前言
我国电力设备检修维护执行的是以预防性试验规程为基础的计划检修制度。在全国大区电网逐步实现互联后,电网中输变电设备数量剧增,以往采用的周期检修和故障检修,普遍存在着欠修或过修问题,对电网安全稳定造成重大的威胁,导致设备维护资源的浪费,同时随着设备维修工作量的大幅度上升也浪费了大量的人力物力。因此,传统的检修方式已不能满足实际生产的需求。为此,基于设备状态的状态检修应运而生。它从设备实际状态出发来制定检修计划,大大减少了以往盲目进行的例行检修工作。
1.输变电设备寿命周期成本管理
输变电设备寿命周期成本管理一般表达式是:
LCC=RDT&E+PROD+Q&S=ACPC+O&S (1)
式中:RDT&E表示研究与研制费用;PROD表示采购投资费用;ACPC表示采办费用;Q&S表示使用与维护费用。
LCC涵盖了三种含义:首先,输变电设备寿命周期成本管理是一种实现包括建设期、使用期和翻新与拆除期等阶段在内的总造价最小化的方法。其思想和方法不只局限于工程项目建设前期的投资决策阶段和设计阶段,还进一步在施工组织设计方案的评价、工程合同的总体策划和工程建设的其他阶段中使用,尤其是考虑项目的运营与维护阶段的成本管理。
其次,输变电设备寿命周期成本管理的思想和方法可以指导企业自觉地、全面地从工程项目寿命周期出发,在工程项目投资决策、可行性分析和项目备选方案评价等项目前期工作阶段中,综合考虑项目的建造造价和运营与维护成本,从而实现更为科学合理的投资决策。
最后,输变电设备寿命周期成本管理是工程造价管理中设计阶段的一种以控制成本为目的的手段,它能以货币值的形式计算出工程项目在寿命周期内直接的、间接的、社会的、环境的所有成本,以确定设计方案的技术方法。在任何一个工程项目的设计过程中,不管使用什么方法,在确保设计质量的前提下,综合考虑工程项目的建造造价和运营与维护成本,实现寿命周期成本最优化的`目标。
在表达式(1)中,我们用M1表征采办费用即生产建设成本,它与产品或工程项目的功能大致成正比;用M2表征使用与维护费用,在产品或工程项目使用运营过程中,因受自然环境及人为因素影响M2与功能大致成反比。
因此,寿命周期成本便由生产建设成本M1、使用维护成本M2和固定成本C三部分组成,式(1)可具体表述为下式:
LCC=αG+β/G+C (2)
式中:α、β分别为生产建设成本和使用与维护费用对于产品或工程项目功能的比例系数;C表示固定成本(对于某一产品或工程项目可视为固定不变)。将式(2)对G求导,令其等于零,得到LCC最小时的功能G,即:
G=β/α (3)
式(3)表明,产品或工程项目的功能是由其设计制造生产和使用维修共同实现的。由式(3)可得:
αG=β/G (4)
式(4)说明,当产品或工程项目的生产建设成本M1和使用维护成本M2相等时,其寿命周期成本最小,而寿命周期成本最小时的功能就是产品或工程项目的最适宜功能。同时,由式(2)可以看出任何一个产品或工程项目的功能值太小时,生产建设成本M1小而使用维护成本M2大;反之,功能值过大,生产建设成本M1大而使用维护成本M2小;两种情况下都使寿命周期成本加大。
式(4)不仅阐述了产品或工程项目寿命周期成本最小化的实现方法,而且也表明了在输变电设备状态检修时引入寿命周期成本管理的基本思路。
2.输变电设备的状态检修
状态检修是指一种以设备监测、诊断、评估提供的状态信息为依据的预防性检修,即根据设备的运行状态和健康状况而执行检修的预知性作业。实施基于状态检修技术的新型管理模式,在技术上能对设备故障进行预测。
随着电力电子技术、传感技术、信息处理技术、计算机和网络技术的快速发展,在线监测技术在广泛使用这些先进技术的基础上取得了较大突破,状态检修开始进入实用化阶段。设备状态检修是根据先进的状态监测和故障诊断技术提供的设备状态信息,判断设备的异常,预知设备的故障,在故障发生前进行检修的方式,即根据设备的健康状态来安排检修计划,实施设备检修。状态检修技术包含以可靠性为中心的检修技术和预测检修技术。
输变电设备状态检修的实现应主要包括以下三个方面:(1)设备状态信息收集;(2)设备状态评价;(3)检修策略制定。
国外的设备状态检修发展较早,在状态检修技术研究与实践应用方面都已取得了显着的成绩,如美国、德国、日本、法国等国家,状态检修技术研究与实践应用方面都有了较成功的经验。美国电力科学研究院就对电力设备的状态检修进行研究和应用。加拿大魁北克水电公司也开发了一套在线状态监视系统,使维修人员不停机就能了解水电机组的状态。日本发电设备检修协会也对在日本核电站开展状态检修工作进行了专题研究,并在检修中采用设备诊断和寿命评估技术。
电力系统输变电设备朝高电压、大容量的方向发展,社会对电力系统的安全可靠性指标的要求不断提升。因此,从计划检修向状态检修模式的转变,是电力系统发展的必然趋势。
3.基于寿命周期成本管理的输变电设备状态检修
对于输变电设备而言,在状态检修工作流程中,首先是对设备的状态进行评估和诊断,得到设备发生某一类型故障及其可能性后,再进行设备风险评估,最后结合不同维护方案,完成整个设备状态检修的风险决策。完整的设备状态检修决策流程如图1所示。在输变电设备的状态检修过程中结合寿命周期成本管理的思想和方法可以将输电设备的使用与维护成本最小化。
在输变电设备状态检修过程中,最重要的环节是对设备进行风险评估计算,目前对于设备风险的计算主要有定性和定量两种方式,实际应用中往往两者同时结合进行。设备风险可以从设备损失、人身环境损失、电力系统损失和社会损失等4个独立的方面来进行计算。因此,设备总风险值可表示为:
(5)
其中:F(t)为单一设备故障引起的设备总风险;P(t)为设备缺陷引起设备故障发生的可能性;ki为4个因素在某种权重关系下的系数;Si(t)为设备故障引起的不同后果;Li(t)为设备故障引起4个因素风险的可能性,t为某一时刻。式(5)中的求和符号是广义上的求和,不是简单的相加。
对于单个的输变电设备,计算出它的设备总风险值后,就可以确定该设备是否进行状态检修了,假定第j 次状态检修费用系数为Wj,则该设备总的维护费用H为:
(6)
式中,j为该设备在退出运行前的检修次数。
此时可将使用维护成本M2分解成设备使用折旧费Z和上面所用的维护费用H,可得到:
(7)
结合式(4)和式(7)则可得到该设备状态检修的次数j以及何时退出运行,即总的使用维护费用大于生产建设成本时,做到对单个设备的状态检修进行寿命周期成本管理。
对于关联的n个输变电设备,计算出他们的总风险值后,假设对其中的第i个设备的第j次状态检修的维护费用为Rij,则计算优先检修系数B:
(8)
其中,Fij(t)为第i个设备第j次的总风险值。
对于n个设备来说,B值最小的设备,则优先进行状态检修。而传统的风险决策往往利用风险矩阵,不规避风险需要付出的成本,直接利用风险程度的高低来进行检修排序,在经济上极为不合理。这也是输变电状态检修与寿命周期成本管理相结合的优势所在。
4.结论
本文针对目前电力系统中的输变电设备大多采用计划检修体制,存在着临时性维修频繁、维修不足或维修过剩、盲目维修等严重问题,引入了状态检修的方式,并结合寿命周期成本管理进行了理论推导。提出了优先检修系数的概念,对怎样合理安排电力设备的检修,节省检修费用、降低检修成本提供借鉴和参考。
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2.设备检修工作总结
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