考慮風險的運維策略輔助決策方法

考慮風險的運維策略輔助決策方法

0種基于rbm和lcc的設備狀態(tài)檢修策略電網設備安全對于確保電網安全非常重要。隨著資產全壽命周期理念的不斷深入,電力企業(yè)開始更加關注成本、質量和效益的多目標綜合最優(yōu)化。在設備運行維護(簡稱運維)方面,更加重視設備狀態(tài)及相應設備、電網的運行風險,以便采用針對性的運維策略。目前,設備狀態(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側重考慮設備運維策略對系統(tǒng)可靠性的影響,對設備故障產生的影響缺乏量化評估。RBM對設備運行風險進行量化評估,可作為設備運維策略的依據?；贚CC的狀態(tài)檢修策略注重控制設備運維成本,提高檢修效率。RBM和基于LCC的設備狀態(tài)檢修策略在設備運維決策方面得到了廣泛應用。本文提出一種綜合考慮RBM和基于LCC的電網主設備運維策略輔助決策方法。該方法以深圳電網主設備運行風險評估結果為依據,綜合考慮影響設備運維策略的多種約束條件,依據LCC方法對設備的壽命進行評價,最終給出運維策略的優(yōu)化方案。1設備運維策略本文主要研究考慮風險評估和設備資產全壽命周期管理的結果,制定設備運維策略。在進行設備運維策略優(yōu)化過程中,考慮分析影響運維策略的約束條件,評估設備的運行風險,評價設備的壽命,最后給出設備運維策略。1.1風險評估結果決策過程中,應綜合考慮設備是否受強制性條件約束以及設備的風險評估等級、設備的風險概率、設備的運行年限。首先,考慮設備是否受強制性條件的約束,若設備受強制性條件約束,則直接進行決策,選擇技術改造(簡稱技改)或檢修及強化巡檢等運維方式。若設備不受強制性條件約束,則對設備進行風險評估并排序,區(qū)分為不可接受風險區(qū)域設備、最低合理可行(aslowasreasonablypracticable,ALARP)區(qū)域風險設備、可接受風險區(qū)域設備3個風險等級。風險評估成果見附錄A。對于風險值位于不可接受風險區(qū)域的設備,評估其運行年限是否超過設備壽命周期,如超過則選擇退役,如未超過則選擇檢修。對于風險概率高、風險值位于ALARP區(qū)域的設備,評估其運行年限是否大于設備壽命周期,如超過則選擇退役,如未超過則選擇檢修;對于風險概率低、風險值位于ALARP區(qū)域的設備采取定期試驗的運維方式。對于風險值位于可接受風險區(qū)域的設備,風險概率高的選擇加強巡檢的運維策略,風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備的運維策略,除了要考慮設備的狀態(tài),還需要考慮制約設備運維方式的多種約束條件。本文在制定設備運維策略時,對影響設備運維策略的要素進行分析,其結果如圖2所示。本文中,影響設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(如世界大學生運動會等)、環(huán)境約束(臺風、地震等),其他引起設備損壞和制約設備維修的因素為柔性約束。1.3險評估過程設計深圳電網主設備評估體系以設備狀態(tài)評價為依據,基于國家標準中的風險管理方法構建設備運維風險評估體系。風險評估過程主要包括風險識別,風險分析和風險定級。在計算設備故障概率時主要考慮設備老化模型,即式中:K為比例系數;C為曲率系數;Ise為設備狀態(tài)評價得分值;P為設備故障概率(在0~1間取值)。在計算設備故障影響時主要考慮設備本身的價值和造成電網電量的損失。在進行風險評級時,采用ALARP原則進行風險定級。1.4設備壽命的測定電網設備的壽命可以分為物理壽命、折舊壽命、技術壽命和經濟壽命。各種壽命的定義和在制定設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備在反復檢修直到無法恢復原狀的時間周期。技術壽命指從投入起到無法滿足技術要求而淘汰的時間過程,偏重于技術的進步使設備達到技術壽命。經濟壽命指設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。折舊壽命主要從設備的剩余價值出發(fā),是設備從投入到剩余價值折舊至零的過程。本文在制定設備運維策略時,主要考慮設備的物理壽命、技術壽命和經濟壽命。1.4.1故障概率根據文獻,隨著運行年限的增加,電網設備故障概率會逐漸增加。當設備的運行年限達到一定階段時,設備故障概率會明顯增加,導致設備運維工作增加。實際工作中,可以認為當故障概率增加到可以忍受的臨界值時,設備達到了其技術壽命。這個臨界值可以根據專家經驗獲得。本文采用數據擬合的方法繪制斷路器的運行年限與故障概率之間的關聯關系,其結果如圖3所示。由圖3可以估計出斷路器的技術壽命約為21年。1.4.2運行成本本文基于LCC分析方法確定設備的經濟壽命。當設備的平均壽命成本最小時,認為設備達到了經濟壽命。電網設備LCC計算公式為:式中:CLCC為設備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備運行時的損耗,按下式計算:式中:LE為設備損耗;t為運行時間;PP為購電價。維護成本主要考慮設備維護成本,根據統(tǒng)計數據獲得。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備退役所引起的存儲、運輸等帶來的費用,本文按照下式進行估算:若設備初始投資費用為CIC,0,實際運行T年后退役,退役時設備的殘值為CIC,T=0.05CIC,0,此時,設備的年平均成本(凈現值)為:式中:COC,i為設備第i年的運行成本;CMC,i為設備第i年的維護成本;CFC,i為設備第i年的故障成本;p為銀行利率。根據式(6),采用統(tǒng)計數據繪制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主變壓器的經濟壽命約為21年。2優(yōu)化能源主設備的運營和維護策略，優(yōu)化輔助決策系統(tǒng)2.1設備運維管理策略本文提出的電網主設備運維策略優(yōu)化輔助決策系統(tǒng)包含設備風險評估模塊、設備運維數據管理模塊、設備運維知識庫模塊、設備管理系統(tǒng)以及設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,判斷設備的運維策略。若設備不滿足監(jiān)管約束,則需要進行技改或增容。若設備需要進行檢修或技改,則根據設備最佳運行年限判斷其具體的運維策略。2.3風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備風險評估和設備壽命評價結果,其決策流程如圖6所示。對于風險值處于不可接受區(qū)的設備,按照風險理論必須消除設備故障帶來的風險,此時根據設備的最佳運行年限判斷設備需要檢修還是技改。對于風險值處于ALARP區(qū)的設備,其運維策略需根據風險和收益的比較來獲得。本文采取的辦法是對設備按照故障概率進行排序,對于故障概率高(對應于設備狀態(tài)為緊急狀態(tài)的設備故障概率)的設備,判斷其最佳運行年限,安排檢修策略。對于其他設備,安排設備進行檢修試驗。對于風險值處于可接受區(qū)的設備,若設備故障概率高則加強巡檢,否則不予處理。最后,將得到的設備運維項目按優(yōu)先級排列。先是給強制性約束條件下的設備安排運維工作,其次是風險不可接受區(qū)內的設備,再次是ALARP區(qū)域內的設備,最后是風險可接受區(qū)域內的設備。3案例分析3.1單一設備風險評估和維護策略的制定3.1.1維護設備列表參考文獻,對深圳供電局2臺110kV主變壓器的狀態(tài)進行評價,評價結果如表3所示。3.1.2基于運營狀態(tài)的設備風險評估采用設備老化模型,進行設備運行風險評估,其結果如表4所示。3.1.3設備經濟技術的長期評估根據本文提出的設備壽命評價方法,可以得到變壓器的經濟壽命約為21年,斷路器的技術壽命為20年,其結果如表5所示。3.1.4山12號變壓器根據本文提出的設備運維策略輔助決策方法,可以得到設備運維策略結果如表6所示。象山1042號變壓器位于風險不可接受區(qū),根據風險理論,必須對其進行處理。由于其年限超過經濟壽命,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),其運行年限低于設備的經濟壽命,因此建議安排檢修。3.2風險評估和維護政策的全球分析依據決策流程圖,對變壓器設備