Разработка метода иерархии формальных грамматик и его применение в планировании ремонтов энергооборудования Штильман Борис Михайлович

Содержание к диссертации

Введение

1. Гоганирование ремонтов как слшная переборная задача

1.1. Актуальность проблемы оптимального планирования ремонтов

1.2. Методы решения экстремальных задач - методы оптимального планирования 12

1.3. Оценки эффективности применяемых методов 19

1.4. Связь с проблематикой искусственного интеллекта. Алгоритм ПИОНЕР Z6

2. Язык траекторий

2.1. Обзор метода 35

2.2. Постановка задачи 36

2.3. Формальные грамматики 43

2.4. Язык траекторий 47

3. Язык зон

3.1. Траекторные сети и зоны 59

3.2. Свойства переводов 65

4. Язык переводов

4.1. Семантика зоны 85

4.2. Язык переводов 92

4.3. Язык управления 101

5. Планирование ремонтов энергооборудования в эксплуатации энергосистем

5.1. Планово-предупредительные ремонты 111

5.2. Заявка на ремонт. Ограничения 114

5.3. Критерии, методы и результаты планирования ремонтов 119

6. Применение метода в задаче месячного планирования ремонтов. программа пионер-2

6.1. Опробование метода в шахматной игре. Программа ПИОНЕР. Аналогия моделей 126

6.2. Месячное планирование ремонтов. Структура программы ПИОНЕР-2 136

6.3. Реализация языка переводов в задаче месячного планирования 142

6.4. Результаты и перспективы применения метода 148

Заключение 154

Литература

• Актуальность проблемы оптимального планирования ремонтов
• Формальные грамматики
• Траекторные сети и зоны
• Планово-предупредительные ремонты

Введение к работе

Актуальность проблемы. Энергетика - важнейшая отрасль народного хозяйства. От уровня её развития во многом зависит работа остальных отраслей, а также повышение жизненного уровня населения.

В речи Генерального секретаря ЦК КПСС тов. К.У.Черненко на встрече с избирателями 2.03.1984 отмечалось: "Со всей остротой партия ставит и вопрос о том, чтобы широким фронтом развернуть совершенствование управления экономикой..."("Правда" 3.03.84).

В силу определённых особенностей отрасли и её масштабов управление электроэнергетикой СССР представляет собой сложную задачу.Ее призвана решать создаваемая отраслевая ОАСУ "Энергия". Важное место среди других управленческих задач занимает задача оптимизации планирования ремонтов энергооборудования. При этом экономический эффект от оптимизации плана даже на несколько процентов в масштабах страны составляет миллионы руб. Большой вклад в решение этой задачи внесли коллективы советских и зарубежных учёных. Следует особо отметить работы, проведённые под руководством БУденко Ю.Н., Вёникова В.А., Горнштейна В.М, ,Цветкова Е.В., Синькова В.М.

Задача оптимального планирования является сложной переборной задачей. Известные в настоящее время методы дискретного программирования недостаточно эффективны в задачах большой размерности. Актуальной является разработка новых приближённых методов решения таких задач.

Для решения задачи планирования ремонтов потребовалась разработка нового метода решения переборных задач, а для этого предварительно в качестве модели для обобщения - распознавание и алгоритмизация метода поиска хода шахматного мастера. Основой для работы послужил проект алгоритма игры в шахматы, предложенный проф. М.М. Ботвинником в 1968 г. Реализуя основополагающие идеи М.М. Ботвинника и под его руководством, автор принял активное участие в создании шахматного алгоритма ПИОНЕР, а позднее и метода ПИОНЕР Для решения переборных задач; автор также осуществил формализацию метода ПИОНЕР с помощью разработанного им математического метода иерархии формальных грамматик.

Работа по теме диссертации проводилась во ВНИИЭ с 1972 г. по плану НИР по темам № І2-0ПЗ/72, 23-0200/76 и 23-0200/79, а также в соответствии с Координационным планом Научного Совета по комплексной проблеме "Кибернетика" АН СССР по разделу Г. 12.3.б. С І98І г. исследования проводились в соответствии с планом важнейших НИР ГКНТ СССР на 9-П пятилетки по программе 0. Ц.026. С І982 г. в соответствии со специальным постановлением ГКНТ СССР о проведении дополнительных НИР в области прикладных переборных задач № 206 от 1.06.1982 г. во ВНИИЭ открыта тема № 16-01/82.

Целью работы является разработка нового метода решения переборных задач для оптимизации планирования ремонтов оборудования электростанций.

Основная идея работы состоит в разработке математической модели для задачи планирования ремонтов, которая сводила бы сложную переборную задачу практически к беспереборной. Основой такой модели явились разработка метода ПИОНЕР и его формализация.

Методика исследования. Синтез метода осуществлен путем распознавания и алгоритмизации метода шахматного мастера, его последующего обобщения и формализации. Как при разработке метода, так и при его реализации широко применялось моделирование на ЭВМ. При формализации метода использован математический аппарат теории формальных языков и математической логики; при построении иерархии языков использован подход к описанию образов, применяемый в структурно-лингвистических моделях распознавания. Анализ метода проведен путем доказательства различных теорем, а также путем экспериментальной оценки его эффективности для конкретных задач. К защите представляются:

1. Метод ПИОНЕР, формализованный в виде иерархии формальных грамматик, используемый для решения сложных переборных задач; он обеспечивает сведение определенного класса таких задач практически к беспереборным.

2. Целесообразность и эффективность метода для оптимизации месячного планирования ремонтов энергооборудования.

3. Схема и особенности применения метода к задаче месячного планирования ремонтов путем настройки общего метода на конкретную задачу в виде заполнения таблицы инвариантных понятий и уточнения грамматики переводов.

4. Теоремы о корректности введенных грамматик траекторий, зон и переводов, о семантике зоны, о ядре и коядре переводов. Приемы реализации метода, использующие описание динамики изменения границ между существенной и несущественной информацией при переходах системы из одного состояния в другое.

5. Введенные автором в алгоритм ПИОНЕР процедуры: формирование зоны методом видения, три типа застывания траекторий, первый вариант процедуры отсечения ветвей путем обследования ранее построенного поддерева (движение по рельсам), приоритет включения в перебор на основе анализа сложных цепочек.

Научная новизна.

I. Разработан и математически формализован (в виде иерархии формальных грамматик) новый метод решения задач дискретной оптимизации - метод ПИОНЕР.

Новыми являются как сама математическая модель, используемая для формализации (иерархия формально-параметрических программных языков), так и результаты ее исследования - теоремы о свой -7-ствах траекторий, зон и переводов.

2. Исследована специфика задачи месячного планирования, что позволило впервые ее поставить и решить с использованием нового метода, реализовав его в виде алгоритма ПИОНЕР-2.

3. В процессе опробования метода на шахматной модели и реализации в месячном планировании впервые разработаны общая схема и приемы применения метода к конкретным прикладным задачам.

Практическая ценность работы состоит в том, что с помощью разработанного метода решена важная народнохозяйственная задача-оптимизация месячного планирования ремонтов энеproоборудования. Опыт первой реализации, а также отдельные алгоритмы и приемы программирования могут быть использованы при решении новым методом других более сложных энергетических задач, развитый Е работе подход к формализации метода на основе иерархии формальных языков позволил в первом приближении очертить область применимости метода. Аналогичный подход может быть использован для формализации других сложных иерархических систем реализация. При участии диссертанта создана программа ПГОНЕР--2 месячного планирования ремонтов оборудования электростанций. Среднее время для составления месячного плана ремонтов около I мин на ЭВМ ЕС-Ю40. Программа внедрена в промышленную эксплуатацию в ЦДУ ЕЭС СССР и в 8 ОДУ на машинах серии ЕС ЭВМ. Годовой экономический эффект от внедрения составил 390 тыс.руб.

Апробация. Сообщения об основных этапах работы заслушаны и одобрены на семинаре "Искусственный интеллект и проблемы его построения" Научного Совета по комплексной проблеме "Кибернетика" АН СССР (г. Москва, 1974, 1978 и І98І), в Государственном НИИ машиноведения (г. Москва, І974), в Институте электроники и вычислительной техники АН Латвийской ССР (г. Рига, 1975), в ВЦ АН Грузинской ССР (г. Тбилиси, 1975),, на факультете прикладной матема -8-тики МИНХ и ГП им. Губкина (г. Москва, 1976), на совещании (под председательством акад. В.М. Глушкова) разработчиков шахматных программ ПИОНЕР и КАИССА (организовано ГКНТ СССР, г. Киев,1977), на семинаре по кибернетике акад. А.И. Берга Научного Совета по комплексной проблеме "Кибернетика" (г. Москва, 1977), на семинарах в ЛОМИ им. Стеклова, ЛГУ им. Жданова, ИСЭП АН СССР (все г. Ленинград, І978), на общемосковском семинаре "Проблемы искусственного интеллекта" в ШТУ АН СССР (г. Москва, 1979 и 1981), на кафедре электрических систем МЭИ (под пред.проф. В.А. Веникова, Москва, 1979), в ЦДУ ЕЭС СССР (под пред.д.т.н. С.А. Совалова, Москва, 1979), на семинаре Института физики высоких энергий (г. Протвино, 1980), на П Международном совещании по искусственному интеллекту (Репино, Ленинград, 1980), на Всесоюзном симпозиуме разработчиков шахматных программ (под пред.акад. В.М. Глушкова, Москва, 1980), в Ленинградском институте авиационного приборостроения (Ленинград, І98І), на расширенном заседании СМУиС ВНИИЭ в связи с выдвижением работы на соискание премии Моск. комсомола (Москва, І98І), на заседаниях комиссии "Шахматная модель и прикладные задачи" АН СССР (Москва, 1981, 1982), на объединенном семинаре ВНИИЭ и ЦДУ ЕЭС СССР по теме 16-0200/79 (Москва, 1981), на XI научно-технической конференции молодых специалистов ВНИИЭ-ВЦ ГТУ (Москва, 1983).

Автор является Лауреатом премии Московского комсомола І98І г. за работу "Разработка нового метода решения сложных переборных задач (метода "ПИОНЕР") и его применение в управлении энергетикой" (см.прилож.2).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 12 печатных работ [ 33-43,81]. Из них 2 работы опубликованы в ФРГ, 3 работы переведены за рубежом (две в ФРГ и США, одна в США), 5 работы написаны в соавторстве.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 143 стр. текста, 15 рисунков, список использованной литературы из 82 наименований, приложения.

Рассмотрены различные методы решения переборных задач с точки зрения их эффективности и применимости к задаче планирования ремонтов энергооборудования электростанций. Далее описана математическая модель, введенная автором (метод иерархии формальных грамматик), рассмотрены формальные языки траекторий, зон и переводов и порождающие их грамматики. Доказаны теоремы о свойствах этих языков, существенных для применения метода. Проведен анализ существующей практики организации и планирования планово-предупредительных ремонтов энергооборудования. Далее с учетом проведенного анализа описано применение нового метода в задаче месячного планирования ремонтов (алгоритм ПИОНЕР-2).

Постановка задачи месячного планирования дана в виде трех различных, но эквивалентных представлений: в п. 1.3 для решения методом целочисленного линейного программирования, в п.2.2 для решения методом иерархии формальных грамматик, в п.6.2 в виде, удобном для описания алгоритма ПИОНЕР-2.  

Актуальность проблемы оптимального планирования ремонтов

Электроснабжение потребителей в Советском Союзе осуществляется главным образом централизованно от сетей Единой энергосистемы СССР (ЕЭС СССР), а также от сетей изолированно работающих электростанций, электросистем и их объединений. Одним из основных направлений развития энергетики Советского Союза является завершение формирования ЕЭС СССР.

Однако уже и в настоящее время ЕЭС представляет собой весьма сложный объект управления, основной задачей управления является удовлетворение потребностей в электроэнергии при минимальных народно-хозяйственных затратах. При этом сложность управления обусловлена такими особенностями отрасли как непрерывность производства электроэнергии, строгое соответствие генерации и потребления в каждый момент времени, масштабами территории, где размещены энергетические объекты (при необходимости обеспечения требований надежности передачи и качества электроэнергии).

В настоящее время развернуты работы по созданию отраслевой ОАСУ "Энергия" и ее важнейшей подсистемы автоматизированной системы диспетчерского управления АСДУ ЕЭС СССР.

Система диспетчерского управления, осуществляя оперативное управление режимами энергосистем, разрабатывает также годовые и месячные планы ремонтов основного оборудования электростанций и основных сетей. Планирование осуществляется в соответствии со сложившейся территориальной иерархией управления энергосистемами: Центральное диспетчерское управление (ЦДУ) - объединенные диспетчерские управления (ОДУ) - районные эксплуатационные управления (РЭУ). -11 Разработка оптимального плана ремонтов энергооборудования при условии минимизации народно-хозяйственных затрат и обеспечения надежного и качественного снабжения потребителей электроэнергией - одна из важнейших задач ОАСУ "Энергия".

Рассмотрим некоторые статистические данные. За последние 30 лет затраты на капитальные ремонты в промышленности СССР росли в геометрической прогрессии, удваиваясь каждые 10 лет [5] . В 1980 г. они составили 25 млрд.руб. Аналогичные темпы роста ремонтных расходов имеют место и за рубежом. В электроэнергетике ситуация еще более острая. Так, с 1956 по 1975 годы установленная мощность тепловых электростанций (ТЭС) в СССР увеличилась в 7,4 раза, а расходы на ремонт в 11,1 раза.

Ремонты основного энергооборудования характеризуются высокими стоимостью, трудоемкостью и материалоемкостью. При этом диапазон этих величин для различных агрегатов достаточно велик. Рассмотрим для примера энергоблок мощностью 300 МВт современной ТЭС. Текущий ремонт энергоблока (котлоагрегат ТГМП-ЗІ4, турбина К-300, турбогенератор ТГВ-300) может продолжаться до 18 дней при трудозатратах до 50 тыс.чел-час. Капитальный ремонт того же энергоблока продолжительностью до 60 дней может потребовать 150 тыс.чел-час. При этом стоимость капитального ремонта составит 2,9 млн.руб., а затраты материалов 1,1 тыс.т. По данным статистики для различных агрегатов средняя удельная стоимость ремонта ротора турбогенератора с заменой обмотки составляет 0,64 руб/кВт, а ремонт статора с заменой пакетов активной стали и обмотки стоит 2,5 руб/кВт [8] . Отметим также, что более половины эксплуатационного персонала энергосистем составляет персонал ремонтных служб [2].

Чтобы оценить важность оптимального планирования ремонтов энергооборудования следует учесть также потери от возможных аварий и снижения параметров оборудования (по сравнению с нормативными) -12-из-за несвоевременного проведения профилактических ремонтов.

В настоящее время в различных организациях ведется разработка эффективных методов оптимизации плана ремонтов энергооборудования. При этом совершенствуются как математические методы, так их техническое обеспечение - ЭВМ. Работа в этом направлении еще далека от завершения. Планирование пока ведется не оптимально, не достаточно разработаны приближенные критерии оптимальности и методы оптимизации.

Масштабы отрасли таковы, что улучшение плана ремонтов даже на несколько процентов за счет новых методов оптимизации приводит к экономии в сотни тысяч и миллионы рублей. Это, по сути дела, равносильно получению значительных дополнительных средств или получению дополнительной энергии.

Формальные грамматики

Формальные грамматики. Для представления иерархической структурной информации, содержащейся в каждом образе, т.е. для описания образов с помощью более простых подобразов, в работах К.Фу [77] , Т.Павлидиса [76], Д.Федера [77] и др. был предложен лингвистический подход. Этот подход выявляет аналогию между иерархической структурой образов и синтаксисом языков. Правила, управляющие объединением подобразов в образы, обычно задаются т.н. грамматикой описания образов, причем мощность такого описания объясняется рекурсивной природой грамматик.

Теория формальных языков, в используемом здесь аспекте, развита в работах Н.Хомского [72] , Д.Кнута [75] , Д.Розенкранца [73], Л. Кузина [78], Н.Волченкова [79].

Построение нового языка начнем с определения класса формальных грамматик, который послужит для этого основным инструментом.

Определение 2.1.Недетерминированной формально-параметрической программной грамматикой (НФППГ) называется следующая совокупность Г: r = CVT,VN S,VPR,E;H,Parm, 7R), где у,- алфавит терминальных символов; VN- алфавит нетерминальных символов; S- начальный символ (S VN ); PR- исчисление предикатов первого порядка, заданное следующим образом.

Его алфавит Ур=Рге іиСопиУагиГиІХ \УУХ/Х где R e J - предикатные буквы, Con - константные буквы, Var - переменные, F - функциональные буквы ( F=Fconl Fvar ). -44-Функциональной формулой исчисления PR называется : а) буква из Con или Var, б) НЪМу, , где fб F , (рL - функциональные формулы, к = K(=f ) - количество аргументов данной функциональной буквы.

Предикатами из PR (или ППФ) называются буквы из Pred, выражения вида р, = рг , где (p,,cpz - функциональные формулы, а также выражения, составляемые из них с помощью обычных правил; Е - перечислимое множество, называемое предметной областью; Н - интерпретация исчисления PR на множестве Е, т.е. некоторое соответствие следующего вида: Н относит каждой а) предикатной букве pePred к-местное отношение на множестве Е, к = к(р); б) константной букве ъгьОоп элемент из Е; в) функциональной букве бР множество D(f)cEK, к к() - число аргументов функциональной буквы { . Если {tfcon , то задано вычислимое отображение Нф:В({)- Е . Если { Fvar , то для нее определяется tf({): D(f)- Е , изменяющееся в процессе вывода в грамматике Г. (Замечание: везде далее для упрощения обозначений будем писать f вместо Нф или tf(f) , т.к. из контекста всегда ясно, что имеется в виду: формула или ее интерпретация).

Таким образом, интерпретация Н позволяет вычислить значение любой функциональной формулы (оно лежит в Е) И любого предиката ( F или Т ), если заданы значения всех входящих в них переменных; -45-Parm- отображение VT L/VN в 2 ar , ставящее E соответствие каждому символу алфавита V .UVN набор формальных параметров, причем Parm($) = Vbr ; & - конечное множество, называемое множеством меток; R - множество продукций, т.е. конечное множество наборов вида; U,Q,A, В, 9re,grf, J,FP), где t X- метка продукции (метки разных продукций различны и далее множества меток будут отождествляться с множествами помеченных ими продукций; Q - ППФ исчисления предикатов PR - условие применимости продукции, причем в Q входят лишь те переменные из Var , которые принадлежат Be(VNUVT) - цепочка в алфавите грамматики Г; (выражение вида А - " В называется ядром продукции) Зґ. и 2Га - последовательности функциональных формул, соответствующих всем формальным параметрам каждой функциональной буквы из Fvar и каждого вхождения СИМЕОЛОВ из VNUVT в цепочку В соответственно (фактические параметры); FSyFFcc - множества переходов в случае успеха и неудачи соответственно. Результатом вывода в НФППГ служит конечное множество цепочек из Уу , в которых каждому формальному параметру (для каждого вхождения терминального символа в цепочку) приписано значение из Е и каждой букве \є Fvar поставлено в соответствие отображение У() . Вывод в ШТПГ происходит следующим образом. Началом вывода служит цепочка 5 , причем ее формальным параметрам при -46 даны начальные значения из Е и заданы исходные отображения У() для всех fcf-Var.

В качестве начального множества допустимых продукций принимается все множество R . К текущей цепочке применяется каждая из продукций из множества допустимых, символ А для которой входит в цепочку. В результате применения продукции образуется новая цепочка и новое множество допустимых продукций. Вывод для каждой из цепочек, полученной из данной, происходит в дальнейшем независимо. Если ни одну из допустимых продукций нельзя применить, то вывод данной цепочки прекращается. Если она состоит только из терминальных символов, то она поступает в множество результатов вывода, Е противном случае она отбрасывается. Применение продукции происходит следующим образом: Г. Выбирается самое левое вхождение символа А в цепочку. 2. Вычисляется значение предиката Q. 3. Если Q = F , то множеством допустимых продукций становится FP, и применение продукции заканчивается. 4. Если Q. = Т, то символ А заменяется на цепочку В; происходит вычисление значений всех формул из % , соответствующих параметрам символов,и параметры принимают вычисленные значения; новые отображения И ( ),FVar задаются с помощью формул из Я ; множеством допустимых продукций становится Fs , и применение продукции заканчивается.

Траекторные сети и зоны

Траекторные сети и зоны. При описании образов с использованием грамматики цепочек единственным отношением между подобразами или терминальными символами является отношение конкатенации; это означает, что каждый терминальный символ может быть присоединен только слева или справа. Естественное обобщение состоит в использовании более общего формализма, включающего в себя другие полезные отношения [773.

Для описания "двумерных" объектов, составленных из траекторий введем отношение связи траекторий.

Определение 3.1. Траектория t, = (x0) (x,)... (xK ), t, e связана с траекторией tz (усО (]р...« (т) , tA e (обозначим С ( tl?t )), если среди параметрических букв траектории i2 найдется u-L= хк . Если t, принадлежит некоторому пучку траекторий, то и весь пучок назовем связанным с траекторией t2 .

Определение 3.2. Связкой траекторий для траектории t относительно множества В называется совокупность траекторий CAB(t)cB, с которыми связана траектория t . Определение 3.3. К-той степенью отношения С на множестве траекторий А (обозначается С% ) называется, как обычно: 1. Для к = 4 CA(t,,tx) . , тогда и только тогда, когда имеет место C(t,,t2) , где t,eA7i2-A. 2. Для K i Cfy(thi ) тогда и только тогда, когда существует такая траектория t3eA , что С (i,;t3) и

Определение 3.4. Транзитивное замыкание отношения С на множестве траекторий А (обозначается С ) - это отношение, для которого СА( tf ,tg), тогда и только тогда, когда CA(t,,t2) -для некоторого L 1 , t,A,ta A. Определение 3.5. Траекторной сетью W называется конечная совокупность траекторий из /. .(S) t0,t, ,...,tK обладающая следующим свойством: для всякой траектории "t W С I = 1,2,...,к) имеет место C (t ,t0).

Это означает, что каждая траектория сети связана с выделенной траекторией t0 посредством некоторого подмножества траекторий сети, связанных друг с другом. Определение 3.6. Семейством языков траекторных сетей Z,C(S) в состоянии S системы (2.1) называется семейство языков, со держащих цепочки вида и х.()..,у чХ ,,,)... i[X,{ri),,,J (много точие в скобках заменяет прочие параметры конкретного языка). При этом " (5),все траектории цепочки t,,ta,...;tm образуют траєкторную сеть W относительно t; .

Зададимся целью определить формальный язык - представитель семейства LC(S), алфавитом для которого служили бы траектории" а цепочки составлялись бы из траекторий, образующих определенным образом построенные траекторные сети. Для этого обратимся к рис.Ц,5. На них изображена грамматика зон [ , которая входит в класс грамматик, заданный определением 2.1 - НФППГ. В этой грамматике в отличие от [J и Г 2 есть нетождественные функциональные формулы Зг , задающие изменение в процессе вывода отображения К (I ) функциональных символов -f Fvar.

Таким образом, зона есть цепочка символов вида Определение 3.7. Языком зон для системы (2.1) в состоянии S называется язык Z,z(5) =A[Q](S), порождаемый грамматикой HJ (рис.h,5) в состоянии S. Определение 3.9. Траекторным алфавитом TA(Z) зоны Z. называется совокупность траекторий из L, (5), соответствующих значениям параметров алфавита зоны Z. Теорема 3.1. Для любой цепочки Z е Z._(S) траектории из TA(Z) образуют траєкторную сеть, т.е.

Доказательство.Рассмотрим цепочку Z =t(p0,"t0,t0). ..t(pK)tKjrKJ. Очевидно, при условии истинности предиката Q, символ t(p0?i0)tj) присоединяется к цепочке применением продукций I и 2- . Проведем доказательство по индукции. Предположим, что все траектории подцепочки Щ0 0 Х(р„фт (т К) образуют траєкторную сеть. Покажем, что іо о—ЛЛі+і также образуют траєкторную сеть.

Символ "tCpm+ tn, , ,) может быть присоединен к цепочке лишь после применения продукции с меткой 4: . Среди параметров траектории tm+i6"tp(x,i(,6) нас интересует значение и - параметрической буквы последнего символа траектории. К продукции с меткой 4; можно перейти лишь после успешного применения продукции с меткой 3 (переход по Fs ). Здесь функция f (u,ir) изменяет значения параметра и = (х, и,С ). Ясно, что при последнем изменении и {(x0M0lt(?) у)=(х,і/Днекоторое ц,0 заменилось на = #о+ причем =ТІМЕ(ір Ц; 0 , т.к. иначе данное изменение значения UL, а значит и С , было бы не последним, (перед применением продукции с меткой 4; ), поскольку все попытки применения продукции с меткой 4; при 1=0 были бы безуспешными (при 1 = 0 Q =F)

Планово-предупредительные ремонты

Для обеспечения бесперебойного снабжения электроэнергией потребителей необходима безотказная работа оборудования энергосистем, однако с течением времени стареет изоляция и изнашиваются токоведущие части обмоток, портятся подшипники вращающихся машин, отдельные механические детали оборудования, разрушаются котельные трубы и т.д. Эти причины, а также заводские дефекты, неправильные действия персонала, загрязнения, неблагоприятные атмосферные условия приводят к повреждениям оборудования.

Большинство агрегатов являются неравнопрочными конструкциями: некоторые детали рассчитаны на весь срок жизни агрегата (например, активная сталь статора на срок до 30 лет), а другие требуют регулярной замены (например, щетки заменяются раз в полгода).

Из-за дефицита располагаемой мощности практикуется весьма ограниченный вывод устаревшего оборудования (до І ГВт в год по стране). В этих условиях часть агрегатов работают дольше, расчетного срока их жизни. Поддержка параметров такого оборудования на необходимом уровне требует частых ремонтов.

Использование на многих электростанциях низкосортных видов топлива (например, уголь КАТЭК, горючие сланцы) приводит к усиленному износу оборудования. Другой причиной повышенного износа является эксплуатация ТЭС в маневреных режимах (в полупиковом и пиковом, т.е. 1-4 пуска в день).

Рассмотренные выше явления вызывают необходимость проведения на электростанциях и в сетях планово-предупредительных ремонтов (ППР). Основным принципом ППР является проведение работ в объеме, устраняющем дефекты и предусматривающем замену ненадежных деталей. При этом для повышения надежности и улучшения показателей оборудования проводят его модернизацию (например, повышение давления водорода в корпусе статора турбогенератора, что позволяет увеличить мощность генератора на 10-15$). В рамках ППР выполняют противоаварийные мероприятия, разработанные на основе опыта эксплуатации аналогичных объектов.

При решении вопроса о включении ремонта в план и сроках его проведения существенную роль играет тип ремонта. В зависимости от объема и сложности работ ППР делятся на капитальные, средние и текущие С ЮЗ.

Капитальный ремонт (КР) состоит в разборке агрегатов, проверке состояния и замене неисправных узлов и деталей, требует значительного количества квалифицированных рабочих (до 150 тыс. чел-час), длительного останова оборудования (до 80 дней для энергоблоков мощностью 800 МВт), большого объема испытаний. Во время КР проводятся работы по реконструкции и модернизации энергооборудования. Примером КР может служить смена или ремонт обмоток генератора.

Текущий ремонт (ТР) не столь продолжителен, не требует полной разборки агрегата и замены крупных деталей (например, осмотр и очистка генератора без выемки ротора, покрытие лаком лобовых частей). ТР, предшествующий капитальному, используется также для выявления и уточнения по всем узлам агрегата объема работ, подлежащих выполнению в КР.

Средние ремонты по сложности и продолжительности занимают промежуточное положение между текущими и капитальными.

Существующая практика планирования ремонтов такова, что планирование осуществляется в форме удовлетворения заявок электростанций. При этом надо учитывать, что вывод в ремонт агрегата связан, как правило, с отключением, от сети соответствующего генератора. Например, на блочных электростанциях из-за ремонта трансформатора отключается весь энергоблок (котел-турбина-генератор). Исключением может служить ремонт котлоагрегата на электростанциях с поперечными связями, который часто проводится без отключения генераторов. Результатом отключения является снижение рабочей мощности в энергосистеме. Таким образом, заявка на ремонт должна быть в первую очередь согласована с графиком прогнозируемой нагрузки. Она может быть удовлетворена без ограничения потребителей электроэнергии лишь в то время, когда в энергосистеме имеется резерв располагаемой мощности. Уменьшение такого резерва в последние годы, а также его отсутствие в периоды осенне-зимнего максимума энергопотребления делает проблему планирования ремонтов особенно острой.

Для удовлетворения заявки необходимо обеспечить ремонт ресурсами (помимо резерва мощности): материалами, ремонтным персоналом, финансовыми средствами. В наиболее общей постановке при выборе оптимального варианта плана должна проводиться оптимизация по распределению ресурсов, однако, существующая практика такова, что обеспеченность ремонта ресурсами учитывается в форме удовлетворения ограничениям и оптимизация по ним не проводится. Причиной этого является недостаточная эффективность имеющихся методов оптимизации задач большой размерности с распределением ресурсов, а также незавершенность формирования банков данных, о наличии ресурсов.