کتاب برنامه ‏ریزی ‏تعمیرات ‏پیشگیرانه ‏مبتنی ‏بر ‏قابلیت ‏اطمینان ‏کلیدهای ‏قدرت

فهرست
عنوان صفحه
فصـل اول 13
مقدمه 13
اهمیت تعمیرات پیشگیرانه کلیدهای قدرت 13
انواع مختلف تعمیرات 15
فصـل دوم 17
نرخ بهینه انجام تعمیرات پیشگیرانه 17
مدلسازی اثر تعمیرات پیشگیرانه بر روی قابلیت اطمینان تجهیز 17
محاسبه ریسک ناشی از خطای تجهیزات مختلف در شبکه 23
تعیین اولویت کلیدهای قدرت شبکه برای انجام تعمیرات پیشگیرانه 27
فصـل سوم 29
مقدمه 29
تعیین شاخص های قابلیت اطمینان 29
انتخاب یک حادثه احتمالی 31
ریسک تحمیلی به شبکه در اثر وقوع هر یک از حوادث احتمالی 31
احتمال وقوع هر یک از حوادث احتمالی 35
مقدار متوسط انرژی تامین نشده شبکه و هزینه مربوط به آن 36
فصـل چهارم 37
مقدمه 37
مدل قابلیت اطمینان کلید قدرت 38
دیاگرام حالت کلید قدرت 38
دیاگرام معادل پیشنهادی برای کلید قدرت 42
هزینه های سالیانه کلیدهای قدرت 44
هزینه تحمیلی به شبکه در اثر خطا یا انجام تعمیرات پیشگیرانه در کلیدهای قدرت 45
اثر تعمیرات و خطاهای کلیدهای قدرت بر روی شاخص های قابلیت اطمینان شبکه 45
محاسبه شاخص های قابلیت اطمینان در برنامه بهینه سازی تعمیرات پیشگیرانه به کمک 48
فرمول بندی مساله تعیین نرخ بهینه انجام تعمیرات پیشگیرانه کلیدهای قدرت 51
تابع هدف مساله بهینه سازی 51
گروه بندی کلیدهای قدرت 52
نتایج عددی 55
مدل قابلیت اطمینان کلیدهای قدرت 56
آنالیز حوادث شبکه 58
گروه بندی کلیدهای قدرت 60
نرخ بهینه بازبینی کلیدهای قدرت 64
فصـل پنجم 69
مقدمه 69
شاخص شرایط فیزیکی کلیدهای قدرت 70
استخراج ویژگی های مناسب برای تعیین شاخص شرایط فیزیکی 70
مکانیزم قطع کلید 70
تعیین شاخص شرایط فیزیکی کلیدهای قدرت 72
شاخص اهمیت کلیدهای قدرت در شبکه 76
آنالیز خطاهای مختلف کلید قدرت 76
آنالیز حوادث ناشی از خطاهای کلید قدرت 78
فرمولبندی شاخص اهمیت کلید قدرت 79
تعیین اولویت کلیدهای قدرت 81
نتایج عددی 82
شاخص شرایط فیزیکی کلیدهای قدرت 83
شاخص اهمیت کلیدهای قدرت 88
اولویت انجام تعمیرات پیشگیرانه در کلیدهای قدرت 90
فصـل ششم 93
مقدمه 93
نتیجه گیری 94
منـابع و مآخـذ 99

محاسبه ریسک ناشی از خطای تجهیزات مختلف در شبکه

دومین گام اساسی برای برنامه ریزی تعمیرات، تعیین ریسک اعمالی به شبکه توسط خرابی تجهیزات مختلف و تاثیر تعمیرات پیشگیرانه در کاهش این ریسک است. از یک طرف کاهش نرخ انجام تعمیرات پیشگیرانه باعث افزایش نرخ خرابی تجهیزات و افزایش ریسک اعمالی به شبکه می شود و از طرف دیگر تعمیرات مکرر در فاصله های زمانی کوتاه مدت، نیاز به اعمال خاموشی و همچنین صرف هزینه های بالا برای تعمیرات دارد. در ادامه به مرور روش های مختلف محاسبه ریسک شبکه می پردازیم.

مرجع [۲۰] در رابطه با برنامه ریزی تعمیرات ترانسفورماتور و کلیدهای یک پست است. ریسک اعمالی به پست به صورت میزان انرژی سالیانه از دست رفته در نقاط بار پست در نظر گرفته می شود. ترکیبات مختلفی از خرابی تجهیزات پست می تواند منجر به از دست رفتن بار پست شود. به هر یک از این ترکیبات كاتست گفته می شود [۲۱]. طبق تعریف، مینیمال كاتست حداقل تعداد خرابی هایی است که در صورت وقوع، باعث از دست رفتن بار پست خواهد شد.

در [۲۰] برای تعیین انرژی تامین نشده پست، مینیمال كات ست های مربوط به هر نقطه بار تا مرتبه دو تشکیل می شود. در این صورت بر اساس روابط متداول قابلیت اطمینان [۱۰]، احتمال ایجاد خاموشی و مقدار انرژی تامین نشده در هر نقطه بار تعیین می گردد.

روش پیشنهادی مرجع [۲۲] تعمیم یافته ایده ای است که توسط نویسندگان مرجع [۲۰] پیشنهاد شده بود. هدف این مقاله برنامه ریزی تعمیرات کلید و باس بارهای شبکه است. متوسط انرژی سالانه تامین نشده در طول برنامه ریزی تعمیرات به عنوان ریسک اعمال شده به شبکه در نظر گرفته می شود. در [۲۰] برنامه ریزی تعمیرات روی یک پست بود در حالی که در [۲۲] برنامه ریزی تعمیرات روی شبکه انتقال انجام شده است. در [۲۲] موارد زیر به عنوان عوامل از دست رفتن بار لحاظ شده اند.

1- خرابی های داخل هر پست که منجر به قطع بار همان پست می شود.

۲- اضافه بار خطوط ورودی به پست ها در اثر خروج هر یک از خطوط شبکه. در این حالت

فرض شده است به میزان اضافه بار خطوط ورودی به پست، بار پست قطع می شود.

روش تعیین انرژی سالیانه تامین نشده در [۲۲] با ساده سازی بسیار زیادی همراه است. برای نمونه در این مرجع صرفا حوادث مربوط به خروج یک خط انتقال مورد بررسی قرار گرفته است. در حالی که قسمت عمده انرژی تامین نشده، مربوط به خروج همزمان چند تجهیز شبکه می باشد. همچنین شبکه های انتقال معمولا در رابطه با خروج یک المان ایمن هستند و طراحی شبکه انتقال به گونه ای است که در اثر خروج یک خط خاموشی یا حذف بار در شبکه صورت نمی گیرد.

در [15] برنامه ریزی تعمیرات خطوط انتقال، ترانسفورماتورها و کلیدهای قدرت برای مدت زمان یک سال انجام شده است. هدف اصلی در این مرجع تعیین زمان دقیق انجام تعمیرات پیشگیرانه تجهیزات شبکه است. در رابطه با کلیدهای قدرت تنها خرابی منجر به عمل نکردن کلید و جدا نکردن اتصال کوتاه از شبکه در نظر گرفته شده است.

ریسک اعمالی به شبکه در اثر ایجاد هر خرابی به صورت حاصل ضرب احتمال ایجاد خرابی و هزینه اضافی توزیع مجدد توان بین نیروگاهها در نظر گرفته می شود. در این مرجع ابتدا ریسک شبکه در هر یک از ساعات سال مشخص می شود. در واقع برای هر یک از ۸۷۹۰ ساعت سال، خروج تمامی المان هایی که برای برنامه ریزی تعمیرات داریم بررسی شده و ریسک ناشی از خروج آنها تعیین می شود. با توجه به اینکه سطح بار شبکه در ساعت های مختلف سال با هم فرق می کند ریسک ناشی از خروج یک تجهیز نیز در ساعت های مختلف یکسان نخواهد بود. لازم به ذکر است در خیلی از ساعت های سال شرایط بهره برداری شبکه مشابه بوده و نیاز به تعیین ریسک در موارد مشابه به صورت مکرر نیست.

خرابی کلید یک خرابی نهان است و در صورتی باعث مشکل در سیستم می شود که اتصال کوتاهی در ناحیه حفاظتی آن اتفاق بیافتد و کلید قادر به جدا کردن ناحیه خرابی از شبکه نباشد در این وضعیت کلید پشتیبان کلید مورد نظر عمل می کند و ناحیه بزرگتری از شبکه بی برق خواهد شد. احتمال وقوع این اتفاق به کمک روش پیشنهادی مرجع [۲۳] تعیین شده است.

به کمک روش بالا منحنی ریسک شبکه برای هر ساعت از سال قابل تعیین است. انجام تعمیرات در شبکه به صورت کاهش احتمال خرابی و افزایش طول عمر تجهیز در نظر گرفته شده است. بنابراین با انجام تعمیرات در هر ساعت از سال، از یک طرف ریسک شبکه از همان ساعت تا آخر سال به علت کاهش احتمال خرابی کاهش می یابد و از سویی دیگر با افزایش طول عمر تجهیز، زمان جایگزینی تجهیز و لزوم سرمایه گذاری در این زمینه به اندازه افزایش طول عمر تجهیز دچار تاخیر خواهد شد. با وجود مزایای ذکر شده، انجام تعمیرات مستلزم صرف هزینه های مربوط به آن است که باعث افزایش هزینه های شبکه می شود.

در این مرجع ابتدا منحنی کاهش ریسک شبکه در صورت انجام تعمیر روی تجهیزات در ساعت های مختلف سال تعیین می شود. سپس به کمک یک برنامه بهینه سازی زمان تعمیر هر یک از تجهیزات به گونه ای انتخاب می شود که میزان کاهش ریسک شبکه حداکثر گردد.

از جمله مشکلاتی که در رابطه با این روش برنامه ریزی تعمیرات وجود دارد، می توان به موارد زیر اشاره کرد.

1- روش پیشنهادی نیاز به محاسبات بسیار زیادی برای محاسبه ریسک شبکه در هر یک از ساعات سال دارد که برای انجام برنامه ریزی برای چند سال یک عامل باز دارنده به حساب می آید.

۲- برای ریسک اعمالی به شبکه از شاخص هزینه اضافی توزیع مجدد واحدهای تولیدی استفاده شده است و خروج چند المان به صورت همزمان و در صورت نیاز هزینه های مربوط به حذف بار در نظر گرفته نشده است.

در [۱] برنامه ریزی تعمیرات برای کلیدهای قدرت در دو دوره عمر مفید و فرسودگی انجام شده است. در دوره عمر مفید هدف از برنامه ریزی تعمیرات، حداقل کردن مدت زمان خروج کلید از شبکه است. کلید قدرت یا به علت انجام تعمیرات پیشگیرانه و یا در اثر ایجاد خرابی از شبکه خارج می شود. با کاهش نرخ تعمیرات پیشگیرانه از یک طرف نرخ خرابی کلید افزایش یافته و مدت زمان خروج کلید در اثر خرابی زیاد می شود. از طرف دیگر افزایش نرخ تعمیرات پیشگیرانه باعث افزایش مدت زمان خروج کلید برای انجام تعمیرات پیشگیرانه خواهد شد. بنابراین بایستی مصالحهای بین این دو وضعیت صورت پذیرد.

مشکل عمده روش مطرح شده در این مرجع این است که در تابع هدف در نظر گرفته شده مدت زمان خروج تجهيز از شبکه حداقل می شود. در حالی که هزینه خروج کلید قدرت، از اهمیت بیشتری برخوردار است. برای نمونه یک ساعت خاموشی برای انجام تعمیرات پیشگیرانه بسیار کم هزینه تر از یک ساعت خاموشی برای انجام تعمیرات اصلاحی بعد از ایجاد خرابی در کلید است. همچنین برای برنامه ریزی تعمیرات پیشگیرانه در دوره فرسودگی، هزینه انرژی تامین نشده در اثر ایجاد خرابی در کلید قدرت با یک فرض بسیار ساده شونده محاسبه شده است. برای نمونه فرض شده است اگر کلید ۱۳۲ کیلوولت از مدار خارج شود 106 مگاوات توان برای مدت ۲۰ دقیقه از شبکه قطع می گردد. در حالی که میزان تاثیر خطاهای کلید قدرت بر روی شاخص های قابلیت اطمینان شبکه کاملا وابسته به محل قرار گیری کلید در شبکه بوده و نیاز به بررسی و شبیه سازی مدهای خرابی کلید قدرت دارد.

تعیین اولویت کلیدهای قدرت شبکه برای انجام تعمیرات پیشگیرانه

در استراتژی RCM، تجهیزات مختلف شبکه با توجه میزان نیاز به انجام تعمیرات پیشگیرانه رتبه بندی می شوند. در نتیجه به کمک این روش تا حد زیادی از اتلاف منابع مالی و انسانی مرتبط با تعمیرات پیشگیرانه جلوگیری می شود [۲۶]. علاوه بر این به دلیل وقوع اشتباهات انسانی، انجام تعمیر مکرر بر روی یک تجهیز بدون نیاز واقعی آن می تواند باعث آسیب دیدگی تجهیز شود. برای تعیین اولویت تجهیزات علاوه بر شرایط فیزیکی آنها به اهمیت آن ها برای شبکه نیز بایستی توجه شود. برای نمونه این روش در مراجع [۳]، [۲۷-۲۵] برای تعیین اولویت کلیدهای قدرت شبکه، جهت انجام تعمیرات پیشگیرانه به کار گرفته شده است. در این مراجع دو شاخص شرایط فیزیکی و اهمیت برای هر یک از کلیدهای قدرت شبکه تعیین می شود. شاخص شرایط فیزیکی بیانگر سلامت فیزیکی کلید قدرت است و برای تعیین آن از ویژگی هایی مانند طول عمر کلید، میزان اعتبار کارخانه سازنده کلید قدرت، فن آوری کلید قدرت و … استفاده می شود [۲۶] و [۲۸]. مزیت اصلی این روش از برنامه ریزی تعمیرات RCM این است که نیاز به مدلسازی اثر انجام تعمیرات روی شاخص های قابلیت اطمینان کلید قدرت ندارد.

شاخص اهمیت یک کلید قدرت در شبکه وابسته به میزان تاثیری است که خرابی های آن کلید روی شاخص های قابلیت اطمینان شبکه خواهد داشت. نقطه ضعف عمده این مراجع، فرضیات بسیار ساده شونده ای است که برای تعیین شاخص اهمیت کلیدهای قدرت در نظر می گیرند. برای نمونه در [۳] تنها یکی از مدهای خرابی کلید قدرت مدنظر قرار گرفته است، در حالی که برای تعیین اهمیت یک کلید قدرت لازم است تمامی مدهای خرابی کلید مورد بررسی قرار گیرد. همچنین در [۲۷-۲۵] فرض شده است با خرابی یک کلید قدرت توان عبوری از آن کلید قطع می شود و در نتیجه کلیدی که توان عبوری بیشتری در شبکه داشته باشد از اهمیت بالاتری نیز برخوردار است. این در حالی است که با وجود ساختار حلقوی شبکه انتقال در صورت قطع یک کلید قدرت، لزوما توان عبوری از کلید از شبکه قطع نخواهد شد. به عبارت دیگر برای تعیین مقدار انرژی تامین نشده شبکه لازم است محاسبات قابلیت اطمینان در شبکه انجام شود.