火電機組檢修優化研究

摘要：目前我國火電廠所廣泛采用的計劃檢修模式存在嚴重缺陷，使火電廠每年在設備維修方面耗資巨大。現階段，實行什么樣的檢修策略，是我們當前迫切需要研究的課題。我們簡要分析和研究了火電廠檢修模式的現狀和發展趨勢，提出在由定期檢修向狀態檢修的過渡時期，建立綜合檢修模式。在綜合檢修模式下，建立最優檢修周期模型，使得檢修費用最小化。

關鍵詞：火電機組；檢修模式；優化

中圖分類號：M307.2文獻標志碼：A文章編號：1673-291X（2008）011-0166-02

隨著電力市場的進一步開放，發電企業之間的競爭日益激烈，火力發電廠對檢修環節的重視程度也越來越高。電力設備檢修從事后檢修到定期預防性檢修，最終必將過渡到以設備狀態監測為基礎的狀態檢修。

一、火電廠檢修管理模式現狀

建國以來， 在學習蘇聯經驗的基礎上，長期實行的是以事后維修， 預防性計劃檢修為主的檢修管理體制。在這種檢修體制下大修間隔2～3年， 小修間隔4～8個月， 檢修項目、工期安排和檢修周期均由管理部門根據經驗制定。但隨著發電設備向高參數， 大容量， 復雜化發展，現行的檢修體制暴露出其缺陷。主要表現在臨時性檢修頻繁、維修不足、維修過剩、盲目維修。

二、建立以可靠性為中心的綜合優化檢修模式

在傳統的檢修模式中，RCM方式是以設備的可靠性參數作為依據來指導檢修的，由于可靠性參數是利用設備的歷史故障信息結合相應的可靠性算法得到的，它并不能全面真實地反映設備的實際狀況。因此，向狀態檢修過渡，實現設備預知性維修，是電力設備檢修改革發展的總體趨勢。

具體來說，可以將機組設備劃分為A、B、C三類，針對不同設備的運行特性實施不同的檢修策略。

A類設備，是指在發電生產過程中起關鍵性作用的設備， 當A類設備發生故障停運或異常運行時， 發電生產過程被迫中止運行或降低出力運行。

B類設備，是指在發電生產過程中起重要作用的設備，當B類設備發生故障停運或異常運行時， 發電生產過程能基本保持正常運行， 但機組安全性和可靠性下降。

C類設備，在發電生產過程中所處的次要地位， 當其設備發生故障停運后對生產過程影響較小， 故采取故障檢修策略。通過日常維護延長設備使用壽命， 發生故障后安排檢修。

三、火電機組老化模型的建立

本文采用故障率隨時間變化的關系來描述機組的老化模型，同時考慮了檢修效果對機組故障率的影響。即假設隨著機組運行時間的延長，機組的故障率隨時間呈某種函數增長:

λt+1 =f(λt)(1)

若定期檢修采用的是最小檢修方式，假設每次良性檢修之后機組的平均故障率保持不變，即：

λnew =λold(2)

并假定下一次定期檢修的間隔不變，即：

τnew =τold (3)

強調檢修效果對機組壽命的影響，如果檢修為惡性檢修，則檢修后機組的故障率不僅沒有降低，反而有一定的上升，即：λnew=λold(1+w)(4)

相應下一次的檢修間隔也會縮短，即：

τnew =τold /(1-w) (5)

其中是機組惡性檢修后的效果系數，指由于惡性檢修使得平均故障率比檢修前上升的百分數。

λ= g(th-tho)+λ0(6)

四、火電機組檢修周期優化模型的建立

（一）模型的目標函數

以機組整個壽命期內的檢修費用最小化為目標函數，基本表達式如下:

(7)式左側表示機組以τ為檢修周期時的檢修費用期望；右側積分表示發電廠在t時刻的檢修費用。將(7)式離散化，計算每個時段內的檢修費用:

其中ti表示第i個時段。

（二）發電機組總檢修費用的計算

C(t)=Mcost+Rcost (9)

機組的檢修費用:Mcost=CM×T2(10)

其中CM為機組的平均每天檢修費用， T2為平均檢修持續天數；

機組的故障檢修費用:Rcost=CR×T3 (11)

其中CR為機組平均每天的故障修復費用， T3為平均故障修復時間。

（三）模型中的約束條件

1.ti≤T，表示在機組額定壽命內進行檢修。

2.若隨機模擬的故障發生時刻離計劃檢修時間很近，則執行計劃檢修。

3.大、小檢修的間隔時間和大、小檢修的持續時間滿足《檢修規程》的規定。

4.滿足電力系統穩定性和最小電網儲備容量的約束。

（四）目標函數的求解

1.隨機函數

機組最優檢修周期數學模型中機組的故障和檢修效果(良性或者惡性)均為隨機變量，由于使用了隨機變量，應循環足夠多的次數，求其期望值。用蒙特卡洛法建立隨機函數模型為:設m=216，產生0~1之間的均勻分布隨機數的公式如下:

Pi=mod(2053Pi-1+13849，m)，i=1，2…

ri=Pi /m，其中Ｐi為隨機數種子， ri為第i個隨機數。

2.目標函數優化求解

在目標函數E(Tage，τ)中，選擇不同的計劃檢修周期τ，分別計算目標函數E，取費用最小者為最佳檢修周期。求解時，假設每次抽樣間隔時間為T1，計劃檢修的持續時間為T2，故障后的修復時間為T3，機組的額定壽命為Tage。

求解步驟如下:

1）選取一個計劃檢修周期τ，把機組壽命開始的時間選為第一個抽樣時間點，并設時間指針Tday為機組的投運日。

2）判斷一下Tday是否大于Tage，如大于進行第（4）步;否則進行第（3）步；

3）判斷機組是否到達定期檢修時間，如果到達，進行第（9）步，否則進行第（4）步；

4）用隨機函數模型產生一個[0， 1]之間的均勻分布的隨機數r；若r滿足（6）式，則說明發生故障，立即采取故障后維修行為，進行第（5）步；否則認為機組無故障發生；進行第（8）步；

5）判斷發生故障的時刻是否離計劃檢修時間很近，若很近進行第（8）步，開始計劃檢修；否則進行第（6）步，開始故障修復；

6）計算故障損失，修正Tday=Tday+ T3；

7）返回第（2）步；

8）計算檢修費用，對時間進行修正Tday=Tday+ T2，th0=th；

9）利用隨機數函數產生一個隨機數r1，判斷r1是否大于λ1，大于就表明此檢修為良性檢修，進行第（11）步；否則為惡性檢修，進行第（10）步；

10）根據（4）式和（5）式修正λ、τ，至第（13）步；

11）對th0進行修正；

12）返回第（2）步；

13）對程序中的變量重新賦值，但仍保持τ不變，重復（2）至（13）步若干次，最后對所得到的數據求均值，就可得出在某個τ檢修周期下，機組在壽命期內的檢修費用。

五、結論

1.提出建立以可靠性為中心的綜合優化檢修模式。將定期檢修、狀態檢修、故障檢修相結合建立以可靠性為中心的綜合優化檢修模式，根據不同設備的運行特性分別實施不同的檢修策略，在保證合理可靠性的前提下，降低檢修成本。

2.建立火電機組檢修周期優化模型。在分析火電機組定期檢修和故障檢修對機組壽命影響的基礎上，得出火電機組等值老化故障率模型，然后根據可靠性檢修成本分析，考慮多種約束、以發電機組在整個壽命期內檢修費用最小為目標建立檢修周期優化模型。

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[責任編輯安世友]