Содержание к диссертации
Введение
1. Основные положения системы планово-предупредительных ремонтов оборудования электрических станвдй энерго объединений 12
1.1. Назначение и сущность системы планово-предупреди тельных ремонтов 12
1.2 Особенности планирования ремонтов основного оборудования электрических станций энергосистемы 14
1.3. Постановка задачи 23
1.4. Существующие методы оптимизации плана ремонтов 28
Выводы 31
2. Математическая модель и метод оптимизации плана ремонтов основного оборудования электрических станций 32
2.1. Формирование математической модели задачи 32
2.2. Анализ функциональной зависимости затрат, вызванных перерасходом топлива от моментов останова агрегатов . 36
2.3. Формирование упорядоченного ряда агрегатов электрических станций 50
2.4. Планирование ремонтов по критерию минимума перерасхода топлива 54
2.5. Анализ функциональной зависимости ущербов при снижении уровня резервной мощности от конфигурации графика ремонтной мощности 60
2.6. Планирование ремонтов по критерию минимума ущербов 64
2.7. Анализ функциональной зависимости затрат, вызванных нерациональным использованием ремонтного персонала от конфигурации графика объемов ремонта 65
2.8. Планирование ремонтов по критерию минимума затрат от нерационального использования ремонтного персонала 74
2.9. Метод направленного поиска минимума 82
Выводы 85
3. Алгоритм оптимизации плана ремонтов и его сопостави тельные. особенности 86
3.1. Согласование критериев оптимизации плана ремонтов . 86
3.2. Алгоритм направленного поиска минимума и его особенности 90
3.3. Алгоритм покоординатной оптимизации плана ремонтов 93
3.4. Комбинирование методов направленного поиска минимума и покоординатной оптимизации плана ремонтов 96
3.5. Коррекция плана ремонтов в течение ремонтного
периода 100
Выводы... 102
4. Алгоритмы пширования ремонтов на основе сочетания методов для разных иерархических уровней управления. программы планирования ремонтов 103
4.1. Иерархические уровни планирования ремонтов
4.2. Алгоритм перспективного планирования ремонтов основного оборудования электрических станции ОЭС 104
4.3. Алгоритм планирования ремонтов при проектировании схем организации эксплуатации и ремонтов . 117
4.4. Алгоритм годового планирования ремонтов основного оборудования электрических станций ОЭС 120
4.5. Программы планирования ремонтов основного оборудования электрических станций ОЭС 121
4.6. Результаты расчета планов ремонтов ОЭС . 125
Выводы 133
Заключение 134
Список использованных источников
- Назначение и сущность системы планово-предупреди тельных ремонтов
- Анализ функциональной зависимости затрат, вызванных перерасходом топлива от моментов останова агрегатов
- Согласование критериев оптимизации плана ремонтов
- Иерархические уровни планирования ремонтов
Назначение и сущность системы планово-предупреди тельных ремонтов
Ремонт основного оборудования электрических станций энергосистем является одной из важнейших задач производственно-хозяйственной деятельности энергетического производства. Ремонт призван поддерживать основное оборудование в состоянии эксплуатационной готовности с характеристиками, обеспечивающими экономичность режима энергосистемы / 23 /. Эксплуатационная готовность оборудования энергосистем определяется степенью износа. Различают физический и моральный износ оборудования / 24 /. Физический износ оборудования является следствием активной работы оборудования, физико-химических процессов, сопровождающих производство тепловой и электрической энергии. Физический износ вызывает ухудшение эксплуатационных характеристик оборудования - снижение производительности, повышение расхода топлива и эксплуатационных материалов. При большой степени физического износа оборудования его дальнейшая эксплуатация в таком состоянии нецелесообразна, так как может привести к аварийному выходу. Физический износ оборудования происходит неравномерно. Отдельные части агрегатов электрических станций служат разное время и для обеспечения работоспособности всего агрегата в течение определенного срока службы производятся периодические замены отдельных узлов и деталей. Все ремонтируемые и заменяемые детали агрегатов сводят в группы, отличающиеся сроком использования до их восстановления или замены. При этом детали могут быть отнесены к ремонтной группе с несколько меньшим сроком службы, чем максимально возможный срок их использования
Такая группировка деталей по срокам службы позволяет строить календарные графики ремонта оборудования, характеризуемые определенными объемами и необходимыми затратами на ремонт в различные годы (периоды) его эксплуатации. Различают текущий, расширенный текущий и капитальный ремонты.
Текущий ремонт выполняется с целью обеспечения нормальной эксплуатации оборудования и сохранения необходимых эксплуатационных качеств, поддержания технических и экономических показателей на уровне, достигнутом после последнего капитального ремонта.
Расширенный текущий ремонт выполняется на оборудовании, проработавшем несколько лет после капитального ремонта и техническое состояние которого требует больших объемов работ, чем при производстве текущего ремонта.
Капитальный ремонт оборудования включает полную его ревизию, проводимую через определенные периоды независимо от состояния оборудования, восстановление и замену изношенных деталей, устранение повреждений оборудования, выполнение мероприятий по повышению надежности и экономичности работы оборудования.
Совокупность перечисленных видов ремонтов составляет комплекс планово-предупредительных ремонтов, который составляет неотъемлемую часть эксплуатации электростанций и представляет собой совокупность планируемых организационных и технических мероприятий по текущему надзору, уходу и ремонту с целью поддержания оборудования в работоспособном состоянии и предупреждения его аварийной остановки / 29-30 /; На тепловых электрических станциях ремонт оборудования производится через определенные промежутки времени, установленные для каждого вида оборудования в отдельности. Межремонтные пери оды определяются из условия обеспечения надежной работы оборудования без заметного снижения экономичности. Период времени между двумя капитальными ремонтами составляет продолжительность ремонтного цикла. Работы производятся в соответствии с составленным графиком ремонта, предусматривающим количество и чередование периодических ремонтов по годам на протяжении всего ремонтного цикла. В соответствии с указанным графиком в энергосистеме составляется годовой план капитальных, расширенных текущих и текущих ремонтов, определяющий распределение указанных ремонтов в течение планируемого года. Плановые сроки вывода в ремонт основного оборудования электрических станций предусматриваются календарными графиками, которые разрабатываются централизованно в энергосистеме. Централизация разработки графика ремонтов определяется органической связью с балансом мощностей в энергосистеме. График должен быть составлен таким образом, чтобы обеспечивалось покрытие годового графика нагрузок и сохранялся необходимый уро-вено эксплуатационного (аварийного) резерва мощности / 31 /.
Анализ функциональной зависимости затрат, вызванных перерасходом топлива от моментов останова агрегатов
Отсюда, целевая функция задачи планирования ремонтов может быть выражена суммой функционалов:
Формулировка целевой функции в виде выражения (2.21) позволяет отразить сущность многокритериальности задачи планирования ремонтов. Первый функционал представляет критерий минимизации затрат на перерасход топлива и ожидаемые ущербы. Второй функционал представляет критерий минимизации затрат вследствие нерационального использования ремонтного персонала. Указанные критерии в определенной степени являются противоречивыми, что выразится в количественных значениях функционалов. Это обстоятельство позволяет прослеживать их изменение в процессе планирования, фиксировать области совпадения функционалов и т.д.
Представление целевой функции в виде (2.21) делает задачу более наглядной, позволяет сделать процесс создания алгоритма целенаправленным, облегчает анализ изменения затрат в зависимости от вектора плана X Ниже приведен анализ закономерностей изменения затрат в зависимости от плана ремонтов, вытекающие следствия, на основании которых составлен эффективный алгоритм расчета плана ремонтов минимизируюзий затраты вследствие вывода агрегатов в ремонт.
Анализ модели задачи выполнен в предположении следующих допущений: - состав агрегатов не изменен в течение ремонтного периоде , - - распределение нагрузки между агрегатами выполнено оптимально, по условию равенства относительных приростов расхода топлива, с учетом потерь в сети; - характеристики агрегатов неизменны в течение ремонтного периода Т
Цианирование ремонтов формально можно рассматривать как процесс построения вектора плана X , т,е. последовательное определение моментов останова { C-i j , Шагом такого процесса является момент фиксирования оа- , останова очередного агрегата. Совокупность моментов останова части агрегатов, начиная с первого до с -го, составит фрагмент плана. Каждому фрагменту плана ремонтов соответствует суммарная ремонтируемая мощность \}ен\ї,ї/ Суммарная ремонтируемая мощность первых агрегатов определится в соответствии с (2.3): р
Вывод очередного агрегата сопровождается переходом энергосистемы в новый режим работы. Изменение режима работы легко проследить по суммарным характеристикам относительного прироста расхода топлива. В соответствии с / 46 / относительный прирост і37 часового расхода топлива, используемого при оптимизации режимов, определяется с учетом потерь в сети: ъп 9PJ / j S/TM . (2.23) 6j=TPj - (2 24) где Ли/ _ расход топлива в энергосистеме j -й станции Pj - мощность j -й станции ЪП - прирост потерь в сети от мощности j - й стан ции.
На рис.2.1 приведены суммарные характеристики относительно го прироста расхода топлива энергосистемы с учетом потерь в сети для разного состава агрегатов yJ - f (Р) Характеристика I для полного состава, характеристики 2 и 3 соответственно для того же состава при выведенном агрегате мощностью Pi и при выведенном агрегате мощностью Pi . Изменение состава агрегатов приводит к изменению расхода топлива. Расход топлива для разного состава можно определить через характеристики относительных приростов работающих агрегатов, при нагрузке энергосистемы /а/с (i) / 79-86/. Дія ПОЛНОГО состава агрегатов часовой расход топлива в энергосистеме составит / 7 / :
Согласование критериев оптимизации плана ремонтов
Модифицированный метод направленного поиска минимума доставляет решение задачи по трем критериям. Как было отмечено выше, в общем случае критерии противоречивы, но в определенных условиях критерии согласовывающиеся и тогда может быть получен минимум суммарных затрат вследствие вывода агрегатов в ремонт. Необходимо провести анализ решения задачи методом направленного поиска минимума для общего случая. Если в качестве переменной принять вектор X : X [x,t сх?4 х ]j (3.1) то затраты вследствие вывода агрегатов в ремонт можно выразить целевой функцией по (2.20), (2.72), (2.75) в виде суммы функционалов:
Форма записи выражения (3.2) выражает многокритериальность задачи планирования ремонтов. Первый функционал определяет численную зависимость затрат из-за перерасхода топлива и снижения уровня резервной мощности от вектора X и графика ремонтируемой мощности. Аналогичную зависимость затрат вследствие нерационального использования ремонтного персонала от графика объемов ремонта определяет второй функционал, Закая форма записи целевой функции позволяет оценить влияние отдельных критериев на целевую функцию / 94-95 /.
Выше были определены условия, при которых критерии согласовываются. этими условиями являются: наличие избыточной Res (-і) в течение ремонтного периода Г , разнотипной» оборудования, т.е." /? Ра , і % , резко выраженная неравномерность гра фика нагрузки, т.е. . Эти условия являются граничными. На практике указанные условия зачастую нару шаются, что изменяет весомость отдельных критериев. При дефиците резервной мощности Rei (і:) более высокий вес имеют первые два критерия, так как нерациональное планирование ремонтов в этом случае может привести к нарушению бесперебойности энергоснабже ния / 96-98 /. Недостаток ремонтного персонала предъявляет особые требования к планированию ремонтов, что выражается в увеличении веса третьего критерия, так как в противном случае выполнение всего запланированного объема ремонтов невозможно / 99-101 /.
Планирование ремонтов для случаев предельных значений отличается следующим образом.
При о( { , планирование ремонтов осуществляется только по первым двум критериям. Для этих критериев принцип ПЛаНИрОВа-ния заключается в поиске минимального значения jRuc ft )dt за вре-мя ремонта і І и далее по схеме. В этом случае максимальная величина op (X,і) не контролируется и принимается такой, какой она получается из плана. Контролируется только условие а минимизируется величина дефицита мощности по (3.4), Pwt ) : Ц)=1Ы1Ь) Р?еЛЬ)](Р(Х1У (3.7)
При ос =0, планирование ремонтов осуществляется только по третьему критерию. Принцип планирования подданному критерию зак лючается в поиске максимального значения за время ГГ. ремонта t- о и далее по схеме, с тем условием, что контролируется максимальная величина, которая не должна превышать заданного значения % імі. ,іі (2.74). Проверяется выполнение условия таое{йрем(ї,-Ь)] їщ. (3.8)
Планирование осуществляется только при соблюдении (3,8), Варианты размещения агрегатов,не удовлетворяющие (3.8) отвергаются ж в рассмотрении не участвуют. Строго говоря коэффициент с , всегда больше 0 и меньше I, т.к. основные принципы планирования сохраняются при всех значениях . Ранжирование агрегатов в определенной степени способствует минимизации критериев, участвующих в планировании только частично. Экспериментальные расчеты, проведенные в процессе исследований, показали следующее. При общих затратах, принятых за 100$, затраты от перерасхода топлива и ожидаемые ущербы составляют от 58 до 82$. Затраты из-за нерационального использования ремонтного персонала составляют от 42 до 18$. Численно вариант плана для энергосистемы установленной мощности 5000 МВт при о(,-0 определился затратами 130 тыс.руб. Вариант плана при х =1.определился затратами 50 тыс.руб. Вариант плана при с =0,5 определился затратами 80 тыс.руб.
Варьирование значением коэффициента позволяет получать варианты плана, учитывающие реальные условия, сложившиеся в энергосистеме и объединении. Указанное имеет важное значение при перспективном планировании ремонтов в составе проектирования схем развития 0ЭС. В схемах развития 0ЭС, в числе прочих вопросов, определяется прогнозная величина ремонтируемой мощности, ожидаемые объемы ремонта. Прогноз ремонтируемой мощности является определяющим при определении установленной мощности электрических станций / 100 /. Ожидаемые объемы ремонтов определяют мощность ремонтных предприятий / 41 /. Вводя то или иное значение коэффициента можно получить варианты плана с преобладанием отдельных критериев на промежуточных этапах расчетов, с последующим совмещением решений и определением оптимального варианта.
Иерархические уровни планирования ремонтов
Основное оборудование электрических станций находится в оперативном подчинении соответствующего уровня диспетчерского управления. Такими уровнями являются части энергосистем (районы), энергосистемы, объединенные энергетические системы и т.д. Соответственно этим уровням осуществляется годовое планирование ремонтов основного оборудования электрических станций. Наряду с различными требованиями к планированию, общим для всех уровней является требование формы плана, содержащей перечень выводимого в ремонт оборудования, даты вывода и длительности ремонта. Различия заключаются в оценке экономической характеристики плана. В объединенных энергетических системах на первый план выдвигаются вопросы экономии топливно-энергетических ресурсов и покрытия графика нагрузки / 99 - 100 /. В энергосистемах и их частях основным является вопрос организации ремонтов и увязка плана ремонтов с возможностями ремонтного предприятия / 90 - 91 /.
Таким образом, для каждого уровня иерархии выдвигаемые требования определяют соответствующие условия планирования ремонтов. Эти условия, в свою очередь, выливаются в соответствующую постановку, алгоритм и программу на ЭВМ. Аналогичная ситуация складывается при перспективном планировании ремонтов в составе схем развития энергосистем и энергообъединений (ОЭС), в составе схем организации эксплуатации, отличающихся дополнительными требованиями к планированию ремонтов.
Отличие годового и перспективного планирования ремонтов заключается в том, что последнее предполагает предварительное решение ряда задач определения исходных условий на момент планирования. Это относится к определению вида ремонтов оборудования, т.е. весь состав агрегатов необходимо разделить на группы, выводимые соответственно в капитальный, расширенный, текущий или только в текущий ремонты / 84, 86 /.
Указанные особенности определили создание ряда алгоритмов и программ оптимизации плана ремонтов основного оборудования электрических, станций.
В числе этих алгоритмов находятся: - алгоритмы перспективного планирования ремонтов основного оборудования электрических станций; - алгоритм планирования ремонтов при проектировании схем организации эксплуатации; - алгоритм годового планирования ремонтов основного оборудования электрических станций ОЭС.
При проектировании схем развития ОЭС определяются уровни располагаемой, резервной и установленной мощностей объединенной энергосистемы. С этой целью, наряду с другими задачами, выполняется расчет перспективного плана ремонтов основного оборудования электрических станций энергообъединений. Предварительно требуется определить перечень агрегатов, выводимых соответственно в капитальный, расширенный текущий или только текущий ремонты.
Наиболее простым является следующий способ. В числе исходных данных присутствует нормативная периодичность вывода агрегатов в капитальный ремонт. Отталкиваясь от нормативной периодичности и зная дату последнего капитального ремонта можно определить, в какой вид ремонта выводится агрегат в планируемом году. Для этого определяется величина
