摘要：近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會(huì)形態(tài)發(fā)生了翻天覆地的變化，對(duì)電力資源的需求也急劇增加，促進(jìn)了我國電力事業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前，電站機(jī)組正朝著智能化、自動(dòng)化、大容量的方向發(fā)展，電站機(jī)組系統(tǒng)更加復(fù)雜，對(duì)影響其正常運(yùn)行的因素進(jìn)行預(yù)測也更難，所以對(duì)電站設(shè)備的實(shí)時(shí)可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)可靠性分析；電站設(shè)備；狀態(tài)評(píng)價(jià)；電力資源；電力事業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM732 文章編號(hào)：1009-2374（2016）09-0137-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.067

可靠性并不是決定設(shè)備的唯一標(biāo)準(zhǔn)，但是電力系統(tǒng)具有自身特點(diǎn)，所以對(duì)可靠性具有非常高的要求。實(shí)時(shí)可靠性指的是可以在線監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)備信息，并對(duì)設(shè)備可靠性進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)的能力；而運(yùn)行可靠度可定義為在電站設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行過程中，通過在線監(jiān)測反映的信息，對(duì)設(shè)備進(jìn)行表征的度量。

1 設(shè)備實(shí)時(shí)可靠性分析理論

1.1 實(shí)時(shí)可靠性理論

我們將設(shè)備在規(guī)定條件和時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力稱為設(shè)備可靠性。一直以來，人們普遍采用概率度量對(duì)設(shè)備可靠性進(jìn)行表示，公式為R（t）=P（T>t）。該式中R（t）代表的是設(shè)備在規(guī)定條件、t時(shí)刻前不出現(xiàn)故障的概率。用這種方法對(duì)設(shè)備的可靠性進(jìn)行判定已經(jīng)不符合當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展需要，該方法并不能將設(shè)備性能下降情況準(zhǔn)確地表示出來，不利于設(shè)備運(yùn)行以及維修人員開展設(shè)備維修工作。通過對(duì)運(yùn)行現(xiàn)場的實(shí)際需求分析，我們能夠發(fā)現(xiàn)，實(shí)時(shí)可靠性的分析結(jié)果應(yīng)當(dāng)是明確的指標(biāo)，能夠?qū)υO(shè)備功能實(shí)現(xiàn)情況以及性能下降程度做到實(shí)時(shí)反映，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備性能不能滿足運(yùn)行需求時(shí)做出預(yù)警，及早采取措施，避免設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問題，導(dǎo)致電力企業(yè)運(yùn)行不暢。從當(dāng)前來看，無論是國外還是國內(nèi)，在實(shí)時(shí)可靠性評(píng)價(jià)和預(yù)測方面都處于探索階段，尚未形成一套先進(jìn)的、統(tǒng)一的理論體系，有待進(jìn)一步研究。

1.2 實(shí)時(shí)可靠性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)時(shí)可靠性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括兩個(gè)方面：一個(gè)是等級(jí)評(píng)價(jià)；另一個(gè)是趨勢評(píng)價(jià)。

1.2.1 等級(jí)評(píng)價(jià)。是根據(jù)運(yùn)行可靠度下降量評(píng)價(jià)設(shè)備實(shí)時(shí)可靠性水平的閾值標(biāo)準(zhǔn)，該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)由可靠性等級(jí)和閾值兩部分組成。對(duì)于可靠性等級(jí)數(shù)目劃分上并沒有一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)，需要用戶根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行劃分，但是建議盡可能多地劃分等級(jí)，等級(jí)越多，則狀態(tài)評(píng)價(jià)越全面、越詳細(xì)。本文結(jié)合實(shí)際需求，將可靠性等級(jí)評(píng)價(jià)劃分為四個(gè)等級(jí)（V1～V4），對(duì)應(yīng)的可靠度下降量閾值為V1～V4。其中V1代表設(shè)備可靠性較好，功能可以全部實(shí)現(xiàn)；V2代表設(shè)備可靠性出現(xiàn)輕微下降，功能實(shí)現(xiàn)受到一定影響；V3代表設(shè)備可靠性下降明顯，功能實(shí)現(xiàn)受到嚴(yán)重影響；V4代表設(shè)備可靠性惡化情況嚴(yán)重，各項(xiàng)功能已經(jīng)失效。需要注意的是，對(duì)電站內(nèi)其他設(shè)備的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以全部采用這一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不需要另行設(shè)定。但是由于每種設(shè)備可靠性狀態(tài)對(duì)可靠度下降量敏感程度是存在區(qū)別的，所以每種設(shè)備的閾值都是不同的。閾值的確定需要工作人員對(duì)各個(gè)設(shè)備的故障機(jī)理、工作原理做到熟練掌握，結(jié)合同類設(shè)備歷史記錄對(duì)當(dāng)前設(shè)備可靠度下降量進(jìn)行分析和確定。

1.2.2 趨勢評(píng)價(jià)。在完成設(shè)備的當(dāng)前可靠性等級(jí)評(píng)價(jià)工作之后，就能夠得出可靠性變化趨勢圖，以此為依據(jù)，對(duì)設(shè)備在下一時(shí)間段的可靠性狀態(tài)變化進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果，明確解決措施：V1下一時(shí)段為上升變化或保持不變，保持正常監(jiān)測即可，不需要采取措施，如果出現(xiàn)下降趨勢，只需加強(qiáng)監(jiān)測，暫時(shí)不需要采取措施；V2下一時(shí)段為上升變化或保持不變，保持監(jiān)測頻率，不需要采取措施，如果出現(xiàn)下降趨勢，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)檢測，將異常原因找出；V3下一時(shí)段為上升變化需要加強(qiáng)檢測，將異常原因找出，如果保持不變或者是出現(xiàn)下降趨勢，要在加強(qiáng)監(jiān)測的同時(shí)，有針對(duì)性地采取措施；V4下一時(shí)段為上升趨勢，要加強(qiáng)檢測，有針對(duì)性地采取措施，如果保持不變，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，停機(jī)進(jìn)行檢查，如果呈現(xiàn)下降趨勢，則需要馬上將設(shè)備停機(jī)進(jìn)行檢查。

2 水輪機(jī)組實(shí)時(shí)可靠性分析

2.1 建模分析

水輪機(jī)組是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，由多個(gè)不同設(shè)備組成，所以相對(duì)來說可靠性分析也要更復(fù)雜一些。本文對(duì)水輪機(jī)組的實(shí)時(shí)可靠性分析借鑒了狀態(tài)特征空間理論，結(jié)合分層次遞進(jìn)分析方法。

將監(jiān)測參數(shù)設(shè)置為p1（t），p2（t），…，pn（t），因?yàn)闊o論參數(shù)為多少，它們所對(duì)應(yīng)的對(duì)象都是同一個(gè)，所以在這里，將這些監(jiān)測參數(shù)考慮為一個(gè)整體，并共同構(gòu)成n維向量（狀態(tài)特征向量），表示為e=[p1，p2，…，pn]T。

因?yàn)樵撓到y(tǒng)的組成比較復(fù)雜，所以其實(shí)時(shí)可靠性狀態(tài)主要是由每個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)可靠性決定的，在這里，用e1（t），e2（t），…，en（t）表示。與上述相同，共同構(gòu)成m維向量（狀態(tài)特征向量），表示為E=[e1，e2，…，en]T。在上述這兩個(gè)式子中，n所代表的是監(jiān)測參數(shù)個(gè)數(shù)，需要注意的是，n并不是固定的，要根據(jù)對(duì)應(yīng)設(shè)備進(jìn)行取值。

通過上述式子我們可以看出，該系統(tǒng)具有明顯的層次性結(jié)構(gòu)，所以可以用R運(yùn)行=f（E）=f（e1，e2，…，em）對(duì)其實(shí)時(shí)可靠性和運(yùn)行監(jiān)測參數(shù)關(guān)系進(jìn)行表示。在該式中，R運(yùn)行表示的是系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的可靠度；f表示的是兩者的關(guān)系函數(shù)。

2.2 系統(tǒng)劃分

水輪機(jī)組包含的設(shè)備數(shù)量和種類都比較多，所以水輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)與其他機(jī)組相比也就更復(fù)雜一些，采取文章所述方法對(duì)水輪機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)可靠性分析就要先劃分機(jī)組，按照功能、屬性等將整體系統(tǒng)劃分為各個(gè)子系統(tǒng)，如果在完成初次劃分之后，子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仍然復(fù)雜，則可以再進(jìn)行一次劃分，本文將水輪機(jī)組劃分為系統(tǒng)、設(shè)備以及部件三個(gè)等級(jí)。

2.3 部件層實(shí)時(shí)可靠性分析

運(yùn)行監(jiān)測參數(shù)能夠直接將部件實(shí)時(shí)可靠性體現(xiàn)出來，對(duì)于水輪機(jī)組來說，部件層實(shí)時(shí)可靠性分析是基礎(chǔ)。本文建立的數(shù)學(xué)模型主要有參數(shù)匹配、實(shí)時(shí)可靠性計(jì)算和預(yù)測模型。

參數(shù)匹配。筆者對(duì)水輪機(jī)組各部件進(jìn)行了一次全面的FTA分析，將故障模式全部確定出來，并構(gòu)成集合F={f1，f2，…，fn}。n為故障數(shù)量，fi為第i種故障。

通過對(duì)故障進(jìn)行FMEA分析，對(duì)運(yùn)行監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行了確定，構(gòu)成集合Pi'={pi1，pi2，…，pin}。Pi'、pj和n分別代表監(jiān)測參數(shù)集合、第j個(gè)監(jiān)測參數(shù)和監(jiān)測參數(shù)數(shù)量。

部件運(yùn)行監(jiān)測參數(shù)集合p={p1'，p2'，…，pn'}。

完成上述運(yùn)行監(jiān)測參數(shù)的確定之后，就可以對(duì)部件實(shí)時(shí)可靠性進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)其等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

運(yùn)行可靠度下降量。多個(gè)運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)之間具有一定的相關(guān)性，借助主成分分析法將相關(guān)性消除。

等級(jí)閾值。首先需要將每個(gè)部件的閾值求出來。借助部件歷史故障記錄將運(yùn)行可靠度下降量計(jì)算出來，最后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將每個(gè)部件的可靠性狀態(tài)等級(jí)閾值確定出來。當(dāng)確定完閾值之后，根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各部件實(shí)時(shí)可靠性狀態(tài)和功能實(shí)現(xiàn)程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.4 設(shè)備層實(shí)時(shí)可靠性分析

設(shè)備是由多個(gè)部件共同組成的，各部件之間相互協(xié)調(diào)從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行。如果某一個(gè)部件性能變差，那么該設(shè)備必然也將受到這一部件的影響而失去穩(wěn)定性，因此可以借助對(duì)各個(gè)部件的實(shí)時(shí)可靠性分析對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

重要度。重要度簡單來說就是當(dāng)某部件性能下降或失效時(shí)，對(duì)設(shè)備性能實(shí)現(xiàn)的影響程度。重要度直接決定了部件對(duì)功能實(shí)現(xiàn)的影響程度。一般來說，可以用危害程度得分對(duì)其重要度進(jìn)行衡量。首先需要對(duì)設(shè)備部件構(gòu)成進(jìn)行分析，然后通過故障模式、故障影響、故障危害度以及FTA等分析方法找出設(shè)備中發(fā)生故障的部件，按照表1所示評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)故障危害程度進(jìn)行評(píng)分。

表1 故障危害程度評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)時(shí)可靠性。受到運(yùn)行可靠度下降量影響，表達(dá)公式為：

可靠性預(yù)測。根據(jù)表1和實(shí)時(shí)可靠性數(shù)學(xué)模型繪制出可靠度下降量變化趨勢圖，當(dāng)設(shè)備實(shí)時(shí)可靠性下降非常明顯時(shí)，立即預(yù)警，有效避免了重大故障的發(fā)生。

在計(jì)算出設(shè)備運(yùn)行可靠度下降量后，通過前文所述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)可靠性等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要注意的是，要先計(jì)算出閾值。

2.5 系統(tǒng)層實(shí)時(shí)可靠性分析

系統(tǒng)層實(shí)時(shí)可靠性分析同設(shè)備層實(shí)時(shí)可靠性分析方法相同，就是借助組成系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)可靠性下降量對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

重要度。當(dāng)某設(shè)備性能下降或者失效時(shí)，對(duì)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的影響程度。重要度直接決定了設(shè)備對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的影響程度。在設(shè)備以及部件敏感度的計(jì)算上與設(shè)備層計(jì)算方法一致。

可靠性預(yù)測。為了確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確和全面，除了要對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的實(shí)時(shí)可靠性進(jìn)行分析之外，還需要對(duì)其未來可靠性狀態(tài)進(jìn)行合理預(yù)測。根據(jù)系統(tǒng)可靠性評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)時(shí)可靠性數(shù)學(xué)模型繪制出可靠度下降量變化趨勢圖，當(dāng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)可靠性下降非常明顯時(shí)，立即預(yù)警。

3 結(jié)語

文章以水輪機(jī)組為例，通過建模對(duì)其實(shí)時(shí)可靠性進(jìn)行了分析。由于篇幅限制，有一些相似模型在文章中并未體現(xiàn)，這也是本文的不足之處。電站機(jī)組涉及的設(shè)備比較多，工作環(huán)境相對(duì)來說也比較復(fù)雜，此項(xiàng)研究工作可以說是剛剛起步，還有許多不足之處，在今后的工作中需要不斷完善和改進(jìn)。

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作者簡介：胡曉陽（1981-），男，湖南益陽人，供職于國家電力投資集團(tuán)公司五凌電力有限公司，中級(jí)職稱，研究方向：電力工程技術(shù)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）