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火电机组检修优化研究

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目前我国火电厂所广泛采用的计划检修模式存在严重缺陷,使火电厂每年在设备维修方面耗资巨大。现阶段,实行什么样的检修策略,是我们当前迫切需要研究的课题。我们简要分析和研究了火电厂检修模式的现状和发展趋势,提出在由定期检修向状态检修的过渡时期,建立综合检修模式。在综合检修模式下,建立最优检修周期模型,使得检修费用最小化。


随着电力市场的进一步开放,发电企业之间的竞争日益激烈,火力发电厂对检修环节的重视程度也越来越高。电力设备检修从事后检修到定期预防性检修,最终必将过渡到以设备状态监测为基础的状态检修。


一、火电厂检修管理模式现状


建国以来, 在学习苏联经验的基础上,长期实行的是以事后维修, 预防性计划检修为主的检修管理体制。在这种检修体制下大修间隔2~3年, 小修间隔4~8个月, 检修项目、工期安排和检修周期均由管理部门根据经验制定。但随着发电设备向高参数, 大容量, 复杂化发展,现行的检修体制暴露出其缺陷。主要表现在临时性检修频繁、维修不足、维修过剩、盲目维修。


二、建立以可靠性为中心的综合优化检修模式


在传统的检修模式中,RCM方式是以设备的可靠性参数作为依据来指导检修的,由于可靠性参数是利用设备的历史故障信息结合相应的可靠性算法得到的,它并不能全面真实地反映设备的实际状况。因此,向状态检修过渡,实现设备预知性维修,是电力设备检修改革发展的总体趋势。


具体来说,可以将机组设备划分为A、B、C三类,针对不同设备的运行特性实施不同的检修策略。


A类设备,是指在发电生产过程中起关键性作用的设备, 当A类设备发生故障停运或异常运行时, 发电生产过程被迫中止运行或降低出力运行。


B类设备,是指在发电生产过程中起重要作用的设备,当B类设备发生故障停运或异常运行时, 发电生产过程能基本保持正常运行, 但机组安全性和可靠性下降。


C类设备,在发电生产过程中所处的次要地位, 当其设备发生故障停运后对生产过程影响较小, 故采取故障检修策略。通过日常维护延长设备使用寿命, 发生故障后安排检修。


三、火电机组老化模型的建立


本文采用故障率随时间变化的关系来描述机组的老化模型,同时考虑了检修效果对机组故障率的影响。即假设随着机组运行时间的延长,机组的故障率随时间呈某种函数增长:


λt+1 =f(λt)(1)


若定期检修采用的是最小检修方式,假设每次良性检修之后机组的平均故障率保持不变,即:


λnew =λold(2)


并假定下一次定期检修的间隔不变,即:


τnew =τold (3)


强调检修效果对机组寿命的影响,如果检修为恶性检修,则检修后机组的故障率不仅没有降低,反而有一定的上升,即:λnew=λold(1+w)(4)


相应下一次的检修间隔也会缩短,即:


τnew =τold /(1-w) (5)


其中是机组恶性检修后的效果系数,指由于恶性检修使得平均故障率比检修前上升的百分数。


λ= g(th-tho)+λ0(6)


四、火电机组检修周期优化模型的建立


(一)模型的目标函数


以机组整个寿命期内的检修费用最小化为目标函数,基本表达式如下:


(7)式左侧表示机组以τ为检修周期时的检修费用期望;右侧积分表示发电厂在t时刻的检修费用。将(7)式离散化,计算每个时段内的检修费用:


其中ti表示第i个时段。


(二)发电机组总检修费用的计算


C(t)=Mcost+Rcost (9)


机组的检修费用:Mcost=CM×T2(10)


其中CM为机组的平均每天检修费用, T2为平均检修持续天数;


机组的故障检修费用:Rcost=CR×T3 (11)


其中CR为机组平均每天的故障修复费用, T3为平均故障修复时间。


(三)模型中的约束条件


1.ti≤T,表示在机组额定寿命内进行检修。


2.若随机模拟的故障发生时刻离计划检修时间很近,则执行计划检修。


3.大、小检修的间隔时间和大、小检修的持续时间满足《检修规程》的规定。


4.满足电力系统稳定性和最小电网储备容量的约束。


(四)目标函数的求解


1.随机函数


机组最优检修周期数学模型中机组的故障和检修效果(良性或者恶性)均为随机变量,由于使用了随机变量,应循环足够多的次数,求其期望值。用蒙特卡洛法建立随机函数模型为:设m=216,产生0~1之间的均匀分布随机数的公式如下:


Pi=mod(2053Pi-1+13849,m),i=1,2…


ri=Pi /m,其中Pi为随机数种子, ri为第i个随机数。


2.目标函数优化求解


在目标函数E(Tage,τ)中,选择不同的计划检修周期τ,分别计算目标函数E,取费用最小者为最佳检修周期。求解时,假设每次抽样间隔时间为T1,计划检修的持续时间为T2,故障后的修复时间为T3,机组的额定寿命为Tage。


求解步骤如下:


1)选取一个计划检修周期τ,把机组寿命开始的时间选为第一个抽样时间点,并设时间指针Tday为机组的投运日。


2)判断一下Tday是否大于Tage,如大于进行第(4)步;否则进行第(3)步;


3)判断机组是否到达定期检修时间,如果到达,进行第(9)步,否则进行第(4)步;


4)用随机函数模型产生一个[0, 1]之间的均匀分布的随机数r;若r满足(6)式,则说明发生故障,立即采取故障后维修行为,进行第(5)步;否则认为机组无故障发生;进行第(8)步;


5)判断发生故障的时刻是否离计划检修时间很近,若很近进行第(8)步,开始计划检修;否则进行第(6)步,开始故障修复;


6)计算故障损失,修正Tday=Tday+ T3;


7)返回第(2)步;


8)计算检修费用,对时间进行修正Tday=Tday+ T2,th0=th;


9)利用随机数函数产生一个随机数r1,判断r1是否大于λ1,大于就表明此检修为良性检修,进行第(11)步;否则为恶性检修,进行第(10)步;


10)根据(4)式和(5)式修正λ、τ,至第(13)步;


11)对th0进行修正;


12)返回第(2)步;


13)对程序中的变量重新赋值,但仍保持τ不变,重复(2)至(13)步若干次,最后对所得到的数据求均值,就可得出在某个τ检修周期下,机组在寿命期内的检修费用。


五、结论


1.提出建立以可靠性为中心的综合优化检修模式。将定期检修、状态检修、故障检修相结合建立以可靠性为中心的综合优化检修模式,根据不同设备的运行特性分别实施不同的检修策略,在保证合理可靠性的前提下,降低检修成本。


2.建立火电机组检修周期优化模型。在分析火电机组定期检修和故障检修对机组寿命影响的基础上,得出火电机组等值老化故障率模型,然后根据可靠性检修成本分析,考虑多种约束、以发电机组在整个寿命期内检修费用最小为目标建立检修周期优化模型。

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