火電機(jī)組檢修優(yōu)化研究

摘要：目前我國火電廠所廣泛采用的計(jì)劃檢修模式存在嚴(yán)重缺陷，使火電廠每年在設(shè)備維修方面耗資巨大。現(xiàn)階段，實(shí)行什么樣的檢修策略，是我們當(dāng)前迫切需要研究的課題。我們簡要分析和研究了火電廠檢修模式的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，提出在由定期檢修向狀態(tài)檢修的過渡時期，建立綜合檢修模式。在綜合檢修模式下，建立最優(yōu)檢修周期模型，使得檢修費(fèi)用最小化。

關(guān)鍵詞：火電機(jī)組；檢修模式；優(yōu)化

中圖分類號：M307.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673-291X（2008）011-0166-02

隨著電力市場的進(jìn)一步開放，發(fā)電企業(yè)之間的競爭日益激烈，火力發(fā)電廠對檢修環(huán)節(jié)的重視程度也越來越高。電力設(shè)備檢修從事后檢修到定期預(yù)防性檢修，最終必將過渡到以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的狀態(tài)檢修。

一、火電廠檢修管理模式現(xiàn)狀

建國以來， 在學(xué)習(xí)蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，長期實(shí)行的是以事后維修， 預(yù)防性計(jì)劃檢修為主的檢修管理體制。在這種檢修體制下大修間隔2～3年， 小修間隔4～8個月， 檢修項(xiàng)目、工期安排和檢修周期均由管理部門根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定。但隨著發(fā)電設(shè)備向高參數(shù)， 大容量， 復(fù)雜化發(fā)展，現(xiàn)行的檢修體制暴露出其缺陷。主要表現(xiàn)在臨時性檢修頻繁、維修不足、維修過剩、盲目維修。

二、建立以可靠性為中心的綜合優(yōu)化檢修模式

在傳統(tǒng)的檢修模式中，RCM方式是以設(shè)備的可靠性參數(shù)作為依據(jù)來指導(dǎo)檢修的，由于可靠性參數(shù)是利用設(shè)備的歷史故障信息結(jié)合相應(yīng)的可靠性算法得到的，它并不能全面真實(shí)地反映設(shè)備的實(shí)際狀況。因此，向狀態(tài)檢修過渡，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)知性維修，是電力設(shè)備檢修改革發(fā)展的總體趨勢。

具體來說，可以將機(jī)組設(shè)備劃分為A、B、C三類，針對不同設(shè)備的運(yùn)行特性實(shí)施不同的檢修策略。

A類設(shè)備，是指在發(fā)電生產(chǎn)過程中起關(guān)鍵性作用的設(shè)備， 當(dāng)A類設(shè)備發(fā)生故障停運(yùn)或異常運(yùn)行時， 發(fā)電生產(chǎn)過程被迫中止運(yùn)行或降低出力運(yùn)行。

B類設(shè)備，是指在發(fā)電生產(chǎn)過程中起重要作用的設(shè)備，當(dāng)B類設(shè)備發(fā)生故障停運(yùn)或異常運(yùn)行時， 發(fā)電生產(chǎn)過程能基本保持正常運(yùn)行， 但機(jī)組安全性和可靠性下降。

C類設(shè)備，在發(fā)電生產(chǎn)過程中所處的次要地位， 當(dāng)其設(shè)備發(fā)生故障停運(yùn)后對生產(chǎn)過程影響較小， 故采取故障檢修策略。通過日常維護(hù)延長設(shè)備使用壽命， 發(fā)生故障后安排檢修。

三、火電機(jī)組老化模型的建立

本文采用故障率隨時間變化的關(guān)系來描述機(jī)組的老化模型，同時考慮了檢修效果對機(jī)組故障率的影響。即假設(shè)隨著機(jī)組運(yùn)行時間的延長，機(jī)組的故障率隨時間呈某種函數(shù)增長:

λt+1 =f(λt)(1)

若定期檢修采用的是最小檢修方式，假設(shè)每次良性檢修之后機(jī)組的平均故障率保持不變，即：

λnew =λold(2)

并假定下一次定期檢修的間隔不變，即：

τnew =τold (3)

強(qiáng)調(diào)檢修效果對機(jī)組壽命的影響，如果檢修為惡性檢修，則檢修后機(jī)組的故障率不僅沒有降低，反而有一定的上升，即：λnew=λold(1+w)(4)

相應(yīng)下一次的檢修間隔也會縮短，即：

τnew =τold /(1-w) (5)

其中是機(jī)組惡性檢修后的效果系數(shù)，指由于惡性檢修使得平均故障率比檢修前上升的百分?jǐn)?shù)。

λ= g(th-tho)+λ0(6)

四、火電機(jī)組檢修周期優(yōu)化模型的建立

（一）模型的目標(biāo)函數(shù)

以機(jī)組整個壽命期內(nèi)的檢修費(fèi)用最小化為目標(biāo)函數(shù)，基本表達(dá)式如下:

(7)式左側(cè)表示機(jī)組以τ為檢修周期時的檢修費(fèi)用期望；右側(cè)積分表示發(fā)電廠在t時刻的檢修費(fèi)用。將(7)式離散化，計(jì)算每個時段內(nèi)的檢修費(fèi)用:

其中ti表示第i個時段。

（二）發(fā)電機(jī)組總檢修費(fèi)用的計(jì)算

C(t)=Mcost+Rcost (9)

機(jī)組的檢修費(fèi)用:Mcost=CM×T2(10)

其中CM為機(jī)組的平均每天檢修費(fèi)用， T2為平均檢修持續(xù)天數(shù)；

機(jī)組的故障檢修費(fèi)用:Rcost=CR×T3 (11)

其中CR為機(jī)組平均每天的故障修復(fù)費(fèi)用， T3為平均故障修復(fù)時間。

（三）模型中的約束條件

1.ti≤T，表示在機(jī)組額定壽命內(nèi)進(jìn)行檢修。

2.若隨機(jī)模擬的故障發(fā)生時刻離計(jì)劃檢修時間很近，則執(zhí)行計(jì)劃檢修。

3.大、小檢修的間隔時間和大、小檢修的持續(xù)時間滿足《檢修規(guī)程》的規(guī)定。

4.滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和最小電網(wǎng)儲備容量的約束。

（四）目標(biāo)函數(shù)的求解

1.隨機(jī)函數(shù)

機(jī)組最優(yōu)檢修周期數(shù)學(xué)模型中機(jī)組的故障和檢修效果(良性或者惡性)均為隨機(jī)變量，由于使用了隨機(jī)變量，應(yīng)循環(huán)足夠多的次數(shù)，求其期望值。用蒙特卡洛法建立隨機(jī)函數(shù)模型為:設(shè)m=216，產(chǎn)生0~1之間的均勻分布隨機(jī)數(shù)的公式如下:

Pi=mod(2053Pi-1+13849，m)，i=1，2…

ri=Pi /m，其中Ｐi為隨機(jī)數(shù)種子， ri為第i個隨機(jī)數(shù)。

2.目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化求解

在目標(biāo)函數(shù)E(Tage，τ)中，選擇不同的計(jì)劃檢修周期τ，分別計(jì)算目標(biāo)函數(shù)E，取費(fèi)用最小者為最佳檢修周期。求解時，假設(shè)每次抽樣間隔時間為T1，計(jì)劃檢修的持續(xù)時間為T2，故障后的修復(fù)時間為T3，機(jī)組的額定壽命為Tage。

求解步驟如下:

1）選取一個計(jì)劃檢修周期τ，把機(jī)組壽命開始的時間選為第一個抽樣時間點(diǎn)，并設(shè)時間指針Tday為機(jī)組的投運(yùn)日。

2）判斷一下Tday是否大于Tage，如大于進(jìn)行第（4）步;否則進(jìn)行第（3）步；

3）判斷機(jī)組是否到達(dá)定期檢修時間，如果到達(dá)，進(jìn)行第（9）步，否則進(jìn)行第（4）步；

4）用隨機(jī)函數(shù)模型產(chǎn)生一個[0， 1]之間的均勻分布的隨機(jī)數(shù)r；若r滿足（6）式，則說明發(fā)生故障，立即采取故障后維修行為，進(jìn)行第（5）步；否則認(rèn)為機(jī)組無故障發(fā)生；進(jìn)行第（8）步；

5）判斷發(fā)生故障的時刻是否離計(jì)劃檢修時間很近，若很近進(jìn)行第（8）步，開始計(jì)劃檢修；否則進(jìn)行第（6）步，開始故障修復(fù)；

6）計(jì)算故障損失，修正Tday=Tday+ T3；

7）返回第（2）步；

8）計(jì)算檢修費(fèi)用，對時間進(jìn)行修正Tday=Tday+ T2，th0=th；

9）利用隨機(jī)數(shù)函數(shù)產(chǎn)生一個隨機(jī)數(shù)r1，判斷r1是否大于λ1，大于就表明此檢修為良性檢修，進(jìn)行第（11）步；否則為惡性檢修，進(jìn)行第（10）步；

10）根據(jù)（4）式和（5）式修正λ、τ，至第（13）步；

11）對th0進(jìn)行修正；

12）返回第（2）步；

13）對程序中的變量重新賦值，但仍保持τ不變，重復(fù)（2）至（13）步若干次，最后對所得到的數(shù)據(jù)求均值，就可得出在某個τ檢修周期下，機(jī)組在壽命期內(nèi)的檢修費(fèi)用。

五、結(jié)論

1.提出建立以可靠性為中心的綜合優(yōu)化檢修模式。將定期檢修、狀態(tài)檢修、故障檢修相結(jié)合建立以可靠性為中心的綜合優(yōu)化檢修模式，根據(jù)不同設(shè)備的運(yùn)行特性分別實(shí)施不同的檢修策略，在保證合理可靠性的前提下，降低檢修成本。

2.建立火電機(jī)組檢修周期優(yōu)化模型。在分析火電機(jī)組定期檢修和故障檢修對機(jī)組壽命影響的基礎(chǔ)上，得出火電機(jī)組等值老化故障率模型，然后根據(jù)可靠性檢修成本分析，考慮多種約束、以發(fā)電機(jī)組在整個壽命期內(nèi)檢修費(fèi)用最小為目標(biāo)建立檢修周期優(yōu)化模型。

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[責(zé)任編輯安世友]