寧澤明

摘 要：近年來隨著各地風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組維修需求不斷增加，而運(yùn)營(yíng)管理方式卻相對(duì)落后。針對(duì)該問題，本項(xiàng)目進(jìn)行了風(fēng)電機(jī)組視情維修決策的研究。在風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)下，對(duì)于狀態(tài)異常的風(fēng)電機(jī)組，進(jìn)行故障的精準(zhǔn)定位，考慮維修能力、資源配置及調(diào)度方案，及時(shí)制定同期系列故障的維修策略。在此基礎(chǔ)上，對(duì)維修過程進(jìn)行跟蹤記錄，分析故障發(fā)生率和評(píng)定故障等級(jí)，反向優(yōu)化故障庫，進(jìn)一步更新方案，并對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)過程中的各項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行集成。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;視情維修策略;故障檢測(cè);維修決策支持系統(tǒng)

0 引言

隨著國(guó)際能源價(jià)格持續(xù)上升，以及人們對(duì)環(huán)境污染問題的日益關(guān)注，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)開始啟動(dòng)，由于其清潔和安全可再生性，并且對(duì)生態(tài)的破壞極小，得到了迅速發(fā)展[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電增長(zhǎng)27.6%，加快11.5個(gè)百分點(diǎn)。2019年，我國(guó)各級(jí)政府繼續(xù)在政策方面大力推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電，從中央到地方陸續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)文件為提升發(fā)展質(zhì)量做支撐[2]。風(fēng)電的發(fā)展前景遼闊，相比其他能源而言更加經(jīng)濟(jì)、更具競(jìng)爭(zhēng)力，但是，風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展并非一帆風(fēng)順，不斷下降的風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)水平、棄風(fēng)限電、風(fēng)電機(jī)組設(shè)備技術(shù)性能逐年衰退、運(yùn)維管理遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于風(fēng)電發(fā)展，這些存在的客觀問題影響了風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的步伐，諸多不合理的管理形式和落后的控制技術(shù)都在制約著風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理的發(fā)展情況，運(yùn)維方式如何提升可靠性和質(zhì)量保障在目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維管理的影響越來越重要。

本項(xiàng)目在排除了上網(wǎng)電價(jià)下降、棄風(fēng)限電等不可抗拒的因素外[3]，從技術(shù)、管理等各個(gè)角度分析風(fēng)力發(fā)電的可提升空間，最終選擇從對(duì)風(fēng)電機(jī)組的管理角度出發(fā)，綜合考慮風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)維技術(shù)，在分析并整理風(fēng)電行業(yè)的運(yùn)維規(guī)范、對(duì)比風(fēng)電行業(yè)現(xiàn)存的多種管理方式，運(yùn)用精益MRO（Maintenance Repair And Overhaul）理念，并以企業(yè)商務(wù)智能的架構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)建了風(fēng)電機(jī)組視情維修決策支持系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)分析、異常參數(shù)監(jiān)控、故障診斷、劣化狀態(tài)評(píng)估、單次維修能力最大化等方面進(jìn)行一定的研究。

1 風(fēng)電運(yùn)行維護(hù)的特點(diǎn)

風(fēng)能資源是風(fēng)電場(chǎng)選址的重要因素，同時(shí)也是影響風(fēng)電運(yùn)維的主要因素[4]。由于風(fēng)能受天氣、氣候、海陸和地形等因素影響很大，在時(shí)間和空間分布上有非常明顯的地域性和時(shí)間性。不同的因素對(duì)風(fēng)電運(yùn)維的影響也不同 ，特點(diǎn)如下：

1.1 地勢(shì)復(fù)雜

一般情況下，規(guī)定年平均風(fēng)速必須≥6m/s才滿足建電廠的要求，然而我國(guó)地勢(shì)復(fù)雜，2000多家風(fēng)電廠能夠滿足基本要求的屈指可數(shù)，因此客觀上風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)能力低于世界平均水平，要維持風(fēng)電場(chǎng)的營(yíng)收效益，減少風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維成本是一個(gè)客觀重要的途徑[5]。

1.2 備件成本高

特殊的建廠要求直接決定了風(fēng)電場(chǎng)建站位置選擇大多維高海拔、高寬闊度以及沿海甚至海上，而且需要避開城市、山脈等大型擋風(fēng)體，滿足這些條件的地區(qū)大多數(shù)在位置較偏遠(yuǎn)的郊外，難以保障交通的便利，這就使得風(fēng)場(chǎng)在備件補(bǔ)充或者輔助用具的調(diào)用時(shí)成本較大且時(shí)間延遲高[6]。優(yōu)化業(yè)務(wù)流程和故障事前預(yù)警對(duì)于降低成本至關(guān)重要。

2 風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)有的維修策略與分析

2.1 計(jì)劃維修

計(jì)劃維修作為一種預(yù)防性維修計(jì)劃，仍然可以分為標(biāo)準(zhǔn)維修法、定期維修法和檢查后維修法等不同的維修方法[10]，但基本思路是相同的：事先規(guī)劃好設(shè)備的使用和檢修時(shí)間，并提前準(zhǔn)備好維修資源和人員。這樣能夠很好地預(yù)防事故發(fā)生，減少由故障引發(fā)的生產(chǎn)滯后，但由于風(fēng)力發(fā)電受氣候天氣影響較大，故障發(fā)生的隨機(jī)性較高也密集故障的發(fā)生率也很高，很難安排合理的檢修時(shí)間;而且頻繁的檢修會(huì)消耗過多不必要的人力、物力，難以權(quán)衡。

2.2 事后故障維修

事后故障維修是一種較為傳統(tǒng)的維修方法，也被叫做故障維修法，其理念是不壞不修、壞了再修，目的是為了降低維修費(fèi)用。對(duì)于昂貴且為數(shù)不多的風(fēng)電設(shè)備來說，這種方法帶來的最大問題是降低風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)組并行率，無法保障風(fēng)電場(chǎng)的總產(chǎn)能。此外，風(fēng)電機(jī)組的潛在問題得不到及時(shí)的解決，潛在問題因素容易積累起來，等發(fā)現(xiàn)了往往發(fā)展成為更為嚴(yán)重的問題。

2.3 設(shè)備診斷與狀態(tài)維修

與傳統(tǒng)檢查相比，設(shè)備診斷技術(shù)由依靠專業(yè)人員進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)，發(fā)展到運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)儀器、儀表進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是目前公認(rèn)的維修方法中最高效的一種。

3 系統(tǒng)要素分析

風(fēng)電場(chǎng)作為企業(yè)，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化的途徑是對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行科學(xué)有效的管理。能否對(duì)機(jī)組進(jìn)行科學(xué)有效的管理具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)因素：

（1）風(fēng)機(jī)BOM的設(shè)計(jì)合理性

（2）對(duì)潛在故障發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性

（3）報(bào)修受理反饋的時(shí)效性

（4）多任務(wù)維修方案的快速制定

（5）維修方案的人員配置最優(yōu)原則

（6）維修方案的資源的配給最優(yōu)原則

（7）維修經(jīng)驗(yàn)的記錄與復(fù)用

（8）面向維修的庫存策略

從系統(tǒng)工程的角度分析，利用ISM（解釋結(jié)構(gòu)模型化）技術(shù)對(duì)以上要素進(jìn)行分析，通過矩陣的形式建立系統(tǒng)的遞階結(jié)構(gòu)模型。將以上因素依次利用S（i）來代替，根據(jù)它們之間的二元關(guān)系得到可達(dá)矩陣如圖1所示：

遞階結(jié)構(gòu)模型代表了系統(tǒng)各要素之間的直接二元關(guān)系及層級(jí)關(guān)系，通過該模型我們對(duì)系統(tǒng)的核心要素有了更加清晰的認(rèn)識(shí)。

4 風(fēng)電機(jī)組視情維修決策支持系統(tǒng)業(yè)務(wù)及功能分析

本系統(tǒng)主要是對(duì)風(fēng)電機(jī)組日常運(yùn)營(yíng)范圍內(nèi)所涉及的與維修相關(guān)的各類管理信息進(jìn)行綜合的集成，以便規(guī)范風(fēng)電場(chǎng)的日常工作秩序，為風(fēng)電場(chǎng)的管理決策提供科學(xué)支撐，最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)維修流程、降低風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)成本的、提高風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)效率的目的。

4.1 風(fēng)電機(jī)組視情維修決策支持系統(tǒng)的業(yè)務(wù)分析

與其他工業(yè)企業(yè)秉持的產(chǎn)品生產(chǎn)與產(chǎn)品銷售并重的原則不同，風(fēng)電場(chǎng)以產(chǎn)品生產(chǎn)即電力生產(chǎn)為核心，主要圍繞著保障生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)行，保障生產(chǎn)材料供給充分。

系統(tǒng)對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的管理著眼于對(duì)風(fēng)電機(jī)組維修流程的控制，即對(duì)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)備結(jié)構(gòu)層級(jí)化設(shè)計(jì)、同類設(shè)備劣化狀態(tài)的定位及維修資源需求的預(yù)判、運(yùn)行參數(shù)檢查、異常參數(shù)反饋、劣化狀態(tài)評(píng)估、維修資源預(yù)配置、以故障為單元的維修人員及資源調(diào)度、以故障為單元的維修跟蹤記錄、維修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與復(fù)用等。風(fēng)電機(jī)組視情維修決策支持系統(tǒng)所涉及的主要工作及其關(guān)系如圖4所示。

4.2 風(fēng)電機(jī)組視情維修決策支持系統(tǒng)的功能分析

本系統(tǒng)是對(duì)風(fēng)電場(chǎng)維修業(yè)務(wù)流程的綜合管理，以對(duì)單臺(tái)風(fēng)電機(jī)的運(yùn)維管理為主線，參考業(yè)務(wù)分析主要?jiǎng)澐譃榛A(chǔ)信息管理、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、維修管理、庫存管理、人員管理共5個(gè)功能模塊。

（1）基礎(chǔ)信息管理

包括設(shè)備BOM信息及故障庫，BOM信息對(duì)應(yīng)設(shè)備層級(jí)化設(shè)計(jì)，故障庫對(duì)應(yīng)同類設(shè)備劣化狀態(tài)定位及維修資源需求的預(yù)判業(yè)務(wù)。設(shè)備BOM信息是風(fēng)場(chǎng)最基本的信息，記錄了同類型風(fēng)機(jī)的通用信息及不同設(shè)備的實(shí)例信息，反映風(fēng)機(jī)設(shè)備及其零部件的層級(jí)關(guān)系。BOM信息同時(shí)會(huì)衍生出故障庫，也稱之為MBOM（Maintain Bill Of Materials），在BOM的層級(jí)基礎(chǔ)上，為每一層建立故障模式，并拓展出維修該故障所需的資源信息。

（2）設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控

是指運(yùn)行參數(shù)檢查和異常參數(shù)反饋，對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說，設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控是驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)流程的源頭和基礎(chǔ)，運(yùn)行監(jiān)控產(chǎn)生的異常參數(shù)會(huì)觸發(fā)整個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)的進(jìn)行。運(yùn)行監(jiān)控和人員監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式是增強(qiáng)系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)率的重要方法。

（3）維修管理

包含故障報(bào)修、制定維修計(jì)劃、人員派工、資源調(diào)度及維修記錄，其中故障報(bào)修是指劣化狀態(tài)評(píng)估，對(duì)監(jiān)測(cè)到的異常參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，確定其故障模式和故障類型，并提交給上級(jí)部門審批;待報(bào)修審批通過后，進(jìn)入維修計(jì)劃環(huán)節(jié)，對(duì)應(yīng)維修資源的預(yù)配置，保證物料供應(yīng)充足;維修人員及資源調(diào)度指以單個(gè)維修需求為對(duì)象，指派維修人員并分配維修資源對(duì)其進(jìn)行維修，人員的指派從人員能力、故障等級(jí)等多個(gè)方面考慮，最終會(huì)生成領(lǐng)料憑證;維修跟蹤記錄指對(duì)從維修需求產(chǎn)生開始，直到維修完成期間發(fā)生的維修狀況改變、維修資源補(bǔ)充、維修人員變更等信息的記錄;維修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與復(fù)用是指從同類故障的不同維修記錄中總結(jié)通用的維修信息，補(bǔ)充故障庫。

（4）庫存管理與人員管理

主要圍繞維修過程中的一系列需求。維修計(jì)劃前進(jìn)行的維修資源需求預(yù)判會(huì)將當(dāng)前要處理的維修需求所需的資源提前反饋給庫存，庫存判斷物料是否充足，來決定是否采購(gòu);維修計(jì)劃制定過程中進(jìn)行的人員指派主要依據(jù)是人員能力;資源調(diào)度完成后的領(lǐng)料憑證是庫存管理是否出庫的唯一憑證。

4.3風(fēng)電機(jī)組視情維修決策支持系統(tǒng)詳細(xì)分析

風(fēng)電機(jī)組視情維修決策支持系統(tǒng)的業(yè)務(wù)主要圍繞維修管理來展開，該業(yè)務(wù)在整個(gè)系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用，主要針對(duì)維修流程的優(yōu)化、維修數(shù)據(jù)的記錄等，直接決定了維修工作的整體效率。

監(jiān)測(cè)人員負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)檢查以及定時(shí)的實(shí)地檢查，在監(jiān)測(cè)到異常參數(shù)后，檢測(cè)人員經(jīng)過實(shí)地檢查確認(rèn)參數(shù)無誤，然后通過查詢故障庫信息來對(duì)故障進(jìn)行定位[7]，具體要定位到故障發(fā)生的零部件和故障類型等信息，并及時(shí)記錄并反饋給維修管理員。

在接受到監(jiān)測(cè)人員的報(bào)修申請(qǐng)后，管理員對(duì)報(bào)修申請(qǐng)進(jìn)行審核，主要是針對(duì)報(bào)修信息的正確性進(jìn)行審核，審核通過后可以對(duì)當(dāng)前存在的一個(gè)或多個(gè)報(bào)修需求進(jìn)行選擇處理，制定維修計(jì)劃。首先是人員指派，針對(duì)某一個(gè)故障來指派符合維修能力的相應(yīng)人員，對(duì)同類型故障指派相同人員，根據(jù)故障的等級(jí)來確定維修的先后順序;其次是資源調(diào)度，這個(gè)流程依據(jù)已經(jīng)指派好的人員，以故障為單位進(jìn)行資源配置。資源配置完成后表示維修資源全部就緒，計(jì)劃發(fā)布等待維修人員開始維修。

維修人員在收到派工任務(wù)后，依據(jù)維修計(jì)劃所指定的維修順序，根據(jù)領(lǐng)料憑證到倉(cāng)庫領(lǐng)料。領(lǐng)料成功后即可開始維修，維修過程中要按事件記錄，即如果某次維修的物料不足或者人員變動(dòng)，都要及時(shí)記錄下來，如果維修過程出現(xiàn)該類情況，需要再次提交故障信息并附加所需資源，等待審批。

庫存管理是圍繞維修管理而建立的，同時(shí)擁有它獨(dú)立的業(yè)務(wù)。庫存余量檢查是庫存子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)業(yè)務(wù)交互的基礎(chǔ)以及實(shí)現(xiàn)自身業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。余量檢查根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)的BOM結(jié)構(gòu)以及風(fēng)機(jī)的季度損耗度來保障庫存中物料余量充足。對(duì)于與維修管理的交互業(yè)務(wù)，在收到領(lǐng)料需求并確認(rèn)領(lǐng)料憑證無誤后，先檢查庫存余量，在余量充足的情況下進(jìn)行資源出庫，否則再次進(jìn)行請(qǐng)購(gòu)。對(duì)于和對(duì)于自身業(yè)務(wù)，當(dāng)余量檢查出物料不足以應(yīng)對(duì)該季度可能發(fā)生的故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成請(qǐng)購(gòu)需求，等待庫存管理員處理，庫存管理員會(huì)將請(qǐng)購(gòu)需求提交給上一級(jí)申請(qǐng)采購(gòu)，并等待入庫。

5 結(jié)論

風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)維管理是風(fēng)電場(chǎng)日常管理的核心任務(wù)，直接決定了風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行效率和整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的綜合效益。本系統(tǒng)在分析現(xiàn)存風(fēng)電場(chǎng)維修策略的基礎(chǔ)上，綜合各方優(yōu)劣進(jìn)一步提出了優(yōu)化后的風(fēng)電機(jī)組視情維修決策支持方案并予以實(shí)現(xiàn)，力圖通過優(yōu)化維修流程來盡可能地減少維修開銷。在總體的架構(gòu)上分為5個(gè)模塊，其中以維修管理為主，其他輔之，其中人員管理和庫存管理為維修流程提供人員和資源信息，基本信息管理中的故障庫為維修管理提供指定最優(yōu)人員和分配最優(yōu)資源的方案，維修管理以異常參數(shù)出現(xiàn)為觸發(fā)，綜合各方信息制定維修計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)維修策略。

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