CN101038639A - 一种发电机组的机械与电气易损件的寿命预测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电机组的机械与电气易损件的寿命预测系统，其特征在于，由数据库、服务器与计算机软件、知识库，人机接口，用户使用的终端系统组成，其寿命预测方法为：统计机械和电气易损件寿命的历史数据；建立机械与电气易损件的寿命数据库；确定机械与电气易损件寿命数据的分布类型和分布参数；计算机械与电气易损件的可靠度R(t)；计算机械与电气易损件的可靠寿命t_RO；建立机械与电气易损件失效后果的知识库；确定机械与电气易损件的更换周期H_RP；预测机械与电气易损件的剩余寿命H_RL；调整计划检修间隔实现优化检修本发明的优点是在发电机组的使用阶段可以定量计算发电机组的机械与电气易损件的更换周期，并可以定量预测发电机组的机械与电气易损件的剩余寿命，实现了发电机组的机械与电气易损件的更换周期和剩余寿命的计算机在线监测。

Description

一种发电机组的机械与电气易损件的寿命预测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种发电机组的机械与电气易损件的寿命预测方法及系统，应用于发电机组的机械设备和电气设备的机械与电气易损件的更换和检修，属于发电工程和发电机组的技术领域。

背景技术

发电机组的机械设备和电气设备有大量机械与电气易损件，机械与电气易损件是指在发电厂频繁失效，在计划检修和事故检修中经常更换或检修的部件。现有的发电机组的机械与电气易损件的更换或检修，大多凭经验在计划检修中更换或检修，或在机械与电气易损件发生失效后更换或检修。由于有些发电机组的机械与电气易损件的失效后果比较严重，有可能引起设备退出运行、发电机组出力降低或发电机组停运。在机械与电气易损件发生失效后更换或检修，有可能造成大的经济损失。凭经验在发电机组计划检修中提前更换或检修机械与电气易损件，有可能更换过早，没有充分使用这些机械与电气易损件的剩余寿命，造成浪费和经济损失。目前，发电机组的机械与电气易损件的寿命预测和更换周期的确定，还没有合适的方法和系统可供使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种在线计算发电机组的机械与电气易损件的更换周期和剩余寿命的发电机组的机械与电气易损件的寿命预测方法及系统。

为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种发电机组的机械与电气易损件的寿命预测系统，其特征在于，由存放寿命统计历史数据和剩余寿命计算结果的数据库，进行寿命与可靠性计算的服务器与计算机软件，存放易损件失效后果以及确定易损件更换周期判据的知识库，输入数据及维护数据库与知识库的人机接口，用户使用的终端系统，用户使用的终端系统通过人机接口分别与数据库、服务器、知识库连接，服务器与数据库和知识库连接。

一种发电机组的机械与电气易损件的寿命预测方法，其特征在于，其方法为：

第一步：统计机械和电气易损件寿命的历史数据

由于发电机组的机械与电气易损件在发电厂频繁失效并定期更换，同一种机械易损件或电气易损件在发电厂发生失效的历史数据比较多。发电机组的机械与电气易损件的寿命历史数据的统计，就是把一个机械易损件或电气易损件从投入使用到失效为止的日历小时数作为该发电机组的机械易损件或电气易损件的一个日历寿命数据；

第二步：建立机械与电气易损件的寿命数据库

采用数据库来存放发电机组的机械设备和电气设备的重要的机械与电气易损件的原始数据和寿命历史数据，包括机组编号，设备名称、设备编号、部件名称、使用数量、制造企业、投入使用日期、发生失效日期、检修措施、改进效果，以及机械与电气易损件寿命与可靠性的计算结果；

第三步：确定机械与电气易损件寿命数据的分布类型和分布参数发电机组的机械易损件与电气易损件的失效通常发生在其最薄弱部位，其寿命取决于部件最薄弱部位的寿命，就可以使用威布尔分布来表示其寿命模型。由疲劳、腐蚀、磨损和老化等机理造成发电机组的机械易损件与电气易损件的失效寿命数据都可用威布尔分布来表示。发电机组的机械易损件与电气易损件的失效寿命数据t的概率密度函数f(t)可以表示为

$f\left(t\right)=\frac{m}{\mathrm{\η}}{\left(\frac{t-r_a}{\mathrm{\η}}\right)}^{m-1}\exp [-{\left(\frac{t-r_a}{\mathrm{\η}}\right)}^m]$

使用现有技术可以确定上述威布尔分布的位置参数r_a、形状参数m和尺度参数η；

第四步：采用C语言编写计算机软件，运行在服务器上，计算机械与电气易损件的可靠度R(t)

发电机组的机械易损件与电气易损件的寿命数据服从威布尔分布，其可靠度R(t)的计算公式为

$R\left(t\right)=\exp [-{\left(\frac{t-r_a}{\mathrm{\η}}\right)}^m]$

第五步：计算机械与电气易损件的可靠寿命t_R0发电机组的机械与电气易损件给定可靠度R₀所对应的时间t_R0，就是机械与电气易损件的可靠寿命，发电机组的机械与电气易损件的t_R0计算公式为

$t_{R0}=r_a+\mathrm{\η}{\left[\ln \left(\frac{1}{R_0}\right)\right]}^{\frac{1}{m}}$

第六步：建立机械与电气易损件失效后果的知识库

建立发电机组的机械与电气易损件失效后果的知识库，用于存放易损件的失效后果和失效后果类型，以及根据失效后果的严重程度来确定发电机组的机械与电气易损件的更换周期的判据，根据过去20年从事发电机组可靠性研究积累的事故案例，定义机械与电气易损件的失效后果类型，把发电机组的机械与电气易损件的失效后果区分为4类：第I类失效后果划分为轻微后果，指发电机组的机械或电气易损件失效后，可以在线更换，不会引起发电机组停运，不会引起发电机组出力降低，也不会引起装配该机械或电气易损件的机械设备或电气设备退出运行；

第II类失效后果划分为普通后果，指发电机组的机械或电气易损件失效后，不能在线更换，引起装配该易损件的机械设备或电气设备退出运行，但不会引起发电机组停运，也不会引起发电机组的出力降低；

第III失效后果划分为重要后果，指发电机组的机械或电气易损件失效后，引起发电机组的出力降低，但不会引起发电机组停运；

第IV类失效后果划分为严重后果，指发电机组的机械或电气易损件失效后，引起发电机组停运。

建立发电机组的机械与电气易损件的失效后果的知识库，把发电机组的机械设备与电气设备的重要机械与电气易损件的失效后果存放入库，内容包括设备名称、部件名称、失效模式、失效原因、失效后果，以及根据失效后果确定机械与电气易损件更换周期的判据；

第七步：确定机械与电气易损件的更换周期H_RP

根据发电机组的机械与电气易损件失效后果的严重程度，确定发电机组的机械与电气易损件的可靠度要求R₀，该可靠度对应的可靠寿命t_R0取作为发电机组的机械与电气易损件的更换周期H_RP。对于发电机组的机械与电气易损件的第I类失效后果，其更换周期H_RP取为对应可靠度R(t)＝61％～69％的可靠寿命t_0.61～t_0.69，即H_RP＝t_0.61～t_0.69；对于发电机组的机械与电气易损件的第II类失效后果，其更换周期H_RP取为对应可靠度R(t)＝71％～79％的可靠寿命t_0.71～t_0.79，即H_RP＝t_0.71～t_0.79；对于发电机组的机械与电气易损件的第III类失效后果，其更换周期H_RP取为对应可靠度R(t)＝81％～89％的可靠寿命t_0.81～t_0.89，即H_RP＝t_0.81～t_0.89；对于发电机组的机械与电气易损件的第IV类失效后果，其更换周期H_RP取为对应可靠度R(t)＝91％～99％的可靠寿命t_0.91～t_0.99，即H_RP＝t_0.91～t_0.99。

第八步：预测机械与电气易损件的剩余寿命H_RL

发电机组的机械与电气易损件的使用到日历时间t_p的剩余寿命H_RL可以由下式表示

                      H_RL＝H_RP-t_p

第九步：调整计划检修间隔实现优化检修

定期计算发电机组的机械与电气易损件的更换周期和剩余寿命，结合发电机组的计划大修(A修)与计划中修(B修)的年度计划以及计划小修(C修)与节日检修(D修)的月度计划，依据机械与电气易损件的剩余寿命H_RL，在发电机组计划检修期间把机械与电气易损件的更换与检修列入检修计划，以实现发电机组检修项目的优化和易损件检修周期的优化。

本发明使用以上给定的系统和方法，根据发电机组的机械与电气易损件寿命数据的统计结果、失效后果的严重程度和已使用的日历时间来确定机械与电气易损件的更换周期，并预测剩余寿命。

本发明的优点是在发电机组的使用阶段可以定量计算发电机组的机械与电气易损件的更换周期，并可以定量预测发电机组的机械与电气易损件的剩余寿命，实现了发电机组的机械与电气易损件的更换周期和剩余寿命的计算机在线监测。依据发电机组的机械与电气易损件的更换周期和剩余寿命来安排计划检修，能够使机械与电气易损件的寿命与可靠性处于受控状态，既可以避免发电机组的机械与电气易损件失效后再检修造成的经济损失，又可以充分使用发电机组的机械与电气易损件的剩余寿命，达到了合理使用发电机组的机械与电气易损件剩余寿命和优化检修的技术效果。

附图说明

图1为发电机组的机械与电气易损件寿命预测系统的方框图；

图2为发电机组的机械与电气易损件寿命预测所采用的方法流程图；

图3为发电机组的机械与电气易损件寿命预测所采用方法的计算机软件框图。

具体实施方式

如图1所示，为发电机组的机械与电气易损件寿命预测系统，由数据库1、寿命与可靠性的计算服务器及计算机软件2、知识库3、人机接口4和用户终端系统5组成，用户使用的终端系统5通过人机接口4分别与数据库1、服务器2、知识库3连接，服务器2和数据库1通过服务器2与知识库3连接。

如图2所示，为本发明提供方法的流程图，如图3所示，为采用C语言编写的发电机组的机械与电气易损件的寿命预测的计算软件框图，该软件安装在寿命与可靠性计算的服务器上，在本发明提供的发电机组的机械与电气易损件的寿命预测系统中，由数据库、知识库和寿命与可靠性计算软件构成发电机组的机械与电气易损件的寿命预测的计算机软件系统，应用于发电机组的机械与电气易损件寿命预测和优化检修。

实施例

电站锅炉过热器的爆管失效是各种型号火电机组非计划停运原因之一，电站锅炉过热器管子是火电机组的机械易损件。某型号350MW电站锅炉，过热蒸汽压力17.5MPa，过热蒸汽温度540℃。采用图1所示发电机组的机械与电气易损件寿命预测系统和图3所示发电机组的机械与电气易损件寿命预测计算机软件，运行在发电厂机械设备与电气设备的控制中心的计算机上。对于该型号电站锅炉的一级过热器管子进行寿命预测，采用图2所示的发电机组的机械与电气易损件寿命预测的流程图，得出该型号电站锅炉的一级过热器管子的更换周期和剩余寿命。

第一步：输入该发电厂两台350MW锅炉一级过热器管子9个样本的投入使用的日期和7次爆管失效发生的日期，使用图3所示的计算机软件，计算得出7次爆管的失效的寿命数据并从小到大排列的顺序为66048h，66068.5h，66148.5h，66160.5h，66180h，67096h，67192h；

第二步：利用本发明建立的发电机组的机械与电气易损件寿命预测数据库1，存放该电站锅炉7次一级过热器爆管有关的寿命数据和检修措施；

第三步：使用图3所示计算机软件，经分布检验，得出该电站锅炉一级过热器管子的寿命数据服从威布尔分布，经计算分析得出形状参数m＝0.6372、尺度参数η＝861.9219h、位置参数r_a＝65983.5h；

第四步：得出该电站锅炉一级过热器管子的可靠度R(t)的计算公式

$R\left(t\right)=\exp [-{\left(\frac{t-65983.5}{861.9219}\right)}^{0.6372}]$

第五步：得出该电站锅炉一级过热器管子的可靠寿命的计算公式为

$t_{R0}=65983.5+861.9219{\left[\ln \left(\frac{1}{R_0}\right)\right]}^{\frac{1}{0.6372}}$

第六步：利用本发明建立的发电机组的机械与电气易损件的失效后果的知识库3，由于电站锅炉一级过热器爆管都会引起发电机组停运，该锅炉过热器爆管属于第IV类失效后果，即严重失效后果；

第七步：该电站锅炉一级过热器管的检修与更换周期为t_0.91～t_0.99，取中间值 $H_{\mathrm{RP}}=t_{0.95}=65983.5+861.9219{\left[\ln \left(\frac{1}{0.95}\right)\right]}^{\frac{1}{0.6372}}=65992h;$

第八步：预测剩余寿命，该发电厂350MW电站锅炉使用满4年的日历时间t_p4＝8760×4＝35040h，使用图3所示计算机软件，得出剩余寿命H_RL4＝65992-35040＝30952h，该电站锅炉使用满6年的日历时间t_p6＝8760×6＝52560h，得出剩余寿命H_RL6＝65992-52560＝13432h，该电站锅炉使用7.5年日历时间t_p7.5＝8760×7.5＝65700h，得出剩余寿命H_RL7.5＝65992-65700＝292h。

第九步：若采用过去凭经验更换或检修的方法，该电站锅炉一级过热器管子若使用4年就更换，还有剩余寿命H_RL1＝30952h没有使用，造成大的经济损失；若使用到8年再更换，有t_p8＝8760×8＝70080，R(t_p8)＝6.72％，该电站锅炉一级过热器管子会出现大量爆管，也会造成大的经济损失。采用本发明提供的发电机组的机械与电气易损件的寿命预测系统，根据剩余寿命计算结果，该电站锅炉使用7.5年，安排计划检修，检修或更换该型号电站锅炉的一级过热器管子，既能保证电站锅炉有比较高的可靠度R(t)≥95％，又能充分使用该一级过热器管子的剩余寿命，达到了优化检修的技术效果。

Claims (2)

1.一种发电机组的机械与电气易损件的寿命预测系统，其特征在于，由存放寿命统计历史数据和剩余寿命计算结果的数据库(1)，进行寿命与可靠性计算的服务器(2)与计算机软件，存放易损件失效后果以及确定易损件更换周期判据的知识库(3)，输入数据及维护数据库与知识库的人机接口(4)，用户使用的终端系统(5)，用户使用的终端系统(5)通过人机接口(4)分别与数据库(1)、服务器(2)、知识库(3)连接，服务器(2)与数据库(1)和知识库(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种发电机组的机械与电气易损件的寿命预测方法，其特征在于，其方法为：

第一步：统计机械和电气易损件寿命的历史数据

把每一个机械易损件或电气易损件从投入使用到失效为止的日历小时数作为该发电机组的机械易损件或电气易损件的一个日历寿命数据；

第二步：建立机械与电气易损件的寿命数据库

采用数据库(1)来存放发电机组的机械设备和电气设备的重要的机械与电气易损件的原始数据和寿命历史数据，包括机组编号，设备名称、设备编号、部件名称、使用数量、生产企业、投入使用日期、发生失效日期、检修措施、改进效果，以及机械与电气易损件寿命与可靠性的计算结果；

第三步：确定机械与电气易损件寿命数据的分布类型和分布参数

使用威布尔分布来表示其寿命模型，由疲劳、腐蚀、磨损和老化机理造成发电机组的机械易损件与电气易损件的失效寿命数据都可用威布尔分布来表示，发电机组的机械易损件与电气易损件的失效寿命数据t的概率密度函数f(t)可以表示为

$f\left(t\right)=\frac{m}{\mathrm{\η}}{\left(\frac{t-r_a}{\mathrm{\η}}\right)}^{m-1}\exp [-{\left(\frac{t-r_a}{\mathrm{\η}}\right)}^m]$

使用现有技术可以确定上述威布尔分布的位置参数r_a、形状参数m和尺度参数η，

第四步：采用C语言编写计算机软件，运行在寿命与可靠性计算的服务器上，计算机械与电气易损件的可靠度R(t)

发电机组的机械易损件与电气易损件的寿命数据服从威布尔分布，其可靠度R(t)的计算公式为

$R\left(t\right)=\exp [-{\left(\frac{t-r_a}{\mathrm{\η}}\right)}^m]$

第五步：计算机械与电气易损件的可靠寿命t_R0

发电机组的机械与电气易损件给定可靠度R₀所对应的时间t_R0，就是机械与电气易损件的可靠寿命，发电机组的机械与电气易损件的t_R0计算公式为

$t_{R0}=r_a+\mathrm{\η}{\left[\ln \left(\frac{1}{R_0}\right)\right]}^{\frac{1}{m}}$

第六步：建立机械与电气易损件失效后果的知识库

建立发电机组的机械与电气易损件失效后果的知识库(3)，用于存放易损件的失效后果，以及根据失效后果的严重程度来确定发电机组的机械与电气易损件的更换周期的判据，定义机械与电气易损件的失效后果类型，把发电机组的机械与电气易损件的失效后果区分为4类：

第I类失效后果划分为轻微后果，指发电机组的机械或电气易损件失效后，可以在线更换，不会引起发电机组停运，不会引起发电机组出力降低，也不会引起装配该机械或电气易损件的机械设备或电气设备退出运行；

第II类失效后果划分为普通后果，指发电机组的机械或电气易损件失效后，不能在线更换，引起装配该易损件的机械设备或电气设备退出运行，但不会引起发电机组停运，也不会引起发电机组的出力降低；

第III失效后果划分为重要后果，指发电机组的机械或电气易损件失效后，引起发电机组的出力降低，但不会引起发电机组停运；

第IV类失效后果划分为严重后果，指发电机组的机械或电气易损件失效后，引起发电机组停运；

建立发电机组的机械与电气易损件的失效后果的知识库(3)，把发电机组的机械设备与电气设备的重要机械与电气易损件的失效后果存放入库，内容包括设备名称、部件名称、失效模式、失效原因、失效后果，以及根据失效后果确定机械与电气易损件更换周期的判据。

第七步：确定机械与电气易损件的更换周期H_RP

根据发电机组的机械与电气易损件失效后果的严重程度，确定发电机组的机械与电气易损件的可靠度要求R₀，该可靠度对应的可靠寿命t_R0取作为发电机组的机械与电气易损件的更换周期H_RP，对于发电机组的机械与电气易损件的第I类失效后果，其更换周期H_RP取为对应可靠度R(t)＝61％～69％的可靠寿命t_0.61～t_0.69，即H_RP＝t_0.61～t_0.69；对于发电机组的机械与电气易损件的第II类失效后果，其更换周期H_RP取为对应可靠度R(t)＝71％～79％的可靠寿命t_0.71～t_0.79，即H_RP＝t_0.71～t_0.79；对于发电机组的机械与电气易损件的第III类失效后果，其更换周期H_RP取为对应可靠度R(t)＝81％～89％的可靠寿命t_0.81～t_0.89，即H_RP＝t_0.81～t_0.89；对于发电机组的机械与电气易损件的第IV类失效后果，其更换周期H_RP取为对应可靠度R(t)＝91％～99％的可靠寿命t_0.91～t_0.99，即H_RP＝t_0.91～t_0.99。

第八步：预测机械与电气易损件的剩余寿命H_RL

发电机组的机械与电气易损件的使用到日历时间t_p的剩余寿命H_RL可以由下式表示

H_RL＝H_RP-t_p

第九步：调整计划检修间隔实现优化检修

定期计算发电机组的机械与电气易损件的更换周期和剩余寿命，结合发电机组的计划大修与计划中修的年度计划以及计划小修与节日检修的月度计划，依据机械与电气易损件的剩余寿命H_RL，在发电机组计划检修期间把机械与电气易损件的更换与检修列入检修计划，以实现发电机组检修项目的优化和易损件检修周期的优化。

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