电力设备检修决策

电力设备检修决策（精选7篇）

电力设备检修决策 篇1

检修决策是依据设备状态检修导则等技术标准和设备状态评价结果, 参考风险评估结论, 考虑电网发展、技术更新等要求, 综合电网调度、安全监察意见, 确定设备检修策略, 明确检修类别、检修项目和检修时间等内容。

当面对一台设备进行检修决策时, 首先需要针对该台设备所有单个状态量情况进行决策, 然后才对设备整体情况进行综合决策。当面对一批设备进行检修决策时, 检修决策应综合考虑检修资金、检修力量、电网运行方式安排及风险等情况, 保证检修决策科学、可操作、成效好。

1 检修决策时的基本原则

(1) 坚持“安全第一”原则。检修决策必须在保证安全的前提下, 综合考虑设备状态、运行工况、环境影响以及风险等因素, 确保人身和设备安全。

(2) 坚持“应修必修”原则。检修决策应根据设备状态评价和风险评估结果, 全面进行设备诊断分析, 确定设备具体检修维护策略, 适时开展必要的试验、维修和检查工作, 真正做到“应修必修, 修必修好”, 避免出现失修或过修情况。

(3) 坚持“依法依章”原则。检修决策应按照国家、行业、企业有关标准执行, 真正做到“有章可循、有法可依”。

(4) 坚持“成本最优”原则。检修决策应从企业整体目标出发, 统筹考虑资产的规划设计、采购建设、运行检修、技改报废全过程, 在满足安全、效能的前提下追求资产全寿命成本最优。

(5) 坚持“协同检修”原则。输电设备与变电设备、一次设备与二次设备、同一停电范围的设备等应进行协同检修, 设备检修与电网建设、市政工程、反措实施等应协同进行。

2 设备单个状态量的检修决策

首先规范设备单个状态量的检修决策, 以隔离开关为例说明, 见表1。

单个状态量检修决策的检修时间按照轻重缓急可分以下情况:

(1) 立即:检修时间为“A类”检修项目。运行中发现的设备缺陷, 定性为危急缺陷的, 根据设备缺陷管理制度, 一般应于24h内实施检修;若属于停电检修时发现的设备问题或异常, 则应在设备重新投运前实施检修。

(2) 尽快:检修时间为“B类”检修项目。运行中发现的设备缺陷, 定性为严重缺陷的, 根据设备缺陷管理制度, 一般应于7天内实施检修。

(3) 1个月内、3个月内、6个月内、1年内, 属“C类”检修项目。指从检修决策时间开始至检修实施时间止的时间段, 应于规定时间内实施检修。

(4) 适时:检修时间为“D类”检修项目。若需停电处理, 宜在1年至C类检修最长周期内实施检修;若不需停电处理, 宜在1个月内实施检修。

3 设备整体的检修决策

设备整体的检修决策应综合各部件及各个状态量情况, 确定设备整体检修类别、内容及时间。一般情况下整体检修类别指针对需停电检修, 只选择A类检修、B类检修、C类检修, 如设备存在问题需要加强D类检修, 可在检修内容中明确D类检修的具体项目。

各类检修类别的决策可规范如下:

对设备本体进行的整体性检查、维修、更换和试验, 属A类检修。检修内容的决策按“设备解体检修”、“修理 (或更换) 本体××部件、更换设备”等模式进行, 必要时须说明在实施A类检修前应采取的措施。A类检修后一般要求按照出厂或交接试验标准规定的项目完成相关试验。

对设备本体或机构局部性的检修, 外部部件的解体检查、维修、更换和试验, 属B类检修。检修内容的决策按“更换××部件”、“处理××缺陷”或“加装××部件, 并进行××试验”等模式进行。B类检修后根据不同情况开展部分或全部例行试验项目及诊断性试验项目。

对设备常规性检查、维修和试验等, 属C类检修。决策时按“进行设备例行试验、检查、维护和清扫”等模式进行;如果有缺陷存在, 检修内容的决策按“处理××缺陷, 并进行设备例行试验、检查、维护和清扫”等模式进行。

对设备在不停电状态下进行的带电测试、外观检查和维修, 属D类检修。检修内容的决策按“进行××处理”、“进行××检测”等模式进行。

4 检修决策应用

以1台断路器的检修决策为例进行检修决策实际应用说明。

(1) 断路器整体情况。某220kV变电站604断路器, 型号:LW11-220/3150-40, 2000年1月出厂, 2000年10月投运。2008年5月进行了C类检修。

(2) 状态量描述。2010年3月10日, 检查发现断路器空压机润滑油乳化;2010年4月8日, 检查发现气动机构24小时内打压10次, 超过技术文件要求, 其它状态量未见异常。

(3) 状态评价时间及结果。2010年4月8日进行动态评价, 根据SF6高压断路器缺陷分类标准及状态评价导则, 断路器空压机润滑油乳化缺陷属一般缺陷;“气动机构24小时内打压次数超过技术文件要求”缺陷属严重缺陷, 断路器整体状态评价结果为严重状态。

(4) 诊断分析:诊断分析发现:汽水分离装置分离效能不足, 高湿度空气中产生的水份无法有效分离及排出, 产生大量积水, 导致断路器空压机润滑油乳化;空气系统泄漏导致打压频繁。

(5) 检修决策。查阅设备单个状态量的检修决策规范, 拟分3种情况处理。

(1) “空气系统泄漏”的检修决策为:

检修时间:尽快;

检修类别:B类检修;

检修内容:查明泄漏原因并处理。

(2) “空压机润滑油乳化”的检修决策为:

检修时间:尽快;

检修类别:D类检修;

检修内容:更换润滑油。

(3) 断路器整体决策:

2010年4月14日前进行B类检修, 查明泄漏原因及处理, 更换空压机润滑油。

电力设备检修决策 篇2

关键词：变电设备,状态检修,辅助决策系统,设计与实现

前言

随着社会经济的快速发展, 人们对电能的需求不断增加, 这给供电带来了较大的压力。为了保证供电的稳定性和可靠性, 加强故障检修工作显得十分必要。故障检修过程中, 传统的检修方式以周期性为主, 选择在一定时间内对设备运行状态及设备自身状况进行检修、维护。但是周期性检修方式暴露出较大的不足, 尤其是随着供电规模的扩大, 设备面临较大的负荷, 导致设备出现故障的几率提升。同时, 周期性的检修策略应用, 对设备自身状态关注度较低, 对设备采取全面性的检查, 这在很大程度上导致了人力、财力的浪费, 不利于供电企业更好地实现经济效益。

1 变电设备状态检修辅助决策系统设计

为了更好地满足变电设备状态检修需要, 设计的辅助决策系统主要对设备状态检修过程中可能遇到的问题予以把握, 包括了数据获取预处理、状态分析与评估两个方面内容。变电设备状态检修辅助决策系统设计需要对基本的配置予以把握, 操作系统为Windows XP以上, 硬盘空闲空间在100MB以上[1]。

1.1 系统整体设计

关于变电设备状态辅助决策系统的具体框架结构, 我们可以从图1中看出。

变电设备状态检修辅助决策系统设计, 主要采用C/S和B/S结合的体系结构, 这一结构具有较高的标准化、规范化特征, 能够对系统资源进行共享, 以满足设备状态检修的实际需要。结合系统整体设计情况来看, 辅助决策系统设计需要考虑以下几点内容:

1.1.1 状态分析评估子系统

状态分析评估子系统的设计, 主要目的在于利用知识库的相关知识, 对设备的状态进行分析和把握, 从而对故障是否存在隐患问题予以明确认知, 为设备检修提供重要依据。状态分析评估子系统的应用, 要注重对设备状态进行详尽的评估, 对设备故障类型予以分析和把握[2]。

1.1.2 知识库

知识库的设计, 是辅助决策系统的一个重要组成部分, 其知识主要来源于专家现场检修诊断经验。知识库设计过程中, 需要对以下内容予以考虑: (1) 设计状态判断库。状态判断库主要集中了设备状态判断规则和相关判断标准, 为设备状态检测提供重要依据; (2) 维修策略库。维修策略库主要针对于设备运行状态, 为设备检修工作提供重要的指引, 对故障问题予以有效解决; (3) 故障模式库。故障模式库针对于设备故障类型, 对故障类型予以分类, 可以为设备故障检测提供重要参照。

1.1.3 数据库

系统中的数据库主要目的在于对相关数据信息进行存储, 分为两种, 一种是设备信息库;另一种是设备状态分析知识库。数据库的应用, 对相关信息进行存储, 从而为设备状态检修工作提供重要的数据参考。

变电设备状态辅助决策系统在设计过程中, 需要从整体角度出发, 对辅助决策系统的功能予以明确定义, 并根据实际发展需要, 保证系统各个环节设计能够满足系统整体需求, 发挥其功能和作用。系统设计当中, 包括了数据获取、预处理、设备状态监测、状态评估等内容。数据获取和数据预处理涉及到了数据在线监测、数据获取等内容。设备状态监测, 涉及到了知识库、分析算法库, 通过数据分析计算, 对设备状态予以把握和分析[3]。除此之外, 在进行设备评估过程中, 包括了风险评估、故障诊断等内容, 目的在于更好地发现变电设备运行的问题及故障隐患, 从而提升系统的性能水平。

1.2 辅助决策系统功能

1.2.1 数据获取与处理

数据获取与处理过程中, 需要构建信息资源目录体系, 并将信息资源目录体系应用于信息模型当中, 通过借助于系统的数据映射, 对数据进行获取和更新。

1.2.2 状态分析与评估

变电设备运行状态分析及评估过程中, 采取了设备-部件-状态量-判断依据的顺序进行状态分析与评估, 并通过设计的相关权重系数, 对设备的具体情况予以把握, 为故障检修提供一定的依据。

2 变电设备状态检修的辅助决策系统功能实现

变电设备状态检修辅助系统功能的实现, 需要在硬件设计和软件设计方面予以有效考虑, 保证硬件功能和软件功能得到较好的发挥, 从而为变电站设备状态检修提供重要的参考和帮助。

2.1 硬件功能实现

硬件功能实现, 主要通过对PC平台进行应用, 系统节点通过对局域网的利用, 能够实现信息的快速交换。在这一过程中, 系统功能主要借助于网络传输功能实现, 利用路由器与外部系统进行连接, 从而实现资源共享的目标。硬件功能实现方面, 用户可以根据自身的实际需要, 对硬件进行灵活配置。

2.2 软件功能实现

软件在服务器选择上, 以Windows 2003 Server操作平台为主, 操作系统设计过程中, 利用Delphi编译语言, 实现了C/S模式下客户对设备数据、设备状态的有效访问, 并能够对相关数据信息进行有效查阅。关于软件功能的具体实现方式, 我们可以从下文分析中看出:

“变电检修辅助决策软件”能为变电检修业务全流程提供一定的决策和必要信息, 实现了工作室/班组成员检修经验与知识的共享, 增强了工作室成员的“传、帮、带”效果, 进而提升电网检修效率。辅助决策系统设计, 要对系统的软件主界面内容予以把握, 具体我们可以从图2~3中看出。

辅助决策系统设计过程中, 通过单击“故障排除知识库”, 从主界面Ⅰ中弹出主界面Ⅱ这一窗口, 可以对故障排除信息进行查阅, 从而为变电设备故障检修提供重要的参考, 为故障检修工作解决提供较大的便利, 如图4。

从图4中我们可以看出, 借助于辅助决策系统, 能够对变电站的故障信息进行获取, 从而为故障检修提供重要的依据。同时, 故障检修完成后, 可以结合实际情况, 对故障信息的变化情况进行记录, 进行故障“删除”或是“添加”的操作。

辅助决策系统的应用, 在历史经验库中就相关检修内容进行记录, 检修人员在实际检修过程中, 通过对历史记录进行查验, 可以对设备出现的故障问题进行较好的分析, 为检修人员解决设备故障提供重要的参考。同时, 利用辅助决策系统, 还可以实现对员工的培训, 通过让检修经验较差的人员跟随学习, 能够使他们在实践过程中, 对自身的技能水平进行有效的提升。

3 结束语

从本文的分析来看, 我们可以看出, 变电设备状态检修辅助决策系统是一种预知性的检修系统, 注重对变电站实际运行情况进行检测, 对运行过程中可能出现的故障隐患问题予以发现, 从而采取有效措施对故障进行解决。辅助决策系统的应用, 相对于传统的周期性检修而言, 在效率和质量方面得到了较大的提升, 有利于促进电网建设更加安全、可靠。因此, 为了更好地促进智能电网建设及发展, 要注重对辅助决策系统功能予以完善, 提升辅助决策系统性能水平, 使其能够为变电设备状态检修提供较好的辅助。

参考文献

[1]郭红兵, 夏洪刚, 闫军, 刘志林, 张伟.输变电设备状态检修辅助决策系统开发与应用[J].内蒙古电力技术, 2013, 04:1~6.

[2]荀华, 刘志林, 郭红兵.输变电设备状态检修辅助决策系统触发评价功能的开发与应用[J].内蒙古电力技术, 2013, 06:76~79.

电网状态检修决策研究 篇3

关键词：电网,状态检修,决策指标,D-S证据理论

0引言

设备状态检修决策是基于设备当前状态评价结果进行的检修方案优选[1,2],通常包括检修方式和检修时段的确定,这方面已经取得了不少研究成果[3,4,5,6,7]。然而电网中的设备并不是孤立存在的,设备之间有着不可分割的物理结构联系、经济联系和随机联系[8,9],这将导致单个设备在分别实施状态检修时,可能出现降低电网整体运行效能的情况。此外,不断增加的电网设备数量与检修所需资源有限的矛盾也日益突出。因此,从电网角度看,单个设备的最优检修决策并不一定是真正的最优。如何协调设备状态检修与电网安全运行之间的关系,在合理使用检修资源提前下做好电网中多个设备的协调检修决策是今后研究的重点。

目前,状态检修决策研究多集中在设备层面,涉及设备联合检修的研究还较少。文献[10]将发输电设备联合检修计划问题分为多目标整数规划和随机规划两大问题进行分散协调,将考虑到发电、输电设备之间联系的问题作为主问题,考虑到设备与系统之间联系的问题作为子问题,分别采用改进的隐枚举法和基于直流潮流的发输电组合系统可靠性评估模型求解,得到设备的检修时段; 文献[11]通过同时检修、互斥检修、资源、电网安全等限制条件约束相互关联的设备,综合考虑设备状况与电网运行情况,采用禁忌搜索算法优化了整个电网中输变电设备的检修起始时段; 文献[12]提出了电网状态检修的概念,通过概率的引导来相互牵制设备检修、运行及电网整体性能,建立了电网状态检修的风险模型,得出设备的检修时段。上述研究主要集中在对检修时段的决策上,还没有对设备检修方式进行决策研究。

本研究在考虑输变电设备个体之间、设备与电网之间关系的基础上,明确电网状态检修概念,研究电网状态检修过程,提出电网检修决策指导原则和决策指标; 然后基于单个设备检修决策结果,建立检修方式和检修时段同时决策的多设备检修决策模型,实现个体设备检修与电网整体运行效能的综合最优决策。

1电网状态检修

1. 1 电网状态检修概念

设备是否检修、何时检修、采用何种方式检修不仅与设备自身健康状态有关,还受电网结构、运行方式等影响,由此形成了电网状态检修的概念。电网状态检修是以设备个体状态检修决策结果为基础,综合考虑设备个体性能、设备个体之间的关联性、设备个体与电网整体运行之间的关系,根据一定的评价指标,协调所有设备的检修方案,以实现设备个体与电网整体运行的综合最优。

1. 2 电网状态检修决策过程

电网状态检修决策过程如图1 所示。

电网状态检修决策包括检修基础层和检修决策层。在检修基础层,研究者根据设备与设备之间、设备与电网之间的关系建立电网状态检修决策的指导原则。从前述电网状态检修概念可知,电网状态检修是一个多目标多约束的决策问题。综合检修过程中涉及到的目标和约束,可建立能够全面反映电网安全、可靠、经济运行的指标集合。在检修决策层,研究者根据检修基础层的指导原则,将已知的待检修设备方案进行组合和筛选,得到电网可能的检修方案集合; 然后采用D-S证据理论建立决策模型,得到电网检修的最终决策结果。

2电网状态检修决策模型

2.1电网状态检修决策指导原则

(1)同时检修原则。

该原则包含2 个方面的含义: ①处于同一检修间隔或检修范围内的设备应该尽量安排同时检修以避免重复停电; ②上、下级电网统一检修,即上级电网检修时,下级电网的检修工作需要积极配合,以减少停电时间和停电范围。

( 2) 互斥检修原则。

为避免在检修实施过程中造成大量负荷缺失,甚至形成电气孤岛,尽量不安排处于同一供电节点的设备同时检修。

( 3) 检修时间约束原则。

检修时间约束主要有3 个方面的含义: ①检修时间的分布。为了尽量减少设备检修引起的电网供电不足,应该尽可能将检修工作安排在负荷低谷时段,同时,保证设备检修不超过期望检修时限[13]; ②检修时间的连续性。设备一旦停电检修,不允许中途将设备投入运行,之后再安排检修; ③检修时间的合理性,尽量避免调整上月延续到本月的检修和故障检修的起始时间。

2. 2 电网状态检修决策指标

本研究对各设备的可能检修方案进行组合得到电网初始检修方案,依据上述3 个检修指导原则,删除违反原则的方案,得到电网可能的检修方案集合。如何在上述可能方案中决策出使电网安全可靠经济运行的最优解,还需要建立可以全面反映电网运行安全性和检修经济性的指标来进行决策。通过分析和综合,本研究拟采用电网健康状态、电网运行损失、电网检修资源3 个指标全面反映电网状态检修的安全性、可靠性和经济性。

( 1) 电网健康状态c1。目前,健康状态的评价对象主要集中在设备层面,通过在线监测装置对设备的电气量实时在线监测,结合设备的各种运行、巡视、带电测试、预试记录等基础数据对设备进行状态评价,得出设备当前健康状态。由于电网是由各种设备构成的一个综合的复杂拓扑,设备是电网的基本组成元件,电网的健康状态也是由各个设备的健康状态耦合得来。由于状态良好的设备对电网健康状态不会产生不良影响,本研究的电网健康状态评价将只考虑处于不良状态的设备。按照设备健康状态评价思路,可将设备看成组成电网的各个“部件”,考虑到设备存在重要性差异,给每个设备按照其重要性赋予相应的权重系数,得到电网的健康状态分值为:

式中: N—电网中处于不良运行状态的设备数,ωk—设备k的权重系数,Sk—设备k的健康状态分值。

根据文献[14],可以预测设备在经历不同检修方案后的状态,将其代入公式( 1) 则可预测电网检修后的健康状态。电网健康状态是电网运行安全性和可靠性的内在表现,有效反映了不同检修方案在电网运行性能方面恢复的优劣程度。

( 2) 电网运行损失c2。由于电网的复杂性,其可靠性本质上是一个取决于网络拓扑、运行方式、系统负荷和元件随机停运以及随机修复等诸多相关因素[15]的指标变量。本研究为简化分析,将电网运行损失限定在电网供电不足引起的失负荷量上,侧重反映电网运行安全性和可靠性的外在表现。状态检修作为一种在设备故障前实施的预测性检修,引起的负荷缺失主要是计划失负荷量,可以采用如下直流潮流模型求解:

约束条件:

①发电与负荷平衡约束:

②输变电设备有功传输约束:

③机组输出有功功率限制约束:

④失负荷量限制约束:

式中: Pg,Pc,Pd—机组有功输出、节点负荷、失负荷向量; Ng,Nc—机组节点集合、负荷节点集合; i,j—机组节点、负荷节点编号; L,Lmax—输变电设备的有功传输、最大允许有功传输向量; A—输变电设备的有功功率和节点注入的有功功率间的关联矩阵; Pg,max,Pg,min—机组的有功出力上、下限向量。

( 3) 电网状态检修资源c3。电网状态检修作为资产全寿命周期管理的重要组成部分,所要达到的目标已经不仅仅是提高电网的安全性和可靠性,检修经济性也同样需要得到保证。特别在当前不断增加的电网设备数量与检修所需资源有限的矛盾日益突出情况下,检修资源应该作为电网状态检修决策的一个重要指标。检修资源主要包括检修过程中所有设备所需人力资源和物力资源。

为计算方便,本研究将两种资源折合成经济指标,统一到同一量纲上加以衡量。

①人力资源。即检修过程中所需工作人员的检修力量。将其折合成经济指标,可以表示为检修人员人工成本和辅助工人工成本的和。人工成本为工日单价和检修所需工日的乘积。

②物力资源。综合起来看主要涉及到检修所需的材料储备和机械力量。可以表示为材料成本r3和机械成本r4的和。

因此,检修资源可表示为:

式中:rk1,rk2,rk3,rk4—设备k检修所需检修人员、辅助工每工日人工成本、材料成本、机械成本;τm1k,τm2k—设备k检修所需检修人员、辅助工工日,与检修方式有关。

2. 3 基于D-S证据理论的电网状态检修决策

2. 3. 1 识别框架和证据源确定

D-S证据理论由于能够通过证据的积累和合成法则,不断缩小假设集,常常作为一种决策方法应用于多目标决策中。

假设设备检修方案用D = ( w,t) 表示( 其中: w—检修方式,t—检修时段) 。参考国家电网设备状态检修导则和状态检修的实际开展情况,设备状态检修方式可分为以下5 类: w =1 为整体性检修; w =2 为局部性检修; w =3 为一般性检修; w =4 为更换性检修; w =5 为不停电检修。检修时段采用双周检修模式,设定检修初始时刻t = 0,以每两周为单位划分研究周期。若t =2,表示从检修初始时刻算起的第3 ~4 周,依此类推。若D = ( 1,3) ,表示设备在第3 个检修时段采用整体性检修方式。

假设检修决策初始时刻有m台设备需要安排检修,根据已有的设备个体检修决策方法,可以得到第k个设备可能采取的检修方案集合为{ D1k,D2k,…,DkLk} ,( k =1,2,…,m) 。其中,Lk为第k个设备可选检修方案的个数。将m台设备检修方案进行组合后,按照2. 1节所述的检修指导原则对这些方案进行筛选,得到所有可能的方案集合为A1,A2,…,AN,其中第i个可能方案Ai= { D1l1,…,Dklk,…,Dmlm} ,lk可取1 ~ Lk中任意一个正整数,N为电网状态检修可能方案的个数。该集合为证据理论的识别框架 Θ,即 Θ ={ A1,A2,…,AN} 。

从2. 2 节决策指标定量化公式可以看出,各指标不仅能全面表征电网的安全性、可靠性和经济性,而且还与电网中每个设备的检修方式、检修时段相关。因此,可将这些相互独立的决策指标( c1,c2,c3) 作为证据理论的证据源。

2. 3. 2 BPA分配

指标cj( j =1 ~3) 对应任意一个方案Ai都有一个具体量化值,反映了方案Ai作用于该指标的程度。笔者将方案Ai下指标cj的值标准化得到 λij。λij为指标cj实际值与理想值的贴近程度,标准化值越大,表示对该方案的采纳意愿越强烈,信任程度越高。因此笔者将λij定义为对方案Ai的决策偏好程度,客观反映在指标cj下选取该方案的可能性大小,并将其作为D-S证据理论的BPA。则证据源cj对各个命题的可信度分配函数为:

式中: mj( Ai) —指标下方案Ai的信任度分配函数;mj( Θ) —指标下没有指定到任何一个方案的信任度分配函数,表示对不确定的信任度分配。

2. 3. 3 证据合成与检修决策

本研究将所有证据源的信任度函数用D-S合成规则合成,得到3 个证据源联合作用下对识别框架中方案Ai的信任度m( Ai) 。根据证据理论中信任度函数和似真度函数的定义,计算每个方案Ai的信度区间[Bel( Ai) ,Pls( Ai) ]和不确定的信任度分配m( Θ) ,然后根据下述决策规则得出最后结果。

本研究选取信任度最大规则[16]: ①目标方案有最大的信任度分配,即Bel( X1) = max{ Bel( Xi) ,XiΘ} ;②目标方案与其他方案的信任度差异足够大时,才能确认选择该方案,即Bel( X1) - Bel( X2) > ε1,Bel( X2)= max{ Bel( Xi) ,XiΘ,Xi≠X1} ; ③不确定的信任度应该小于一定的阈值 ε2,即Bel( Θ) < ε2。根据本研究实际情况,分别选取阈值 ε1和 ε2为0. 03 和0. 2。同时满足以上规则才能得到最终的决策结果。

3算例分析

以如图2 所示的某局部电网为例。假设在本次检修决策初始时刻,变电所Ⅱ和发电厂A的变压器运行状态良好; 变电所Ⅰ的两变压器状态劣化明显,并且在本次检修之前,经历过小修和消缺维护,但尚未大修。变压器T1、T2分别于1998 年、2006 年投运,至今已分别在线运行16 年、8 年。进线L1的可靠度假设为99% ,负荷节点LP1、LP2的负荷曲线通过负荷预测得到。

本研究通过由运行人员巡视检查和变电所状态监测提供的一系列基础数据,从设备个体检修决策的角度得到变压器T1的检修方案从优到劣的排序为( 1,2) ,( 2,3) ,( 3,3) ,变压器T2为( 5,2) ,( 3,6) ,( 2,8) 。若进行检修方案组合,可以得到9 种电网状态检修初始决策方案。

本研究依据2. 1 节所述电网状态检修指导原则对上述方案进行筛选。待检修的两变压器符合互斥检修原则,不能将其安排在同一时段进行检修,假定第3 个原则都满足,筛选后的电网状态检修决策可能方案有8 种,即识别框架 Θ ={ ( ( 1,2) ,( 3,6) ) ,( ( 1,2) ,( 2,8) ) ,( ( 2,3) ,( 5,2) ) ,( ( 2,3) ,( 3,6) ) ,( ( 2,3) ,( 2,8) ) ,( ( 3,3) ,( 5,2) ) ,( ( 3,3) ,( 3,6) ) ,( ( 3,3) ,( 2,8) ) } 。

按照本研究建立的D-S证据理论多目标决策模型,笔者首先计算各可行方案下电网状态检修决策指标值并标准化。然后在决策指标的指导下对方案进行识别并分配基本可信度BPA,将3 个证据源下的可信度函数用D-S合成法则合成后,计算各个可能方案的信任度区间,其结果如表1 所示。最后根据本研究的决策规则进行判断,得出最后的决策结果。

从表1 中可得,电网状态检修的决策结果为方案A5= ( ( 2,3) ,( 2,8) ) ,即变压器T1在第3 时段采取局部性检修,变压器T2在第8 时段采取局部性检修。该方案下对应的电网指标标准化值为( 0. 675 4,1. 000 0,0. 938 2) ,是所有方案中使3 个指标达到整体最优的解,特别是使第2 个指标电网运行损失最小。

若按单个设备检修决策最优来讲,变压器T1的检修方案为( 1,2) ,变压器T2的检修方案为( 5,2) ,在同一个检修时段进行检修。本研究在该情况下计算相应的电网各个指标,可以得到标准化后的值为( 0. 558 4,0. 000 0,0. 798 9) ,电网健康状态和电网检修资源处于较低水平的同时,电网运行损失严重超出规定范围。可见在考虑到设备与设备之间关系、设备与电网之间关系时的电网状态检修决策时,达到单个设备层面的最优决策方案不一定是电网层面的最优检修方案,而需要综合考虑设备个体与电网整体运行。

4结束语

在设备个体状态检修决策的基础上,本研究综合考虑待检修设备之间、设备与电网之间的关系,提出了电网状态检修的概念和指导原则,对电网中需要检修的设备个体决策方案进行组合与筛选; 并提出了整个电网层面的检修决策指标,通过建立基于D-S证据理论的电网状态检修决策模型对可能的检修方案进行决策,实现了设备个体与电网整体运行的综合最优检修决策方案。

断路器状态量的检修决策 篇4

某220kV变电站506断路器, 型号为LW6-110/2000-20, 1990年9月出厂, 1991年2月投运, 2007年6月5日进行C类检修。

2 状态量描述

2010年5月23日, 断路器跳闸, 开断故障电流为10KA, 经计算累计开断短路电流值 (折算后) 2640KA, 大于厂家规定值;累计操作次数2005次, 大于厂家规定值。其他状态量未见异常。

3 状态评价时间及结果

2010年5月23日进行动态评价, 根据SF6高压断路器缺陷分类标准及状态评价导则, “累计开断短路电流值 (折算后) 大于厂家规定值”及“累计操作次数大于厂家规定值”均属危急缺陷, 断路器整体状态评价结果为严重状态。

4 诊断分析

该断路器投运时间较长, 操作次数过多, 且多次因线路故障开断短路电流, 累计开断短路电流值及操作次数均大于厂家规定值, 如果不及时检修, 断路器可能会因不能正常开断运行电流或故障电流而损坏。

5 检修决策

(1) “累计开断短路电流值 (折算后) 大于厂家规定值”的检修决策为:

检修时间:立即;

检修类别:A类检修;

检修内容:断路器解体检修, 更换触头、喷口等受损部件或断路器整体更换。

(2) “累计操作次数大于厂家规定值”的检修决策为:

检修时间:1年内;

检修类别:B类检修:

检修内容:进行机构检修或更换。

断路器整体决策:

电力设备检修决策 篇5

随着设备状态监测、评价及预测技术的发展,状态检修在电网中正日益受到重视,相比事后检修、定期检修等方式,不仅延长了设备的经济使用寿命,也显著提高了电网运行的可靠性和经济性[1,2]。

状态检修往往是根据设备自身状况依据一定的门槛值决策其检修时机[3,4,5]。然而,作为一个系统(如输电网、变电站等),为完成预定功能,一般由若干设备有机构成,这些设备间存在着复杂的相互关联,仅按设备个体性能实施检修往往会引起更大的损失,有时也会造成顾此失彼的现象。因此,有必要将设备检修策略与其对系统的影响进行关联,从系统角度来折中决策设备的检修时机。文献[6]从一个简单串联系统出发,提出设备间功能关联、经济关联及随机关联等概念,建立系统检修风险与故障风险最小化下的设备状态检修决策模型,实现系统层面上设备状态检修时机的折中决策,在系统层面上的设备状态检修理论研究取得重要进展。在此基础上,文献[7]提出电网状态检修的概念,在论证分析电网运行和设备状态检修间关系基础上,建立电网检修风险和故障风险的表达,以此为目标,实现设备状态检修与电网运行间的协调优化决策。

电网状态检修是一个复杂的系统工程,其核心在于设备间功能、经济和随机等3种关联性的有机统筹。在电网运行中,任一设备检修或发生故障,往往会引起功能上与之关联的设备停运,主要体现在:1状态检修若按预期决策执行,其引起的设备停运范围可以事先确定;2设备故障具有突发性,如设备主动失效,会引起保护动作,在经历切换操作后,隔离故障设备,此后故障设备进入在修状态[8]。

由于设备状态变化具有随机性,设备检修决策成功与否存在不确定性,设备间关联性的存在又加剧了这种不确定性,意味着检修决策结果有得不到准确执行的可能性。例如:某一待检修设备在检修计划前发生故障,或因其他设备停运的机会而实施检修,均会导致其检修计划的取消。针对由状态监测结果得到的系统待检修设备,如何在检修决策中考虑上述现象就是本文研究的焦点。对此,本文依据设备间功能关联,形成系统的关联集,在此基础上,借鉴机会维修的思想,给出关联集加入检修计划以后状态概率的表达,建立系统状态检修的数学模型,并对该模型的有效性进行了验证。

1关联集的概念

给定的系统可以分解成不同的关联集,从而可以以关联集为基本单元进行检修决策。本文所谓的关联集,是指系统中相互之间具有功能关联的设备构成的集合,同一关联集内任一设备检修或发生故障会导致关联集整体停运,特别是若关联集内只有1台设备,则该设备停运就意味着关联集停运。从网络拓扑角度来看,关联集包含断路器、变压器、发电机、线路等设备。

为便于理解,图1给出一个典型的关联集示意图。该关联集包含3个设备:断路器B1和B2、线路L1。在保护装置正确动作前提下,若线路L1发生故障,则断路器B1和B2自动跳开,将故障线路隔离,3个设备同时停运,直到故障排除;若断路器B1发生故障,则其对侧断路器B2以及母线WB上的断路器B3,B4,B5跳开,全部回路均停运,然后,断开隔离开关S1,将故障设备隔离,闭合断路器B3,B4,B5,最后,只有断路器B1和B2、线路L1处于停运状态[8]。可见,同一关联集内的设备停运,在经历切换操作后,会使关联集整体停运。

为将给定的系统分解为关联集的有机组成,本文依据电气主接线方式确定系统的关联集,具体内容参见附录A。

2关联集状态的表达

研究周期内,依据设备状态监测结果选择系统的待检修设备,在此基础上,由各待检修设备与关联集的对应关系,可以确定待检修的关联集。为着重说明本文思想,假设研究周期内各待检修关联集内所有设备均出现劣化,要安排检修计划,需要指出的是,当待检修关联集内有设备不属于系统的待检修设备集合时,本文方法也同样适用。

为避免关联集重复停运增加系统损失,在制定检修计划时,同一关联集内的设备安排在一起进行检修。为求取关联集加入检修计划以后的状态概率表达,针对关联集内任一待检修设备,要考虑以下2种情况:1检修计划前,待检修设备可能由于自身发生故障进行事后抢修[9];2检修计划前,待检修设备可能由于同一关联集内其他设备发生故障而在一段时间内处于停运状态,从而可以利用关联集停运的机会实施检修(即实施机会维修[10,11])。可见,当上述任一种情况发生时,待检修设备的检修计划均会取消,转化为事后抢修或机会维修。由于考虑上述2种情况时关联集内各设备状态相互影响,本节将给出关联集状态概率的求解方法。

2.1设备的状态转移过程

变压器、线路、断路器等设备在使用中,会发生老化,检修是延缓设备老化、提高其可靠性的重要手段。设备老化过程相对漫长,短期内设备的状态转移过程可以采用两状态模型描述。

图2所示为设备的状态转移过程,包括两个状态:0表示运行状态,1表示故障状态。图中:λ1为研究周期初始时刻劣化设备的故障率,研究周期内,设备一旦故障,则要对其进行事后抢修,μ~为抢修的修复率;设备经过首次维修后,故障率降为λ0,修复率为μ。此后,若设备再发生故障,则实施最小维修策略[12]。

2.2关联集状态概率求解

研究周期内,对某一待检修的关联集,设关联集检修计划起始时刻为M,持续时间为d。按上文所述,检修计划前,关联集内设备可能进行事后抢修或机会维修,从而使设备检修计划取消,本文借鉴文献[9]给出关联集状态概率的计算方法。

对于由多个设备构成的关联集,随着设备数目增加,关联集状态空间中的状态数将成指数级增长,但由于关联集内设备为逻辑串联关系,因此,关联集处于工作状态的概率表示为集合内所有设备工作概率的乘积。研究周期内关联集经过首次维修后工作的概率表示为:

式中:n为关联集包含的设备数目;λi,0和μi分别为关联集内设备i经过首次维修后的故障率和修复率。

由于关联集在研究周期初始时刻处于运行状态,为得到关联集的首次寿命分布函数,图3给出关联集研究周期内发生首次故障的状态空间图,包括关联集由正常状态向故障状态所有可能的转移过程,其中有n+1个状态及其之间的转移关系,0表示运行状态、i表示关联集故障停运状态(由关联集内设备i故障导致);λi,1 为设备i在关联集首次维修前的故障率。

由于关联集各状态间的转移率为常数,因此,关联集状态转移过程具有马尔可夫性质,可通过马尔可夫过程方程求解关联集首次故障前的状态概率分布。关联集的转移率矩阵为:

式中:Ω为关联集。

在式(2)基础上,建立关联集的福克—普朗克方程为:

式中:P=(Pi(t)),i=0,1,…,n,其中Pi(t)为关联集在时刻t处于状态i的概率。

由于初始时刻关联集处于运行状态(P0(0)=1),通过求解式(3),可得关联集研究周期内首次故障前的状态概率分布为:

研究周期内,按以下n+1种情况求取关联集处于工作状态的概率表达。

1)关联集内设备在检修计划前均未故障。

该情况发生的概率为:

该情况发生时,关联集内设备均能够可靠运行至检修时刻M,对关联集内设备按计划实施检修,该情况对应的关联集工作概率表示为:

2)关联集内设备i(i=1,2,…,n)在检修计划前发生故障引起关联集停运,由于关联集包含n个设备,根据引起关联集停运的设备不同,要考虑n种可能的情况。

第i种情况发生的概率为:

第i种情况发 生时关联 集首次寿 命分布是在式(4)基础上的截尾指数分布,由此,第i种情况关联集首次寿命分布函数为:

根据式(8),可得第i种情况下关联集首次寿命概率密度函数为:

由于关联集在检修计划前因为设备i发生故障引起停运,此时,对故障设备i进行事后抢修,同时利用关联集停运的机会对关联集内其余待检修的设备进行检修,显然,该情况发生时,关联集内设备原有检修计划均会取消。考虑上述检修行为,确定关联集研究周期内发生首次故障的修复时间分布函数,本文假设其满足参数为μ~i的指数分布。

由此,根据卷积公式可求得关联集首次更新周期概率密度函数为:

由上述可知,第i种情况发生时关联集工作的概率表示为[13]:

式(11)含义为:第i种情况关联集没有在时间区间(0,t]内发生故障,或发生了故障,并且首次故障修复时刻为u(0<u<t),此后,关联集在时刻t仍处于工作状态,第i种情况关联集工作的概率表示为二者之和[14]。式(11)简记为:

AΩcase,i(t)=1-Fi(t)+Ab(t)*wfirst,i(t)(12)式中:*表示卷积。

综合考虑以上n+1种情况,研究周期内关联集工作的概率表示为:

式(13)是一个与检修决策量M有关的函数表达式,基于该式,进行后续系统运行风险评估。

3系统状态检修的数学模型

3.1关联集的检修损失和故障损失

关联集的检修损失和故障损失分别为由于设备检修、故障而引起的设备个体损失。研究周期内,待检修关联集内设备经过首次维修后,故障率下降,性能得到很大改善。因此,设备再次投运后故障概率相对较小,而且此时采用最小维修策略,维修费用较少,由此引起的设备个体损失本文予以忽略。研究周期内,系统任一待检修关联集l的检修损失和故障损失之和表示为:

式中:cj,m为设备j检修费用;ck,f为设备k事后抢修费用;nl为关联集l包含的设备数目。

系统所有待检修关联集的检修损失和故障损失表示为:

式中:N0为系统待检修的关联集数目。

3.2系统运行风险

系统运行风险为由于设备检修、故障而引起的系统损失,本文以系统期望缺供电量作为设备检修或故障引起系统损失的定量量度。研究周期内,系统运行风险表示为:

式中:NT为研究周期包含的时段数;RF(t)为时段t系统的运行风险;S(t)为时段t系统的事故集合;Ps(t)为时段t事故s发生的概率;Ls(t)为时段t事故s引起的系统失负荷量;Cf为系统单位失负荷损失。

复杂系统可通过N-1或N-2分析等方法获取系统的事故集合,时段t事故集中某一事故s发生的概率为:

式中:N为系统所包含的关联集数目;N-Ns,f和Ns,f分别为事故s中处于工作状态和故障状态的关联集数目;AΩ,l(t)和UΩ,l(t)分别为时段t关联集l处于工作状态和故障状态的概率,满足

3.3目标函数

系统检修决策的目标为研究周期内系统总风险最小,表示为

3.4约束条件

在本文研究周期内,各待检修输变电设备只检修一次。检修决策要满足如下约束条件。

1)检修资源约束

式中:NM为系统包含的待检修设备数目;xi(t)为时段t设备i的状态变量,xi(t)=1表示时段t设备i进行检修,xi(t)=0表示时段t设备i不检修,研究周期内,在设备检修计划确定以后,可得各时段设备的状态;Qi,r 为设备i检修对资源r的需求量;Ir(t)为时段t资源r的最大可用量。

2)同时检修约束

对于同一关联集内的设备,应将其安排在一起检修以避免系统重复停电,即

3)系统安全约束

式中:p和pmax分别为输变电设备实际功率、最大允许传输极限功率向量。

4模型求解的关键问题

4.1系统关联集分解

系统关联集分解具体内容参见附录A。

4.2关联集状态概率求取

研究周期内,对应系统某一检修方案,若某一待检修关联集内只有1台设备,则依据附录B求取该关联集各时段处于工作状态的概率;若该关联集内设备数目大于1,则考虑以下2种检修策略。

1)策略1:在检修决策中仅考虑设备检修计划因为事后抢修而取消,这是已有研究所采用的策略。采用该策略时关联集内任一待检修设备工作的概率按附录B求取,在此基础上,关联集处于工作状态的概率表示为关联集内各设备工作概率的乘积。

2)策略2:在检修决策中同时考虑设备检修计划因为事后抢修或机会维修而取消。采用该策略时关联集处于工作状态的概率按式(13)求取。

研究周期内,在关联集各时段工作概率确定以后,可对该检修方案引起的系统运行风险进行评估。

4.3关联集的检修损失和故障损失

研究周期内,对应系统某一检修方案,若某一待检修关联集内只有1台设备,则依据附录B求取该关联集的检修损失和故障损失;若该关联集内设备数目大于1,考虑以下2种情况。

1)若采用策略1,则关联集内任一待检修设备的检修损失和故障损失按附录B求取,关联集整体的检修损失和故障损失表示为关联集内各设备检修损失和故障损失之和。

2)若采用策略2,则关联集的检修损失和故障损失按式(14)求取。

4.4系统运行损失计算

由于本文模型涉及电气主接线方式,因此,研究周期内,设备进行检修或发生故障可能会引起厂站拓扑结构改变,从而造成系统安全分析所用的等值模型发生变化。对此,针对系统事故集中的某一事故,需要首先根据厂站拓扑分析,确定系统的逻辑节点以及逻辑节点与有阻抗元件的关联关系,在此基础上,进行网络拓扑分析,形成供电力系统分析计算的系统等值模型,然后计及系统状态检修的约束条件,通过直流优化潮流模型计算系统的失负荷损失,本文在此不再赘述,相关内容可见文献[15-16]。

4.5系统运行风险评估

研究周期 内,对应系统 某一检修 方案,利用式(17)、式(18)计算每一时段系统事故集中事故的发生概率,结合每一事故下系统的运行损失,由式(16)可得该方案对应的系统运行风险。

5模型的求解

系统检修决策是一个含有离散变量的复杂的组合优化问题,本文采用遗传算法实现模型的求解,详细的操作步骤可见文献[17]。

6算例及分析

6.1变电站状态检修

本算例以变电站状态检修为例验证本文模型的可行性和有效性。研究周期为60d,以天为单位划分为60个时段。根据设备状态监测结果,研究周期内对设备B1和T1安排检修计划。待检修设备相关数据见附录C表C1,其余设备性能参数以可靠度的形式给出,见附录C表C2,系统单位失负荷损失Cf为1.053万元/(MW·h)。

图4所示为研究周期内LP1和LP2的负荷曲线。

6.1.1设备个体性能的影响

本算例针对图5变电站结构a进行,由图可知,待检修设备B1和T1属于同一关联集。研究周期内,假定设备B1和T1安排在系统负荷低谷时进行检修,检修开始时段为11,持续4个时段。

对以下3个方案进行分析。

方案1:设备B1和T1性能参数 取自附录C表C1。

方案2:在方案1基础上,令待检修设备首次维修前的故障率λ1增至2λ1,其他参数保持不变。

方案3:在方案1基础上,令待检修设备首次维修前的故障率λ1增至4λ1,其他参数保持不变。

就上述3个方案,分别实施上文2种检修策略,图6所示为实施2种检修策略时负荷点LP1的可用度变化曲线。令ΔR=(R′-R)/R′,其中,R′代表策略1对应的系统运行风险,R代表策略2对应的系统运行风险。表1所示为对应3个方案的汇总。

可得结论如下。

1)由图6可知,策略2对应的负荷可用度曲线略高于策略1,这是由于策略2相比策略1进一步考虑了设备检修计划可能因为机会维修而取消,考虑机会维修时,在检修计划前可以利用关联集某一设备事后抢修的机会对另一设备进行检修,在改善设备性能的同时并未增加系统停运时间;另外,取消设备原有的检修计划,避免系统再次因计划检修而停运,从本文第2节公式推导过程也不难看出,这样减小了系统计划停运发生的概率,因此,策略2对应的负荷可用度略高。从图6还可发现,待检修设备劣化越严重,2种检修策略对应的负荷可用度差别越明显。

2)由表1可知,采用策略2后提高了系统整体运行的效率,这是由于策略2可以利用某一设备事后抢修的机会对另一设备进行检修,在不增加系统运行风险的同时改善了设备性能,并且避免了系统再次因计划检修停运而引起的损失。从表1中还可发现,随着设备劣化程度加剧,系统运行风险减少的比率ΔR呈现上升的趋势。

6.1.2变电站状态检修决策

本算例针对图5变电站结构b,设备检修相关数据取自附录C表C1和表C2,以系统总风险最小为目标,依据上文2种检修策略分别对待检修设备进行决策。表2和表3对应2种检修策略下设备检修开始时段和系统的风险指标。

由表2和表3可知:对比策略2和策略1,策略2中的设备B1和T1均推迟检修,使设备个体损失增加,系统运行风险减少,但系统运行风险的减少程度大于设备个体损失的增加程度,二者之和降低了3.49%。因此,如何降低系统运行风险是检修决策的主要矛盾,这也表明在系统功能要求苛刻的场合采用策略2有利于提高系统整体运行的效率。

6.2IEEE-RTS系统

本算例采用IEEE-RTS系统,进一步验证本文模型的有效性。研究周期为1年,划分为52个时段,各时段持续时间为1周。研究周期内对该系统10台火电机组进行检修决策,假定其他设备在研究周期内均可靠运行。由于机组是多种设备的关联集合(如汽轮机、锅炉、发电机等),为阐述本文思想,在检修决策中,将机组分 解为2类设备[18],附录C表C3给出了各关联集内设备检修 相关的数 据,各设备检修持续1周,系统各时段负荷数据见附录C表C4,其他详细参数见文献[19]。

本算例依据上文2种检修策略进行决策,表4为2种检修策略对应的设备检修时段,其系统总风险分别为31399.3和27813.9。

由此可知:策略2相比策略1,系统总风险降低了11.41%,进一步表明在系统检修决策中采用策略2有利于增大系统检修与运行协调的空间,提高系统整体运行的可靠性和经济性,同时也反映了本文研究的必要性。

7结语

在已有研究成果基础上,本文针对设备间存在的功能关联,基于关联集分解的思想,构建了系统状态检修的数学模型,并通过算例验证了有机统筹设备间功能关联性对提高系统整体运行的可靠性和经济性的意义。需要指出的是,本文研究在关联集分解时尚未将所有可能的关联考虑进来,这将是下一步继续深入研究的重点。

电力设备检修决策 篇6

1 我国配电网检修决策现状

状态检修作为当今电网企业最为常见的电力设备检修策略, 它是建设坚强、科学智能电网的关键技术之一, 在很大程度上克服了传统的计划检修现象, 并针对其中不足和检修过剩的缺陷做了处理, 取得了良好、客观的社会经济效益。目前, 国内各大供电公司正在积极的推行状态检修示范工作, 但是由于状态检修对技术、经济、管理要求非常严格, 一旦出现这些环节不符的现象, 必然导致状态检修工作发生误差, 给整个管理开展造成威胁。因此, 在状态检修工作中必须要高度重视每一个工作环节, 从根本上解决检修工作中存在的难题和不佳的现象, 确保管理工作的科学、及时开展。

目前, 国内外状态检修工作的开展主要集中在设备状态评估和设备的检修决策两个方面, 设备的状态评估主要涉及到设备的状态检修、设备故障预测、状态评价等方面, 设备检修决策工作的出发点主要包含了三个方面, 首先是从设备自身的角度出发, 这个方面主要是根据设备的运行特点、运行状态来确定设备的检修方式、检修时机以及检修内容。其次, 电网运行方面, 确定电力设备的检修安排, 有目的、有针对的进行电网检修, 并对电网的检修计划、配电网计划实施处理。近年来, 随着电力市场改革力度的不断深入, 分布式发电推广与应用越来越普遍, 输变电和供配电网的检修计划也在不断的发生着变化, 到电力市场改革上已经发生了显著的变动。最后, 也就是近年来我们研究的焦点, 也就是综合电网和设备为一体的检查流程, 是将二者通过一定的技术手段综合整理成为一个整体, 然后采用具体、有针对的方法进行维护和处理。

2 我国配电网检修决策优化策略

基于风险的检修是目前常见的检修策略之一, 它是并列于设备全寿命周期管理和可靠性管理的另一种策略和方法, 它在应用中能有效的评估出设备的运行情况和面临风险, 及时、科学的提出相应的预防和处理意见, 以保证供电安全、可靠。在目前的配电网设备状态决策工作中, 常见的检修决策方法包含了以下几个方面。

2.1 配电网设备状态的检修

2.1.1 设备状态表达

基于风险的状态检修是一个系统、复杂的工作内容, 它不仅要考虑到电网检修、故障发生的原因, 同时还要考虑故障发生的后果以及发生可能性, 也就是对一切可能引发故障的问题及时、有效的进行处理和优化。经过多年的工作实践分析, 虽然设备故障的发生是一个随机性、不定期的问题, 但是其发生概率、发生恶劣程度和配电线路的健康状态有着密切的关系。因此, 在工作中, 我们要采取合理、科学的故障概率来表示设备的运行健康状态, 并有针对的提出相应的处于和预防措施。

在过去已经生成的研究成果中, 一般都鉴定在检修周期内对所有设备的健康状态进行了普查, 这些健康状态处于不断变化过程之中, 这种假定忽略了设备状态的发展, 使得对电网和设备的风险估计偏低, , 因此合理地预测未来一个检修周期内设备健康状态的变化是十分必要的, 尤其是考虑到以下几个方面。

首先, 电力设备的状态评估不是实时的, 它有一定的评估周期, 一般一年到几年不等, 电力设备的状态评估是一项非常复杂的工作, 需要获得大量的设备外观和内部各个部件的监测和实验数据, 需要一段时间的观测积累。

其次, 配电网的长期检修计划时间跨度较长, 例如3年滚动计划和年度检修计划, 忽略较长检修周期内设备健康状态的变化使得评估误差较大电力设备的故障率变化一般为浴盆曲线, 进入耗损期的设备其故障率在短时间内迅速上升, 一个检修周期内的变化已经不能忽视。

再次, 为了更为合理地安排配电网设备的检修计划需要在进行检修决策时考虑设备的健康状态及其发展趋势, 使得检修具有超前性和针对性。由于本文考虑配电网中同时存在计划检修和状态检修, 2种检修方式, 因此要分别计算这2种检修方式下设备的故障率及其状态变化。

为了更为合理地安排配电网设备的检修计划需要在进行检修决策时考虑设备的健康状态及其发展趋势, 使得检修具有超前性和针对性。由于本文考虑配电网中同时存在计划检修和状态检修2种检修方式, 因此要分别计算这2种检修方式下设备的故障率及其状态变化。

2.1.2 配电网设备检修模型

在检修计划制定前, 首先要根据各设备状态, 服役时间和检修决策规则等确定待修设备及相应的检修等级, 不同的检修等级对设备健康状态的改善是不同的, 本文针对国家电网公司采用的, 5类检修等级和2种检修方式分别进行建模, 合理地反映检修的作用。

对于采用计划检修方式的设备, 进行不同的检修之后, 设备的健康状态发生改善, 表现在等效役龄变小, 本文采用等效役龄和役龄回退因子, 来表征检修的效果。

2.2 配电网检修决策优化模型

关于电网状态检修的概念分析, 但所包含的具体内容略有不同, 从检修角度而言电网在运行时面临的总风险称为电网运行风险, 主要包含电网检修风险和电网故障风险2个部分, 这2个部分是相互矛盾的, 解决这一矛盾的方法就是协调二者的关系找到一个平衡点, 使得检修后电网的运行风险最小, 这个时候的检修方案就可以认为是最恰当的, 既没有因为检修过度使得电网检修风险太大, 也没有因为检修不足使得电网故障风险过高。

3 结束语

配电网检修决策是一个涉及到电网、设备多个方面的复杂优化问题, 这也说明了准确的设备状态监测、状态评估以及故障预测等对于设备检修决策具有极其重要的意义。

摘要：目前, 国内电力企业正在尝试着采用状态检修作为电气设备检修工作重点, 通过对设备的实际运行状况、运行特征进行分析和总结, 从而及时、有效的安排检修计划, 有效避免了设备检修不足或者过度检修的问题。随着电网结构的日益复杂、设备数量的不断增多和电网规模的不断扩大, 科学合理的安排配电网检修决策已成为整个企业工作重点。本文简单分析了基于风险评估理念下的配电网检修决策优化要点, 仅供同行工作参考。

关键词：状态检修,配电网,检修决策,优化,风险评估

参考文献

[1]李明, 韩学山, 杨明, 郭志红.电网状态检修概念与理论基础研究[J].中国电机工程学报, 2011 (34) .

[2]王佳明, 刘文颖, 魏帆, 杜培, 汪隆臻.基于寿命周期成本管理的输变电设备状态检修策略研究[J].电力系统保护与控制, 2011 (05) .

电力设备检修决策 篇7

全寿命周期成本 (Life Cycle Cost) , 是指一个项目或系统在整个寿命期内所需要的总费用, 即LCC, 包括采购、持有 (使用、维修、保障等) 和退役处理等费用[1]。针对需要检修的设备, 在满足系统可靠性的前提下, 对设备进行LCC评估, 并根据评估结果优化检修策略, 以满足电网运行的可靠性和经济性[2,3]。LCC在国内电力设备管理中的应用已有10 余年, 特别是在变压器LCC模型构建上已较为完善, 文献[4]运用全寿命周期成本模型评估换流变压器的最佳寿命周期, 文献[5,6,7]分别将LCC引入换流变压器的选型和技术改造中, 确定影响换流变压器LCC的主要因素, 得出降低LCC的可行方法。但在换流变压器检修中应用较少, 在进行设备检修决策时引入LCC评估, 能够结合可靠性和经济性使检修策略更加合理。

考虑到资金的时间价值, 引入折现率并将不同时期的成本折算成现值;针对故障可能带来的其他损失, 对故障损失成本进行改进, 并给出检修后设备故障率和经济损失的计算方法;在满足系统对设备可靠性要求的前提下, 对于可行的检修方式, 对比其相应的LCC, 将LCC最小的检修方式作为其最佳检修决策。

1 换流变压器的LCC

依据IEC 60300-3-3 标准[8], 结合换流变压器全寿命周期的费用构成情况, 可将换流变压器的全寿命周期成本分解为投资成本CI、运行成本CO、检修维护成本CM、故障成本CF和退役成本CD 5 个部分, 如式 (1) 所示。

式 (1) 中, CI为换流变压器投产使用前的所用费用, 包括购置费用﹑安装费用及调试费用等;CO主要包括能耗费和日常巡视检查费;CM约占购置成本的15%;CF主要包括停电损失成本;CD主要由报废成本和残值构成, 报废成本是指换流变压器报废后的拆除和运输及人工成本, 残值为变电设备报废后可回收费用。由于等额资金在不同时间点上具有不同的价值[9], 因此在计算换流变压器的全寿命周期成本时, 对各种原始费用数据不能直接进行相加或相互比较, 需将不同时刻发生的成本等值到同一时刻, 然后在进行经济评价。目前经济学领域多采用折现率, 即将未来时刻的费用折算为现值, 以消除资金时间价值的影响。

假设折现率为i, 第n年的费用F可按照式 (2) 折算为现值P。

对比上式可得寿命为L年的换流变压器LCC现值, 可按式 (3) 计算。

2 故障成本的改进算法

上述故障损失成本仅考虑了停电损失, 未考虑故障可能带来的其他损失, 如故障修复成本、人员的安全风险等。同时, 不同的检修方式下, 设备故障率的变化不同, 对应的故障损失成本也不同。因此, 综合考虑故障可能带来的各种损失, 以及检修方式对故障成本的影响, 故障损失成本可表示为式 (4) 。

式 (4) 中, P (Tn) 为换流变压器的故障率, F为故障可能带来的各种损失, L为换流变压器的寿命。

2.1 检修后故障率的计算

通常情况下, 设备故障率函数服从指数分布或威布尔分布[10]。电气设备故障率随时间变化曲线为浴盆曲线, 因此采用威布尔分布对故障率曲线进行拟合。基于威布尔分布的设备故障率 λ (t) 可以表达为式 (5) 。

式 (5) 中, m为形状参数, 表征分布曲线的形状;η 为尺度参数, 表征坐标尺度;t为设备役龄, 是与故障率相关的重要参数。通过分析同一类型电气设备的历史统计数据, 可以对基于威布尔分布的故障率曲线分段拟合, 求得各阶段的参数m、η。文献[10]认为, 设备状态的扣分值与故障率之间存在着式 (6) 关系:

式 (6) 中, λ 为设备故障率;e为自然常数, 其值取2.7182;K为比例系数, C为曲率系数, K和C依据所收集信息的完整程度, 选取相应的数值;HI为设备的扣分值, 数值为0~100。根据南方电网《35~500 k V油浸式电力换流变压器 (高抗) 状态评价导则》 (以下简称《导则》) 和设备状态可以得到设备的扣分值, 然后由式 (6) 可以计算出设备的故障率, 将故障率代入拟合出的故障率函数, 从而得到设备的实际役龄tactual。

为了表征检修效果, 本文引入“役龄回退因子aj”和“等效役龄teq”等概念[11]。3 种检修方式所对应的役龄回退因子取值为:更换使得设备恢复如新, 取役龄回退因子a1=1;大修是对设备整体的修复和维护, 取役龄回退因子a2=0.8;小修表示设备部件、功能块的检修或更换等, 取a3=0.5。所以, 设备检修后的等效役龄teq可表示为式 (7) 。

将检修后的等效役龄代入式 (5) , 可得到检修后设备的故障率:

综上, 可得出检修后设备故障率的计算流程。

2.2 综合经济损失

换流变压器故障的经济损失主要包括系统风险Loss1, 故障修复成本Loss2, 人员安全成本Loss3和环境保护成本Loss4, 可由式 (9) 进行计算。

对于换流变压器故障, 南方电网公司《输变电一次设备风险评估导则》一共定义了9 级故障, 统计数据表明, 常见故障等级及发生概率是:1 级故障1.12%;2 级故障4.49%;3 级故障13.48%;4 级故障14.61%;5 级故障66.29%。换流变压器发生故障的经济损失可表示为式 (10)

式 (10) 中, i为换流变压器的常见故障等级, 从5 级故障到1 级故障取值分别为1, 2, 3, 4, 5;SN为换流变压器的容量;cosφ是平均功率因数, 本文取0.9;L%为换流变压器的负载率;Fi (i=1, 2, 3, 4, 5) 分别表示换流变压器在不同故障下切除负荷的概率, 取值分别为0.5%, 1%, 1%, 5%, 5%;ri为故障发生概率;b为单位电量售电利润。

故障修复成本Loss2成本主要包括材料、人工和设备等费用, 一般可根据检修方式确定。小修的修复成本按照购置成本的1.5%计算, 大修的修复成本按照购置成本的2%计算, 更换的修复成本按照投资成本计算。

人员安全成本Loss3主要指故障造成的安全事故所带来的损失, 可按轻伤、重伤、人员死亡3 个等级来划分。用Si和ki (i=1, 2, 3) 分别表示3 个等级安全事故的事故成本和发生人员伤亡的概率。人员安全成本可由式 (11) 进行计算。

式 (11) 中, Si (i=1, 2, 3) 分别取值为2 万元、500 万元、5000万元, 发生人员伤亡的发生概率分别为1%、0.5%和0.1%。

环境保护成本Loss4是指换流变压器发生故障后可能对环境造成的损失, 换流变压器故障的环境污染主要是换流变压器油泄漏、CO2的释放以及换流变压器故障起火时释放的有毒气体。成本值可由式 (12) 确定。

式 (12) 中, Ei (i=1, 2, 3, 4, 5) 分别表示换流变压器在不同故障等级下的平均环境成本, 取值分别为0.1 万元, 0.5 万元, 1 万元, 10 万元和20 万元。

3 检修决策的优化

首先设定检修期望达到的可靠度水平, 然后对设备进行状态评估, 利用式 (6) 计算设备的故障率, 确定待修设备;其次计算单一检修方案检修后的故障率, 判断是否达到了设定的可靠度水平, 凡未达到要求的单一方案, 可将多个单一方案进行组合, 重新评估可靠度, 直至满足要求;最后对所有满足可靠性要求的检修方案, 分别计算对应设备的LCC, 挑选LCC最小的检修方案作为最佳检修方案。

4 算例分析

4.1 换流变压器的基本情况

±500 k V某换流站2#换流变压器于2006 年投运, 型号ODFPS-250000/500, 额定容量250/250/80 MV·A, 冷却方式为ODAF (强油循环风冷) 。截至评价时已投运近10 年, 役龄30 年, 期间未发生严重缺陷和不良工况。

4.2 检修前的故障率

根据《导则》对该设备进行状态评价, 各项扣分值及总体评价, 如表1 所示。收集该地区2 年以上同型号换流变压器的总台数、故障台数和状态评估扣分值等数据, 借鉴文献[10]的方法, 得到比例系数K=0.0118, 曲率系数C=0.0479。则式 (6) 可表示为:

将表1 中设备的扣分值带入式 (13) , 可算出设备的故障率为0.0373, 其可靠度为0.9627。

4.3 可行的检修方案

设定换流变压器期望达到的可靠度为0.99。由于该换流变压器的可靠度为0.9627, 因此能将故障率由0.0373 降低到0.01的所有检修方案均为可行检修方案。收集该地区同型号换流变压器的运行年限、总台数、故障台数等数据, 采用最小二乘法得到威布尔分布的形状参数m=2.7348, 尺度参数 η=20.5379。则该换流变压器的故障率函数如式 (14) 所示。

由式 (6) 可计算出更换、大修和小修3 种方案的等效役龄, 代入式 (13) 得出对应的故障率。3 种检修方案检修后的故障率, 如表2 所示。进行一次更换、一次大修或两次小修都能达到可靠性要求, 因此这3 种方案均为可行的检修方案。但是, 只进行一次小修还达不到设定的可靠性要求, 不能作为可行检修方案。

4.4 LCC的各项费用

目前折现率一般为6%~8%[12], 因此, 以下计算中折现率均取8%。

(1) 投资成本总计5050 万元, 包括购置费5000 万元, 安装调试费40 万元, 其他费用10 万元。

(2) 此台换流变压器空载损耗为414 k W, 负载损耗为1294k W, 换流变压器年运行时间取8760 h, 年负荷损耗率取0.608, 单位电度费用为0.74 元/k W·h, 可计算出换流变压器每年的能耗费为457 万元。根据公司的实际情况, 每台换流变压器的日常巡视检查费用为1.04 万元, 则运行成本约458.04 万元/年。

(3) 年维护成本约为购置成本的1.5%, 则费用为75 万元。

(4) 按照2.2 中方法计算3 种检修方案对应的故障损失成本, 可得出, 更换需要8852.54 万元;大修需要6559.74 万元;两次小修需要6582.9 万元。

(5) 取残值率35%, 则残值为1750 万元, 扣除拆除费、场地清理费及搬运费等50 万元, 则退役成本为1700 万元 (收益) , 折算为初期费用为168.94 万元。

4.5 检修方案确定

根据4.4 中各项成本, 3 种检修方案所对应的换流变压器LCC成本是:更换需要19 734.45 万元;大修需要17 441.65 万元;两次小修需要17 464.81 万元。由此可知, 更换虽然能够大幅度降低故障率, 减小故障损失成本, 但更换费用较大, 导致LCC也较大;两次小修虽然能够达到可靠性要求, 但故障率较高, 导致故障损失成本增加, LCC费用较高;大修后故障率和故障损失成本均介于更换和两次小修之间, 但是故障修复费用明显小于更换费用, 对应的LCC最小。因此, 选择大修方案, 既能满足可靠性要求, 也能节约成本, 是一种优化的检修方案。

5 结论

本文建立了包括初始投资成本、运行成本、检修维护成本、故障损失成本及退役处置成本的换流变压器全寿命周期成本模型, 并对模型中故障损失成本的计算方法进行了改进, 提高了LCC模型与实际情况的符合程度。结合LCC模型, 给出了兼顾可靠性和经济性的换流变压器检修优化决策方法, 并通过实例验证了该方法的可行性, 其结果可为换流变压器的状态检修提供技术支持。

摘要：以换流变压器检修为例, 分析采用定期预防性检修策略, 在保证其可靠运行的同时, 存在过度维修现象。为此提出基于全寿命周期成本的检修决策优化方法, 通过比较不同检修方式优选出合理的检修策略, 达到综合考虑可靠性和经济性的目的。

关键词：设备检修,换流变压器,全寿命周期成本

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