考慮風(fēng)險的運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)開始更加關(guān)注成本、質(zhì)量和效益的多目標綜合最優(yōu)化。在設(shè)備運行維護(簡稱運維)方面,更加重視設(shè)備狀態(tài)及相應(yīng)設(shè)備、電網(wǎng)的運行風(fēng)險,以便采用針對性的運維策略。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)險的檢修(risk-basedmaintenance,RBM)和基于全壽命周期成本(lifecyclecost,LCC)的檢修3個方面的研究。RCM側(cè)重考慮設(shè)備運維策略對系統(tǒng)可靠性的影響,對設(shè)備故障產(chǎn)生的影響缺乏量化評估。RBM對設(shè)備運行風(fēng)險進行量化評估,可作為設(shè)備運維策略的依據(jù)。基于LCC的狀態(tài)檢修策略注重控制設(shè)備運維成本,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)備運維策略輔助決策方法。該方法以深圳電網(wǎng)主設(shè)備運行風(fēng)險評估結(jié)果為依據(jù),綜合考慮影響設(shè)備運維策略的多種約束條件,依據(jù)LCC方法對設(shè)備的壽命進行評價,最終給出運維策略的優(yōu)化方案。1設(shè)備運維策略本文主要研究考慮風(fēng)險評估和設(shè)備資產(chǎn)全壽命周期管理的結(jié)果,制定設(shè)備運維策略。在進行設(shè)備運維策略優(yōu)化過程中,考慮分析影響運維策略的約束條件,評估設(shè)備的運行風(fēng)險,評價設(shè)備的壽命,最后給出設(shè)備運維策略。1.1風(fēng)險評估結(jié)果決策過程中,應(yīng)綜合考慮設(shè)備是否受強制性條件約束以及設(shè)備的風(fēng)險評估等級、設(shè)備的風(fēng)險概率、設(shè)備的運行年限。首先,考慮設(shè)備是否受強制性條件的約束,若設(shè)備受強制性條件約束,則直接進行決策,選擇技術(shù)改造(簡稱技改)或檢修及強化巡檢等運維方式。若設(shè)備不受強制性條件約束,則對設(shè)備進行風(fēng)險評估并排序,區(qū)分為不可接受風(fēng)險區(qū)域設(shè)備、最低合理可行(aslowasreasonablypracticable,ALARP)區(qū)域風(fēng)險設(shè)備、可接受風(fēng)險區(qū)域設(shè)備3個風(fēng)險等級。風(fēng)險評估成果見附錄A。對于風(fēng)險值位于不可接受風(fēng)險區(qū)域的設(shè)備,評估其運行年限是否超過設(shè)備壽命周期,如超過則選擇退役,如未超過則選擇檢修。對于風(fēng)險概率高、風(fēng)險值位于ALARP區(qū)域的設(shè)備,評估其運行年限是否大于設(shè)備壽命周期,如超過則選擇退役,如未超過則選擇檢修;對于風(fēng)險概率低、風(fēng)險值位于ALARP區(qū)域的設(shè)備采取定期試驗的運維方式。對于風(fēng)險值位于可接受風(fēng)險區(qū)域的設(shè)備,風(fēng)險概率高的選擇加強巡檢的運維策略,風(fēng)險概率低的選擇酌情處理的運維策略。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)備運維方式的多種約束條件。本文在制定設(shè)備運維策略時,對影響設(shè)備運維策略的要素進行分析,其結(jié)果如圖2所示。本文中,影響設(shè)備運維策略的約束條件分為強制性和柔性2種。強制性約束條件更加注重運維策略的實效性,對設(shè)備運維策略的成本不是十分看重,因而其運維策略比較直接、單一。柔性約束條件下,制定運維策略的靈活性較大,注重成本與收益的平衡。強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)生運動會等)、環(huán)境約束(臺風(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險評估過程設(shè)計深圳電網(wǎng)主設(shè)備評估體系以設(shè)備狀態(tài)評價為依據(jù),基于國家標準中的風(fēng)險管理方法構(gòu)建設(shè)備運維風(fēng)險評估體系。風(fēng)險評估過程主要包括風(fēng)險識別,風(fēng)險分析和風(fēng)險定級。在計算設(shè)備故障概率時主要考慮設(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)評價得分值;P為設(shè)備故障概率(在0~1間取值)。在計算設(shè)備故障影響時主要考慮設(shè)備本身的價值和造成電網(wǎng)電量的損失。在進行風(fēng)險評級時,采用ALARP原則進行風(fēng)險定級。1.4設(shè)備壽命的測定電網(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)濟壽命。各種壽命的定義和在制定設(shè)備運維策略中的選取標準參見表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)檢修直到無法恢復(fù)原狀的時間周期。技術(shù)壽命指從投入起到無法滿足技術(shù)要求而淘汰的時間過程,偏重于技術(shù)的進步使設(shè)備達到技術(shù)壽命。經(jīng)濟壽命指設(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)備的剩余價值出發(fā),是設(shè)備從投入到剩余價值折舊至零的過程。本文在制定設(shè)備運維策略時,主要考慮設(shè)備的物理壽命、技術(shù)壽命和經(jīng)濟壽命。1.4.1故障概率根據(jù)文獻,隨著運行年限的增加,電網(wǎng)設(shè)備故障概率會逐漸增加。當(dāng)設(shè)備的運行年限達到一定階段時,設(shè)備故障概率會明顯增加,導(dǎo)致設(shè)備運維工作增加。實際工作中,可以認為當(dāng)故障概率增加到可以忍受的臨界值時,設(shè)備達到了其技術(shù)壽命。這個臨界值可以根據(jù)專家經(jīng)驗獲得。本文采用數(shù)據(jù)擬合的方法繪制斷路器的運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可以估計出斷路器的技術(shù)壽命約為21年。1.4.2運行成本本文基于LCC分析方法確定設(shè)備的經(jīng)濟壽命。當(dāng)設(shè)備的平均壽命成本最小時,認為設(shè)備達到了經(jīng)濟壽命。電網(wǎng)設(shè)備LCC計算公式為:式中:CLCC為設(shè)備LCC;CIC為—次性投資成本;COC為運行成本;CMC為維護成本;CFC為故障成本;CDC為退役成本。運行成本主要考慮設(shè)備運行時的損耗,按下式計算:式中:LE為設(shè)備損耗;t為運行時間;PP為購電價。維護成本主要考慮設(shè)備維護成本,根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲得。故障成本考慮檢修帶來的電量損失,按照下式計算:式中:EL為損失電量;PS為售電價。退役成本考慮由于設(shè)備退役所引起的存儲、運輸?shù)葞淼馁M用,本文按照下式進行估算:若設(shè)備初始投資費用為CIC,0,實際運行T年后退役,退役時設(shè)備的殘值為CIC,T=0.05CIC,0,此時,設(shè)備的年平均成本(凈現(xiàn)值)為:式中:COC,i為設(shè)備第i年的運行成本;CMC,i為設(shè)備第i年的維護成本;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,運行年限為21年左右時,平均成本最低,因此,110kV主變壓器的經(jīng)濟壽命約為21年。2優(yōu)化能源主設(shè)備的運營和維護策略，優(yōu)化輔助決策系統(tǒng)2.1設(shè)備運維管理策略本文提出的電網(wǎng)主設(shè)備運維策略優(yōu)化輔助決策系統(tǒng)包含設(shè)備風(fēng)險評估模塊、設(shè)備運維數(shù)據(jù)管理模塊、設(shè)備運維知識庫模塊、設(shè)備管理系統(tǒng)以及設(shè)備運維輔助決策模塊。各部分包含的功能和子模塊如圖5所示。2.2直接、單一在強制性約束條件下,更加注重運維策略的實效性,對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制性約束條件下的運維決策,如表2所示。在制定設(shè)備運維策略時,首先判斷其約束條件是否為強制性的,在強制性約束條件下,判斷設(shè)備的運維策略。若設(shè)備不滿足監(jiān)管約束,則需要進行技改或增容。若設(shè)備需要進行檢修或技改,則根據(jù)設(shè)備最佳運行年限判斷其具體的運維策略。2.3風(fēng)險事件下的運維策略在柔性約束條件下,制定運維策略的靈活性較大,注重成本與收益的平衡。決策過程中綜合考慮設(shè)備風(fēng)險評估和設(shè)備壽命評價結(jié)果,其決策流程如圖6所示。對于風(fēng)險值處于不可接受區(qū)的設(shè)備,按照風(fēng)險理論必須消除設(shè)備故障帶來的風(fēng)險,此時根據(jù)設(shè)備的最佳運行年限判斷設(shè)備需要檢修還是技改。對于風(fēng)險值處于ALARP區(qū)的設(shè)備,其運維策略需根據(jù)風(fēng)險和收益的比較來獲得。本文采取的辦法是對設(shè)備按照故障概率進行排序,對于故障概率高(對應(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,判斷其最佳運行年限,安排檢修策略。對于其他設(shè)備,安排設(shè)備進行檢修試驗。對于風(fēng)險值處于可接受區(qū)的設(shè)備,若設(shè)備故障概率高則加強巡檢,否則不予處理。最后,將得到的設(shè)備運維項目按優(yōu)先級排列。先是給強制性約束條件下的設(shè)備安排運維工作,其次是風(fēng)險不可接受區(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)險評估和維護策略的制定3.1.1維護設(shè)備列表參考文獻,對深圳供電局2臺110kV主變壓器的狀態(tài)進行評價,評價結(jié)果如表3所示。3.1.2基于運營狀態(tài)的設(shè)備風(fēng)險評估采用設(shè)備老化模型,進行設(shè)備運行風(fēng)險評估,其結(jié)果如表4所示。3.1.3設(shè)備經(jīng)濟技術(shù)的長期評估根據(jù)本文提出的設(shè)備壽命評價方法,可以得到變壓器的經(jīng)濟壽命約為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號變壓器根據(jù)本文提出的設(shè)備運維策略輔助決策方法,可以得到設(shè)備運維策略結(jié)果如表6所示。象山1042號變壓器位于風(fēng)險不可接受區(qū),根據(jù)風(fēng)險理論,必須對其進行處理。由于其年限超過經(jīng)濟壽命,因此建議進行技改,更換主變壓器。鳳凰2012號變壓器位于ALARP區(qū),其運行年限低于設(shè)備的經(jīng)濟壽命,因此建議安排檢修。3.2風(fēng)險評估和維護政策的全球分析依據(jù)決策流程圖,對變壓器設(shè)備