（电力系统及其自动化专业论文）基于不确定理论的供电设备检修问题研究.pdf

浙江大学博：仁论文 摘要 本文提出的供电设备检修优化不确定二层规划模型与实际检修计划编制流 程相接近，容易为供电企业所接受，对其实际开展检修工作也具有很好的指导 作用。 关键词：供电设备；检修策略；检修优化；不确定理论；二层规划；可靠性评 估；随机模拟；模糊模拟；混合智能优化方法 a b s t r a c t p o w e rs u p p l ye q u i p m e n tm a i n t e n a n c ei so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ta s s i g n m e n t s f o rp o w e ru t i l i t i e s ，a n di ti st h em a i nc a u s eo fp o w e ro u t a g e sa n dr e d u c i n go fp o w e r 酊dr e l i a b i l i t y h o w e v e r , a tp r e s e n t ，m a i n t e n a n c ea r r a n g e m e n tg e n e r a l l yd e p e n d i n g o nt h ep e r s o n a le x p e r i e n c en e i t h e rg u a r a n t e e se f f i c i e n c yn o rm e e t se v e r - i n c l e a s i n g r e q u i r e m e n t so fi n f o r m a t i o na n da u t o m a t i o n a l t h o u g ht h er e s e a r c ho np o w e rs u p p l y e q u i p m e n tm a i n t e n a n c ei s a ti t sp r e l i m i n a r ys t a g e ，i te x p o s e sa t t r a c t i n ga t t e n t i o no f r e s e a r c h e r si nr e c e n ty e a r s w i t ht h ee l e c t r i c i t ym a r k e t - o r i e n t e dr e v o l u t i o n ，m o l e u n c e r t a i n t i e sc o n c e r n i n gp o w e rs u p p l ye q u i p m e n tm a i n t e n a n c ei s s u e sa r er e q u e s t e d t ob eh a n d l e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n t h ea u t h o ri n t r o d u c e st h eu n c e r t a i n t yt h e o r yi n t o m a i n t e n a n c ei s s u e ，a n dt h u sm a k i n gi n n o v a t i o ni nt h es e v e r a la s p e c t s f i r s to fa l l ，v a r i o u st y p e so fm a i n t e n a n c ec o n c e p t sa r er e c l a s s i f i e da n dc o m p a r e d ， i n c l u d i n gm a i n t e n a n c es t r a t e g y , m a i n t e n a n c em o d e ，m a i n t e n a n c eo p t i m i z a t i o n , m a i n t e n a n c ei m p l e m e n t a t i o na n dm a n a g e m e n t ，e t c b ys u m m a r i z i n gt h ep r i n c i p l eo f m a i n t e n a n c es t r a t e g ym a k i n g ，am a i n t e n a n c es t r a t e g yo p t i m i z a t i o nm o d e li ss e tu p b a s e do nc r e d i b i l i t yt h e o r y t a k i n gm o d e l i n gf u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no f v a r i o u si n f l u e n c i n gf a c t o r sa si t sc o r e ，t h i sd i s s e r t a t i o nc o n s i d e r st h ef u z z ye x p e c t e d v a l u ea n dv a r i a n c eo fe q u i p m e n ti m p o r t a n c ea si m p o r t a n tp a r a m e t e r si nf o r m u l a t i n g m a i n t e n a n c es t r a t e g y t h eo p t i m i z e dr e s u l t sg i v em e m b e r s h i p sc o r r e s p o n d i n gt o v a r i o u sm a i n t e n a n c em o d e s s e c o n d l y , t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e st h es t o c h a s t i cc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha sl o a d ， g e n e r a t o ro u t p u t ，l i n es t a t u s ，m a i n t e n a n c er e s o u r c e s ，e t e o ft h et r a n s m i s s i o nl i n e m a i n t e n a n c eo p t i m i z a t i o np r o b l e m ，a n de s t a b l i s h e st w ot y p e so ft r a n s m i s s i o nl i n e m a i n t e n a n c eo p t i m i z a t i o nm o d e l sb a s e d0 1 1s t o c h a s t i c e x p e c t e d v a l u eb i l e v e l p r o g r a m m i n ga n de x p e c t e dc h a n c ec o n s t r a i n tb i l e v e lp r o g r a m m i n gs e p a r a t e l y t h e f o r m e re v a l u a t e st h ep r o b a b i l i t ya n dc o n s e q u e n c e so fi n s e c u r i t ya n dq u a n t i f i e st h e r i s ki t e mi nf o r mo fs t a t i cs a f e t y c o n t r o l l i n gc o s t t h el a t t e r c o n s i d e r ss y s t e m r e l i a b i l i t yi n d e xd u r i n gm a i n t e n a n c ep e r i o da so n eo ft h ec o n s t r a i n t si n t ot h em o d e l t h i r d ，t h i sd i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e sc r e d i b i l i t yt h e o r yt od e s c r i b ea n dp r o c e s s v a r i o u sf u z z yf a c t o r si nd i s t r i b u t i o nn e t w o r km a i n t e n a n c eo p t i m i z a t i o n f u z z y 浙江大学博士学位论文 a b s t r a e t b i l e v e lp r o g r a m m i n gm o d e l sa i m i n ga tt h em i n i m i z a t i o no ft h et o t a lm a i n t e n a n c e f u z z yc o s t 孤e s t a b l i s h e d ，a n dt h eo b j e c t i v ef u n c t i o nt a k e sm a i n t e n a n c ee x p e n s ea n d l o a dt r a n s f e rd u r i n ge a c hp e r i o di n t oc o n s i d e r a t i o n ah y b r i di n t e l l i g e n to p t i m i z a t i o n a l g o r i t h mi n t e g r a t i n gf u z z ys i m u l a t i o n ，h e u r i s t i cl o a dt r a n s f e r , p a r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n ，a n dt a b ul i s ti sa d o p t e dt os o l v et h em o d e l o p t i m i z e dr e s u l t sn o to n l y v a l i d a t et h ef u z z ye x p e c t e dv a l u ea n dv a r i a n c eo fo b j e c t i v e s ，b u ta l s oc o m p a r e o p t i m i z a t i o nv a l u e sa c c o r d i n gt od i f f e r e n tc o n f i d e n c el e v e l s f i n a l l y , an e wm e t h o db a s e do nd e p e n d e n t c h a n c ep r o g r a m m i n g ，w h i c hi st h e t r a d e - o f fo ft h ee c o n o m ya n dr e l i a b i l i t yi nt h ep r o c e s so fm a i n t e n a n c e ，i sp r o p o s e d s i m u l t a n e o u s l y , t h es t o c h a s t i cf a c t o ra n df u z z yf a c t o r sa r et a k e ni n t oa c c o u n ti nt h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r km a i n t e n a n c eo p t i m i z a t i o n ，a n dt h ep r o b a b i l i t yt h e o r yi sa p p l i e d t od e s c r i b et h er a n d o m n e s so fe q u i p m e n ts t a t u sa n ds y s t e mo p e r a t i o nm o d e ，a n di n a d d i t i o nt h ec r e d i b i l i t yt h e o r yi su s e dt oa n a l y z ea n dm o d e le q u i p m e n tf a i l u r er a t e ， l o a dp r e d i c t i o nv a l u e t h ec r e d i b i l i t yc o n c e p t so fe c o n o m i cg o a la n dr e l i a b i l i t yi n d e x m e e t i n gc e r t a i ne x p e c t a t i o n sa r ei n t r o d u c e d a no p t i m a lm a i n t e n a n c ea r r a n g e m e n t s c h e m ec a l lb eo b t a i n e d ，v i am a x i m i z i n gc r e d i b i l i t yo fu n c e r t a i n t ye v e n t sh a p p e n i n g i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，p o w e rs u p p l ye q u i p m e n tm a i n t e n a n c eo p t i m i z a t i o nm o d e l b a s e do nu n c e r t a i n t yb i - l e v e lp r o g r a m m i n gi sa p p r o x i m a t e l yt h es a m ea st h ea c t u a l m a i n t e n a n c e s c h e d u l i n gm a k i n gp r o c e s s i n g h e n c e ，i tp o s s e s s e s i n s t r u c t i v e s i g n i f i c a n c ea n dt h u sp r a c t i c a lt ob ea c k n o w l e d g e d b yt h ep o w e ru t i l i t y k e y w o r d s ：p o w e rs u p p l ye q u i p m e n t ，m a i n t e n a n c es t r a t e g y , m a i n t e n a n c e o p t i m i z a t i o n , u n c e r t a i n t yt h e o r y , b i - l e v e lp r o g r a m m i n g ，r e l i a b i l i t ye v a l u m i o n ， s t o c h a s t i cs i m u l a t i o n , f u z z ys i m u l a t i o n ，h y b r i di n t e l l i g e n to p t i m i z a t i o na l g o r i t h m v l 图目录 1 图1 1 三类停电原因占总停电次数和停电用户数的百分比2 2 图l - 2 预安排停电( 非限电) 各部分比重2 3 图1 - 3 检修体系4 4 图l - 4 检修分层结构5 5 图1 5 以可靠性为中心检修的流程9 6 图l - 6 长、短期计划关系一l2 7 图3 1 六种常见设备故障率曲线2 7 8 图3 2 模糊集厨的隶属度函数3 6 9 图3 - 3 设备重要度的区间隶属频数分布图3 8 lo 图3 - 4 模糊模拟结果。3 9 1 1 图4 - 1 输电线路检修优化的计算流程图一5 l 1 2 图4 - 2 各时段费用和e d n s 曲线5 4 1 3 图4 3 置信水平取不同值时的优化结果5 7 1 4 图4 - 4 置信水平口取不同值时的优化结果5 8 1 5 图4 5 检修期间系统可靠性指标5 8 1 6 图5 - 1 负荷隶属度函数6 2 1 7 图5 2 足风与风关系曲线6 8 1 8 图5 - 3 配电网检修优化算法的流程图一7 2 1 9 图5 - 4 系统模糊电量不足指标及其方差一7 5 2 0 图5 5 负荷预测曲线7 6 2 1 图6 - 1 下层目标函数可信性的计算流程8 6 2 2 图6 2f 1 子供电系统的树状网络8 7 2 3 图6 - 3 各节点电压幅值和相角曲线9 0 2 4 图6 - 4 各条支路负载率曲线9 0 2 5 图6 5 收敛曲线9 l 2 6 图6 - 6 上下层目标函数的收敛过程9 l 2 7 图6 7 下层规划各目标的粒子平均值9 1 2 8 图6 8 各代最优适应度及下层目标9 1 浙江大学博二仁学位论文 图目录 2 9 图6 - 9 各时段可靠性指标的可信性9 2 3 0 图6 一l oz 随t 的变化曲线9 2 3 1 图6 1 l 三随虿的变化曲线。9 3 3 2 附图b 1i e e e r t s7 9 系统接线图1 0 9 3 3 附图c 1i e e e r b t sb u s 4 系统接线图l 1 2 v i 表目录 1 表1 - 12 0 0 7 年全国城市各类停电综合统计l 2 表3 - 1 设备类型的评分标准3 0 3 表3 2 电压等级的评分标准3 0 4 表3 32 0 0 7 年1 3 类输变电设施可用系数统计结果3 0 5 表3 4 可用系数的评分标准3 1 6 表3 5 所属间隔的评分标准3 1 7 表3 6 所带负荷类型的评分标准3l 8 表3 7 设备检修影响电网供电的评分标准3 3 9 表3 8 评价因素间的相对重要度- 3 4 10 表3 9 随机一致性指标对照表一3 5 1 1 表3 1 0 各种检修方式对应的詹( i ，j ) 3 9 1 2 表3 1 l 各评价因素的灵敏度分析4 0 13 表4 1 待检修输电线路信息一5 2 1 4 表4 - 2 发电机出力随机分布5 2 1 5 表4 - 3 方案旧计算结果比较5 3 1 6 表4 4 方案的最优检修计划5 3 1 7 表4 5 待检线路信息5 5 1 8 表4 6 发电机出力离散分布5 5 1 9 表4 7 方案计算结果比较5 6 2 0 表4 8 方案对应的优化检修计划表5 6 2 1 表5 - 1 待检修配电线路信息7 3 2 2 表5 - 2 方案蛔计算结果比较7 4 2 3 表5 3 方案的线路最优检修时间7 4 2 4 表5 - 4 系统各项可靠性指标7 4 2 5 表5 5 第4 9 时段部分线路潮流分布7 6 2 6 表5 6 方案a i a 3 计算结果比较一7 7 2 7 表5 7 方案a i 的检修计划和资源安排结果一7 7 2 8 表5 8 口不同置信水平下的线路检修安排比较一7 8 浙江大学博士学位论文 表目录 2 9 表5 - 9 第4 时段部分线路电流7 9 3 0 表5 1 0 第4 时段部分支路的承载裕量7 9 31 表6 - 1 可靠性指标的参考值及其上限值设置8 9 3 2 表6 2 检修方案优化结果。9 0 3 3 表6 - 3 各项指标可信性的优化结果9 1 3 4 附表a 1 输配电网检修优化国内外研究现状比较1 0 7 3 5 附表b ii e e e r t s 系统机组分布1 l o 3 6 附表b - 2i e e e r t s 系统负荷数据11 0 3 7 附表b - 3i e e e r t s 系统支路参数1 1l 3 8 附表c 1i e e e r b t sb u s 4 系统负荷数据1 1 2 3 9 附表c - 2i e e e r b t sb u s 4 系统馈线类型和长度11 4 4 0 附表c - 3i e e e r b t sb u s 4 系统元件可靠性数据1 14 4 1 附表c - 4i e e e r b t sb u s 4 系统支路数据1 15 v 1 1 1 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得迸至三盘鲎或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：许化肆签字咻沙口 年1 月加日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝婆盘鲎有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 许世蹿 导师签名： 签字同期： 加习年一7 月2 ，一日 签字日期：年月e 1 致谢 本文是在导师黄民翔教授和邱家驹教授的悉心指导下完成的。在五年多的 研究生阶段，得到了两位导师学习、生活各方面的指导、关心和帮助。两位导 师渊博的知识、虚怀若谷的品格、严谨求是的治学态度和富于开导性的启发教 导让我由衷敬佩，必将终身受益。至此论文完成之际，谨向两位恩师致以最诚 挚的谢意! 论文工作得到了郭瑞鹏老师、高金伍老师和李文沅老师等的指导，他们无 私地利用自己的科研经验帮助我解决问题，对他们表示无比的感激。在浙江大 学求学的九年中，得到了电力系统及其自动化教研室各位老师的关心和培养， 在此表示衷心感谢! 感谢同一课题组的陈兴雷，牟善科，唐景星，蒋献伟等同学，吴荻、麻常 辉、卞晓猛、仇宏祥等师兄，浙江大学电机系3 0 4 、3 0 6 实验室和浙江大学电气 0 0 4 班的同学! 特别感谢我的家人，女友及其父母给予我的不懈支持和鼓励，你们是我在 科研和人生道路上勇敢前行，毫不畏惧的坚强后盾和精神动力。谨以本文献给 你们! 感谢所有关心过我、帮助过我的人们! 1 1 引言 第1 章绪论 我国将建设以特高压电网为骨干电网、各级电网协调发展的国家电网，不 断加大电网建设投入，落实电网发展规划。电网的快速发展必将造成电力设备 大量增加，检修工作量伴随着设备数目的增加而迅速扩大，这意味着供电企业 需要投入更多的人力、物力和财力，以达到安全、经济、可靠地进行电力生产 的目的。设备检修是指为保持或恢复设备完成规定功能而采取的技术活动，日 本工业标准j i s 对“检修”作了如下定义：“所谓检修是把产品保持在使用及运 用状态以及为排除故障和缺陷所进行的一切处置及活动 i i j 。结合检修的定义， 供电企业r 常进行的检修工作主要包含两种情况：一是维持j 下常运行设备的可 用状态，如设备的注油、清扫、润滑等r 常维护工作；二是紧急修复出现故障 或缺陷的设备。这两种情况只是保持或恢复设备原来的功能，并非提高其性能， 因此不能要求和期望通过检修使设备新增功能或达到更好性能i l j 。 安全、经济、可靠地丌展电力生产一直是电气企业的重要目标。根据国家 电力监管委员会的统计数据【2 l ，2 0 0 7 年全国城市共发生故障停电6 0 8 0 9 次，各 类停电综合统计结果见表1 1 。 表1 - 12 0 0 7 年全国城市各类停电综合统计 由上表可见，预安排停电是影响供电可靠性水平的主要因素，其中又以非 限电在总的停电次数和受影响的时户数中占较大比重，分别达到6 6 4 7 和 7 6 7 3 。图1 1 给出了三种停电因素对总停电次数和总停电时户数的影响情况。 m 太 博l 学也论史萆十* 确定理电t k h i j , 椅饪问鹿目究 dm i # * ( f m t “ - m t 掉* l b ( m l b ) 口* t 图1 - 1 三类停电原因占总停电次鼓和停电用户数的百分比 另掘中国电力企业联合会的统计数据，预安排停电( 非限电) 的主要原 因有：( 1 ) 屯网建设改造和其他市政建设( 施工) ：( 2 ) 1 0 k v 以上电压等级输 电线路及各级变电站设备的大小修、预试、定校、反措、消缺等( 输变电检修) ； ( 3 ) 1 0 k v 配电线路及设施大小修、预试、定校、反措、消缺等( 配电检修) 。 这三部分所占预安排停电( 非限电) 的比重如图l 一2 所示( 注：为2 0 0 4 年统计 数据) 。 图1 - 2 预安排停电( 非限电) 各部分比重 口配咆检修 赫1 口辅变l u 检修 可见，检修是造成用户停电和系统可靠性降低的重要原因之一，受l 恪级 供电企业的高度重视。电力设备检修一赢是供电企业不可缺少的一项奄要工作， 涉及设备管理、网架分析、负荷预测及人力资源规划等多个方面，因此需要生 技、调度、线路及变检等多个部门的协调。合理的捡修计划在提高设备运行可 靠性和预防电力事故上起到了积极作用。当前供电企业检修计划编制一般是通 过“检修号职”依靠人工经验完成，这种计划生成方式不但工作效率低下，而 越一 嘲瞄帆似l毫帏 绪论 且无法考虑多种检修限制条件，日益不能满足电力工业迅速发展的需要。随着 信息化的推进，越来越多的供电企业通过计算机管理供电设备，这为计及网络 拓扑前提下的检修计划自动生成创造了条件，也使得计划优化成为可能。 我国供电企业普遍实行统一的预防性计划检修体制，要求设备“到期必修、 应修必修、修必修好。在这种体制下，由国家或行业制定各种设备的试验、大 修和小修周期、项目和工艺标准。设备在运行一段时间后( 一般小于它的检修 周期) ，无论是否检测到故障或缺陷，都要将设备停运并安排检修，一般不允许 超周期工作。计划检修体制在一定程度上保证了设备和电网的安全可靠运行， 特别适用于设备数量少、制造水平低、状态难以全面掌握和评估，及劳动力成 本低的情况1 4 l ，曾对我国电力工业的发展起到积极作用。但该体制也存在诸多 不合理之处，主要表现为： ( 1 ) 缺乏针对性，往往偏重于主机部分的检查和维护，对其辅助设备和附 件的检查和维护不够； ( 2 ) 对于提高系统可靠性的影响甚微，反而有时会因检修失误导致缺陷； ( 3 ) 检修过剩，对状态良好的设备进行不必要的检修； ( 4 ) 检修不足，未到检修周期的缺陷设备带病运行，酿成事故； ( 5 ) 耗费大量资源，存在大量浪费。而另一方面，难以合理分配资源，对 庞大数目的设备定期安排检修将会使供电企业现有检修资源捉襟见肘，无法保 证重点设备、缺陷频繁设备的维护和检修质量。 除了我国的计划检修体制，国际上普遍采用的检修体制还有美国的生产检 修体制，日本的全员生产检修体制等【5 l 。随着计算机技术的发展和监测技术的 进步，检修体制也在不断变革和创新，一些新型检修体制不断涌现。 近年来，供电设备成倍增长导致检修人员相对不足的矛盾更加突出。此外， 无论从提高供电可靠性，还是增加检修经济性而言，都迫切需要改进或变革原 有检修体制。采用何种检修体制取决于检修理论的发展、企业的技术进步和检 修从业人员的素质，供电企业应结合我国国情和自身情况选择合适的检修体制， 并制定出适合本企业的设备管理和检修体系。 3 浙江大学博士学位论文：基于不确定理论的供电设备检修问题研究 1 2 检修基本概念 1 2 1 检修体系结构 国内外有关“检修”的名称很多，但概念互相交叉，易引起混淆，也不利 于技术的推广。本节从研究对象和方法上对各种“检修进行分类和统一，并 作为全文统一的名称。 按研究对象不同，可以将整个检修过程分成设备层面和系统层面1 6 。设备 层面主要包括“检修策略”和“检修方式 ；系统层面主要是“检修优化 ；而 “检修实施和管理”将系统的检修计划具体落实到单个设备的检修过程。整个 检修体系如图l - 3 所示。 设备层面。系统层血 图l - 3 检修体系 随着供电企业设备信息化管理的不断推进，各地区供电企业相继开发了生 产管理信息系统或其它相应的系统。这些系统主要管理设备台帐、状态评估、 缺陷情况、历史统计数据等信息，为检修过程提供基础数据，见图1 3 。 检修策略( m s ，m a i n t e n a n c es t r a t e g y ) 是利用设备信息并结合其在电网中的 4 绪论 地位，为该设备选择一种合理的检修方式( m d ，m a i n t e n a n c em o d e ) ，诸如我国 供电企业普遍实行的事后检修( b m ，b r e a k d o w nm a i n t e n a n c e ) 、定期检修( t b m ， t i m eb a s e dm a i n t e n a n c e ) 和状态检修( c b m ，c o n d i t i o nb a s e dm a i n t e n a n c e ) 等， 见图1 - 3 。 检修体制由检修策略和检修方式组成，同一检修体制可以包含多种检修方 式，如计划检修体制包含b m 、t b m 和c b m 等；同一检修方式也可以存在于 多种检修体制中，如计划检修体制和生产检修体制均包含b m 。随着检修理念 的革新和技术的进步，更为先进的检修方式不断诞生，为检修这一古老的课题 注入了勃勃生机。也正是检修方式的发展，促使了新的检修体制生成。 检修优化也称作检修计划优化，它是根据检修方式所确定的设备“允许检 修时间限制”和“检修优先次序”等，协调各设备的检修安排，以实现检修最 经济和电网最可靠等目的。检修优化生成的检修计划表以文件形式下发至送电、 变检、线路等部门，这些部门执行具体的检修工作，并把检修任务的完成情况 反馈到生产管理信息系统。 1 2 2 检修层次结构 从管理的角度，整个检修体系从上而下又可分为三层：决策层、优化层和 作业层，如图1 - 4 所示。 图l - 4 检修分层结构 t 一 决策层 1 一 优化层 i t 一 作业层 i 检修决策层对应图1 3 的“检修体制”，是一个宏观的、远期的决策，如当 前我国普遍实行的计划检修体制是5 0 年代开始从前苏联学习引进的。这不是一 个人或单位短时间能决策的，而是在技术条件成熟后，经过长期研究和论证后 5 浙江大学博士学位论文：基于不确定理论的供电设备检修问题研究 所做的决定。决策一旦确定，一般不允许随意变动。 检修优化层对应图l - 3 的“检修优化 ，当前电力系统检修问题的研究主要 集中在这一层面。检修专职统计规划年或月应检修的设备，并考虑检修限制条 件来优化生成设备检修计划。 检修作业层，也称具体实施层，对应图1 - 3 中“检修实施和管理”。具体安 排检修过程并开展检修工作，包括检修人员分配、车辆安排、备品备件管理、 具体检修实施过程管理等。 1 3 检修策略 检修策略是从政策、技术、经济性和可靠性角度，分析和决策设备应采用 何种检修方式，属于图1 - 4 中的决策层。它立足于研究具体设备( 见图1 - 3 ) ， 根据该设备出厂参数、监测情况、试验结果、历史统计数据等，分析各种检修 方式实施条件是否具备，评估经济性和安全性，最后提出一系列具体的判断参 数。检修策略制定中需要考虑的主要因素有：( 1 ) 新兴检修方式的理论发展及 配套硬件的建设：( 2 ) 经济费用，包括设备更换成本和监测费用等；( 3 ) 上级 部门政策和规程。 广义的以可靠性为中心的检修【7 ，引( r c m ，r e l i a b i l i t yc e n t e r e dm a i n t e n a n c e ) 和以可用率为中心的检修 9 1 ( a c m ，a v a i l a b i l i t yc e n t e r e dm a i m e n a n c e ) 可认为是 一种简化的检修策略。如r c m 通过设备状态监测和重要度分析，只有对系统故 障起主要作用的或者故障会引起大范围负荷失电的设备才采用c b m 。文献 1 0 】 对多个国家的检修方式进行了调查、分析和比较，指出当前检修策略研究的主 要问题是缺乏完善的数学模型。文献【1 1 】将检修方式分成了基于故障的检修、基 于计划的检修、基于应用的检修、基于状态的检修和基于监测的检修五类，详 细分析了它们的优缺点，并据此决策可行且最合理的检修方式。 除了这些倚重人工经验的启发式策略外，也有文献提出了计及多种约束的 确定性1 1 2 l 或可能性1 3 ，1 4 1 数学模型。如文献【1 3 】和【1 4 】建立了基于马尔可夫过程的 设备老化过程，分析不同目标下检修方式( 不修、小修和大修) 的选择，也可 视作检修策略的一种雏形。 6 绪论 1 4 检修方式 检修方式与检修策略同属于决策层，除了前述的b m 、t b m 和c b m 外， 国内外常用的或正在推广的检修方式还包括r c m 、视情维修、预知性检修、主 动检修等。这些检修方式虽然有不同的决策依据和方法，但却承担着共同的任 务：( 1 ) 选取需要检修的设备；( 2 ) 确定设备的检修次序；( 3 ) 安排检修任务 ( 大修、小修、预试等) 。下面介绍几种典型的检修方式： 事后检修 b m 是当设备发生故障或失效时才进行检修，特点是“坏了才修，不坏不 修”。是否发生故障是设备检修的先决条件，并以设备故障发生时问决定设备检 修或更换的次序。 b m 是2 0 世纪5 0 年代前普遍采用的一种检修方式，特点是管理成本低， 便于操作。但缺点也是明显的：( 1 ) 电网的供电可靠性得不到保证；( 2 ) 由于 停电时间无法预先估计，用户得不到预警时间，将使工农业生产遭受更大损失； ( 3 ) 对设备的状态产生不利影响，有时是毁灭性的，甚至可能引起其它设备的 连锁反应，危及整个系统安全运行。 b m 仅适用于故障影响小、更换便宜的低压设备或者采用其他检修方式不 经济的设备。 定期检修 t b m 是一种以时间为基础的检修方式，特点是“到期必修，修必修好 。 这种检修方式为每一个设备分配了一个检修周期( 包括大小修周期、预试周期 等) ，并认为故障的发生和发展与时问有着直接联系，设备在检修周期内均能正 常运行。t b m 将设备到期应检修时间( 上次检修时间与检修周期之和) 作为检 修次序安排的唯一标准。 我国供电企业普遍采用t b m ，积累了丰富的操作运行经验。t b m 在预防 电力事故和促进电力事业发展上起到过积极作用，并将继续对供电企业检修体 制改革产生重要影响。但是德雷尼克定律认为“可修复的复杂设备，不管其故 障件寿命分布类型( 如指数分布、正态分布等) 如何，故障件修复或更新之后， 7 浙江大学博士学位论文：基于不确定理论的供电设备检修问题研究 复杂设备的故障率随着时间增大而趋于常数【1 1 。故障率为常数的设备随机发 生故障，与运行时间没有必然联系，为其安排定期检修没有任何意义。实际运 行经验也证明t b m 无良好的实效，存在很多弊端。t b m 适合于已知设备磨损 规律的设备，以及难以随时停运检修的电气设备。 状态检修【1 5 ，1 6 1 c b m 是在评定设备状态的基础上，根据设备状态和分析诊断结果安排检修 时间和项目，并主动实施的检修方式【5 j 。这种检修方式的特点是“应修才修 ， 将设备状态作为检修次序安排的标准。 许多电力公司开展了c b m 的试点工作，并积累了一定的运行经验。c b m 摒弃了t b m 到期就修的规程，而是根据对设备日常检查、在线状态监视、故障 诊断所获得的设备状态和故障信息，分析判断是否需要安排检修。c b m 可以从 根本上克服“检修过度 和“检修不足 的缺点，提高设备可用率，降低检修 费用，具有主动性和针对性的优点。 尽管当前开展c b m 取得了很大成就，但距离全面、系统实施c b m 还有很 长一段路要走。实际开展c b m 的主要困难和问题包括： ( 1 ) 完善状态监测手段和数据采集，具体来讲，需要增加充油设备色谱分 析、油化试验、红外成像、气体检测、电气测试和超声波等测试手段的运用； ( 2 ) 提高远程监测和变电站自动化水平； ( 3 ) 加强检修技术队伍建设，从组织体系上保证c b m 能顺利和正确地开 展。从主管检修的领导、检修专职到具体检修班组都需要进行一定的专业培训， 并从认识上纠正对c b m 的误区； ( 4 ) 完善生产管理信息系统，做好海量设备信息数据的分析、存储和维护； ( 5 ) 设备状态的检修标准制定，即判断设备状态到达何种水平时需要安排 检修。 以可靠性为中心的检修【m 1 9 1 r c m 源于美国航空业对飞机维修方式的探索，是一种用于确定某设施在其 运行环境下维修需求的方法【2 0 l 。r c m 综合考虑了设备状态及其在电网中的重要 8 绪论 性，并以这两个参数作为检修次序安排的标准。如图1 5 所示，状态参数c 和 重要性参数i 的综合可以用一个x y 坐标系统来表示【i s i 。 r c m 在美国发电厂特别是核电站得到了工程使用，并取得了良好的效果。 国内鲜有r c m 在电力行业实用的报道，但也取得了一定的发展，并制定了实施 指南【2 。与c b m 相比，r c m 突出的优点是在决策过程中计及了设备在电网中 的重要度，这在检修中无疑是很重要的，有助于提高检修期间系统的可靠性。 图1 5 以可靠性为中心检修的流程 圈 故障模式及影响分析( f m e a ，f a u l tm o d ea n de f f e c ta n a l y s i s ) 是r c m 的一 项重要内容【2 ，然而f m e a 本身就是一项需要耗费大量资源的工作。若在供电 企业开展r c m ，不但要建立或升级相关系统以分析设备故障及其影响，而且需 要培养一批具有丰富经验的专业故障分析工程师。因此，目前我国供电企业开 展r c m 在技术上不成熟，经济上不合算，还存在大量工作需要完善。 优化的检修方式应融合b m 、t b m 、c b m 和r c m 等多种检修方式于一体 2 2 1 。c b m 虽然作为一种先进的检修方式受到各级供电企业的重视，但现阶段大 范围采用c b m 是不现实的。 1 5 检修优化 检修优化是根据检修方式确定的设备允许检修时间约束，并计及同时性和 顺序性检修、电网潮流、系统稳定性和可靠性、检修资源等约束