（电力系统及其自动化专业论文）供电设备检修计划安排的研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t e q u i p m e n tm a i n t e n a n c ei sav e r yi m p o r t a n tp a r to f p o w e rs y s t e mo p e r a t i o n w i t h t h ec a p a c i t yo fp o w e rs y s t e mi n c r e a s i n ga n n u a l l ya n dt h ea m o u n to fd e v i c e s b e c o m i n gl a r g e ra n dl a r g e r , m a i n t e n a n c es c h e d u l i n gm a n u a l l yb e c o m e sm o r ea n d m o r ed i f f i c u l t t h es c i e n t i f i c ，r a t i o n a la n dp r a c t i c a lm a i n t e n a n c es c h e d u l e sa r r a n g e d b yc o m p u t e ra r eh e l p f u lt oi m p r o v et h es t a b i l i t yo ft h ep o w e rs y s t e mo p e r a t i o na n d i m p r o v et h em o d e r n i z a t i o nl e v e la n dp r o f i te f f i c i e n c yo f t h ee n t e r p r i s e s t ob e t t e rd e f i n et h ew o r d m a i n t e n a n c e ，i ti sp r o p o s e dt h a tt h em a i n t e n a n c e p r o c e s s b ed i v i d e di n t ot h r e e l a y s ，i e 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 a r r a n g e m e n t ，a n dm a i n t e n a n c ei m p l e m e n t a t i o n t h et a s ko ft h em a i n t e n a n c es t r a t e g y h a yi st od e t e r m i n et h ee q u i p m e n tm a i n t e n a n c em o d e ，a n di t i si m p o r t a n tt om a k e c l e a rt h er e l a t i o nb e t w e e nm a i n t e n a n c es t r a t e g ya n dm a i n t e n a n c eo p t i m i z a t i o n t h e r e s e a r c ho fm a i n t e n a n c es t r a t e g yi ss u m m a r i z e d ，a n dm a i n t e n a n c es t r a t e g ym o d e l i n g i sp u tf o r w a r d a c c o r d i n gt ot h er o l e sa n dc o n s i d e r a t i o n sw h i c ha r eb a s e da n dt a k e n i n t oa c c o u n t i nt h ep r a c t i c a lw o r k , t h i sp a p e rp r o p o s e san e wm o d e lf o rd i s t r i b u t i o nm a i n t e n a n c e s c h e d u l i n gw h i c hi n t e n d s t of i n dt h em o s ts e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t ym a i n t e n a n c e s c h e d u l ew i t h o u tv i o l a t i n ga n dr e s t r i c t i o n sa n da l s ot h ep a p e rm a k e sad e e pr e s e a r c h o fg a t h ep r o p o s e dm o d e la n dm e t h o da r ea p p l i e dt oap r a c t i c a ls y s t e m , a n d n u m e r i c a lr e s u l t sv c r i 匆t h ec o r r e c t n e s sa n dv a l i d i t yo f t h e m i i 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 安全、经济、可靠的供电是电力企业的基本目标。但是正常运行的设备可能 会由于绝缘老化等诸多因素造成故障，从而引起停电。对设备进行检修是延长设 备使用寿命、提高系统运行可靠性的重要手段。随着我国经济的快速发展，输配 电网络也呈现出规模不断扩大、电压等级不断提高、输电容量不断提高等特点； 此外，用户对供电可靠性和供电质量的要求日益提高。这一切导致电力企业维修 工作量不断增加，而且费用也在不断攀升，检修费用已成为电力企业最基本和最 主要的成本之一。如何提高设备的维修效率，减少维修成本，提高设备的安全可 靠性水平，是电力企业技术创新和制度创新的重要目标。 我国电力企业长期以来采用的定期计划检修仍是目前设备维修的主要方式。 定期计划检修无疑在防止设备事故的发生，保证安全可靠供电等方面起到了很好 的作用。但是时至今日却日显弊端，用它来指导检修实践的结果，往往在“量” 上表现为检修过省或检修不足，有时在“质”上还表现为负效应，危及电网安全。 随着我国电力体制改革和电力市场经济的发展，一方面要求电力系统供电的可靠 性进一步提高，另一方面要求电力企业在发展中能有较好的经济效益，即把电力 企业管理主要成本之一的设备维修费用进一步降低。因此，如何采用合理的维修 策略和运用高科技手段，采用最佳的维修方式，以保证设备安全运行，提高设备 运行的可靠性，节约维修费用，最大限度利用设备是供电企业亟待思考与认真研 究的问题。 1 2 课题研究的背景和意义 1 2 1 电力系统检修体制 工业发展从手工作坊到机械化和电气化，各个时期的设备管理与检修方式有 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 很大的变化，一般来说可概括为四个阶段。第一次产业革命时期对设备实行事后 检修，运行人员兼做检修工作。第二次产业革命时期开始实现预防性计划检修， 检修从生产中分离出来，形成相对独立的专业工作，产生了检修人员，有了专业 性检修队伍。第三次产业革命时期推行考虑经济目标的检修，开始应用设备寿命 周期费用概念进行设备管理。第四次产业革命时期正逐步实施以设备状态检测和 故障诊断为基础的状态检修，即基于设备状态的检修。设备检修体制是随着生产 力的发展、科学技术的进步而不断演变的。它在很大程度上反映出生产力发展水 平和技术管理水平的高低【1 】。 事后维修阶段 事后维修( b m ：b r e a k - d o w nm a i n t e n a n c e ) 是当设备发生故障或其他失效时 进行的非计划性维修。采用事后维修能够最大限度地提高设备利用率，减少不必 要的检修所造成的浪费。但是，这种应急维修需付出很大的代价和维修费用，严 重威胁着设备或人身安全，对系统安全也极为不利。在现代设备管理要求下，事 后维修仅用于对生产影响极小的非重点设备、有冗余配置的设备或采用其他检修 方式不经济的设备。这种检修方式又称为故障检修。 预防性检修阶段 预防检修( p m ：p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ) 有两大体系：一是以前苏联为代表 的计划预修体制，另一个以美国为代表的预防维修体制。 计划预防维修的特点是根据计划对设备进行周期性的修理( t b m ：t l m e b a s e dm a i n t e n a n c e ) ，可分为大修、中修和小修，修理的周期大多数由设备制造 厂或使用单位确定，这种体制的优点是可以减少非计划( 故障) 停机，将潜在的 故障消灭在萌芽状态，缺点是维修的经济性和设备基础保养考虑不够，容易产生 维修过剩和检修不足。我国于上世纪五、六十年代引入该体制，至今仍在电力企 业普遍采用。 预防维修是一种通过周期性的检查、分析来制定维修计划的管理方法，其优 点是可以减少非计划( 故障) 停机，而且检查后的计划检修可以减少维修的盲目 性。但由于检查手段和检查经验的不足，造成检修计划的不准确，导致检修冗余 或不足。1 9 6 0 年后，西方国家在预防维修制基础上发展起了生产维修策略( p m ： p r o d u c t i v em a i n t e n a n c e ) 。生产维修是以预防性维修为中心兼顾生产和设备设计 2 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 制造而采用的多样、综合的设备管理方法，由四个部分组成：检修预防( m p ： m a i n t e n a n c ep r e v e n t i n g ) 、事后维修( b m ：b r e a k d o w nm a i n t e n a n c e ) 、改进检修 ( c m ：c o r r e c t i v em a i n t e n a n c e ) 和预防检修( p m ：p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ) ，特点 是较为灵活，吸收了后勤工程学的内容，提出了维修预防、提高设备可靠性设计 水平以及无维修设计思想。 状态检修阶段 状态检修( c b m ：c o n d i t i o n b a s e dm a i n t e n a n c e ) 或预知维修( p m ： p r e d i c t i v em a i n t e n a n c e ) 是从预防性检修发展而来的更高层次的检修体制，状 态检修这个概念是在5 0 年代由美国通用电气公司最早提出的，在6 0 年代开始应 用于航空航天系统，8 0 年代美国e o p r i 将其应用于核电站的检修。近年来，状 态检修技术正开始应用于发电厂和输变电设备的检修。 这是一种以设备状态为基础，以预测设备状态发展趋势为依据的检修方式。 它根据对设备的日常检查、定期重点检查、在线状态监测和故障诊断所提供的信 息，经过分析处理，判断设备的健康和性能劣化状况及其发展趋势，并在设备故 障发生前及性能降低到不允许极限前有计划地安排检修。这种检修方式能及时 地、有针对性地对设备进行检修，不仅可以提高设备的可用率，还能有效降低检 修费用。它与预防检修相比较，带有很强烈的主动色彩。 归纳一下，状态检修主要具有以下的优点： 不必对设备进行定期检修，大大降低了检修成本。 提高了检修的针对性、有效性，真正体现了“应修必修，修必修好”。此外 还降低由于不当或不必要的预防性检修引起故障的可能性。 能够发现问题于萌芽状态，实时监测还可限制问题往严重化的方向发展。 延长设备寿命。有了足够用的设备数据库和对动态参数监测的能力，可以准 确地预测设备的寿命。 1 2 2 进行检修体制改革的必要性 总结国内外的实践经验，在电力行业推行状态检修具有直接的效益：延长了 设备定期检修间隔，减少了总的检修时间，节省了大量的维修费用；提高了电力 设备可用系数，增加了发电能力，延长了设备使用寿命，确保了发供电可靠性降 3 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 低了维修成本，减少了维修风险。 但是根据我国的国情，目前在全系统实行状态检修技术上不成熟，经济上不 现实，也没有必要，这是因为： 并不是所有设备的故障都可以通过状态检测来获得，有很多的设备故障根本 没有合适的检测手段，也没有合适的表征数据来描述其故障特征，只能看到 异常情况的产生； 也有很多设备故障发展速度很快，即使能够通过状态检测及时得到设备的故 障兆头，也没有充分的时间进行检修，对于这样的设备，对其进行状态检修 就没有任何意义： 有些设备的故障率与时间的关系与浴盆曲线符合的比较好，故采用计划检修 可能是最合适的选择，只要在设备寿命到来之前将该设备换掉或修复即可。 在改革现行的检修体制时，应选择合理的检修策略，不必受哪一种特定检修 体制的约束，也不能简单地用某一种检修方式来完全取代。合理的检修策略应融 故障检修、定期检修、状态检修为一体，将各种检修方式优化组合a 在保证合理 性和可靠性的前提下降低检修成本。也就是说，推行状态检修，不局限于状态检 修本身，而应有全面优化检修的思想。针对我国现有的管理水平和技术水平，充 分发挥传统计划检修体制积累的丰富经验，结合状态检修实现全面优化检修的思 想，循序渐进，先辅机后主机，先简单后复杂，不能在不具备条件的情况下盲目 实施。 1 3 本文研究方向和主要内容 本硕士论文的主题是希望通过论文明确检修基本概念，同时通过分析某局检 修计划安排软件，分析该软件的应用。最后，采用遗传算法对检修计划进行寻优。 第一章作为全文的引言，简单讨论了国内外检修发展的基本情况和基本概 念。指出我国现行检修方式的优缺点，明确本文研究工作的重要性。 第二章将检修概念进行了明确的分层解释，包括检修策略层、检修安排层和 检修具体实施层。重点论述了检修策略的基本概念，研究内容等。 第三章分析了检修策略的模型，主要回顾了国内外关于检修策略的研究现 状，采用的方法，提出了新的关于检修策略的模型。 4 浙江大学硕士学位论文 第一章结论 第四章介绍了供电企业检修计划安排软件，包括软件的结构、界面和软件功 能以及软件算法原理框图。 第五章分析了检修安排层中检修优化的基本模型和目前研究限制。 第六章利用遗传算法对检修计划进行优化。 第七章对全文进行了总结。 浙江大学硕士学位论文第二章检修的基本概念 2 1 概述 第二章检修的基本概念 正常运行的设备可能会发生故障，要求对设备进行检修，所谓检修就是要确 保设备保持实现其设计功能的状态 2 。日本工业标准对 i s 对检修做了如下定 义“所谓检修，是指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” 3 。检修的目的是延长设备的使用寿命，至少延长两次检 修之间的时间间隔 4 。有效的检修应该能够降低设备故障的频率，减小设备故 障的影响，延长设备使用寿命。在电力企业中，检修涉及到生计、变检、线路、 调度等多个部门，是整个企业资产管理的一个重要组成部分 4 ，5 。 按照检修计划安排的时间顺序，可以把整个检修体系分成三层：检修策略 层、检修方式层和检修具体实施层，如图2 1 所示。检修策略层是在设备层面上， 它利用设备信息和网络拓扑信息等，为每一个或每一种设备选择一种合理的检修 方式；检修策略层在设备确定了检修方式后，对网络中所有设备的检修安排进行 统筹考虑和检修优化，这是在整个系统层面上对计划进行安排，目前这方面的文 献相对比较多。而检修具体实施层是在计划制定后，具体去开展和落实这些检修 任务。 6 浙江大学硕士学位论文 第二章检修的基本概念 2 2 检修策略 俭 修 安 持 甚 柃 修 具 体 实 施 层 图2 1 检修策略层研究内容是：设备是否检修、何时检修、检修什么、如何检修、 如何进行检修保障、如何评估检修效果，这些是检修管理层最为关心的问题 6 。 不同设备的检修方式取决于设备的类型、性能、可靠性、重要度、检修经济性等 因素。设备处于何种情形下，按照什么样的维修准则，采用什么样的维修方式就 成为了维修策略或决策问题。通常，各种维修方式并不互相排斥，可在同一个设 备的不同维修需求情形下共存 7 。 检修策略层的研究目标是在现有允许实施的检修体制、检修方式和相关检修 技术的基础上，寻求更好的经济效益、更高的系统可靠性为此，检修部门必 须建立一组由设备状态、维修条件和施工环境决定的专用规则，明确说明在特定 条件下，何时何地因何可能原因要对哪一台设备确切地实施什么样的维修。同时 考虑系统运行条件、人员物质、政治因素等等的约束条件。 7 浙江大学硕士学位论文第二章检修的基本概念 2 。3 检修安排层 检修技术发展至今出现了多种检修方式，图2 - 1 列举了一些主要的检修方 式。文献 1 对应于四次产业革命将它们分成事后检修、预防检修、经济检修和 状态检修四类，此外，还有其他多种不同的分类方式 3 ，8 - 1 1 。本文以目前我 国电力企业常用的检修方式作为研究对象，将它们分作故障检修、计划检修和状 态检修。 检修安排层主要针对具体某一种检修方式( c b m 或p m ) ，研究如何具体的执 行，确定系统的检修周期、确定检修内容、根据检修内容制定检修计划及根据检 修进度对计划加以调整的问题 1 1 。每一种检修方式都有其优缺点和适用范围， 文 5 ，1 0 对此问题作了具体的研究。以我国目前常用的计划检修为例，只有掌 握了系统或设备的故障规律，才可能制定出合理的检修计划；如果在对故障概率 毫不了解的情况下安排设备的定期检修，不但无益反而有害，即“过修”和“欠 修”问题。作为检修计划的制定者，必须掌握各种检修方式的优劣性，才能为具 体的设备选择最优的检修方式。 2 4 检修具体实施层 检修具体实施层，也可称作检修管理层。研究检修过程的具体安排，包括人 员分配、设备可靠性管理、数据的综合管理、备品备件的管理、具体实施过程的 管理、专业人员的培训等等。处理这些庞大的数据量，传统的管理体制和手段已 显得力不从心了，需建立一套先进高效的管理工具，这就是计算机维修管理系统 ( c 删s ) 1 。1 2 。 8 浙江大学硕士学位论文第三章检修策略模型 3 1 概述 第三章检修策略模型 检修策略的目标是寻找一种最优的检修方式，来避免不必要的检修，延长检 修的间隔。现阶段我国电力企业普遍对所有设备采用固定的检修间隔，这大大增 加了检修的工作量和费用，频繁的检修也直接影响着设备使用寿命。从上个世纪 八十年代开始，人们考虑根据设备状态来确定检修问隔，即状态检修，用这种检 修方式能避免许多不必要的检修。但是，一些设备由于经济或技术的原因，状态 是无法测得的，将不得不根据预先确定的检修间隔进行计划检修，或者在设备发 生故障后进行事后检修 1 3 。因此在电力企业中进行设备检修策略的研究十分必 要。 3 2 基本模型 国外发达国家早在上世纪7 0 8 0 年代就开始研究这个课题，取得了一系列 研究成果。但大多数研究是将系统发电侧作为研究目标，输变电侧特别是配网侧 的研究相对较少。国内目前对于这一课题的研究尚处于起步阶段。 本文通过学习研究国内外文献，对检修策略的研究成果做了一个小结。 3 2 i 确定性数学模型 文献 1 4 一1 7 提出了同时考虑“设备状态c ”和“设备在电网中重要性i ”两 个评价准则的r c m 检修策略。这里的r c m 与检修方式中的r c m 是不一样的，这里的 r c m 是一个广义的概念，是一种检修策略。该策略认为对电网有着重要影响的设 备，应利用状态监视和诊断技术获取的设备状态和故障信息，判断设备异常，预 测故障发展趋势，在故障发生前，根据设备状态决定对其检修，即实行状态检修 t 1 8 j ；而对于在电网中无足轻重的设备，可以采取用坏为止的事后检修方式。这 个模型的参数值可用一个c 一，直角坐标系统表示，黑点表示变电设备，i 越大 9 浙江大学硕士学位论文 第三章检修策略模型 i c 和l 分设备的重要性为三个区域：i 区为事后检修策略；i i 区为状念检修 c 。、e 为设备需常规检修抑或更换的判据：( 1 ) c c 。：必须更换：( 2 ) d 一c 2 + ，2 s i n ( a r e t a n ( c i ) + f 1 ) i c l卜 “刊爿 拓厶 “1 图3 1 文献 1 7 是这一检修策略运用于电力系统中，来决定断路器检修方式的一个 实例。该文具体给出了c 和i 考虑因素，通过分配权值将这些信息进行拟合。 评价准则可以选择不同的准则，也可以只考虑单个准则。文献 4 就不光基 于设备状态，也基于故障模型及影响效果等来制定检修策略。文献 1 4 分析了只 考虑设备在网络中重要度的情况。电力系统故障多数是由于线路故障引起的，但 是线路故障多由于闪电等自然因素引起的，因此应将检修的重点放在变电所上。 变电所中的设备对可靠供电影响也是不一样的，检修中也应该区别对待。此时， 可以用一条数轴来判断各种设备的检修方式，定义m - 砀磊e 匠( s u 丽b , ) 1 0 0 ， 其中e ( s u b ，) 为由于i 变电所主变故障无法传输的容量。按嵋排序来区分设备的 检修方式和次序。 浙江大学硕士学位论文 第三章检修策略模型 3 2 2 概率性数学模型 概率性数学模型主要以m a r k o v 模型为代表，m a r k o v 链 1 9 2 2 过程( 或系 统) 在时刻t o 所处的状态为已知的条件下，过程在时刻， t o 所处状态的条件分 布与过程在时$ j t o 之前所处的状态无关，这称这个过程具有马尔可夫性。电力系 统设备检修过程在系统当前检修状态为已知的条件下，以后的检修安排仅同系统 当前状态有关，而与之前状态是无关的，这是一个典型的马尔可夫过程。因此可 以采用马尔可夫模型来模拟系统的检修过程。 将设备老化过程分成轻微、中等、严重三个老化程度，另外有良好和故障两 个状态，则设备老化的马尔可夫过程包括5 个状态。 马尔可夫决策过程主要有四个部分组成：( 1 ) 状态空间s = 扛，l 扛1 ，2 ，疗 ； ( 2 ) 动作空间，定义为各种状态下可能采取的措施，a = i a ( s ) l v , s ；( 3 ) 状 态转移概率函数；( 4 ) 成本函数 2 0 。如图3 - 2 所示。 图卜2 丑、s ：、毛、3 。g l s ，分别表示良好、轻微老化、中等老化、严重老化和故障 状态；m 为检修策略，可以选择前面的各种检修方式，文献 1 9 ，2 0 ，2 2 则选择 了大修、小修或不修这三种电力局通常的分类方法；s 为检修后的状态。定义d 为一种决策，d = 溉，d ：，d 3 ，d 4 ，d 5 ，以毫4 ( s ) 。马尔可夫决策过程所要解决的 就是选取一组决策行为，使系统总收益最大。文献 1 9 j 从检修费用最小、可靠性 最高和考虑故障后果角度，分析了三种情况的检修决策结果。 浙江大学硕士学位论文 第三章榆修策略模型 3 2 3 启发式模型 启发式模型也可分成确定性和随机性两类。p e t r i 网起源于1 9 6 2 年德国c a r l a d a mp e t r i 的博士论文，是对离散并行系统的数学表示。是有一个4 元组 p ，丁，0 ) ，其中p 是位置的集合，t 是迁移的集合，i 是输入函数，0 是输 出函数。文献 2 3 引入了一个具有设备状态检测和状态判别决策机制的大小修 p e t r i 网模型，在基于时间周期的预防性维修决策中嵌入了状态检测过程和以设 备为依据的决策行为，合理地解决了几种检修方式之间的互相关联制约问题，建 立了优化检修策略可能的途径。文献 2 4 提出了一种基于p e t r i 网的随机模型， 用蒙特卡罗来仿真和评估比利时电网复杂的检修活动。文 2 5 介绍了一种利用区 间算法和遗传算法对检修策略进行检修优化。 3 3 新的模型 如图3 3 所示，检修策略首先要确立目标函数，以经济性为目标还是以可靠 性为目标；然后进行数学建模，并考虑进前述的约束条件和规则；最后选择传统 的数学方法或者启发式方法来寻找最优结果。约束条件或者规则与目标函数可以 转换。 图3 3 选择最优检修方式的过程是一个循环选择的过程，如图3 4 所示。从检修策 略制定检修方式的过程1 中，主要受到两个方面的影响：一是理论的发展，新检 修方式的提出，为检修策略提供更广的选择范围；二是技术的发展，新设备检测 技术的发展是开展状态检修的必要条件；三是人员思想观念的改变，提高检修单 位对检修的积极性。过程2 则是对选择的检修方式进行可行性、经济性和系统可 靠性等的评估，评估过程中可以考虑进各种约束条件，对满足约束条件较差的检 修方式可以之间排除。过程3 又回到检修策略，重新选择新的目标函数，重复各 步操作。最后综合考虑各种目标函数下的评估结果，确定最优的检修方式。 f 检修策略) ，一7 ( 7 百、 7 7 磊矗(评估卜型一检修方式 、。 、，一一 图3 4 浙江大学硕士学位论文 第四章供电企业检修计划安排软件 第四章供电企业检修计划安排软件 4 。1 计划编制流程 实用检修计划安排软件主要将检修计划分为：年计划和月计划。年检修计划 主要按照国网和浙江省局制定的设备安全检修规程、设备试验规程等，依据负荷 情况和检修资金情况确定本年度需要检修的设备。适当安排大修、大致安排检修 所需时间。月检修计划则是按照统一的检修规程，考虑网损、设备状况、停电时 间、检修设备地理位置、人员分配等多种目标及约束，将年检修计划分配至一年 当中的某月某天。 月检修计划是地区供电企业最为关心的，主要可以分成上报省局计划和局计 划两部分。各地区供电局必须在每月1 0 曰以前将2 2 0 k v 及以上电压等级的检修 计划( 5 0 0 k v 电压等级设备由省公司委托各地区供电局检修) 上报给省公司。该 上报计划制定步骤主要有以下几步： 1 各基层单位必须在每月3 日前将下月需要检修的设备上报。各基层单位只考 虑自己辖区内的设备，不去考虑设备是否可以停电，下月是否安排检修等。比如， 变检所只考虑变电设备，送电管理所只考虑线路设备等。 2 交各个专业、运行单位审查，各单位提出他们的要求。主要是调度综合汇总 各单位的停电检修计划后编制月度检修设备进度表，其目的是减少停电次数，提 高供电可靠性( 针对某一设备，相关单位应尽可能配合) 。此外，对于涉及大用 户的设备停电检修，必须考虑用户的利益，提前协商，减少用户的损失，同时提 供供电部门的社会效应和经济效益。 3 生产2 2 0 k v 及以上电压等级的设备检修计划，在每月l o 日前上报省公司。 4 省调根据省局各单位填报的月度检修计划，考虑到各单位的配合及系统备用 容量的基础上编制下月的月度检修计划。省公司每月2 0 日发文，各单位必须服 从省局计划，不得干扰省公司检修计划的正常次序，应积极主动配合作好协助工 作。 5 编制2 2 0 k v 以下电压等级设备的检修计划，是在省公司检修计划的基础上， 1 4 浙江大学硕士学位论文 第四章供电企业检修计划安排软件 重复1 、2 步骤。 6 地区局生计处每月2 5 日左右召开检修平衡会议，讨论调度编制的月度设备停 电检修进度表，总结上月检修计划，安排下月检修任务。考虑到有些设备必须是 厂家亲自检修的，需要更改检修时间。对于未来得及上报的检修任务可在会上酌 情考虑通过。 7 计划走流程，下发到各个部门。 8 各部门严格按照计划办事。并将检修完成情况及时上报，作为下月检修计划 的基础。 根据以上人工编制计划流程，设计出实用检修计划安排软件的计划编制流程 图。年计划流程图和月计划流程图分别如图4 1 和图4 2 所示。 图4 1 年计划流程图 浙江大学硕士学位论文第四章供屯企业检修计划安排软件 圈4 - 2 月计划流程图 4 2 检修计划软件的系统结构图 根据检修计划编制流程，针对某地区局特点，开发了一套实用检修计划软件。 主要包括三块主要内容：软件的数据交互、计划生成和软件功能，如下图4 - 3 所 示： 一r 一_ _ = f 广_ 一一 ；j 月计划( 启发式) ；爿年计划( 启发式l1 年计划( 安用 j j _ i - i 髦! l ( 实用) ；1 一：j l ，。_ j l 。，j 一一一j i 一一圭毫! 兰穰_ 一一一一一i 田牛3 检修计划安排软件系统结构图 1 6 浙江大学硕士学位论文第四章供电企业检修计划安排软件 4 2 1 软件的数据交互 供电企业检修计划安排软件的数据库具有如下特点： 数据库存储容量大：需要包含设备信息、连接关系信息、检修信息等。由于 配电网中包含的设备众多，设备间连接关系复杂，因此要存储的容量巨大。 数据库结构关系复杂：数据库设计过程中必须严格保证数据的完整性，例如 描述连接关系的数据库中出现的设备必须是设备管理数据库中的设备。 要求数据库具有较好的查询效率：检修设备、负荷和约束关系属于不同类型 信息，需要建立相互关联关系，要求数据库的组织方式合理，支持多种不同 方式的复杂查询功能。 要求数据库具有较强的稳定性：保证记录数据的长期可靠使用，除数据库自 身特点外，数据的存储方式将起重要作用，即不变或基本不变的数据归为一 类，时常变化的数据归为另一类，减少操作过程带来意外损坏。 针对某局开发的检修计划安排软件与其他系统的数据交互情况如图4 - 4 所 示。 ( 数据录入在生产管理系统中的专有数据库) 田4 - 4 检修计划安排软件数据交互圈 检修计划安排系统所需的数据主要来自两个系统：生产管理系统和s c a d a 系统( 实时数据采集和监视系统) 。s c a d a 系统中存放的是网络拓扑信息和负 荷数据，这些数据都已经转化为c i m 标准格式。s c a d a 中的数据信息以x m l 格式的文件传递给检修计划安排软件，软件通过s v g 图将他显示出来，潮流图和 变电所内部接线图分别如图4 5 和图4 - 6 所示。 1 7 浙江大学硕士学位论文 第四章供电企业检修计划安排软件 图4 _ 5 2 2 0 k v 潮流图 图4 - 6 变电所撮线示惹圉 除了网络拓扑信息和负荷数据外，其他检修计划安排用到的数据都是来自于 生产管理系统。该系统中的所有数据存放在o r a c l e 数据库中。数据表如下： 1 变电所表( i x l s ) 2 变电所电压等级表( b d s d y d j ) t s 浙江大学硕士学位论文第四章供电企业检修计划安捧软件 3 变电所间隔表( b d s j g ) l 序号( c 0 )设各位置代码( 如c o d e ) 变电所序号( m b _ g r p _ n o ) 设置组位置名称 ( 如一n 删e ) 4 线路表( d f _ s b l i n e ) 生产系统设 i 洲中的名 设备描述设备i d电压等级周期上次时问 备i d i 称( s c a 舢)( s a d 柚e s c )( p r i o e ) ( b a s e v o l t a g e )( z q )( s c s j ) l ( 删c 0 吧) 5 设备信息接口表( d rs b x x _ j k ) b d s m c ( 变电所名称) ；j g m c ( 机构名称) ；s b m c ( 设备名称) ；b d l x ( 变电类 型) ；s b l x ( 设备类型) ；粕c o d e ( 编号 ；b d _ _ k e y ( 代码) ；s b b h ( 设备编 号) ；t z _ s b b h ( 生产系统设备编号) ；z q ( 周期) ；s c s j ( 上次时间) ； 6 设备信息表( s b x x ) b d _ m d c o d e ( 编号) ；b d s j g x h ( 变电所间隔序号) ；s b b h ( 设备编号) ；s b l x d m ( 设备类型代码) ；m c ( 变电所名称) ；s b m c ( 设备名称) ；c c r o ( 上次日期) ： t y r o ( 停役日期) ；x h ( 型号) ；d y d j d m ( 电压等级代码) ；z q ( 周期) ；s c s j ( 上次时问) ； 4 2 2 计划生成 本软件在实现过程中采用了模块化处理，下面以基于可靠性的年度计划为 例，说明计划的形成过程。基于可靠性的年度计划将整个过程分成了1 2 个模块。 1 建立变量集模块分别读取上一年未检修完设备、该年到期设备和可提前到 2 3 4 。 5 该年检修的设备三部分。 计划初始化模块按检修时间排序。 缺陷处理模块主要不同缺陷所进行的处理。 检修时间约束模块根据设备检修周期对设备检修时间进行约束。 年计划形成模块将设备的年检修计划分解到各月、形成计划 浙江大学硕士学位论文第四章供电企业检修计划安排软件 6 工作量约束模块包括年度的总工作量和月度的工作量约束 7 处理不满足约束模块包括对超年度、月度的工作量进行调整和设备超检修 周期时所进行的处理 8 检修任务跨月处理模块对检修任务分布在上月底与下月初的处理 9 设备检修迫切度模块设备在排序时区分其重要程度的模块 1 0 人工调整模块包括输入、修改计划的功能 1 1 输出模块将检修变量转换成标准检修任务名称输出( 是否合适) 。 1 2 提示模块包括对超时间周期的提示，缺陷的提示等。 年计划中各模块之间的关系如图4 7 所示。 图4 7 年计划中各模块问的关系 根据以上分析，年计划流程可由图4 - 8 所示。 浙江大学硕士学位论文第四章供电企业检修计划安排软件 4 2 3 软件的功能 图4 - 8 年计划形成流程 1 基于可靠性的实用检修计划安排可进行年、季、月、周计划制定。 本软件与以前人工编制计划最大的区别在于：考虑进了网络拓扑的影响。主 要是以下三种情况：基建项目中新投产的设备对检修计划的影响；上级计划对检 修计划的调整；生计处对计划的修改。 在人工编制计划时期，如果要对计划做某种修改，一般仅对单一的设备进行 增删，很难考虑进该设备检修引起的可以检修的相关设备。 而本软件将一次停电可以解决的问题全面解决，不允许因考虑不周而发生重 复停电的情况。因此有些设备必须同时检修，将这些设备进行合并，得到设备合 并后的变量集。分成如下几类： ( 1 ) 线路( 包含线路、避雷器、电压互感器、耦容、阻波器等) ； ( 2 ) 间隔( 包含开关、闸刀、电流互感器等) ； ( 3 ) 主变( 包含主变本体、主变避雷器等一些与主变直接相关联的设备) ； ( 4 ) 母线( 包括母线、母线电压互感器、母线避雷器等) 。 在设备分类的基础上，把一起检修的设备进行合并，这跟电网的接线方式有 关，主要遵循的原则如下： ( 1 ) 当线路停役时，则各侧间隔的开关及线路侧设备均配合停役检修；若一侧为 2 l 浙江大学硕士学位论文第四章供电企业检修计划安排软件 线路变压器接线，该侧线路变压器组配合停役检修，该侧变压器以下的母线 电压互感器、避雷器均可配合停役检修；若一侧为内桥( 包括扩大内桥) 、 单母分段( 正常分列) 接线的变电所，则该变电所高压母线电压互感器、避 雷器均可配合停役检修。 ( 2 ) 当线路停役时，若一侧为依靠该线路单独供电的变电所，则该变电所中所有 设备配合停役检修。 ( 3 ) 当变电站内部工作，要求进线线路改检修而引起线路停役的，则依据( 1 ) 和 ( 2 ) 线路停役要求做拓扑。 ( 4 ) 当变电站内部工作，要求进线开关停役但不要求线路停役的，如果该线路非 t 接线路，则可按照( 1 ) 和( 2 ) 线路停役的要求做拓扑，如果该线路为t 接线 路则线路继续运行。 因此，用本软件来安排检修计划，不仅在计划的生产过程中考虑进了网络拓 扑的影响，而且在对检修项目进行增删的时候也能进行拓扑分析，把满足条件的 设备一起安排检修，减少重复停电。 该方法的主要特点可以归纳为以下几点； 以设备检修周期为基础 考虑尽可能少的停电损失电量 考虑检修工作人力与资源约束 考虑设备的重要性( 包括设备电压等级、设备在系统中的地位等) 考虑设备的关联性、从属关系、网络拓扑关系 考虑电网的运行约束( 电压、过负荷) 2 检修计划优化安排( 启发式) 实用检修计划安排输出的计划虽然考虑了尽可能少的停电损失等，但是本质 上讲尽是一个可行勰，两不是最优解。启发式检修计划优化安排除了具有实用检 修计划安排的优点外，通过遗传算法、模拟退火法、蚁群算法等启发式方法来寻 找一个目标函数下的最优解。 本软件提供的各选日标函数有最少的停电损失电量、检修工作量最合理、偏 离设备检修周期最少等。考虑的约束条件则有：设备检修周期约束；检修工作人 力与资源约束；设备检修连续性约束；检修设备的互斥性约束；设备的关联性、 从属关系约束；电网潮流约束。 浙江大学硕士学位论文 第四章供电企业检修计划安排软件 对于这些目标函数或是约束条件，软件中提供的对话框可供选择，可以对一 个或同时对多个目标函数来寻优，同样也可以考虑一个或多个约束条件。 3 人工计划调整功能 允许人工对计划进行调整，如输入计划，修改计划等。计划编制人员如果对 生成的计划不满意，或者发生需要临时加入检修任务的情况，计划编制人员可以 通过管理员的权限对计划进行增加或者删除操作。前己述及，本软件最大优点之 一是将网络拓扑考虑进计划的编制，因此，无论是增加或者删除计划都对该设备 执行拓扑分析，把与该设备在同一问隔且满足“一年半原则”( 一年半原则，就 是将与到期该检修设备的检修时间相差一年半的同间隔设备一起安排检修) 的设 备一起做相应的操作。界面如图4 - 9 所示。 图4 - 9 新增一条计划界面 4 统计与报表功能 可以实现设备可靠性等统计、计划执行情况统计、累计运行时间统计和不间 断运行时间统计等功能。自动形成多种报表并以e x c e l 格式输出或者将结果存放 于o r a c l e 数据库中。 5 计划的输出、查询和排序功能 可以按照电压等级进行分类生成年、月计划，也可以将计划按照部门或地区 分解输出。输出格式也可以选择e x c e l 格式，或者直接存放于o r a c l e 数据库。 这种多选择模式，给计划的使用者带来了极大的便利。此外，对于生成的计划或 者o r a c l e 数据库中已经存放的计划，可以按照检修任务的性质或时间进行查询。 浙江大学硕士学位论文 第四章供电企业检修计划安排软件 对于当前生成的计划，可以通过设备名称等字段直接找到关于该设备相关的检修 信息，也可以对计划按照一定要求进行排序。 6 图形显示功能 将生成计划和网络拓扑图形结合起来也是本软件一大特色。本软件能将电气 接线图用生动的图形表示出来，主要有以下几个特点： 图形中可获取设备或线路的基本信息； 图形的颜色能够将不同电压等级设备区分开来； 可以用图形颜色来区分设备通断电情况； 对于生成的月计划，可以预先察看电网拓扑； 可以在检修前做模拟演示。 7 人工维护功能 人工维护功能不光可以对设备进行修改，本软件针对目前某地区局现有数据 库的局限性，提供了诸如设备工作量管理和月工作量约束管理。并可以按照要求 添加多种管理功能。 8 计算速度 采用本软件能大大提高计划编制时间。以往人工安排计划，需要一个专职来 处理这个问题，而且计划编制人员要对本单位的线路和设备情况非常熟悉，对调 度等部门的工作也要有定的了解。但是采用本软件，普通人员就可以生成设备 检修计划。计算时间一般不超过1 0 分钟。 4 3 软件的界面 软件用户界面友好，在q t 这个编程平台上，采用c + + 语言来编程，与常用 的，操作系统具有相同的风格。系统主界面图和年、月计划显示界面分别如图 4 1 0 、4 1 1 、4 1 2 所示。 浙江大学硕士学位论文第四章供电企业检修计划安排软件 图4 1 0 系统主界面 图年1 1 月计划显示界面 浙江大学硕士学位论文第四章供电企业检修计划安排软件 图4 - 1 2 年计划显示界面 浙江大学硕士学位论文第五章检修优化模型 5 1 基本模型 第五章检修优化模型 电力系统设备检修可分为发电机组检修和输变电设备检修。对于发电机检修 计划安排，国内外已进行了大量、深入的研究，发表过许多文献；而对于输变电 设备检修的安排，相关文献较少。但是这两者存在类似地方，因此在输变电设备 检修安排优化时可以借鉴发电机组检修研究中的一些已有成果。 在1 9 9 8 年以前，检修安排( 包括发电机组检修和输变电设备检修安排) 主 要的目标函数是检修费用、运行费用最低【2 6 】；考虑的约束条件主要是网络潮流 约束 2 7 】，也有部分文献考虑了检修人员约束。采用的优化方法主要是本德分解 ( b e n d e r sd e c o m p o s i t i o n ) 、动态规划法( d y n a m i cp r o g r a m m i n g ) 、分支定界法 ( b r a n c h - a n d - b o u n d ) 、以及单一使用模拟退火算法( s i m u l a t e d a n n e a l i n g ) 、遗传算法 ( g e n e t i ca l g o r i t h m ) 、禁忌搜索算法( t a b us e a r c h ) 等智能算法。这期间主要特点是 所研究的网络都比较小，不少文献对系统做了一些不符合实际的假设。主要文献 见表5 1 。 近期文献与之前的主要区别在于约束条件较多的考虑了系统的可靠性和电 力市场条件下的检修计划安排。随着系统地复杂度不断增加，需要解决的问题的 维数的随之迅速增长，导致单一的优化算法在结果和效率上比较难取得令人满意 的结果。因