基于可靠性的电力设备状态监测及维修改造辅助决策系统

  电力设备是电力系统的组成单元，随着现代电力网络规模的不断扩大、电力用户对供电质量要求水平的不断提高，如何在人员与资金有限的条件下，对数量庞大的电力设备做出科学有效的管理维护决策，以使其在现有条件下保持最佳运行状态及相应做出未来故障预测，是各电力企业面临的一个重要课题。

  随着设备自动化和复杂性程度的增加，状态监测与维修管理在生产中的作用也变得越来越重要。以可靠性为中心的改造维修（RCM）是目前一种全新的方法，该方法通过对设备进行功能与故障分析，明确设备各故障的后果，用规范化的数学模型决策方法，确定各设备的运行状态指标及对故障的预防性维修对策。RCM方法可对各种电力设备的工作可靠性进行评估与预测，并能有效控制设备故障风险，力求降低设备故障影响后果，增加系统可用性，提高维修的经济性。

原理说明

   常规而言，电力系统中的设备在使用寿命期内的状态变化（正常工作、故障检修等）过程一般服从齐次马尔可夫分布，在此条件下可得到设备在初始完好条件下，在任意时间段t内保持正常工作状态的概率为

  其中λ>0，为设备的故障率。一般设备故障率在整个寿命期内呈如下“浴盆曲线”

  图中“早期故障期”故障率较高是由于此时的设备正处于出厂调试、磨合阶段，因而相对故障较频繁；在“耗损故障期”由于设备接近使用寿命终点，各部件损耗严重而故障率呈上升趋势。除此而外，对于设备大部分的正常寿命期，是由于工作中的一些偶然因素引发故障，可见其故障率基本保持不变，即图上的“偶发故障期”。电力系统中大部分设备的工作状态就是在“偶发故障期”内，而其故障率大小反映了该设备制造生产质量的高低。

   在上述条件下一般设备的故障概率随时间呈指数曲线变化，对于电子产品、免维元件、静止或非磨损设备通常满足这个运行规律。

   电力设备中常常带有大量的机械磨损部件，对于此类设备其故障概率满足威布尔分布，其概率密度为： 

  如下图

  可见在威布尔分布条件下，即便在正常使用寿命期内设备的故障率也是不断变化的，其变化情况取决于设备的运行条件、运行年限及维护水平等。

  本系统即建立在上述工程可靠性理论基础上，通过对各设备的历史运行、故障及检修情况数据进行分析统计，而得到设备固有的可靠性参数指标，以此为依据对设备的运行、检修安排做出合理化建议，并能对未来设备的故障发生情况做出预测，以及由此评估每次检修工作的完成质量等。

2、功能描述

  本系统对各电力设备可提供以下的分析处理：

    1 )设备综合可靠性指标评估

以设备的历史故障、检修及工作状况数据为依据，以通用的可靠性分析方法为工具，对设备的故障率及修复率等基本可靠性参数随运行时间的变化过程做出统计拟合，得出设备可靠性指标的历史变化与当前状态情况数据，这是后面所有工作的出发点，并可用来对设备本体的制造生产质量做出评估。

可提供的指标包括：设备故障率、修复率、预期寿命、平均可用度、健康度等。

    2 )在线设备故障预测

在得到当前设备可靠性参数条件下，结合此设备参数的历史变化情况，对其在未来的发展做出相应预测，由此得出在未来一个给定时段内此设备发生故障的期望概率与预期次数。工作人员可以此为依据对设备、系统提前做出计划安排。

     3 )设备故障损失风险评估

由于各设备在系统中的重要性程度不同，其同等故障所造成的损失也会各异。由此将可靠性分析与设备故障损失分析结合起来是一种更为科学的方法，根据掌握损失数据的不同，可将设备故障的实际经济损失、少供电量、系统容量损失等应用于设备的可靠性分析中，得出对应每个设备的故障损失情况评估，由此辅助决策人员统筹计划设备的检修改造或更换。

     4 )满足预定可靠性水平条件下设备的检修计划安排

检修是生产过程中的一项服务，目的是维持或恢复设备到一种能够执行所需功能的状态。在本系统中结合电力生产实际，将检修分为小修（维护）与大修两种情况，其中小修一般指设备在寿命期内安排的时间较为灵活的在线或离线维护，通常小修具有持续时间短、所需费用低等特点，但小修对设备的隐含故障因素常常难以全部清除；大修指设备每隔一定运行周期后所必须执行的离线检修，大修一般持续时间长、所需费用高，但大修通常都能对设备运行可靠性带来较大改善。

本模块以预先给定的设备可靠性指标（如预期故障率、预期故障概率或预期故障次数等）为目标，对设备的小修及大修安排做出建议，以使设备运行情况满足预先给定的可靠性指标要求。

     5 )考虑故障损失的设备检修优化

  本模块在考虑设备故障损失（同3）与检修费用基础上，对设备的小修与大修安排做出优化决策，以使设备综合经济性最佳，可得出如下建议性结论：

当前设备小修最佳安排时间

整个寿命周期内设备大修的最佳间隔时间

设备检修工作质量评估

  如上所述检修（大修、小修）对设备可靠性的影响是不同的，本模块通过监测每次检修后对设备运行可靠性带来的改善变化程度的不同，而对每次检修工作质量做出评估，进而得出检修工作水平评判。

基础数据

电力设备的历史故障、检修情况数据，包括：投运时间、故障时间、故障持续时间、故障原因、故障后检修持续时间、检修人员、非故障停运情况、大修情况等；

设备运行数据，现状与历史的最大负荷、最小负荷、平均负荷等；

设备运行条件，安装位置的温度、湿度、污秽程度、地理与气候条件等（可根据实际情况进行增减）。

应用

  本系统可应用于设备的质量管理与维护工作中，在设备寿命期内对其运行使用情况进行监测与计划。通过本系统的分析评估，管理人员可从宏观角度了解各设备的工作质量与当前状态，并指导进行设备的检修、改造、替换等工作。