Контроль, мониторинг и управление ремонтно-восстановительными процессами на тепловых электрических станциях

Актуальность темы

Современное состояние отечественной энергетики характеризуется значительным износом оборудования и снижением финансирования, связанного с поддержанием его в нормальном эксплуатационном состоянии. Это полностью относится и к основному оборудованию тепловых электрических станций. В настоящее время около 20 млн. кВт мощностей ТЭС выработали свой проектный ресурс. К 2005 г. выработает свой ресурс уже 55 млн. кВт, к 2010 г. — 80 млн. кВт, а к 2015 г. — 100 млн. кВт [22,28]. На этом фоне идет неуклонное снижение инвестиций в электроэнергетику, что приводит к дополнительному сокращению возможностей электроэнергетической отрасли в части строительства новых и замещения устаревших электроэнергетических объектов.

Совершенствование ремонтно-восстановительных процессов на станциях являлось всегда одной из центральных проблем управления, которое было направлено на своевременность проведение ремонтов, повышения их качества и оптимизацию ремонтных затрат, составляющих в структуре себестоимости энергии значительную величину. При этом прослеживается тесная взаимосвязь многочисленных технических характеристик основного оборудования станций с величиной возможных ремонтных издержек, направленных на компенсацию отклонений этих характеристик от их нормативных значений. Таким образом, ремонтные издержки являются критерием управления восстановительным процессом на станциях, причем это отмечается во всех отечественных и зарубежных исследованиях, проводимых как в рамках системы планово-предупредительных ремонтов, так и при использовании системы ремонтного обслуживания по эксплуатационному состоянию оборудования.

Практически всем исследованиям по этой проблеме присущи три основных недостатка. Во-первых, требования к исходной информации, источникам ее получения, оценке качества и ее интерпретации для управления ре-монтно-восстановительным процессом, главным образом, декларируются. Во-вторых, разработанные на базе такой информации модели носят чисто качественный характер, что осложняет их практическое использование. И последнее. Процесс принятия решения рассматривается, главным образом, как некоторая упрощенная процедура реализации полученного по принятой модели результата. При этом отсутствует не только альтернативность вариантов, но и их субъективная интерпретация, которая всегда присутствует у лица, принимающего решение (ЛПР). Принятие решения является чрезвычайно важной стадией управления, так как именно на ней появляется реальная возможность скомпенсировать все или часть недостатков, связанных с использованием недостаточно качественной информацией и ее неопределенностью.

Разработке моделей управления ремонтно-восстановительными процессами на тепловой электрической станции, свободных в определенной степени от вышеуказанных недостатков, и посвящена данная работа. Это определяет актуальность выбранного направления исследований.

Цель работы состоит в разработке моделей восстановительных процессов, мониторинга наиболее информативных для управления параметров котельного и турбинного оборудования тепловой электростанции, а также процедур принятия решения о величине затрат, необходимых для восстановления ее нормального эксплуатационного состояния.

Объектом исследования являлись ремонтно-восстановительные процессы на тепловых электростанциях и подходы к их управлению.

Для достижения поставленной цели ставились и решались следующие задачи:

• обоснование необходимости минимизации ремонтных затрат на основе корреляционного анализа их влияния на себестоимость производимой на различных тепловых станциях продукции;

•разработка обобщенной модели эксплуатации и восстановления энергетического объекта, которая позволяет раздельно рассматривать деградационный и случайный процессы эксплуатации и связанные с их компенсацией соответственно капитальные и аварийные ремонты;

• определение группы технологических показателей эксплуатационного состояния оборудования на основе качественного и статистического анализа их информативной ценности в рамках обобщенной модели эксплуатации и восстановления;

• построение регрессионных зависимостей между ремонтными издержками и изменением до и после проведения ремонта информативных показателей деградации и случайного процесса;

• создание на базе полученных регрессионных зависимостей различных процедур и моделей принятия решения, основанных на расчете удельных ремонтных затрат, на использовании точечной оценки ремонтных затрат, на определении доверительных интервалов их изменения и на представлении изменения ремонтных затрат в виде нечетких интервалов.

Методология и методы исследований. Основу методологии работы составляет системный подход с его структурными и функциональными моделями объектов. В работе широко используются методы теории оптимизации, нечетких множеств, теории вероятностей и математической статистики, а также информатики.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается вычислительными экспериментами и проверкой предложенных моделей и методов на конкретных энергетических объектах, в качестве которых выступали различные тепловые электрические станции.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложена формализованная модель процессов эксплуатации и восстановления энергетического объекта, основанная на их взаимосвязи с одной стороны и на разделении, с другой стороны, процесса эксплуатации на деградационный и случайный, а процесса восстановления — на капитальный ремонт и на аварийный.

2. Разработаны подходы и модели определения наиболее информативных факторов и показателей деградационного и случайного процессов эксплуатации котельного и турбинного оборудования тепловой станции.

3. Исследована задача получения регрессионных зависимостей ремонтных затрат от информационно ценных параметров процесса эксплуатации, что позволяет оценить их отклонение от заданных нормативов в стоимостном выражении.

4. Решена задача формализованного описания процесса принятия решения о целесообразной величине стоимости ремонтов в зависимости от характера исходной информации.

5. Разработаны процедуры и модели принятия решения, основанные на расчете удельных ремонтных затрат и на использовании точечной оценки стоимости ремонта при достоверной исходной информациина определении доверительных интервалов изменения затрат при недостаточной статистической выборке и на представлении изменения ремонтных затрат в виде нечетких множеств при размытости доверительного интервала.

6. Предложена алгоритмическая структура системы поддержки принятия решения для ЛПР при управлении ремонтно-восстановительными процессами котельного и турбинного оборудования тепловых станций.

Практическая ценность работы. Применение предложенных подходов и моделей позволяет оценить фактические возможности, источники и качество получения информации для определения минимально необходимого набора конкретных эксплуатационных параметров основного оборудования станции, а также осуществить анализ их влияния на стоимость предполагаемого ремонта.

Впервые у лица, принимающего решение, появляется возможность обосновано подходить к требуемому объему денежных средств, необходимого для проведения ремонтов на станции, то есть качественно осуществлять тактическое и стратегическое планирование ремонтных издержек. .Необходимый набор расчетных модулей и последовательность их использования формируется ЛПР в зависимости от поставленной им цели и наличием соответствующей в его распоряжении исходной информации.

Разработанные модели и полученные по ним результаты используются в ОАО «Новосибирскэнерго» и «Иркутскэнерго», а также в учебном процессе Новосибирского государственного технического университета.

Таким образом, предложенные модели обладают хорошими адаптационными свойствами, что является их несомненным преимуществом для практического управления ремонтно-восстановительными процессами на станции.

Апробация работы. Основные результаты работы представлялись, докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедр факультета энергетики НГТУ, в институте теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук, на совещаниях ОАО «Новосибирскэнерго» и «Иркутскэнерго», на научных конференциях НГТУ в 2001 и 2003 гг., на Всероссийской научно-технической конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность», Екатеринбург, 2001 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 статьи и 1 доклад.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, приложений и содержит 142страницы основного текста, 41 рисунок, 25 таблиц и список литературы из 85 наименований.

4.7. Выводы.

1. В соответствии с предложенными моделями ремонтно-восстановительных процессов на станции в работе предложены различные модели управления ее ремонтными затратами.

2. Модель удельных ремонтных затрат целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо провести прикидочные расчеты. Действительно, в силу нелинейного характера рассчитанных регрессионных зависимостей для определения величины ремонтных затрат приходиться использовать среднее значение удельных ремонтных затрат, что позволяет достаточно приближенно решить поставленную задачу.

3. Точечная модель принятия решения может быть использована ЛПР при достаточно большом объем статистики для построения регрессионных зависимостей. Использование этой модели обладает существенным достоинством связанным с тем, что она представляет для ЛПР единственное решение.

4. Модель расчета доверительных интервалов для прогноза ремонтных затрат при работе с малыми выборками является предпочтительнее, чем использовании точечной оценки. Однако разброс значений в ремонтных затратах достигает значительной величины, что усложняет процесс принятия решения.

5. Для получения обоснованного с точки зрения ЛПР значения величины ремонтных затрат, заключенного в доверительном интервале с доверительной вероятностью 0,95, целесообразно использование модели принятия решения, основанной на представлении субъективного мнения ЛПР в виде нечетких множеств. Наилучший сценарий решения, связанный с оценкой ремонтных затрат, определяется по максимальному значению возможности его реализации.

6. В процессе принятия решения ЛПР может использовать любую из предложенных моделей, хотя наиболее обоснованным представляется их использование в следующей последовательности: модель удельных ремонтных затрат или модель точечной оценки, модель расчета доверительных интервалов для прогноза ремонтных затрат и модель шкалы предпочтений ЛПР в виде нечеткого интервала Такой подход является логичным и не противоречивым с точки зрения информационных возможностей, которыми обладает ЛПР на момент принятия решения.

7. Разработанная система поддержки принятия решения для ЛПР включает в себя программный комплекс вычислительных модулей, предназначенных для построения необходимых регрессионных зависимостей (по капитальным, средним, текущим и аварийным ремонтам), а также для расчета точечных, доверительных и нечетких интервалов ремонтных издержек турбинного и котельного оборудования станции. Необходимый набор расчетных модулей и последовательность их использования формируется ЛПР в зависимости от поставленной им цели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Анализ себестоимости производства продукции на ТЭЦ показал, что три калькуляционных статьи составляют около 90% производственных затрат ТЭЦ, а их отклонения характеризуют практически 100% вариации себестоимости продукции. Для новых и относительно новых станций это топливная составляющая издержек, ремонтный фонд (10−12%) и амортизация. Для станций, основное оборудование которых отработало выше нормативного срока службы — затраты на топливо, ремонтный фонд (17−22%) и цеховые расходы.

2. Проведенный анализ существующих подходов, методов и моделей управления ремонтно-восстановительными процессами энергетического оборудования выявил серьезные недостатки: требования к исходной информации, главным образом, декларируютсясами модели носят чисто качественный характер, затрудняющие их практическое использованиепроцесс принятия решения рассматривается как упрощенная процедура реализации ЛПР результата расчета.

3. Предложена обобщенная модель эксплуатации и восстановления энергетического объекта, которая основана на декомпозиционном рассмотрении этих процессов. Процесс эксплуатации представляется как наложение процесса деградации (постепенного старения и износа) и случайного процесса, приводящего к отказам и авариям. Восстановительный процесс служит для компенсации процесса деградации путем проведения капитальных и средних ремонтов, а последствия случайного процесса ликвидируются путем проведения аварийных ремонтов.

4. Проведены исследования для выявления наиболее информативных показателей деградации и случайных процессов. Показано, что в качестве показателей деградации для котлов целесообразно использовать его КПД, для турбоагрегата — максимальную мощность, для блока число часов наработки, В качестве информативного показателя случайного процесса эксплуатации предложено использовать время восстановления его нормального состояния.

5. Показано, что для управления ремонтами целесообразно использовать регрессионные зависимости, связывающие ремонтные издержки с изменением информативного показателей деградации и случайного процесса до и после проведенного ремонта. Теснота связи между информативными показателями и параметрами контроля оценивалась на основе корреляционного анализа.

6. В соответствии с моделями ремонтно-восстановительных процессов на станции в работе предложены различные модели управления ее ремонтными затратами: модель удельных ремонтных затрат, точечная модель принятия решения, модель расчета доверительных интервалов для прогноза ремонтных затрат при работе с малыми выборками, а также модели принятия решения, основанной на представлении субъективного мнения ЛПР в виде нечетких множеств.

7. Разработанная система поддержки принятия решения для ЛПР включает в себя программный комплекс вычислительных модулей. Необходимый набор расчетных модулей и последовательность их использования формируется ЛПР в зависимости от поставленной им цели.

8. Разработанные в диссертации модели позволили получить снижение ремонтных затрат на Новосибирской ТЭЦ-4 в 2002 году на величину 5,5% за счет их рационального планирования.