考虑风险的运维策略辅助决策方法

考虑风险的运维策略辅助决策方法

0种基于rbm和lcc的设备状态检修策略电网设备安全对于确保电网安全非常重要。随着资产全寿命周期理念的不断深入,电力企业开始更加关注成本、质量和效益的多目标综合最优化。在设备运行维护(简称运维)方面,更加重视设备状态及相应设备、电网的运行风险,以便采用针对性的运维策略。目前,设备状态检修主要包括以可靠性为中心的检修(riskcenteredmaintenance,RCM)、基于风险的检修(risk-basedmaintenance,RBM)和基于全寿命周期成本(lifecyclecost,LCC)的检修3个方面的研究。RCM侧重考虑设备运维策略对系统可靠性的影响,对设备故障产生的影响缺乏量化评估。RBM对设备运行风险进行量化评估,可作为设备运维策略的依据。基于LCC的状态检修策略注重控制设备运维成本,提高检修效率。RBM和基于LCC的设备状态检修策略在设备运维决策方面得到了广泛应用。本文提出一种综合考虑RBM和基于LCC的电网主设备运维策略辅助决策方法。该方法以深圳电网主设备运行风险评估结果为依据,综合考虑影响设备运维策略的多种约束条件,依据LCC方法对设备的寿命进行评价,最终给出运维策略的优化方案。1设备运维策略本文主要研究考虑风险评估和设备资产全寿命周期管理的结果,制定设备运维策略。在进行设备运维策略优化过程中,考虑分析影响运维策略的约束条件,评估设备的运行风险,评价设备的寿命,最后给出设备运维策略。1.1风险评估结果决策过程中,应综合考虑设备是否受强制性条件约束以及设备的风险评估等级、设备的风险概率、设备的运行年限。首先,考虑设备是否受强制性条件的约束,若设备受强制性条件约束,则直接进行决策,选择技术改造(简称技改)或检修及强化巡检等运维方式。若设备不受强制性条件约束,则对设备进行风险评估并排序,区分为不可接受风险区域设备、最低合理可行(aslowasreasonablypracticable,ALARP)区域风险设备、可接受风险区域设备3个风险等级。风险评估成果见附录A。对于风险值位于不可接受风险区域的设备,评估其运行年限是否超过设备寿命周期,如超过则选择退役,如未超过则选择检修。对于风险概率高、风险值位于ALARP区域的设备,评估其运行年限是否大于设备寿命周期,如超过则选择退役,如未超过则选择检修;对于风险概率低、风险值位于ALARP区域的设备采取定期试验的运维方式。对于风险值位于可接受风险区域的设备,风险概率高的选择加强巡检的运维策略,风险概率低的选择酌情处理的运维策略。决策流程如图1所示。1.2约束条件分析制定设备的运维策略,除了要考虑设备的状态,还需要考虑制约设备运维方式的多种约束条件。本文在制定设备运维策略时,对影响设备运维策略的要素进行分析,其结果如图2所示。本文中,影响设备运维策略的约束条件分为强制性和柔性2种。强制性约束条件更加注重运维策略的实效性,对设备运维策略的成本不是十分看重,因而其运维策略比较直接、单一。柔性约束条件下,制定运维策略的灵活性较大,注重成本与收益的平衡。强制性约束条件具体有可靠性约束、反事故约束、政治性约束(如世界大学生运动会等)、环境约束(台风、地震等),其他引起设备损坏和制约设备维修的因素为柔性约束。1.3险评估过程设计深圳电网主设备评估体系以设备状态评价为依据,基于国家标准中的风险管理方法构建设备运维风险评估体系。风险评估过程主要包括风险识别,风险分析和风险定级。在计算设备故障概率时主要考虑设备老化模型,即式中:K为比例系数;C为曲率系数;Ise为设备状态评价得分值;P为设备故障概率(在0~1间取值)。在计算设备故障影响时主要考虑设备本身的价值和造成电网电量的损失。在进行风险评级时,采用ALARP原则进行风险定级。1.4设备寿命的测定电网设备的寿命可以分为物理寿命、折旧寿命、技术寿命和经济寿命。各种寿命的定义和在制定设备运维策略中的选取标准参见表1,寿命的单位“年”在表中以a表示。物理寿命主要反映设备在反复检修直到无法恢复原状的时间周期。技术寿命指从投入起到无法满足技术要求而淘汰的时间过程,偏重于技术的进步使设备达到技术寿命。经济寿命指设备年均投入成本最低的年限,该年限的前一年或后一年,年均投入成本均将增加。折旧寿命主要从设备的剩余价值出发,是设备从投入到剩余价值折旧至零的过程。本文在制定设备运维策略时,主要考虑设备的物理寿命、技术寿命和经济寿命。1.4.1故障概率根据文献,随着运行年限的增加,电网设备故障概率会逐渐增加。当设备的运行年限达到一定阶段时,设备故障概率会明显增加,导致设备运维工作增加。实际工作中,可以认为当故障概率增加到可以忍受的临界值时,设备达到了其技术寿命。这个临界值可以根据专家经验获得。本文采用数据拟合的方法绘制断路器的运行年限与故障概率之间的关联关系,其结果如图3所示。由图3可以估计出断路器的技术寿命约为21年。1.4.2运行成本本文基于LCC分析方法确定设备的经济寿命。当设备的平均寿命成本最小时,认为设备达到了经济寿命。电网设备LCC计算公式为:式中:CLCC为设备LCC;CIC为—次性投资成本;COC为运行成本;CMC为维护成本;CFC为故障成本;CDC为退役成本。运行成本主要考虑设备运行时的损耗,按下式计算:式中:LE为设备损耗;t为运行时间;PP为购电价。维护成本主要考虑设备维护成本,根据统计数据获得。故障成本考虑检修带来的电量损失,按照下式计算:式中:EL为损失电量;PS为售电价。退役成本考虑由于设备退役所引起的存储、运输等带来的费用,本文按照下式进行估算:若设备初始投资费用为CIC,0,实际运行T年后退役,退役时设备的残值为CIC,T=0.05CIC,0,此时,设备的年平均成本(净现值)为:式中:COC,i为设备第i年的运行成本;CMC,i为设备第i年的维护成本;CFC,i为设备第i年的故障成本;p为银行利率。根据式(6),采用统计数据绘制110kV主变压器的平均成本曲线,如图4所示。由图4可知,运行年限为21年左右时,平均成本最低,因此,110kV主变压器的经济寿命约为21年。2优化能源主设备的运营和维护策略，优化辅助决策系统2.1设备运维管理策略本文提出的电网主设备运维策略优化辅助决策系统包含设备风险评估模块、设备运维数据管理模块、设备运维知识库模块、设备管理系统以及设备运维辅助决策模块。各部分包含的功能和子模块如图5所示。2.2直接、单一在强制性约束条件下,更加注重运维策略的实效性,对策略本身的成本不是十分看重,因而其决策结果比较直接、单一。本文采用策略表的形式描述强制性约束条件下的运维决策,如表2所示。在制定设备运维策略时,首先判断其约束条件是否为强制性的,在强制性约束条件下,判断设备的运维策略。若设备不满足监管约束,则需要进行技改或增容。若设备需要进行检修或技改,则根据设备最佳运行年限判断其具体的运维策略。2.3风险事件下的运维策略在柔性约束条件下,制定运维策略的灵活性较大,注重成本与收益的平衡。决策过程中综合考虑设备风险评估和设备寿命评价结果,其决策流程如图6所示。对于风险值处于不可接受区的设备,按照风险理论必须消除设备故障带来的风险,此时根据设备的最佳运行年限判断设备需要检修还是技改。对于风险值处于ALARP区的设备,其运维策略需根据风险和收益的比较来获得。本文采取的办法是对设备按照故障概率进行排序,对于故障概率高(对应于设备状态为紧急状态的设备故障概率)的设备,判断其最佳运行年限,安排检修策略。对于其他设备,安排设备进行检修试验。对于风险值处于可接受区的设备,若设备故障概率高则加强巡检,否则不予处理。最后,将得到的设备运维项目按优先级排列。先是给强制性约束条件下的设备安排运维工作,其次是风险不可接受区内的设备,再次是ALARP区域内的设备,最后是风险可接受区域内的设备。3案例分析3.1单一设备风险评估和维护策略的制定3.1.1维护设备列表参考文献,对深圳供电局2台110kV主变压器的状态进行评价,评价结果如表3所示。3.1.2基于运营状态的设备风险评估采用设备老化模型,进行设备运行风险评估,其结果如表4所示。3.1.3设备经济技术的长期评估根据本文提出的设备寿命评价方法,可以得到变压器的经济寿命约为21年,断路器的技术寿命为20年,其结果如表5所示。3.1.4山12号变压器根据本文提出的设备运维策略辅助决策方法,可以得到设备运维策略结果如表6所示。象山1042号变压器位于风险不可接受区,根据风险理论,必须对其进行处理。由于其年限超过经济寿命,因此建议进行技改,更换主变压器。凤凰2012号变压器位于ALARP区,其运行年限低于设备的经济寿命,因此建议安排检修。3.2风险评估和维护政策的全球分析依据决策流程图,对变压器设备