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关键词:[HTSS]供电设备;状态检修;专家系统;人工神经元网络
状态检修方式以设备当前的实际工作状况为依据,它通过先进的状态监测和诊断手段、可靠性评价手段以及寿命预测手段,判断设备的状态,识别故障的早期征兆,对故障部位其及严重程度、故障发展趋势做出判断,并根据分析诊断结果,在设备性能下降到一定程度或故障将要发生之前主动实施维修[1]。它为电气设备安全、稳定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。
作到状态检修的关键是对设备状态的判断,不仅要识别已经发生的故障,而且预测未来可能发生的故障。解决这些问题,一些常规的计算程序和分析程序无能为力或不够有效。因为在这些问题中,人类专家的经验起着主导作用。因此,专家系统技术已经运用到电力设备状态检修中,特别是发电设备的状态检修。而专家系统技术用于供电设备的状态检修还不多见。原因在于供电设备的状态检修起步比较晚,这与早年实行“重发轻供不管用”的政策有关。当前电力企业深化改革,以利润为中心,实行内部模拟电力市场,促使供电企业努力提高供电可靠率和检修的经济性。因此供电设备的状态检修势在必行。
状态检修能够使检修和管理效率提高,设备大修间隔延长和小修频率降低,杜绝不足维修和过剩维修,减少重大事故的发生,提高了设备的可用系数,从而降低了企业经营成本。
1、配电设备状态检修决策支持系统的总体结构
随着传感技术、微电子、数字信号处理和计算机网络技术在状态监测中的应用,使状态检修成为可能。而人工神经网络、专家系统、模糊集理论等综合智能技术在状态识别和故障诊断中的应用,使状态检修得以实现[2,3]。
本系统根据在线和离线监测诊断数据、设备寿命预测数据、可靠性评价数据、设计参数、检修历史数据、同类设备统计数据等进行综合分析,并利用状态评价准则体系对设备状态变化趋势进行预测,运用决策模型给出检修什么和何时检修的建议,并制定检修计划,到企业网站。总体结构如图1所示。
1.1设备综合管理模块
状态检修需要大量描述设备状态及其演变过程的准确数据,即要有足够的信息用于分析与决策,这就是设备数据综合管理。该模块管理、存储所有设备资产清单,设备台帐图纸、设备设计数据、设备安装状况及系统图、维修历史数据、设备变更与维修记录、设备状态监测与诊断数据、事故及异常记录、测点设置、设备可靠性状态统计分析数据等等。
1.2智能化诊断模块
该模块用专家系统与人工神经元网络结合的方法实现。既能对单一试验数据进行故障诊断,也能对多种试验数据进行综合诊断。单一诊断用产生式专家系统,将规程规定和专家知识存储在知识库,可以随时更新、修改。综合诊断用人工神经元BP网络。功能模块之间用状态驱动。每一个层次的数据可以维护、查询,有利于程序的模块化设计[4,5]。
1.3检修决策模块
对单一设备,根据不同运行方式和检修方式,运用技术经济分析方法,对检修费用、效益进行评估,给出对该设备来说最佳检修时间、检修措施和检修项目,并形成检修决策报告。
1.4编制检修计划模块
状态检修并不排斥检修计划的作用,恰恰相反,状态检修体制还要利用一些先进的技术手段来动态地制订和优化供电设备检修计划,以充分发挥检修计划的指导作用。在状态检修体制下,面对众多需要检修的设备,检修计划的编制根据检修决策的结果,负荷预测、趋势分析、动态规则等手段考虑配网的运行方式、供电可靠性、经济性等要求,使检修计划既具有可行性,又具有科学性和经济性。
1.5企业网站检修信息模块
将排定的检修计划在供电企业网站上,供生产单位执行,也为用户提供了检修信息,大用户据此安排生产,减少供电设备检修带来的损失。这能提供服务质量,增加供电工作的透明度。
2、基于专家系统的单一诊断模块
2.1单一诊断功能
单一诊断是指对一种检测方法所取得的数据进行处理和判断,得出故障征兆或有关设备状态的初步结论。这些检测方法指:油中气体色谱检测、绕组直流电阻检测、绝缘电阻及吸收比、极化指数检测、绝缘介质损耗检测、油质检测和绝缘老化的检测等等。检测的数据与规程比、与历史比、与同类设备比,并考虑当前系统的运行状况,将这些知识保存在专家系统的规则库中。
通过各种方法检测到的数据,或通过检测数据计算出的数据,并不能说明当前设备的状况,只有与标准值比较,才能得到设备可能故障的征兆。如在变压器预防性试验中,绕组直流电阻MVA以下的变压器,相间差别是5%,与规程比较,规程规定一般不超过4%,所以得出绕组直流电阻相间差别过高的征兆。
单一诊断是对单项试验数据进行诊断。该方法简单、宜于实现,有时可直接定位故障。但更多时给的结论不够清晰,或结论片面。因此,该过程可以看作综合诊断的前期数据处理[6]。
单一诊断的结果可能有四种:
1)明确定位故障;
2)参数正常,不存在与此参数有关的故障;
3)不确定故障是否存在;
4)故障确实存在,但不能定位。后两种情况给出的结果不明确,需要更多的信息进行明确判断,由综合诊断来完成。但单一诊断的所有诊断结果都送到综合数据库里。在综合诊断中,对四种结论的处理各不相同。
单一诊断的过程是:
(1)数据采集:采集定期或不定期的试验数据;
(2)参数计算:有些参数据不能直接测得,需要用试验数据计算得到。
(3)参数换算:有时要把试验数据或参数换算成某一环境下的数据;
(4)数据比较:试验数据或换算后的数据与规程规定的标准试验数据比较,与设备原始数据比较;
(5)得出结论:单一诊断的结论是上述的四种结论。如果不需综合诊断,则可以直接生成诊断报告。
2.2专家系统各模块的功能
单一诊断功能由专家系统实现,该专家系统的模块如下:
(1)数据库:数据来源于设备综合管理模块。该库需要的数据有:设备工况数据,设备设计参数,设备缺陷与检修历史数据,事故记录,同类设备统计数据;
(2)知识库:该库包括故障诊断知识和设备状态预测知识。包含有设备的有关标准、规程、导则和有关设备性能指标的资料,以及收集的国内外诸多专家分析判断设备故障的权威经验,用产生式知识表示法表示知识;
(3)推理机:能进行故障诊断和设备状态预测,并设置监控预警功能,发现设备缺陷,向运行值班和检修负责人发出警报。考虑到供电设备故障的特点:有时是一种故障引起多个征兆;有时是一种征兆是由多个故障引起的,因此推理方式采用混合推理;
(4)学习机:随着标准、规程及导则中有关内容的变化,经验不断积累和增加。诊断知识库要随时扩充、修改、更新,增强专家系统的诊断、决策能力。因此,要求学习机有很强的自学习功能。自学习包括三个方面的内容:
①就诊断对象的功能状态去识别系统未曾掌握的征兆,并形成新的知识;
②有新的设备时,能够学习新设备的故障征兆和判断设备状态的规则;
③对知识的自行校正,如一致性检验、冗余检验等。
3、基于神经元网络的综合诊断模块
神经网络是对人脑神经系统的数学模拟,其目的是学习和模仿人脑的信息处理方式。神经网络把知识变成网络的权值和阀值,并分布存储在整个神经网络之中。在确定了神经网络的结构参数、神经元特性和学习算法之后,神经网络的知识表达是与它的知识获取过程同时进行、同时完成的。当训练结束时,神经网络系统所获取的知识就表达为网络权值矩阵和阀值矩阵。神经网络具有知识容量大,处理的问题范围广,推理速度快等优势。所以综合诊断是运用人工神经元网络在故障征兆与故障位置之间建立起数学模型,将综合诊断知识存储在网络的权值和阀值里。采用BP网络进行模型。故障征兆是输入层的X1,X2,X3,XL;输出层的Y1,Y2,Y3,YN是具体的故障。这里的故障征兆就是单一诊断的结论。
4、结束语
供电设备状态检修决策支持系统中设备状态诊断是关键,不仅能对已经发生的故障做出诊断,还能对将要发生的故障进行预测,这样才能根据状态进行检修。自学习功能,增加了该系统的灵活性,随着经验的积累,知识库的日益丰富,状态诊断的可靠性将日益提高。
状态检修离不开状态检测技术,供电设备的状态监测已经有许多的方法,如直流电阻测量,油色谱分析,绝缘性能测试,远红外测温,有载调压开关特性测试等。随着这些监测手段的日益完善,监测点逐渐增多,监测设备的功能强大,通过先进的通讯手段和计算机网络化管理,状态检修系统就更为健全。
从电力行业发展看,供电设备状态检修代替定期检修是必然的,但要有一段很长的过渡过程,在这期间,可能两种检修方式并存。做到真正的状态检修,仅有技术支持系统是不够的,还需要管理工作的配合、加强检修人员的培训等。
参考文献
[1]杨叔子,郑晓军。人工职能与诊断专家系统[M]。西安交通大学出版社,1990.
[2]许婧,王晶,高峰,束洪春。电力设备状态检修技术研究综述[J]。电网技术,2000(8)。
[3]白建青。供电设备从定期维修制向状态检修制过渡[J]。青海电力,1998(4)。
[4]尤钟晓,卢章辉,岑文辉。面向对象的电力系统调度操作专家系统[J]。电力系统自动化,1999(1)。
关键词:特种设备;同步检修;协同检修
化工介质的高危害性、生产的连续性对设备的可靠性提出了更高要求。要保证设备运行可靠,必须随时了解设备状态,对设备异常及时发现并做出调节或修理,防止设备状况的进一步恶化。
化工特种设备与岗位布局方式决定了必须进行巡回检查。化工特种设备往往是设备连着设备,一个岗位集中管理和控制相邻的十几台甚至几十台设备。化工生产具备连续性大生产的特点,除开停车中需要操作人员到设备现场对设备进行操作外,正常生产中,操作人员的大部分工作时间是通过岗位控制台对设备运行情况进行监测与调节。这一点与普通机床设备操作人员始终在设备身边进行操作很不相同。控制室的监控参数不能完全反映设备状况(如设备局部的泄漏、振动等),这就要求通过巡回检查来弥补监控上的不足。
巡回检查分操作人员的巡回检查、片区维护检修人员的巡回检查和现场技术管理人员的巡回检查。巡回检查和由此决定的调节与修理是化工特种设备日常维护的主要内容。
一、同步检修与协同检修要求
化工生产的一个操作单元的各个设备之间、多个操作单元形成的子系统的各个设备之间、多个子系统形成的总系统的各个设备之间,一般都通过管道相连。生产原料从一端设备投入,产品从另一端设备产出,中间没有间断、停留与机械运输。这与化工产品的生产介质大多为流体有关,这样可以实现连续性大生产。这种特殊的生产工艺对设备的维护检修提出了同步、协同检修的特殊要求。一台设备出现问题,往往造成一个操作单元、或者一个子系统或者总系统停车,这时就需实施该单元、或者子系统或总系统设备的同步、协同检修。同步指检修时间、周期、类别上的同步。协同指在处理某一设备问题时,充分利用该停车机会,协同处理同一单元、同一子系统或总系统中其他设备问题。
二、怎样实现同步和协同检修
化工特种设备检修按检修时机分:临时的停车检修和停产大修;按检修工作量分:大修、中修和小修。
当总系统运行一定时间(如一年)后,系统全面停车,主要目的是为了系统内设备集中大修,称为停产大修。停产大修停车时间长,可以安排较多设备的大修,但并不能安排所有设备的大修,一方面受停车时间、维修力量限制,另一方面设备种类、设备质量状况、运行环境条件的不同,设备的大修周期不可能统一。同一系统内种类相同、检修周期相近的设备可以分批实施大修,错开每批设备之间的大修时间。某次停产大修中不进行大修,而中小修周期到了的设备可协同进行中小修。以上这些大修和协同的中小修就形成了停产大修计划。
尽管如此可以使设备大修的集中度降低,但停产大修往往时间紧、任务重,施工组织难度大。因此必须有效利用临时的停车机会,尽可能多地实施中小修和可能实施的大修,例如一些可能与总系统隔断或短时断开的子系统或操作单元的设备。但子系统内或操作单元内设备也应实施同步的和协同的检修,以便减少停车次数。
中小修工作量相对较少、检修时间短,除在停产大修期中协同实施外,主要安排在临时停车时进行。化工生产要求实现连续不间断生产,但实际运行中短时的局部子系统或操作单元停车或者总系统的临时停车不可避免。如某关键设备的异常故障、巡检中发现某种危及安全的隐患急需处理、某岗位人员的操作失误、水电气原料供应不足等都可能产生临时停车。此时是安排该系统或操作单元设备中小修同步检修和协同检修的最佳机会。
三、压力容器、管道的维护检修
化工生产的管道完成各设备之间介质的传递输送,中间产品和最终产品由不同的储罐完成介质平衡与储存。压力容器和压力管道是化工生产中的主要设备,属于特种设备,对其设计、制造、安装、使用、检验、检修与改造实施安全监察,其维护检修除重视日常维护中的巡回检查外,重点是开展定期检验。定期检验是国家安全管理法规规定的强制性检验,主要分为每年至少一次的在线检验和相隔一定运行周期必须进行的、停止运行的全面检验。压力容器和压力管道的修理必须按安全技术规范的要求进行。一般将检验与修理(修理决策的主要依据是定期检验的结论)结合进行,与压力容器和压力管道相关的安全附件的定期校验、定期检修也与定期检验同步进行。
四、更高的安全检修要求
化工特种设备的管道相互连接,介质具有流动性、带温带压、易燃易爆、有毒有害。一些设备较大、较高,检修时需进入设备内部或登高作业。这些特点决定了进行化工特种设备检修必须有更高的安全检修要求。设备检修一般应在停车的情况下进行,应将介质排尽。对易燃易爆、有毒有害介质需进行吹除置换、清洗消毒;进入设备内部检修需从设备内部有代表性的部位取样分析,办理相关进塔入罐作业证方可进行检修。登高作业需带安全带,办理登高作业证;在一些有易燃易爆介质的生产现场或设备内部检修时,需对环境空气取样分析,办理动火作业证。生产中对系统的某台设备检修时,必须将其与系统断开,防止相连设备管道中的介质喷出伤人或造成燃爆、中毒事件。
五、化工特种设备修理决策方式
设备维修规程结合设备实际状况的决策方式。原化工部组织起草了各类化工特种设备的维护检修规程,对各类化工特种设备的维护检修制定了日常维护、大中小修周期、检修内容、质量验收标准、检修安全注意事项等等。这就产生了以化工特种设备维护检修规程为决策依据的修理决策方式。但它的缺点是没有考虑到设备自身质量、设备运行条件和状况、操作和维护检修水平上的差异,严格按规程进行修理决策,会造成修理过剩或修理不足。为此,以化工特种设备维护检修规程为主要决策依据,由现场技术管理人员、相关管理部门技术人员结合设备状况,对设备大修周期进行调整、共同决策是一种相对科学的修理决策方式。目前大多数化工企业都采用了这种修理决策形式。但实际运作中相关人员的技术素质、责任心、对现场设备的熟悉程度、对设备故障事故发生规律的认识水平等方面的差异,以及出自不同的利益,往往会影响设备的修理的科学决策。
依据状态监测的决策方式。状态维修的最大特点是,完全依据设备的运行效能、运行状态来确定设备的维护检修周期和检修内容。其实质是:在全面掌握设备状况的基础上,根据设备故障发生发展规律,选择最恰当的时机,对设备实施有的放矢的修理。这无疑是一种科学的修理方式,这需要大量资金的投入和做大量的基础研究才能得以实现。这也许是这种决策方式目前难以推广的原因。
化工企业压力容器由于有国家的强制性定期检验要求,检验工作开展得较早较好,随着人们对压力容器故障和事故发生发展规律认识的深入,许多化工企业压力容器的修理决策,基本做到了以定期检验结论为主要依据,可以说正在或基本形成了压力容器的状态监测决策模式。
按规程结合实际加状态监测的组合方式。目前一些大型化工企业,一方面在总系统中选择一些大型、关键、贵重、出现故障事故对生产影响、危害性大的设备进行状态监测,另一方面对大多数设备按检验规程结合设备实际状况进行修理决策,尽可能使修理决策科学化。
参考文献
关键词:特种设备;同步检修;协同检修
化工介质的高危害性、生产的连续性对设备的可靠性提出了更高要求。要保证设备运行可靠,必须随时了解设备状态,对设备异常及时发现并做出调节或修理,防止设备状况的进一步恶化。化工特种设备与岗位布局方式决定了必须进行巡回检查。化工特种设备往往是设备连着设备,一个岗位集中管理和控制相邻的十几台甚至几十台设备。化工生产具备连续性大生产的特点,除开停车中需要操作人员到设备现场对设备进行操作外,正常生产中,操作人员的大部分工作时间是通过岗位控制台对设备运行情况进行监测与调节。这一点与普通机床设备操作人员始终在设备身边进行操作很不相同。控制室的监控参数不能完全反映设备状况(如设备局部的泄漏、振动等),这就要求通过巡回检查来弥补监控上的不足。巡回检查分操作人员的巡回检查、片区维护检修人员的巡回检查和现场技术管理人员的巡回检查。巡回检查和由此决定的调节与修理是化工特种设备日常维护的主要内容。
一、同步检修与协同检修要求
化工生产的一个操作单元的各个设备之间、多个操作单元形成的子系统的各个设备之间、多个子系统形成的总系统的各个设备之间,一般都通过管道相连。生产原料从一端设备投入,产品从另一端设备产出,中间没有间断、停留与机械运输。这与化工产品的生产介质大多为流体有关,这样可以实现连续性大生产。这种特殊的生产工艺对设备的维护检修提出了同步、协同检修的特殊要求。一台设备出现问题,往往造成一个操作单元、或者一个子系统或者总系统停车,这时就需实施该单元、或者子系统或总系统设备的同步、协同检修。同步指检修时间、周期、类别上的同步。协同指在处理某一设备问题时,充分利用该停车机会,协同处理同一单元、同一子系统或总系统中其他设备问题。
二、怎样实现同步和协同检修
化工特种设备检修按检修时机分:临时的停车检修和停产大修;按检修工作量分:大修、中修和小修。
当总系统运行一定时间(如一年)后,系统全面停车,主要目的是为了系统内设备集中大修,称为停产大修。停产大修停车时间长,可以安排较多设备的大修,但并不能安排所有设备的大修,一方面受停车时间、维修力量限制,另一方面设备种类、设备质量状况、运行环境条件的不同,设备的大修周期不可能统一。同一系统内种类相同、检修周期相近的设备可以分批实施大修,错开每批设备之间的大修时间。某次停产大修中不进行大修,而中小修周期到了的设备可协同进行中小修。以上这些大修和协同的中小修就形成了停产大修计划。
尽管如此可以使设备大修的集中度降低,但停产大修往往时间紧、任务重,施工组织难度大。因此必须有效利用临时的停车机会,尽可能多地实施中小修和可能实施的大修,例如一些可能与总系统隔断或短时断开的子系统或操作单元的设备。但子系统内或操作单元内设备也应实施同步的和协同的检修,以便减少停车次数。
中小修工作量相对较少、检修时间短,除在停产大修期中协同实施外,主要安排在临时停车时进行。化工生产要求实现连续不间断生产,但实际运行中短时的局部子系统或操作单元停车或者总系统的临时停车不可避免。如某关键设备的异常故障、巡检中发现某种危及安全的隐患急需处理、某岗位人员的操作失误、水电气原料供应不足等都可能产生临时停车。此时是安排该系统或操作单元设备中小修同步检修和协同检修的最佳机会。
三、压力容器、管道的维护检修
化工生产的管道完成各设备之间介质的传递输送,中间产品和最终产品由不同的储罐完成介质平衡与储存。压力容器和压力管道是化工生产中的主要设备,属于特种设备,对其设计、制造、安装、使用、检验、检修与改造实施安全监察,其维护检修除重视日常维护中的巡回检查外,重点是开展定期检验。定期检验是国家安全管理法规规定的强制性检验,主要分为每年至少一次的在线检验和相隔一定运行周期必须进行的、停止运行的全面检验。压力容器和压力管道的修理必须按安全技术规范的要求进行。一般将检验与修理(修理决策的主要依据是定期检验的结论)结合进行,与压力容器和压力管道相关的安全附件的定期校验、定期检修也与定期检验同步进行。
四、更高的安全检修要求
化工特种设备的管道相互连接,介质具有流动性、带温带压、易燃易爆、有毒有害。一些设备较大、较高,检修时需进入设备内部或登高作业。这些特点决定了进行化工特种设备检修必须有更高的安全检修要求。设备检修一般应在停车的情况下进行,应将介质排尽。对易燃易爆、有毒有害介质需进行吹除置换、清洗消毒;进入设备内部检修需从设备内部有代表性的部位取样分析,办理相关进塔入罐作业证方可进行检修。登高作业需带安全带,办理登高作业证;在一些有易燃易爆介质的生产现场或设备内部检修时,需对环境空气取样分析,办理动火作业证。生产中对系统的某台设备检修时,必须将其与系统断开,防止相连设备管道中的介质喷出伤人或造成燃爆、中毒事件。
五、化工特种设备修理决策方式
设备维修规程结合设备实际状况的决策方式。原化工部组织起草了各类化工特种设备的维护检修规程,对各类化工特种设备的维护检修制定了日常维护、大中小修周期、检修内容、质量验收标准、检修安全注意事项等等。这就产生了以化工特种设备维护检修规程为决策依据的修理决策方式。但它的缺点是没有考虑到设备自身质量、设备运行条件和状况、操作和维护检修水平上的差异,严格按规程进行修理决策,会造成修理过剩或修理不足。为此,以化工特种设备维护检修规程为主要决策依据,由现场技术管理人员、相关管理部门技术人员结合设备状况,对设备大修周期进行调整、共同决策是一种相对科学的修理决策方式。目前大多数化工企业都采用了这种修理决策形式。但实际运作中相关人员的技术素质、责任心、对现场设备的熟悉程度、对设备故障事故发生规律的认识水平等方面的差异,以及出自不同的利益,往往会影响设备的修理的科学决策。
依据状态监测的决策方式。状态维修的最大特点是,完全依据设备的运行效能、运行状态来确定设备的维护检修周期和检修内容。其实质是:在全面掌握设备状况的基础上,根据设备故障发生发展规律,选择最恰当的时机,对设备实施有的放矢的修理。这无疑是一种科学的修理方式,这需要大量资金的投入和做大量的基础研究才能得以实现。这也许是这种决策方式目前难以推广的原因。
化工企业压力容器由于有国家的强制性定期检验要求,检验工作开展得较早较好,随着人们对压力容器故障和事故发生发展规律认识的深入,许多化工企业压力容器的修理决策,基本做到了以定期检验结论为主要依据,可以说正在或基本形成了压力容器的状态监测决策模式。
按规程结合实际加状态监测的组合方式。目前一些大型化工企业,一方面在总系统中选择一些大型、关键、贵重、出现故障事故对生产影响、危害性大的设备进行状态监测,另一方面对大多数设备按检验规程结合设备实际状况进行修理决策,尽可能使修理决策科学化。
参考文献