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    基于模糊狀態(tài)量的二次設(shè)備狀態(tài)檢修模型研究

    2015-06-07 10:55:05何小飛李江陵童曉陽(yáng)
    東北電力技術(shù) 2015年4期
    關(guān)鍵詞:次數(shù)檢修狀態(tài)

    何小飛,王 銳,李江陵,童曉陽(yáng)

    (1.國(guó)網(wǎng)樂(lè)山供電公司,四川 樂(lè)山 614000,2.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,四川 成都 610031)

    基于模糊狀態(tài)量的二次設(shè)備狀態(tài)檢修模型研究

    何小飛1,王 銳1,李江陵1,童曉陽(yáng)2

    (1.國(guó)網(wǎng)樂(lè)山供電公司,四川 樂(lè)山 614000,2.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,四川 成都 610031)

    簡(jiǎn)要介紹了二次設(shè)備狀態(tài)檢修基本理論,并提出了基于模糊狀態(tài)量的二次設(shè)備狀態(tài)檢修策略。通過(guò)將影響二次設(shè)備運(yùn)行工況的因素分解為檢測(cè)型模糊狀態(tài)量、失效風(fēng)險(xiǎn)模糊狀態(tài)量、可靠性模糊狀態(tài)量和改進(jìn)型模糊狀態(tài)量4類,并分別對(duì)以上4類模糊狀態(tài)量進(jìn)行定義并建模,最后通過(guò)模型合成得到狀態(tài)檢修總體評(píng)價(jià)模型,最后根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果制定出檢修策略。并通過(guò)實(shí)例證明了該方法是可行的,與傳統(tǒng)計(jì)劃?rùn)z修相比,在設(shè)備可靠性和檢修經(jīng)濟(jì)性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

    二次設(shè)備;狀態(tài)檢修;模糊狀態(tài)量;評(píng)估模型

    隨著電網(wǎng)發(fā)展,設(shè)備數(shù)量不斷增多,傳統(tǒng)的計(jì)劃?rùn)z修模式也逐漸無(wú)法滿足設(shè)備安全性需求。而隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)發(fā)展使?fàn)顟B(tài)檢修成為可能。狀態(tài)檢修通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段,診斷設(shè)備健康狀況,從而確定設(shè)備最佳檢修時(shí)機(jī)[1]。相比計(jì)劃?rùn)z修,可以減少停運(yùn)時(shí)間,降低檢修費(fèi)用,提高經(jīng)濟(jì)效益。而對(duì)于二次設(shè)備,由于目前還缺少足夠有效的在線監(jiān)測(cè)手段,因此二次設(shè)備狀態(tài)檢修較一次設(shè)備發(fā)展緩慢一些。

    1 二次設(shè)備狀態(tài)檢修原理

    1.1 二次設(shè)備狀態(tài)檢修的定義

    二次設(shè)備狀態(tài)檢修可定義為:在根據(jù)各類手段監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上,以間隔為單元,根據(jù)分析診斷的結(jié)果科學(xué)安排檢修時(shí)間和項(xiàng)目的檢修方式。二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ),二次設(shè)備狀態(tài)檢修策略有3個(gè)組成部分:實(shí)際狀態(tài)信息采集、設(shè)備狀態(tài)診斷方法和狀態(tài)檢修策略應(yīng)用[2]。

    1.2 二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)策略基本思路

    設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)疑是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)。站內(nèi)二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)可通過(guò)日常巡視、紅外測(cè)溫、裝置自檢、缺陷消除、家族性缺陷分析等[3]。與一次設(shè)備不同的是二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)不過(guò)分依靠傳感器。因此,電氣二次設(shè)備的離線檢測(cè)數(shù)據(jù)也是狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷的重要依據(jù)[4]。

    2 二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)模型建立

    2.1 基于模糊狀態(tài)量的二次設(shè)備狀態(tài)檢修評(píng)價(jià)模型基本理論

    根據(jù)二次設(shè)備中各類可能影響到設(shè)備運(yùn)行工況和使用壽命的因素分析,可將評(píng)價(jià)模型分解為4類模糊狀態(tài)量:檢測(cè)型狀態(tài)量、失效風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)量、可靠性狀態(tài)量和改進(jìn)型狀態(tài)量[5-6]。其中檢測(cè)型狀態(tài)量指直接觀測(cè)、裝置自檢或儀器檢測(cè)到的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行工況的狀態(tài)量,包括設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)等[7-10];可靠性狀態(tài)量指制造廠家某類設(shè)備可靠性的狀態(tài)量;失效風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)量指設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間未檢修后故障發(fā)生概率的狀態(tài)量;改進(jìn)型狀態(tài)量指設(shè)備性能下降但在改進(jìn)和完善后能恢復(fù)到正常水平的狀態(tài)量[11]。

    2.2 檢測(cè)型模糊狀態(tài)量評(píng)價(jià)模型原理

    二次設(shè)備故障主要包括保護(hù)裝置故障、輔助裝置故障、自動(dòng)裝置(總控后臺(tái))故障、交直流系統(tǒng)故障。對(duì)樂(lè)山供電公司近5年二次設(shè)備在運(yùn)維和檢修中發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì),分別包含220 kV、110 kV、35 kV變電站14座、31座、29座。通過(guò)變電站近5年來(lái)缺陷統(tǒng)計(jì)分析情況可得出以下結(jié)論:①相比保護(hù)裝置本身,輔助裝置(包括故障錄波、行波測(cè)距、交直流系統(tǒng)等)、其他二次回路及元件上缺陷較多;②二次設(shè)備中電源及CPU插件部分的缺陷較多;③二次設(shè)備的缺陷次數(shù),主要取決設(shè)備出廠質(zhì)量及安裝質(zhì)量。

    根據(jù)以上分析,可以將狀態(tài)量劃分為裝置本體(保護(hù)、自動(dòng)化裝置)和二次回路兩部分,具體明細(xì)見(jiàn)表1。

    表1 檢測(cè)型模糊狀態(tài)量及分值

    2.2.1 設(shè)備運(yùn)行環(huán)境狀態(tài)量評(píng)價(jià)

    a.運(yùn)行環(huán)境溫度溫度評(píng)價(jià)模型如圖1所示。

    根據(jù)溫度采集數(shù)據(jù),運(yùn)行環(huán)境溫度評(píng)分計(jì)算公式為

    圖1 運(yùn)行環(huán)境溫度評(píng)價(jià)模型

    式中:i為采集的次數(shù);Ki為采集時(shí)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù),評(píng)分K1按圖2規(guī)定執(zhí)行(以斜率計(jì)算得分);n為評(píng)價(jià)周期內(nèi)總的采集次數(shù)。當(dāng)評(píng)價(jià)得分為0分的次數(shù)占總采集次數(shù)10%以上時(shí),該項(xiàng)目不得分。

    b.運(yùn)行環(huán)境溫度評(píng)分。根據(jù)溫度采集數(shù)據(jù),運(yùn)行環(huán)境溫度評(píng)分計(jì)算公式同式(1),其中i為采集的次數(shù);Ki采集時(shí)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù);n為評(píng)價(jià)周期內(nèi)總的采集次數(shù)。當(dāng)評(píng)價(jià)得分為0分的次數(shù)占總采集次數(shù)30%以上時(shí),該項(xiàng)目不得分。

    2.2.2 紅外測(cè)溫狀態(tài)量評(píng)價(jià)

    紅外測(cè)溫評(píng)價(jià)模型如圖2所示。根據(jù)要求同一個(gè)二次回路不同相別之間的相對(duì)溫差應(yīng)該在5℃以內(nèi)。而二次回路紅外測(cè)溫評(píng)價(jià)采用溫度最高點(diǎn)所處同一回路不同相別之間的相對(duì)溫差,溫差在5℃內(nèi)為滿分,溫差在5~10℃內(nèi)按比例K下降,溫差超過(guò)10℃則得分為0。

    圖2 紅外測(cè)溫評(píng)價(jià)模型

    評(píng)價(jià)周期內(nèi)裝置本體和二次回路紅外測(cè)溫計(jì)算式同式(1),其中i為采集的次數(shù);Ki為單次巡視時(shí)二次回路紅外測(cè)溫評(píng)分;n為評(píng)價(jià)周期內(nèi)總的采集次數(shù)。單次測(cè)溫異常直接得分為0。

    2.2.3 裝置交直流絕緣狀況狀態(tài)量評(píng)價(jià)

    裝置交直流回路絕緣評(píng)價(jià)模型如圖4所示,根據(jù)要求回路絕緣應(yīng)大于10 MΩ,根據(jù)實(shí)測(cè)的絕緣電阻數(shù)據(jù)以及絕緣數(shù)據(jù)變化率計(jì)算。

    評(píng)價(jià)周期內(nèi)裝置絕緣狀況計(jì)算式同式(1),其中,i為采集的次數(shù);Ki單次采集時(shí)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù),K1評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)按圖3規(guī)定執(zhí)行;n為評(píng)價(jià)周期內(nèi)總的采集次數(shù)。

    圖3 交、直流回路絕緣評(píng)價(jià)模型

    2.2.4 裝置數(shù)據(jù)采集狀態(tài)量評(píng)價(jià)

    通過(guò)將電流、電壓通道各采樣值與參考值的偏差值來(lái)判斷裝置采樣的整體性能,采樣精度計(jì)算方法如下:

    式中:TAi為保護(hù)各通道采樣值,TAi參考為參考測(cè)量值。測(cè)試時(shí)電流應(yīng)大于0.1In。若檢修巡視與例行試驗(yàn)數(shù)據(jù)同時(shí)存在,裝置采樣誤差值取兩者較大值。模擬量采集評(píng)分?jǐn)?shù)K1按圖4規(guī)定執(zhí)行(以斜率計(jì)算得分),當(dāng)負(fù)荷電流小于0.1In時(shí),電流模擬量采集不評(píng)分。

    圖4 裝置模擬量采樣數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)模型

    評(píng)價(jià)周期內(nèi)裝置模擬量采集得分同式(1),其中i為采集的次數(shù);Ki單次巡視采樣評(píng)分;n為評(píng)價(jià)周期內(nèi)總的采集次數(shù)。開(kāi)關(guān)量采集評(píng)分?jǐn)?shù)用K2來(lái)計(jì)算:其中評(píng)價(jià)周期內(nèi)發(fā)生開(kāi)入異常得分為0,不發(fā)生開(kāi)入異常得1分,裝置數(shù)據(jù)采集評(píng)分。這樣就可以得到裝置數(shù)據(jù)采集(模擬、開(kāi)關(guān)量)狀態(tài)量評(píng)價(jià)得分:

    2.2.5 回路銹蝕、封堵、積塵狀態(tài)量評(píng)價(jià)

    對(duì)于二次回路中銹蝕、封堵、積塵狀態(tài)量評(píng)價(jià)基本原理一致,對(duì)于銹蝕情況,要求端子排箱無(wú)滲水,端子排銹蝕程度<15%,若端子箱無(wú)滲水現(xiàn)象,得4分,有滲水現(xiàn)象,得2分,若端子箱無(wú)凝露現(xiàn)象,得4分,有凝露現(xiàn)象,扣2分。對(duì)于封堵情況,要求電纜孔洞封堵良好,防火墻和防火涂料齊全,對(duì)于積塵情況,如有灰塵,但尚不影響屏內(nèi)、箱體內(nèi)、端子排上標(biāo)識(shí)的辨認(rèn),扣2分。如灰塵使保護(hù)標(biāo)識(shí)無(wú)法辨認(rèn),灰塵形成串狀物或即將形成串狀物,扣4分。

    2.3 可靠性模糊狀態(tài)量評(píng)價(jià)模型原理

    可靠性模糊狀態(tài)量表明設(shè)備整體可靠度,在評(píng)價(jià)周期內(nèi),某廠家同型號(hào)產(chǎn)品的故障率高,故障性質(zhì)嚴(yán)重,其產(chǎn)品的同型號(hào)整體可靠度則差。計(jì)算評(píng)價(jià)周期內(nèi)某廠家設(shè)備的加權(quán)平均缺陷評(píng)分:

    根據(jù)影響程度裝置缺陷類型一般、嚴(yán)重、危急缺陷賦予不同的權(quán)值統(tǒng)計(jì)。一般缺陷權(quán)值A(chǔ)1=1,嚴(yán)重缺陷權(quán)值A(chǔ)2=2,危急缺陷權(quán)值A(chǔ)3=5。

    計(jì)算評(píng)價(jià)周期內(nèi)某廠家設(shè)備的正確動(dòng)作評(píng)分Kt,Kt等于同型號(hào)設(shè)備評(píng)價(jià)周期內(nèi)正確動(dòng)作次數(shù)乘100除以同型號(hào)設(shè)備評(píng)價(jià)周期內(nèi)動(dòng)作總次數(shù):

    式中:B1為加速系數(shù),規(guī)定B1=10。同型號(hào)可靠度評(píng)價(jià)得分:

    2.4 失效風(fēng)險(xiǎn)模糊狀態(tài)量評(píng)價(jià)模型原理

    在沒(méi)有得到有效驗(yàn)證的情況下,設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后失效風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)量(預(yù)計(jì)可靠度)會(huì)下降。當(dāng)失效風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)量隨時(shí)間的增長(zhǎng)(預(yù)計(jì)可靠度)下降到一定程度,表明需要對(duì)二次設(shè)備的部分或者整體進(jìn)行例行試驗(yàn)。失效風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)量依據(jù)設(shè)備的最后一次檢驗(yàn)時(shí)間和故障率進(jìn)行評(píng)價(jià)。

    t時(shí)刻裝置本體及其二次回路健康因子指數(shù)等于t時(shí)刻的裝置本體可靠度乘t時(shí)刻的二次回路可靠度:

    式中:λ1為保護(hù)裝置本體故障率;t1為最近一次裝置得到完整檢驗(yàn)的時(shí)間,取上一次檢驗(yàn)時(shí)間:

    式中:λ2為二次回路故障率;t2為最近一次二次回路得到完整檢驗(yàn)的時(shí)間,取上一次檢驗(yàn)時(shí)間。

    保護(hù)間隔在t時(shí)刻的裝置本體及其二次回路預(yù)計(jì)可靠度用以下方式計(jì)算:

    式中:MTBF為平均無(wú)故障時(shí)間計(jì)算值。該數(shù)據(jù)由廠家提供原始參考,設(shè)備運(yùn)行中由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)予以校核,無(wú)法獲取初始值時(shí)取設(shè)計(jì)壽命取值。

    2.5 改進(jìn)型模糊狀態(tài)量評(píng)價(jià)模型原理

    改進(jìn)型模糊狀態(tài)量反映間隔設(shè)備狀況,包括非家族性缺陷、家族性缺陷、反措。改進(jìn)型狀態(tài)量得分低表明需要版本升級(jí)、更換部件或技術(shù)改造。而裝置運(yùn)行年限通過(guò)評(píng)價(jià)周期內(nèi)間隔設(shè)備的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間與同類產(chǎn)品的平均運(yùn)行年限的比值,得到該設(shè)備與同類產(chǎn)品相比較的相對(duì)品質(zhì)優(yōu)劣。對(duì)于本間隔裝置的運(yùn)行年限,同類產(chǎn)品平均運(yùn)行年限無(wú)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)參考時(shí)可取12年。

    對(duì)于家族性缺陷,存在疑似家族性缺陷得0.6分,存在嚴(yán)重家族性缺陷得0.8分,無(wú)家族性缺陷或家族性缺陷消除得1分。對(duì)于反事故措施,無(wú)反措項(xiàng)目得1分,在評(píng)價(jià)周期內(nèi)應(yīng)完成的反措未完成得0.6分。

    2.6 二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)估模型合成

    雙重化配置二次裝置本體和二次回路狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果以間隔總評(píng)分匯總輸出。當(dāng)間隔內(nèi)包含多套保護(hù)系統(tǒng)時(shí),可對(duì)每套裝置本體及二次回路分別評(píng)價(jià),間隔總評(píng)價(jià)得分取各套保護(hù)的最低分,按第二節(jié)的介紹,可將4個(gè)狀態(tài)量進(jìn)行合成,得到一個(gè)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估總模型,計(jì)算式為

    間隔評(píng)價(jià)分值=Min{第1套裝置本體及二次回路評(píng)分值,…,第n套裝置本體及二次回路評(píng)分值}(11)

    第n套裝置本體及二次回路評(píng)分值=(檢測(cè)型狀態(tài)量×A1+可靠性狀態(tài)量×A2+失效風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)量× A3)×改進(jìn)型狀態(tài)量(12)式中:A1、A2、A3為加權(quán)因子,分別取0.4、0.2、0.4。

    3 檢修策略確定原則

    根據(jù)式(12)計(jì)算取得值可將設(shè)備分為以下4個(gè)狀態(tài)。

    a.健康狀態(tài):Z≥86,表示設(shè)備處于正常狀態(tài)。

    b.亞健康狀態(tài):71≤Z<86,表示該狀態(tài)比健康狀態(tài)較差,但設(shè)備仍處于正常,建議此類設(shè)備納入重點(diǎn)巡視范圍。

    c.異常狀態(tài):61≤Z<70,表示此類裝置一般都是在評(píng)價(jià)周期內(nèi)出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題,但并不嚴(yán)重。建議此類裝置納入第二年檢修計(jì)劃。

    d.嚴(yán)重異常狀態(tài):Z<60。表示此類設(shè)備已十分危急,應(yīng)立即開(kāi)展檢修。

    4 實(shí)例分析

    樂(lè)山供電公司從2012年起對(duì)公司10座110 kV變電站和3座220 kV變電站二次設(shè)備進(jìn)行基于模糊狀態(tài)量的狀態(tài)檢修應(yīng)用試點(diǎn),通過(guò)近2年的試點(diǎn)應(yīng)用,對(duì)于試點(diǎn)變電站的主要二次設(shè)備,通過(guò)狀態(tài)檢修應(yīng)用后,2012年和2013年檢修次數(shù)與以往計(jì)劃?rùn)z修相比,分別減少了42次和43次,據(jù)初步估計(jì),分別節(jié)約了檢修費(fèi)用共計(jì)56萬(wàn)元和59萬(wàn)元。而從近2年來(lái)設(shè)備運(yùn)行情況看,以上試點(diǎn)的13座變電站在二次設(shè)備運(yùn)行情況良好,危急嚴(yán)重缺陷次數(shù)較往年有顯著減少,實(shí)例證明應(yīng)用該方法達(dá)到預(yù)期效果。

    5 評(píng)價(jià)模型應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題

    在進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)注意設(shè)備評(píng)價(jià)結(jié)果主要反映元器件等硬件部分的狀態(tài)水平,軟件原理和反事故措施執(zhí)行情況、缺陷情況等也納入到評(píng)價(jià)范疇。同時(shí)應(yīng)注意通過(guò)更換插件、二次電纜等措施消除了缺陷的,其狀態(tài)評(píng)價(jià)中涉及的相關(guān)原扣分可取消,但有關(guān)情況可作為評(píng)價(jià)結(jié)論調(diào)整的依據(jù)之一。在評(píng)價(jià)周期方面建議設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)每年至少1次,宜在設(shè)備檢修后增加1次評(píng)價(jià),檢修后評(píng)價(jià)用以檢驗(yàn)檢修的效果。

    6 結(jié)束語(yǔ)

    本文針對(duì)二次狀態(tài)檢修工作展開(kāi)研究,在對(duì)二次設(shè)備缺陷進(jìn)行分析基礎(chǔ)上,提出了基于模糊狀態(tài)量的狀態(tài)評(píng)價(jià)模型,通過(guò)實(shí)際應(yīng)用,證明了該方法同以往的計(jì)劃?rùn)z修模式相比,在很多方面有更多優(yōu)越性。樂(lè)山供電公司將逐步推廣該方法,同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中不斷對(duì)評(píng)價(jià)模型優(yōu)化完善,一方面將更多可能影響到設(shè)備運(yùn)行工況的因素(如電網(wǎng)運(yùn)行方式等)考慮進(jìn)去,另一方面探索將現(xiàn)有狀態(tài)量模型用函數(shù)化表示,使得評(píng)價(jià)模型更科學(xué)合理,更能全面真實(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行工況,以便制定出更為科學(xué)經(jīng)濟(jì)的檢修策略,使?fàn)顟B(tài)檢修達(dá)到更好效果。

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    [2] 李 明,韓學(xué)山.電力設(shè)備狀態(tài)檢修下的技術(shù)監(jiān)督探討[J].東北電力技術(shù),2010,31(7):35-38.

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    Research on Secondary Equipment Condition-based Maintenance Based on Fuzzy State Amount

    HE Xiao?fei1,WANG Rui1,LI Jiang?ling1,TONG Xiao?yang2
    (1.State Grid Power Company,Leshan,Sichuan 614000,China;2.Southwest Jiaotong University,Chengdu,Sichuan 610031,China)

    This paper introduces the basic theory for secondary equipment condition?based maintenance and proposes multi?state strate?gy based on the fuzzy state amount.The state amounts effecting secondary equipment condition are divided into four categories:detec?ting type,failure risk,reliability,and improvement type.Definitions and modeling is made for them,and finally state maintenance overall weighted synthesis evaluation model is obtained.And maintenance strategy is drawn out according to the results of the evalua?tion.This method is proved to be feasible by examples.As compared,it has advantages in terms of equipment reliability and service economy over traditional planned maintenance.

    Multiple state amount;Condition?based maintenance;Assessment model;Maintenance strategy

    TM73;TM507

    A

    1004-7913(2015)04-0006-04

    何小飛(1986—)男,碩士,工程師,主要從事二次設(shè)備檢修工作。

    2015-01-20)

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