電能表自動化檢定流水線設備最佳檢修頻率的研究

王立斌，王洪瑩，張超

（國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊050021）

0 引 言

隨著智能電網的建設，智能電能表的需求量急劇增加。為滿足巨大數量智能電能表的檢定需求，各個網省公司均建立了電能表自動化檢定流水線（以下簡稱流水線），以提高工作效率，降低勞動強度［1-4］。流水線包括上料單元、外觀單元、功耗單元以及貼標單元等眾多設備［5-6］，任何設備故障都會影響智能電能表的檢定工作，進而影響智能電能表的推廣。因此，必須重視對流水線設備的檢修，當前流水線設備普遍采用定期檢修的方式，該方式存在盲目檢修、檢修不足或檢修過剩的缺陷，不但會造成設備有效利用時間的損失和人力、物力的浪費，甚至會造成檢修故障［7］。所以必須確定合理的檢修頻率，以達到降低設備故障的同時又節省人力、物力的目的。文獻［8-9］基于可靠性來確定繼電保護裝置的最佳檢修周期，文獻［10］依據MTBF數據制定了電能表自動化檢定系統的運維計劃。上述文獻均根據可靠性來確定設備的檢修周期，但都未考慮設備在系統中的重要性，只是片面地追求設備的可靠性，這仍會造成設備有效利用時間的損失和人力、物力的浪費。綜合考慮設備的可靠性以及重要性，文章提出了檢修優先級系數的概念，并根據檢修優先級系數來求得流水線設備的最佳檢修頻率。

1 檢修優先級系數

流水線設備的檢修應遵循以下原則：對經常出現故障且對整條流水線較重要的設備應當適當提高檢修頻率，以保證整條流水線的檢定量；對故障率低且對整條流水線不太重要的設備可以適當降低檢修頻率，以避免人力、物力的浪費。

綜合考慮設備的可靠性以及重要性，提出了檢修優先級系數。本文的設備可靠性用不可用度U來表征［11］，其表達式為：

式中n為設備在統計時間內的故障次數；ti為第i次故障的修復時間，以小時為單位；T為統計時間，取8 760 h，即年小時數。

設備的重要性I用設備單獨故障后對流水線日檢定量的影響來表征，其表達式為：

式中N為流水線正常工作時的日檢定量；Nf為該設備單獨故障后，流水線的日檢定量。Nf可由流水線的拓撲確定，例如某條流水線有兩臺耐壓單元，則一臺耐壓單元故障后，流水線的日檢定量Nf應為N/2，通過式（2）計算可得，重要性I為1/2。

設備檢修優先級系數P的表達式為：

2 設備的最佳檢修頻率

流水線設備最佳檢修頻率由其原有的檢修頻率進行修正后得到，計算表達式如下：

式中F為設備最佳檢修頻率；F′為設備原有的檢修頻率；Δf為設備檢修頻率的修正量，以上三個變量的單位均為次/年。當Δf大于10次/年時，則直接將設備原有的檢修頻率增加10次/年，以避免修正幅度過大，當Δf小于等于1-F′時，設備最佳檢修頻率直接取1次/年，以保證設備的檢修頻率不少于1次/年。

Δf的計算表達式如下：

式中PH與PL分別為設備檢修優先級系數P的最高閾值與最低閾值。當設備的檢修優先級系數P大于最高閾值PH時，應提高設備的檢修頻率，Δf為正值；當設備的檢修優先級系數P小于最低閾值PL時，應降低設備的檢修頻率，Δf為負值；當設備的檢修優先級系數P在區間［PH，PL］內時，則保持其檢修頻率不變，Δf為 0。

PH與PL應根據運維檢修人員的需求設定，本文要求重要性I為1的設備的不可用度U須低于0.002 5，但考慮經濟、人力等成本因素，其不可用度U可高于0.001 0，因此由式（3）可得，PH=0.002 5，PL=0.001 0。

3 算例分析

以國網河北電科院計量中心的一條單相電能表自動化檢定流水線為例，由于受篇幅限制，本文僅對該流水線5個設備的最佳檢修頻率進行了分析。5個設備在一年內的故障記錄，如表1所示。

表1 設備故障記錄Tab.1 Equipment failure record

根據式（1）可以計算得到設備的不可用度U，計算結果見表2。

表2 設備不可用度Tab.2 Equipment unavailability

各個設備單獨故障后，流水線的日檢定量Nf見表3。

表3 設備單獨故障后流水線日檢定量Tab.3 Daily verification number after equipment individual failure

根據式（2）可以計算得到設備的重要性I，計算結果見表4。

表4 設備重要性Tab.4 Importance of equipment

根據式（3）可以計算得到設備的檢修優先級系數P，計算結果見表5。

表5 設備檢修優先級系數Tab.5 Maintenance priority coefficient of equipment

由表5可知，1#耐壓單元與2#鉛封機的檢修優先級系數均大于PH，其檢修頻率應當提高，當資金或人力等資源受限時，應首先保證提高1#耐壓單元的檢修頻率。1#上下料機器人的檢修優先級系數在區間［PH，PL］內，其檢修頻率不變。6#檢定倉與11#檢定倉的檢修優先級系數均小于PL，其檢修頻率應當降低。按式（5）計算得到上述設備的檢修頻率修正量Δf見表6。

表6 設備檢修頻率修正量Tab.6 Correction of equipmentmaintenance frequency

設備原有檢修頻率F′如表7所示。

按式（4）對設備原有的檢修頻率進行修正即可得到最佳檢修頻率，設備最佳檢修頻率見表8。

表7 設備原有檢修頻率Tab.7 Original equipmentmaintenance frequency

表8 設備最佳檢修頻率Tab.8 Optimal equipmentmaintenance frequency

由計算結果可以看出，1#耐壓單元與2#鉛封機的不可用度及重要性均較高，提高了其檢修頻率；6#檢定倉雖然不可用度較高，但其重要性過低，為節約檢修成本，降了低其檢修頻率；11#檢定倉不可用度及重要性均較低，降低了其檢修頻率，但必須保證每年檢修一次；1#上下料機器人雖然重要性較高，但其不可用度較低，其檢修頻率保持不變。

按表8所示的檢修頻率對設備進行維護，一年后的設備故障記錄以及設備不可用度分別如表9、表10所示。

表9 最佳檢修頻率下的設備故障記錄Tab.9 Equipment failure record under the optimal equipmentmaintenance frequency

表10 最佳檢修頻率下的設備不可用度Tab.10 Equipment unavailability under the optimal equipmentmaintenance frequency

對比表10與表2的數據可得，1#耐壓單元、2#鉛封機的不可用度明顯下降，其重要性較高，因此能明顯提高流水線的檢定效率；6#檢定倉與11#檢定倉的不可用度有所上升，這由降低兩臺設備的檢修頻率所致，但由于檢定倉的重要性較低，兩臺檢定倉不可用度的上升對表計檢定工作影響不大；1#上下料機器人的不可用度基本不變。

由此可見，按照表8所示的檢修頻率對設備進行維護，能提高流水線的檢定效率。本方法可以為流水線運維檢修人員在制定檢修計劃時提供科學合理的依據。

4 結束語

綜合考慮設備的可靠性以及重要性，提出了檢修優先級系數的概念，并給出了其數學表達式。基于檢修優先級系數，建立了流水線設備最佳檢修頻率的求解算法。以一條流水線的設備故障記錄為基礎數據，進行了算例分析，計算結果驗證了該方法的有效性。該方法可以為流水線運維檢修人員提供科學的決策依據。