(yōu)化模型

2.1 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)

對電力設(shè)備進(jìn)行檢測或檢修時(shí)造成的設(shè)備損失稱為設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)，本文的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)包括預(yù)防檢修風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)、機(jī)會維修風(fēng)險(xiǎn)和檢測風(fēng)險(xiǎn)四部分。通過頻率及持續(xù)時(shí)間法進(jìn)行計(jì)算，獲得設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)式。

（1）預(yù)防檢修風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)施預(yù)防檢修時(shí)造成的設(shè)備損失，表達(dá)式，其中Cp，i是在狀態(tài)Di時(shí)預(yù)防檢修的費(fèi)用。

（2）設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。電力設(shè)備的突發(fā)故障或劣化故障造成的設(shè)備損失，表達(dá)式，m+πDn-1λn-1,FCF，M，其中，CF，m是突發(fā)故障檢修費(fèi)用，CF，M是劣化故障檢修費(fèi)用。

（3）機(jī)會維修風(fēng)險(xiǎn)。對電力設(shè)備進(jìn)行機(jī)會維修時(shí)造成的設(shè)備損失，表達(dá)式，其中，C0是機(jī)會維修與預(yù)防檢修的費(fèi)用差。

（4）檢測風(fēng)險(xiǎn)。對電力設(shè)備例行檢測時(shí)造成的設(shè)備損失。若不是機(jī)會維修，表達(dá)式，其中，CI是每次檢測設(shè)備的費(fèi)用；若是機(jī)會維修，表達(dá)式

通過上述計(jì)算可以得出電力設(shè)備的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)式為Requ=CRp+CRF+CRV+CRI。

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)是指在電力設(shè)備運(yùn)行時(shí)，以量化評估的方式對系統(tǒng)期望缺供電量的經(jīng)濟(jì)性量化評估，表達(dá)式，Rsys=∑s∈sPsLsCf，，其中，S是事故集合，Ps是事故 s的發(fā)生概率，Ls是事故s造成的系統(tǒng)失負(fù)荷量，Cf是系統(tǒng)的失負(fù)荷應(yīng)賠費(fèi)用，Ns是事故s中故障狀態(tài)設(shè)備數(shù)，N-Ns是事故s中運(yùn)行狀態(tài)設(shè)備數(shù)。

2.3 目標(biāo)函數(shù)

計(jì)及機(jī)會檢修優(yōu)化模型主要指標(biāo)就是設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，將兩項(xiàng)指標(biāo)加權(quán)和的最小值作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，表達(dá)式為其中檢修優(yōu)化模型的約束條件是γmin≤γ≤γmax，式中γmax是檢測頻率的上限，γmin是檢測頻率的下限。

3 算例分析

以蘇州某變電站的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行算例分析，選取圖3中的電力設(shè)備變壓器T1，對其進(jìn)行檢修決策的計(jì)算。假定變壓器T1的劣化過程為D0→D1→D2→F，狀態(tài)轉(zhuǎn)移率的各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示，在進(jìn)線L1完全可靠的情況下，將系統(tǒng)的負(fù)荷設(shè)為10 MW，Lp1的單位失負(fù)荷應(yīng)賠費(fèi)設(shè)為1.053萬元/MW·h。

表1 變壓器狀態(tài)轉(zhuǎn)移率

圖3 變電站模型

電力設(shè)備的檢修策略有多種組合方式，對變壓器T1檢修決策的計(jì)算主要有6種方式，令C0=0，ds=0.042，計(jì)算策略如下。

（1）策略 1。Db=D1，D1=D1；

（2）策略 2。Db=D1，D1=D2；

（3）策略 3。Db=D1，D1=F；

（4）策略 4。Db=D2，D1=D1；

（5）策略 5。Db=D2，D1=D2；

（6）策略 6。Db=D2，D1=F。

對上述所列檢修策略進(jìn)行求解，得到的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)變化曲線如圖4所示，通過分析可以得出：①對電力設(shè)備的檢修頻率過低時(shí)，設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與設(shè)備檢測頻率呈負(fù)相關(guān)，主要因?yàn)樵谶@一階段電力設(shè)備以劣化故障為主，影響檢修決策的主要因素是如何降低電力設(shè)備的劣化故障風(fēng)險(xiǎn)；但在設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)降低到一定程度后，若再增加檢測頻率，此時(shí)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)就會增大，因?yàn)檫@時(shí)已在“過檢修”狀態(tài)，檢修決策的關(guān)鍵點(diǎn)是怎樣減少因檢修引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)檢修頻率的增加造成了預(yù)防檢修和檢測費(fèi)用的增加；②通過對比可以看出在策略6中出現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)最小值，此時(shí)的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)值為4.868（萬元），設(shè)備檢測頻率為0.35次/a。

圖4 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)變化曲線

4 總結(jié)

文章對電力設(shè)備劣化故障和突發(fā)性故障建立檢修優(yōu)化模型，將設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)與系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)加權(quán)和的最小值作為目標(biāo)函數(shù)，依據(jù)蘇州某變電站的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出電力設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)與電力設(shè)備檢測頻率間的關(guān)系曲線，通過分析驗(yàn)證了文章所提模型的優(yōu)越性。為電力設(shè)備檢修策略的制定和降低電力設(shè)備檢修費(fèi)用提供了一種可選方案。

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〔編輯 凌 瑞〕