考慮風(fēng)險(xiǎn)的運(yùn)維策略輔助決策方法

考慮風(fēng)險(xiǎn)的運(yùn)維策略輔助決策方法

0種基于rbm和lcc的設(shè)備狀態(tài)檢修策略電網(wǎng)設(shè)備安全對(duì)于確保電網(wǎng)安全非常重要。隨著資產(chǎn)全壽命周期理念的不斷深入,電力企業(yè)開(kāi)始更加關(guān)注成本、質(zhì)量和效益的多目標(biāo)綜合最優(yōu)化。在設(shè)備運(yùn)行維護(hù)(簡(jiǎn)稱運(yùn)維)方面,更加重視設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)設(shè)備、電網(wǎng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),以便采用針對(duì)性的運(yùn)維策略。目前,設(shè)備狀態(tài)檢修主要包括以可靠性為中心的檢修(riskcenteredmaintenance,RCM)、基于風(fēng)險(xiǎn)的檢修(risk-basedmaintenance,RBM)和基于全壽命周期成本(lifecyclecost,LCC)的檢修3個(gè)方面的研究。RCM側(cè)重考慮設(shè)備運(yùn)維策略對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響,對(duì)設(shè)備故障產(chǎn)生的影響缺乏量化評(píng)估。RBM對(duì)設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化評(píng)估,可作為設(shè)備運(yùn)維策略的依據(jù)?；贚CC的狀態(tài)檢修策略注重控制設(shè)備運(yùn)維成本,提高檢修效率。RBM和基于LCC的設(shè)備狀態(tài)檢修策略在設(shè)備運(yùn)維決策方面得到了廣泛應(yīng)用。本文提出一種綜合考慮RBM和基于LCC的電網(wǎng)主設(shè)備運(yùn)維策略輔助決策方法。該方法以深圳電網(wǎng)主設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果為依據(jù),綜合考慮影響設(shè)備運(yùn)維策略的多種約束條件,依據(jù)LCC方法對(duì)設(shè)備的壽命進(jìn)行評(píng)價(jià),最終給出運(yùn)維策略的優(yōu)化方案。1設(shè)備運(yùn)維策略本文主要研究考慮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期管理的結(jié)果,制定設(shè)備運(yùn)維策略。在進(jìn)行設(shè)備運(yùn)維策略優(yōu)化過(guò)程中,考慮分析影響運(yùn)維策略的約束條件,評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),評(píng)價(jià)設(shè)備的壽命,最后給出設(shè)備運(yùn)維策略。1.1風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果決策過(guò)程中,應(yīng)綜合考慮設(shè)備是否受強(qiáng)制性條件約束以及設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)、設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)概率、設(shè)備的運(yùn)行年限。首先,考慮設(shè)備是否受強(qiáng)制性條件的約束,若設(shè)備受強(qiáng)制性條件約束,則直接進(jìn)行決策,選擇技術(shù)改造(簡(jiǎn)稱技改)或檢修及強(qiáng)化巡檢等運(yùn)維方式。若設(shè)備不受強(qiáng)制性條件約束,則對(duì)設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并排序,區(qū)分為不可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域設(shè)備、最低合理可行(aslowasreasonablypracticable,ALARP)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備、可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域設(shè)備3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估成果見(jiàn)附錄A。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)值位于不可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的設(shè)備,評(píng)估其運(yùn)行年限是否超過(guò)設(shè)備壽命周期,如超過(guò)則選擇退役,如未超過(guò)則選擇檢修。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)概率高、風(fēng)險(xiǎn)值位于ALARP區(qū)域的設(shè)備,評(píng)估其運(yùn)行年限是否大于設(shè)備壽命周期,如超過(guò)則選擇退役,如未超過(guò)則選擇檢修;對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)概率低、風(fēng)險(xiǎn)值位于ALARP區(qū)域的設(shè)備采取定期試驗(yàn)的運(yùn)維方式。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)值位于可接受風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的設(shè)備,風(fēng)險(xiǎn)概率高的選擇加強(qiáng)巡檢的運(yùn)維策略,風(fēng)險(xiǎn)概率低的選擇酌情處理的運(yùn)維策略。決策流程如圖1所示。1.2約束條件分析制定設(shè)備的運(yùn)維策略,除了要考慮設(shè)備的狀態(tài),還需要考慮制約設(shè)備運(yùn)維方式的多種約束條件。本文在制定設(shè)備運(yùn)維策略時(shí),對(duì)影響設(shè)備運(yùn)維策略的要素進(jìn)行分析,其結(jié)果如圖2所示。本文中,影響設(shè)備運(yùn)維策略的約束條件分為強(qiáng)制性和柔性2種。強(qiáng)制性約束條件更加注重運(yùn)維策略的實(shí)效性,對(duì)設(shè)備運(yùn)維策略的成本不是十分看重,因而其運(yùn)維策略比較直接、單一。柔性約束條件下,制定運(yùn)維策略的靈活性較大,注重成本與收益的平衡。強(qiáng)制性約束條件具體有可靠性約束、反事故約束、政治性約束(如世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)等)、環(huán)境約束(臺(tái)風(fēng)、地震等),其他引起設(shè)備損壞和制約設(shè)備維修的因素為柔性約束。1.3險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程設(shè)計(jì)深圳電網(wǎng)主設(shè)備評(píng)估體系以設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)為依據(jù),基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)險(xiǎn)管理方法構(gòu)建設(shè)備運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程主要包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)。在計(jì)算設(shè)備故障概率時(shí)主要考慮設(shè)備老化模型,即式中:K為比例系數(shù);C為曲率系數(shù);Ise為設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)得分值;P為設(shè)備故障概率(在0~1間取值)。在計(jì)算設(shè)備故障影響時(shí)主要考慮設(shè)備本身的價(jià)值和造成電網(wǎng)電量的損失。在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)時(shí),采用ALARP原則進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)。1.4設(shè)備壽命的測(cè)定電網(wǎng)設(shè)備的壽命可以分為物理壽命、折舊壽命、技術(shù)壽命和經(jīng)濟(jì)壽命。各種壽命的定義和在制定設(shè)備運(yùn)維策略中的選取標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)表1,壽命的單位“年”在表中以a表示。物理壽命主要反映設(shè)備在反復(fù)檢修直到無(wú)法恢復(fù)原狀的時(shí)間周期。技術(shù)壽命指從投入起到無(wú)法滿足技術(shù)要求而淘汰的時(shí)間過(guò)程,偏重于技術(shù)的進(jìn)步使設(shè)備達(dá)到技術(shù)壽命。經(jīng)濟(jì)壽命指設(shè)備年均投入成本最低的年限,該年限的前一年或后一年,年均投入成本均將增加。折舊壽命主要從設(shè)備的剩余價(jià)值出發(fā),是設(shè)備從投入到剩余價(jià)值折舊至零的過(guò)程。本文在制定設(shè)備運(yùn)維策略時(shí),主要考慮設(shè)備的物理壽命、技術(shù)壽命和經(jīng)濟(jì)壽命。1.4.1故障概率根據(jù)文獻(xiàn),隨著運(yùn)行年限的增加,電網(wǎng)設(shè)備故障概率會(huì)逐漸增加。當(dāng)設(shè)備的運(yùn)行年限達(dá)到一定階段時(shí),設(shè)備故障概率會(huì)明顯增加,導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)維工作增加。實(shí)際工作中,可以認(rèn)為當(dāng)故障概率增加到可以忍受的臨界值時(shí),設(shè)備達(dá)到了其技術(shù)壽命。這個(gè)臨界值可以根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)獲得。本文采用數(shù)據(jù)擬合的方法繪制斷路器的運(yùn)行年限與故障概率之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,其結(jié)果如圖3所示。由圖3可以估計(jì)出斷路器的技術(shù)壽命約為21年。1.4.2運(yùn)行成本本文基于LCC分析方法確定設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命。當(dāng)設(shè)備的平均壽命成本最小時(shí),認(rèn)為設(shè)備達(dá)到了經(jīng)濟(jì)壽命。電網(wǎng)設(shè)備LCC計(jì)算公式為:式中:CLCC為設(shè)備LCC;CIC為—次性投資成本;COC為運(yùn)行成本;CMC為維護(hù)成本;CFC為故障成本;CDC為退役成本。運(yùn)行成本主要考慮設(shè)備運(yùn)行時(shí)的損耗,按下式計(jì)算:式中:LE為設(shè)備損耗;t為運(yùn)行時(shí)間;PP為購(gòu)電價(jià)。維護(hù)成本主要考慮設(shè)備維護(hù)成本,根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲得。故障成本考慮檢修帶來(lái)的電量損失,按照下式計(jì)算:式中:EL為損失電量;PS為售電價(jià)。退役成本考慮由于設(shè)備退役所引起的存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)葞?lái)的費(fèi)用,本文按照下式進(jìn)行估算:若設(shè)備初始投資費(fèi)用為CIC,0,實(shí)際運(yùn)行T年后退役,退役時(shí)設(shè)備的殘值為CIC,T=0.05CIC,0,此時(shí),設(shè)備的年平均成本(凈現(xiàn)值)為:式中:COC,i為設(shè)備第i年的運(yùn)行成本;CMC,i為設(shè)備第i年的維護(hù)成本;CFC,i為設(shè)備第i年的故障成本;p為銀行利率。根據(jù)式(6),采用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)繪制110kV主變壓器的平均成本曲線,如圖4所示。由圖4可知,運(yùn)行年限為21年左右時(shí),平均成本最低,因此,110kV主變壓器的經(jīng)濟(jì)壽命約為21年。2優(yōu)化能源主設(shè)備的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)策略，優(yōu)化輔助決策系統(tǒng)2.1設(shè)備運(yùn)維管理策略本文提出的電網(wǎng)主設(shè)備運(yùn)維策略優(yōu)化輔助決策系統(tǒng)包含設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊、設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)管理模塊、設(shè)備運(yùn)維知識(shí)庫(kù)模塊、設(shè)備管理系統(tǒng)以及設(shè)備運(yùn)維輔助決策模塊。各部分包含的功能和子模塊如圖5所示。2.2直接、單一在強(qiáng)制性約束條件下,更加注重運(yùn)維策略的實(shí)效性,對(duì)策略本身的成本不是十分看重,因而其決策結(jié)果比較直接、單一。本文采用策略表的形式描述強(qiáng)制性約束條件下的運(yùn)維決策,如表2所示。在制定設(shè)備運(yùn)維策略時(shí),首先判斷其約束條件是否為強(qiáng)制性的,在強(qiáng)制性約束條件下,判斷設(shè)備的運(yùn)維策略。若設(shè)備不滿足監(jiān)管約束,則需要進(jìn)行技改或增容。若設(shè)備需要進(jìn)行檢修或技改,則根據(jù)設(shè)備最佳運(yùn)行年限判斷其具體的運(yùn)維策略。2.3風(fēng)險(xiǎn)事件下的運(yùn)維策略在柔性約束條件下,制定運(yùn)維策略的靈活性較大,注重成本與收益的平衡。決策過(guò)程中綜合考慮設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和設(shè)備壽命評(píng)價(jià)結(jié)果,其決策流程如圖6所示。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)值處于不可接受區(qū)的設(shè)備,按照風(fēng)險(xiǎn)理論必須消除設(shè)備故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn),此時(shí)根據(jù)設(shè)備的最佳運(yùn)行年限判斷設(shè)備需要檢修還是技改。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)值處于ALARP區(qū)的設(shè)備,其運(yùn)維策略需根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)和收益的比較來(lái)獲得。本文采取的辦法是對(duì)設(shè)備按照故障概率進(jìn)行排序,對(duì)于故障概率高(對(duì)應(yīng)于設(shè)備狀態(tài)為緊急狀態(tài)的設(shè)備故障概率)的設(shè)備,判斷其最佳運(yùn)行年限,安排檢修策略。對(duì)于其他設(shè)備,安排設(shè)備進(jìn)行檢修試驗(yàn)。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)值處于可接受區(qū)的設(shè)備,若設(shè)備故障概率高則加強(qiáng)巡檢,否則不予處理。最后,將得到的設(shè)備運(yùn)維項(xiàng)目按優(yōu)先級(jí)排列。先是給強(qiáng)制性約束條件下的設(shè)備安排運(yùn)維工作,其次是風(fēng)險(xiǎn)不可接受區(qū)內(nèi)的設(shè)備,再次是ALARP區(qū)域內(nèi)的設(shè)備,最后是風(fēng)險(xiǎn)可接受區(qū)域內(nèi)的設(shè)備。3案例分析3.1單一設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和維護(hù)策略的制定3.1.1維護(hù)設(shè)備列表參考文獻(xiàn),對(duì)深圳供電局2臺(tái)110kV主變壓器的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。3.1.2基于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估采用設(shè)備老化模型,進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,其結(jié)果如表4所示。3.1.3設(shè)備經(jīng)濟(jì)技術(shù)的長(zhǎng)期評(píng)估根據(jù)本文提出的設(shè)備壽命評(píng)價(jià)方法,可以得到變壓器的經(jīng)濟(jì)壽命約為21年,斷路器的技術(shù)壽命為20年,其結(jié)果如表5所示。3.1.4山12號(hào)變壓器根據(jù)本文提出的設(shè)備運(yùn)維策略輔助決策方法,可以得到設(shè)備運(yùn)維策略結(jié)果如表6所示。象山1042號(hào)變壓器位于風(fēng)險(xiǎn)不可接受區(qū),根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)理論,必須對(duì)其進(jìn)行處理。由于其年限超過(guò)經(jīng)濟(jì)壽命,因此建議進(jìn)行技改,更換主變壓器。鳳凰2012號(hào)變壓器位于ALARP區(qū),其運(yùn)行年限低于設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命,因此建議安排檢修。3.2風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和維護(hù)政策的全球分析依據(jù)決策流程圖,對(duì)變壓器設(shè)備