萬(wàn)安平，陳堅(jiān)紅，盛德仁，胡亞才，陳啟構(gòu)

（1.浙江大學(xué) 熱工與動(dòng)力系統(tǒng)研究所，浙江 杭州 310027；2.浙江蕭山發(fā)電廠，浙江 杭州 311251）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及對(duì)環(huán)境問(wèn)題的高度重視，清潔度較高的燃?xì)廨啓C(jī)得到了推廣。由于技術(shù)壟斷，我國(guó)大型燃?xì)廨啓C(jī)的維修技術(shù)還處于初步階段，燃?xì)廨啓C(jī)的維修嚴(yán)格按照制造商所規(guī)定的時(shí)間間隔進(jìn)行，維修費(fèi)用非常昂貴，大幅提高了電廠的運(yùn)行成本。在我國(guó)電力體制的深入改革和“廠網(wǎng)分開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”市場(chǎng)化環(huán)境中，制定科學(xué)、成本合理的燃?xì)廨啓C(jī)維修策略，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著十分重要的意義。

視情維修 CBM（Condition-Based Maintenance）利用成熟的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并據(jù)此來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的維修決策[1-2]。CBM可減少維修過(guò)剩以及停電時(shí)間，保障設(shè)備運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性[3]。在國(guó)內(nèi)外大型設(shè)備維修中CBM已得到廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)[4]就大型發(fā)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜這一特點(diǎn)，提出了基于時(shí)間和狀態(tài)相結(jié)合的維修策略；文獻(xiàn)[5]通過(guò)數(shù)據(jù)融合方法，建立了以可靠性為中心的維修策略，即CBM系統(tǒng)；文獻(xiàn)[6]將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到的風(fēng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)，成功運(yùn)用到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的CBM中；文獻(xiàn)[7]以電氣設(shè)備實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)，推算狀態(tài)檢修決策中的電氣設(shè)備故障率，進(jìn)而確定設(shè)備的實(shí)際役齡。文獻(xiàn)[8]建立了電力設(shè)備安全狀態(tài)模糊綜合評(píng)估模型，構(gòu)建了較為完整的電力設(shè)備安全狀態(tài)評(píng)估體系。文獻(xiàn)[9]則利用集成開(kāi)發(fā)工具JBuilder和Oracle9i數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了具有很強(qiáng)實(shí)用性的初級(jí)電力市場(chǎng)環(huán)境下省級(jí)電網(wǎng)發(fā)、輸電設(shè)備檢修優(yōu)化系統(tǒng)。此外，CBM在燃?xì)廨啓C(jī)維修方面也得到了一定程度的應(yīng)用，文獻(xiàn)[10]將狀態(tài)維修策略應(yīng)用到燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)葉片污垢水洗上，實(shí)現(xiàn)了壓氣機(jī)的在線和離線水洗；文獻(xiàn)[11]提出綜合考慮電廠成本、利潤(rùn)和電力市場(chǎng)因素，建立燃?xì)廨啓C(jī)狀態(tài)維修計(jì)劃；文獻(xiàn)[12]定性地介紹了應(yīng)用燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算相關(guān)部件維修間隔的方法；文獻(xiàn)[13]利用等效運(yùn)行時(shí)間分析法建立燃?xì)廨啓C(jī)等效運(yùn)行時(shí)間方程，提出基于EOH分析的燃?xì)廨啓C(jī)壽命評(píng)估手工統(tǒng)計(jì)方法。

目前燃?xì)廨啓C(jī)維修所需的各項(xiàng)狀態(tài)數(shù)據(jù)一般是采用人工統(tǒng)計(jì)計(jì)算的方法得到，耗時(shí)費(fèi)力且準(zhǔn)確性不高，只能大致預(yù)測(cè)維修周期，不能得到精確的預(yù)測(cè)結(jié)果，不適用于高度自動(dòng)化運(yùn)行的電力系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)的生產(chǎn)信息與管理控制的一體化，基于PI／IH等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的電廠廠級(jí)監(jiān)控信息管理系統(tǒng)（SIS）得到了迅猛發(fā)展[14]，并在電力企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用[15-16]。為此，在已構(gòu)建的電廠 SIS 的基礎(chǔ)上，本文采用 ASP.NET技術(shù)的瀏覽器／服務(wù)器（B／S）架構(gòu)模式，開(kāi)發(fā)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息的燃?xì)廨啓C(jī)CBM決策系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在線自動(dòng)計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件的使用壽命，并準(zhǔn)確給出其具體維修時(shí)的決策，以制定科學(xué)可行的維修計(jì)劃和優(yōu)化配件管理工作，提高了燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的可靠性和維修管理的自動(dòng)化水平。

1 CBM決策系統(tǒng)組成及分析

基于實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的燃?xì)廨啓C(jī)CBM決策系統(tǒng)由兩部分組成：運(yùn)行于后臺(tái)計(jì)算服務(wù)器端的燃?xì)廨啓C(jī)使用壽命實(shí)時(shí)在線預(yù)測(cè)程序；運(yùn)行于Web服務(wù)器端的顯示計(jì)算結(jié)果和信息系統(tǒng)管理B／S程序。系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流程圖Fig.1 Modularized data flow of system

燃?xì)廨啓C(jī)部件實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)先通過(guò)傳感器傳送到分布式控制系統(tǒng)（DCS）上，再通過(guò)與該系統(tǒng)相連的接口機(jī)傳送到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)。

在后臺(tái)計(jì)算服務(wù)器端，程序從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算、分析、判斷，形成燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)描述；再計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件在實(shí)際運(yùn)行條件下的使用壽命，并折算成基準(zhǔn)運(yùn)行條件下的等效使用壽命，然后與基準(zhǔn)運(yùn)行條件下的最大維修壽命進(jìn)行比較，預(yù)測(cè)剩余壽命，并將預(yù)測(cè)結(jié)果存入SQL數(shù)據(jù)庫(kù)表中。

基于 Internet／Intranet結(jié)構(gòu)的 B／S架構(gòu)模式的CBM決策系統(tǒng)，使用瀏覽器作為統(tǒng)一的用戶(hù)界面，根據(jù)面向?qū)ο螅╫bject oriented）的方法進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，Web端程序大體分為CBM決策模塊、維修備件信息管理模塊和系統(tǒng)信息安全性管理模塊3個(gè)部分。CBM決策模塊讀取SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中的燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件的實(shí)時(shí)剩余壽命數(shù)據(jù)，通過(guò)選擇不同的CBM決策模型，計(jì)算決策相關(guān)部件的具體維修時(shí)機(jī)，并在網(wǎng)頁(yè)上顯示各部件的剩余壽命預(yù)測(cè)和CBM決策結(jié)果。維修備件信息管理模塊根據(jù)CBM決策結(jié)果，制定合理的燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件維修計(jì)劃，并同時(shí)做好備件更換記錄和計(jì)劃管理工作。系統(tǒng)信息安全性管理模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)站的信息發(fā)布、用戶(hù)權(quán)限管理等工作。各模塊的劃分和設(shè)計(jì)遵循“高內(nèi)聚、低耦合”的原則，分別進(jìn)行獨(dú)立的開(kāi)發(fā)和測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)由主模塊調(diào)用各個(gè)子模塊，分別完成一項(xiàng)相對(duì)獨(dú)立的功能，因此該系統(tǒng)具有良好的移植性和擴(kuò)展性。

2 CBM決策系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

2.1 相關(guān)開(kāi)發(fā)工具和關(guān)鍵技術(shù)

CBM決策系統(tǒng)基于B／S模式開(kāi)發(fā)，采用面向?qū)ο蟮乃枷牒虲#編程語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，Web服務(wù)器端的動(dòng)態(tài)頁(yè)面采用ASP.NET技術(shù)制作。為了增強(qiáng)頁(yè)面對(duì)于曲線和圖形的表現(xiàn)能力，將開(kāi)源的ASP.NET圖表類(lèi)庫(kù)ZedGraph控件嵌入到網(wǎng)頁(yè)中。該系統(tǒng)主要利用Microsoft公司的Visual Studio2005集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)SQL2000和OSI公司的PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)如下。

a.基于iBatis.NET的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)。

在CBM決策系統(tǒng)后臺(tái)計(jì)算服務(wù)器和Web服務(wù)器有燃?xì)廨啓C(jī)啟停記錄、燃燒系統(tǒng)等多張SQL關(guān)系數(shù)據(jù)表用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，雖可直接通過(guò)ADO.NET編程訪問(wèn)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，但這樣勢(shì)必要在程序代碼中嵌入大量重復(fù)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)程序，使得開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目難以維護(hù)。基于iBatis.NET的對(duì)象關(guān)系映射（ORM）技術(shù)結(jié)合了面向?qū)ο蠹夹g(shù)的簡(jiǎn)單易用性和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的操作優(yōu)勢(shì)，采用面向?qū)ο蟮姆绞綄⑦@些對(duì)象組織起來(lái)，通過(guò)映射使數(shù)據(jù)庫(kù)層對(duì)于業(yè)務(wù)邏輯透明，從而實(shí)現(xiàn)真正的完全面向?qū)ο蟮脑L問(wèn)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)。

b.基于Ajax的無(wú)刷新頁(yè)面技術(shù)。

在CBM決策系統(tǒng)Web服務(wù)器端軟件中有機(jī)結(jié)合原有的Java script、DHTML和CSS等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)Ajax無(wú)刷新頁(yè)面的數(shù)據(jù)異步傳輸，用戶(hù)在單擊按鈕提交操作時(shí)，只需要傳輸關(guān)鍵數(shù)據(jù)，瀏覽器立即更新用戶(hù)界面，并向服務(wù)器發(fā)出異步請(qǐng)求，以執(zhí)行更新或查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)；當(dāng)請(qǐng)求返回時(shí)，無(wú)需刷新整個(gè)頁(yè)面來(lái)更新用戶(hù)界面。這些原有技術(shù)在現(xiàn)代瀏覽器上都得到了很好的支持，因此訪問(wèn)Ajax應(yīng)用不需要安裝任何瀏覽器插件。

c.基于Zedgraph的繪圖應(yīng)用技術(shù)。

Zedgraph是一個(gè)比較新型的開(kāi)源類(lèi)庫(kù)，使用C#語(yǔ)言編寫(xiě)，用來(lái)創(chuàng)建基于任意數(shù)據(jù)集的多種二維圖形圖像。類(lèi)庫(kù)編寫(xiě)是面向?qū)ο蟮?。由于是開(kāi)源代碼，必要時(shí)還可以對(duì)源代碼進(jìn)行修改，重新生成。圖表是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估的常用工具，也是最直觀的表示數(shù)據(jù)的方法。在CBM決策系統(tǒng)用戶(hù)界面中使用Zedgraph的圖表來(lái)表現(xiàn)數(shù)據(jù)，工程技術(shù)人員根據(jù)圖表信息直觀了解部件的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)DCS等數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，首先被送往實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)的接口程序進(jìn)行例外測(cè)試，當(dāng)數(shù)據(jù)變化值超過(guò)各節(jié)點(diǎn)預(yù)先設(shè)定好的例外偏移值時(shí)，該數(shù)據(jù)被進(jìn)一步傳送，否則丟棄。通過(guò)例外測(cè)試的數(shù)據(jù)被送到快照子系統(tǒng)，成為新的快照值，先前的快照值將通過(guò)螺旋門(mén)壓縮技術(shù)比較數(shù)據(jù)變化值是否超過(guò)預(yù)先設(shè)定的壓縮偏移值，決定是進(jìn)一步傳送還是丟棄。CBM決策系統(tǒng)所用到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)點(diǎn)有發(fā)電機(jī)功率等連續(xù)變化測(cè)點(diǎn)和點(diǎn)火次數(shù)等跳躍變化測(cè)點(diǎn)2類(lèi)。功率等測(cè)點(diǎn)用于尋找最大運(yùn)行功率和跳閘功率，其采樣精度要求較高；點(diǎn)火次數(shù)等測(cè)點(diǎn)由于在很長(zhǎng)一段時(shí)間都無(wú)變化，其采樣精度要求較低?？赏ㄟ^(guò)設(shè)置測(cè)點(diǎn)的例外偏移值和壓縮偏移值來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的采樣精度的需求。

當(dāng)系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)鏈傳來(lái)的燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，預(yù)處理程序根據(jù)閾值比較協(xié)議要求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、綜合、重組和分類(lèi)，然后送往多通道推理機(jī)對(duì)應(yīng)的推理機(jī)通道來(lái)完成數(shù)據(jù)預(yù)處理。

2.3 燃?xì)廨啓C(jī)壽命預(yù)測(cè)方法

燃?xì)廨啓C(jī)的維修原則是先高溫部件后其他部件。技術(shù)人員經(jīng)過(guò)研究和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)積累，選擇燃燒系統(tǒng)、熱通道和轉(zhuǎn)子3個(gè)具有代表性的部件的維修壽命（等效運(yùn)行時(shí)數(shù)和等效啟動(dòng)次數(shù)）作為基準(zhǔn)，其他部件參照此基準(zhǔn)值來(lái)確定各自的維修壽命。

熱通道部件等效運(yùn)行時(shí)數(shù)和等效啟動(dòng)次數(shù)計(jì)算方法[17]如下，燃燒系統(tǒng)部件和轉(zhuǎn)子部件的計(jì)算方法與之相似。

a.熱通道部件等效運(yùn)行時(shí)數(shù)計(jì)算式為：

其中，M、K分別為由濕度控制方式、蒸汽注入率和第2、3級(jí)噴嘴材料所確定的系數(shù)；I為水和蒸汽注入占進(jìn)氣流量的百分比；G、D、H分別為燃用天然氣、輕油和重油的年基本負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)；Af為重油嚴(yán)重系數(shù)；P為年調(diào)峰運(yùn)行小時(shí)數(shù)。

b.熱通道部件等效啟動(dòng)次數(shù)計(jì)算式為：

其中，NA、NB、NP、E、F 分別為機(jī)組年部分負(fù)荷、基本負(fù)荷、尖峰負(fù)荷、緊急啟動(dòng)和快速升負(fù)荷啟動(dòng)次數(shù)；Ti為年跳閘次數(shù)；αTi為跳閘嚴(yán)重系數(shù)；n為跳閘種類(lèi)數(shù)。

在后臺(tái)計(jì)算服務(wù)器端，程序從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火信號(hào)、點(diǎn)火時(shí)數(shù)、啟動(dòng)次數(shù)、跳閘次數(shù)和發(fā)電機(jī)有功功率等測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算、分析、判斷，形成燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)描述。其中，點(diǎn)火信號(hào)和點(diǎn)火時(shí)數(shù)測(cè)點(diǎn)分別用于判斷機(jī)組的啟停機(jī)狀況和記錄運(yùn)行時(shí)數(shù)；發(fā)電機(jī)有功功率測(cè)點(diǎn)用于實(shí)時(shí)分析計(jì)算機(jī)組的最大負(fù)荷和跳閘時(shí)的跳閘負(fù)荷。然后，通過(guò)計(jì)算燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件在實(shí)際運(yùn)行條件下的使用壽命（運(yùn)行時(shí)數(shù)和啟動(dòng)次數(shù)），折算成其在基準(zhǔn)運(yùn)行條件（指以天然氣為燃料、沒(méi)有注水或蒸汽、連續(xù)無(wú)跳閘正常啟動(dòng)的運(yùn)行條件）下的等效使用壽命（如式（1）和（2）所示）。最后，將得到的燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件等效使用壽命同其在基準(zhǔn)運(yùn)行條件下的最大維修壽命進(jìn)行比較，預(yù)測(cè)相關(guān)部件的剩余壽命。為方便Web服務(wù)器端讀取預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件進(jìn)行CBM決策判斷，將預(yù)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)地存入SQL數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)表中。表1為制造商提供的燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件在基準(zhǔn)運(yùn)行條件下的最大維修壽命[17]。

表1 燃?xì)廨啓C(jī)部件最大維修壽命Tab.1 Maximum maintenance life of gas turbine components

2.4 燃?xì)廨啓C(jī)CBM決策模型

在文獻(xiàn)[17]中，把燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件的等效運(yùn)行時(shí)數(shù)（等效啟動(dòng)次數(shù)）與實(shí)際運(yùn)行時(shí)數(shù)（實(shí)際啟動(dòng)次數(shù)）的比值定義為維修系數(shù)MF（Maintenance Fac-tor），即：

同時(shí)將實(shí)際運(yùn)行時(shí)數(shù)（實(shí)際啟動(dòng)次數(shù)）與統(tǒng)計(jì)期間所有小時(shí)數(shù)的比值定義為服務(wù)系數(shù)SF（Service Factor），即：

上述4個(gè)公式中，下標(biāo)H、S分別對(duì)應(yīng)運(yùn)行時(shí)數(shù)和啟動(dòng)次數(shù)。燃?xì)廨啓C(jī)部件CBM決策分析如圖2所示。影響維修系數(shù)的主要因素有燃料種類(lèi)、負(fù)荷變化情況、是否注入蒸汽或水、有無(wú)尖峰負(fù)荷運(yùn)行、有無(wú)機(jī)組跳閘、機(jī)組啟動(dòng)方式（正常啟動(dòng)、緊急啟動(dòng)或快速升負(fù)荷啟動(dòng)）等；服務(wù)系數(shù)只受單位統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行時(shí)數(shù)（實(shí)際啟動(dòng)次數(shù)）的影響。

圖2 燃?xì)廨啓C(jī)部件CBM決策模型Fig.2 CBM decision-making model of gas turbine components

在后臺(tái)計(jì)算服務(wù)器端，根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)壽命預(yù)測(cè)方法，預(yù)測(cè)得到燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件的剩余壽命。為對(duì)其具體維修時(shí)機(jī)進(jìn)行決策，本文基于運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）的維修系數(shù)和服務(wù)系數(shù)的乘積，提出運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）的等效服務(wù)系數(shù)FSF（Factored Service Factor）的概念。根據(jù)已運(yùn)行時(shí)段PH1和待預(yù)測(cè)時(shí)段PH2的等效服務(wù)系數(shù)是否相等（對(duì)2個(gè)時(shí)段的維修系數(shù)和服務(wù)系數(shù)是否相等分別進(jìn)行排列組合，共有4類(lèi)情況），建立了4類(lèi)CBM決策模型。這樣發(fā)電企業(yè)不僅可以根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)已運(yùn)行時(shí)段的等效服務(wù)系數(shù)對(duì)待預(yù)測(cè)時(shí)段的具體維修時(shí)機(jī)進(jìn)行決策，同時(shí)也可以結(jié)合發(fā)電企業(yè)在待預(yù)測(cè)時(shí)段給出的實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃等效服務(wù)系數(shù)，通過(guò)給定等效服務(wù)系數(shù)一個(gè)系數(shù)的值，得到燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件的具體CBM決策時(shí)機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)的CBM決策模型建立方法相同）的4類(lèi)CBM決策模型如下。

a.第1類(lèi)CBM決策模型。解決的是燃?xì)廨啓C(jī)在待預(yù)測(cè)時(shí)段PH2與已運(yùn)行時(shí)段PH1的運(yùn)行情況相同時(shí)的維修時(shí)機(jī)決策問(wèn)題。即PH2的MF2和SF2分別取PH1的MF1和SF1的值，預(yù)測(cè)2個(gè)時(shí)段的等效服務(wù)系數(shù)FSF相等情況下的維修時(shí)刻t3。

已運(yùn)行時(shí)段PH1的等效服務(wù)系數(shù)為：

其中，AH1、FH1分別為已運(yùn)行時(shí)段PH1的實(shí)際運(yùn)行小時(shí)數(shù)和等效運(yùn)行小時(shí)數(shù)。

由總運(yùn)行時(shí)段PH1+PH2的等效服務(wù)系數(shù)定義，可得：

其中，IFH為燃?xì)廨啓C(jī)部件的理想維修間隔，即總的等效運(yùn)行時(shí)數(shù)。

由式（3）、（4）及 MFH2=MFH1、SFH2=SFH1可得到維修時(shí)刻t3：

b.第2類(lèi)CBM決策模型。解決的是燃?xì)廨啓C(jī)在待預(yù)測(cè)時(shí)段PH2與已運(yùn)行時(shí)段PH1的運(yùn)行情況不相同時(shí)的維修時(shí)機(jī)決策問(wèn)題。即PH2的MFH2取PH1的MFH1，SFH2取企業(yè)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃給定的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)FAH（Forecast Actual Hours），預(yù)測(cè)計(jì)算2個(gè)時(shí)段的等效服務(wù)系數(shù)FSF不相等情況下的維修時(shí)刻t3。

待預(yù)測(cè)時(shí)段PH2等效服務(wù)系數(shù)為：

由待預(yù)測(cè)時(shí)段PH2的等效服務(wù)系數(shù)定義，可得：

由式（6）、（7）可得到維修時(shí)刻 t3：

c.第3類(lèi)CBM決策模型。解決的是燃?xì)廨啓C(jī)在待預(yù)測(cè)時(shí)段PH2與已運(yùn)行時(shí)段PH1的運(yùn)行情況不相同時(shí)的維修時(shí)機(jī)決策問(wèn)題。即PH2的SFH2取PH1的SFH1，MFH2取企業(yè)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃給定的維修系數(shù)，預(yù)測(cè)計(jì)算2個(gè)時(shí)段的等效服務(wù)系數(shù)FSF不相等時(shí)的維修時(shí)刻t3。

待預(yù)測(cè)時(shí)段PH2等效服務(wù)系數(shù)為：

由式（7）、（9）可得到維修時(shí)刻 t3：

d.第4類(lèi)CBM決策模型。解決的是燃?xì)廨啓C(jī)在待預(yù)測(cè)時(shí)段PH2與已運(yùn)行時(shí)段PH1的運(yùn)行情況不相同時(shí)的維修時(shí)機(jī)決策問(wèn)題。即PH2的MFH2和SFH2都用企業(yè)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃給定的維修系數(shù)和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，預(yù)測(cè)計(jì)算2個(gè)時(shí)段的等效服務(wù)系數(shù)FSF不相等情況下的維修時(shí)刻t3。

待預(yù)測(cè)時(shí)段PH2等效服務(wù)系數(shù)為：

由式（7）、（11）可得到維修時(shí)刻 t3為：

2.5 備件維修信息管理

通過(guò)前文提及的評(píng)估方法和預(yù)測(cè)模型，可計(jì)算得到燃燒系統(tǒng)、熱通道和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)部件的維修時(shí)刻，同時(shí)也可得到所涉及組件的維修時(shí)刻。在保證安全性的情況下得到最大的可用率，實(shí)現(xiàn)CBM。通過(guò)維修可以解決因結(jié)垢、結(jié)渣或者其他因素引起的熱效率下降、穩(wěn)定性下降等影響到生產(chǎn)的現(xiàn)象，使機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性增加。

由于機(jī)械零部件的維修效果會(huì)隨著維修次數(shù)的增加而降低，同時(shí)維修費(fèi)用會(huì)不斷地增加。當(dāng)維修不能達(dá)到設(shè)備的預(yù)期效果或者維修費(fèi)用大于更換費(fèi)用時(shí)，應(yīng)該選擇更換設(shè)備而不是繼續(xù)維修。因此，需要對(duì)每個(gè)部件的不同組件的維修次數(shù)和達(dá)到了最大維修次數(shù)需要更換等信息進(jìn)行有效管理。系統(tǒng)給出了燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)Caps等6類(lèi)共120種組件，熱通道部件的624個(gè)組件（Stage Bucket、Stage Shrouds各有3類(lèi)，每類(lèi)又分別有100種組件；Stage Nozzles有4類(lèi)，每類(lèi)各有6種組件）的維修更換信息管理。

3 應(yīng)用實(shí)例及分析

將本文開(kāi)發(fā)的基于實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的燃?xì)廨啓C(jī)CBM決策系統(tǒng)應(yīng)用于某電廠的3臺(tái)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的CBM決策。后臺(tái)計(jì)算服務(wù)器程序統(tǒng)計(jì)出燃?xì)廨啓C(jī)熱通道部件自2010年5月20日檢修后的實(shí)際運(yùn)行時(shí)數(shù)和啟動(dòng)次數(shù)分別為15710.5 h和509次（圖3中的點(diǎn)A）。利用燃?xì)廨啓C(jī)壽命預(yù)測(cè)方法中的式（1）和式（2），可求解得到熱通道部件的等效運(yùn)行時(shí)數(shù)和等效啟動(dòng)次數(shù)分別為18 129.97 h和635.4次（圖3中的點(diǎn)B）。由表1知，熱通道部件在基準(zhǔn)運(yùn)行條件下的最大維修時(shí)數(shù)和啟動(dòng)次數(shù)分別為24 000 h和900次（圖3中點(diǎn)C），可推算出剩余等效運(yùn)行時(shí)數(shù)和啟動(dòng)次數(shù)分別是5 870.03 h和264.6次。

圖3 預(yù)測(cè)結(jié)果Fig.3 Predictive results

由定義可知，已運(yùn)行時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)維修系數(shù)MFH1=FH1／AH1=18129.97／15710.5=1.154，啟動(dòng)次數(shù)的維修系數(shù)MFS1=FS1／AS1=635.4／509=1.248。圖2中的維修開(kāi)始時(shí)刻t1為2010年5月20日，給定當(dāng)前時(shí)刻t2為2012年5月30日，可計(jì)算已運(yùn)行時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)服務(wù)系數(shù)SFH1=AH1／PH1=15710.5／17784=0.883，啟動(dòng)次數(shù)服務(wù)系數(shù)為 SFS1=AS1／PH1=509／17784=0.028 6，進(jìn)而可計(jì)算已運(yùn)行時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)等效服務(wù)系數(shù)為 FSFH1=MFH1SFH1=1.154×0.883=1.019，啟動(dòng)次數(shù)等效服務(wù)系數(shù)FSFS1=MFS1SFS1=1.248×0.0286=0.0357。

如果企業(yè)選擇第1類(lèi)CBM決策模型，即PH2時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）維修系數(shù)和服務(wù)系數(shù)都選取PH1時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）維修系數(shù)1.154（1.248）和服務(wù)系數(shù) 0.883（0.0286），由式（5）計(jì)算得運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）的維修時(shí)刻t3為2013年1月24日（2013年4月3日）。根據(jù)矩形維修原則，以先到達(dá)的運(yùn)行時(shí)數(shù)或是啟動(dòng)次數(shù)的維修時(shí)刻，作為部件維修時(shí)刻[17]。因此，取2013年1月24日作為熱通道部件的維修時(shí)刻。

如果企業(yè)選擇第2類(lèi)CBM決策模型，即PH2時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）維修系數(shù)按照PH1時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）維修系數(shù) 1.154（1.248），PH2時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）服務(wù)系數(shù)用企業(yè)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃給定的年運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）5 000 h（200次），由式（8）計(jì)算運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）的維修時(shí)刻t3為2013年6月5日（2013月6月20日）。因此，根據(jù)矩形維修原則，選取2013年6月5日作為熱通道部件的維修時(shí)刻。

如果企業(yè)選擇第3類(lèi)CBM決策模型，即PH2時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）服務(wù)系數(shù)按照PH1時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）服務(wù)系數(shù) 0.883（0.0286），PH2時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）維修系數(shù)用企業(yè)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃給定的 1.2（1.3），由式（10）計(jì)算運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）的維修時(shí)刻t3為2013年1月15日（2013年3月22日）。因此，根據(jù)矩形維修原則，選取2013年1月15日作為熱通道部件的維修時(shí)刻。

如果企業(yè)選擇第4類(lèi)CBM決策模型，即PH2時(shí)段的運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）服務(wù)系數(shù)和維修系數(shù)都用企業(yè)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃給定的維修系數(shù)1.2（1.3）和年運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）5000 h（200 次），由式（12）計(jì)算運(yùn)行時(shí)數(shù)（啟動(dòng)次數(shù)）的維修時(shí)刻t3為2013年5月22日（2013年6月5日）。因此，根據(jù)矩形維修原則，選取2013年5月22日作為熱通道部件的維修時(shí)刻。

一般情況下常用的是第1類(lèi)CBM決策模型，即根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)已運(yùn)行時(shí)段的等效服務(wù)系數(shù)對(duì)待預(yù)測(cè)時(shí)段的具體維修時(shí)機(jī)進(jìn)行決策，本文第2、3、4類(lèi)CBM決策模型可以由企業(yè)根據(jù)自己的實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃，對(duì)待預(yù)測(cè)時(shí)段的具體維修時(shí)機(jī)進(jìn)行決策。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種基于實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的燃?xì)廨啓C(jī)CBM決策系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)部件、熱通道部件和轉(zhuǎn)子部件的壽命預(yù)測(cè)和CBM決策的實(shí)現(xiàn)程序。本決策系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于發(fā)電企業(yè)不僅可以根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)已運(yùn)行時(shí)段的等效服務(wù)系數(shù)對(duì)待預(yù)測(cè)時(shí)段的具體維修時(shí)機(jī)進(jìn)行決策，同時(shí)也可以結(jié)合發(fā)電企業(yè)在待預(yù)測(cè)時(shí)段給出實(shí)際運(yùn)行計(jì)劃的等效服務(wù)系數(shù)，通過(guò)給定等效服務(wù)系數(shù)一個(gè)系數(shù)的值，得到燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)部件的具體CBM決策時(shí)機(jī)。該系統(tǒng)已在某電廠投入運(yùn)行，實(shí)踐表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，靈活高效，能滿(mǎn)足工程實(shí)際應(yīng)用。