隨著水電機組系統(tǒng)向大型化、復(fù)雜化、精密化方向發(fā)展,發(fā)電機組系統(tǒng)在服役階段呈現(xiàn)出多種不同的工作性能狀態(tài)或幾種失效模式。傳統(tǒng)基于固定周期的維護(hù)方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)在市場競爭下的利益需求。

狀態(tài)維修方式是根據(jù)*的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)所監(jiān)測的信息,適時安排檢修,避免設(shè)備出現(xiàn)突發(fā)損壞而造成的巨大損失。狀態(tài)檢修方式中常用馬爾可夫決策模型描述部件性能狀態(tài)的退化規(guī)律以及預(yù)測部件未來的可靠性變化趨勢,所獲得的效果較好。該種方法的關(guān)鍵在于使用馬爾可夫過程描述部件的性能退化規(guī)律。但是,馬爾可夫過程通常假定設(shè)備在任意兩狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移時間服從指數(shù)分布,這個條件嚴(yán)重影響了馬爾可夫過程在實際中的應(yīng)用。

因此提出利用半馬爾可夫模型來描述水電機組部件的性能退化規(guī)律,半馬爾可夫過程的優(yōu)勢在于所描述的設(shè)備兩狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移時間可以是非指數(shù)分布,這在實際中是非常重要的。如發(fā)電機主軸上軸承斷裂所導(dǎo)致的發(fā)電機失效,用威布爾分布可以很好進(jìn)行描述。因此發(fā)電機組部件的性能退化規(guī)律,不太適合使用馬爾可夫過程進(jìn)行描述,半馬爾可夫過程中比馬爾可夫過程更適合用來描述發(fā)電機組部件的性能退化規(guī)律。

本文以水電機組狀態(tài)維修為背景,開展圍繞水電機組部件性能退化規(guī)律和維修決策優(yōu)化這兩方面展開研究,研究工作主要包括:

(1)針對馬爾可夫過程只適用于擬合部件兩狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移時間服從指數(shù)分布的事實,為了更加準(zhǔn)確的揭示發(fā)電機組部件的性能退化規(guī)律及預(yù)測在未來時間的可靠性變化趨勢,建立更加符合實際系統(tǒng)性能狀態(tài)描述的有效模型。提出了利用半馬爾可夫過程來描述發(fā)電機組部件的性能退化規(guī)律。構(gòu)建了符合發(fā)電機組部件壽命分布特征的可靠度評估模型。通過案例分析驗證了所提模型的準(zhǔn)確性和可行性。

(2)常用的設(shè)備系統(tǒng)控制模型忽略了隨時間波動變化的維修費用。對于這個問題,本研究提出了基于維修成本變化的狀態(tài)維修動態(tài)閥值控制模型。該模型的目的是通過降低在高停機成本時段的預(yù)防維修概率來實現(xiàn)降低維修費用目標(biāo)和增加在低停機成本時段的預(yù)防維修概率來提高系統(tǒng)的可靠度。并通過實例,對比分析了發(fā)電機組設(shè)備維修閥值策略,進(jìn)一步驗證了基于停機成本的動態(tài)比例閥值策略相對于恒定閥值策略的優(yōu)勢。

(3)針對發(fā)電機組部件在任務(wù)間隔期的維修決策問題,提出了一種基于部件狀態(tài)的選擇性維修決策模型,該模型從電力系統(tǒng)的角度來評價發(fā)電機組系統(tǒng)的可靠度,并考慮部件狀態(tài)信息與非完好維修因素,運用粒子群優(yōu)化算法解決了發(fā)電機組的選擇性維修決策優(yōu)化問題。zui后通過驗證,在相同的維修費用預(yù)算下,所提方法能使發(fā)電機組的任務(wù)完成率。