WO2023102626A1

WO2023102626A1 - Metodologia multicritérios para o planejamento otimizado de manutenção de transformadores de potência, reatores, disjuntores, transformadores de instrumentos, chaves seccionadoras e equipamentos de alta tensão congêneres.

Info

Publication number: WO2023102626A1
Application number: PCT/BR2022/050471
Authority: WO
Inventors: Marcos Eduardo GERRA ALVES; Bruno FERNANDES SARDINHA; Catia PEDROSA URAS; Gabriel DE SOUZA PEREIRA GOMES; Rafael PRUX FEHLBERG; Heber PEDROSA SANTOS; Rogério ANDRADE FLAUZINO; Ivan NUNES DA SILVA; Gilberto AMORIM MOURA; Iony PATRIOTA DE SIQUEIRA; Murilo MARQUES PINTO
Original assignee: Neoenergia Distribuição Brasilia S.A.; Radice Tecnologia Eireli
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-06-15

Abstract

O presente pedido consiste notadamente de uma metodologia que, utilizando dados de medições de parâmetros técnicos realizadas nos transformadores de potência, reatores, disjuntores, transformadores de instrumentos, chaves seccionadoras e equipamentos de alta tensão congêneres é capaz de otimizar e automatizar os processos envolvidos com o planejamento e programação do agendamento das ordens de serviço de manutenção destes equipamentos de alta tensão, visando obter o máximo retorno da função dos ativos simultaneamente à redução dos custos de O&M, aumentos de confiabilidade, disponibilidade e segurança e atendimento às exigências regulatórias.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

Pedido de Patente de Invenção para “METODOLOGIA MULTICRITÉRIOS PARA O PLANEJAMENTO OTIMIZADO DE MANUTENÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, DISJUNTORES, TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS, CHAVES SECCIONADORAS E EQUIPAMENTOS DE ALTA TENSÃO CONGÊNERES’’

[001] Trata a presente solicitação de Patente de Invenção de uma inédita “METODOLOGIA MULTICRITÉRIOS PARA O PLANEJAMENTO OTIMIZADO DE MANUTENÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, DISJUNTORES, TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS, CHAVES SECCIONADORAS E EQUIPAMENTOS DE ALTA TENSÃO CONGÊNERES”, notadamente de uma metodologia que, utilizando dados de medições de parâmetros técnicos realizadas nos transformadores de potência, disjuntores, chaves seccionadoras, equipamentos de alta tensão congêneres - incluindo dados de sensores e sistemas de monitoramento on-line destes equipamentos, além das informações das características técnicas destes equipamentos e seus componentes e parâmetros técnicos relacionados aos processos de manutenção - é capaz de otimizar e automatizar os processos envolvidos com o planejamento e programação do agendamento das ordens de serviço de manutenção destes equipamentos de alta tensão, visando obter o máximo retorno da função dos ativos simultaneamente à redução dos custos de O&M, aumentos de confiabilidade, disponibilidade e segurança e atendimento às exigências regulatórias. O processo de otimização é realizado tendo como base o cenário da gestão da manutenção no atual modelo do setor elétrico brasileiro, sendo de fundamental importância para o auxílio das equipes de Engenharia de Manutenção e Gestão de Ativos. Esta metodologia materializa-se em um software dedicado, onde os dados avaliados e as técnicas desenvolvidas na metodologia são embarcados e os resultados disponibilizados ao usuário.

INTRODUÇÃO

[002] Os equipamentos de alta tensão, tais como transformadores de potência, reatores, disjuntores, transformadores de instrumentos, chaves seccionadoras e equipamentos de alta tensão congêneres e outros, são largamente utilizados em sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica de média, alta e extra alta tensão, desempenhando funções essenciais para garantir a continuidade e a qualidade do fornecimento de energia elétrica.

[003] Com isso, a segurança da geração, transmissão e distribuição de energia depende diretamente da confiabilidade e da disponibilidade desses equipamentos e de seu bom estado de uso. De fato, a ocorrência de falhas em equipamentos desta natureza pode acarretar desde a falta de energia elétrica em um bairro, cidade ou região, até desligamentos em cascata, decorrentes de sobrecarga dos equipamentos sem falhas, que culminam em um “apagão” ou “blackout” de todo um estado ou país.

[004] Além disso, a regulamentação do setor de energia elétrica prevê, na maioria dos países, pesadas penalidades financeiras para as concessionárias de energia elétrica em caso de desligamento de um equipamento, em geral com penalidades ainda mais elevadas em caso de desligamentos intempestivos, tal como ocorre quando de um defeito do equipamento culmine em sua falha. Também no caso de indústrias eletrointensivas, que utilizam um grande número de equipamentos de alta tensão para fornecer energia elétrica a seus processos produtivos, o desligamento intempestivo destes equipamentos pode acarretar reduções ou paradas de produção, com grandes prejuízos financeiros.

[005] Além destes fatores externos citados, as concessionárias de energia ainda enfrentam diversos desafios internos ligados à gestão e manutenção destes ativos. Tais como, constantes reduções de recursos para manutenção, perda de mão de obra especializada - tanto pela redução do quadro efetivo quanto pela aposentadoria de pessoal altamente especializado, necessidade de redução de custos e modicidade tarifária, requisitos estritos de confiabilidade e disponibilidade dos ativos, base de ativos grande e com idade média elevada e altos custos em caso de falhas. Somado a tudo isso, ainda existe uma crescente demanda por lucratividade, fator que dificulta, ainda mais, o equilíbrio da balança entre confiabilidade e custos.

[006] Dentro deste cenário, um planejamento ótimo para o programa de manutenção tem se tornado uma disciplina cada vez mais essencial, uma vez que, executar poucas manutenções podem causar diversos tipos de danos de ordem estrutural, financeira e humana. Por outro lado, realizar mais manutenções que o necessário pode levar a custos exagerados, que podem inviabilizar o negócio. A medida que se aumenta os gastos com manutenção, diminui-se o risco de falhas. Porém, a partir de determinado ponto, os custos de manutenção passam a ser maiores do que os custos das falhas em si. Desse modo, deve ser encontrado um balanço entre os custos das manutenções e o risco de falha dos equipamentos.

ESTADO DA TÉCNICA

[007] O setor de distribuição de energia elétrica brasileiro encontra-se frente a um desafio dicotômico, onde, por um lado, existe uma contínua e necessária pressão para a redução dos custos de operação e manutenção (O&M) visando a modicidade tarifária, pelo outro lado, existe uma crescente demanda por confiabilidade no fornecimento de energia elétrica ao sistema. Essa demanda por confiabilidade se apresenta tanto pelo órgão regulador, através dos mecanismos regulatórios DEC e FEC (Indicadores Coletivos de Continuidade), quanto pelos consumidores finais. Assim, encontrar um cronograma ideal para a manutenção de um sistema que seja capaz de unir tanto a saúde operacional das máquinas quanto a preservação dos recursos financeiros, tem se tomando uma tarefa de vital importância para a indústria. [008] Normalmente, estratégias de manutenção são elaboradas com o intuito de atingir um equilíbrio otimizado entre custo operacional e confiabilidade do sistema. Ao longo de décadas vários modelos matemáticos foram propostos e aprimorados com o intuito de atingir este objetivo, alguns formulados a partir de inspeções periódicas, outros em estruturas de confiabilidades e, mais recentemente, modelos inteligentes dotados com algoritmos multiobjetivos capazes de avaliar e quantificar o estado de deterioração do equipamento.

[009] Entre os diferentes modelos matemáticos desenvolvidos, destaca- se a metodologia apresentada em Mukerji, R., Merrill, H. M., Erickson, B. W., Parker, J. H., & Friedman, R. E. (1991). Power plant maintenance scheduling: optimizing economics and reliability. IEEE Transactions on Power Systems, 6(2), 476-483. doi: 10.1109/59.76689, onde é apresentado um método de otimização para estudar dados reais de um utilitário de médio porte. Os autores buscaram mostrar os efeitos que custos, confiabilidade e restrições têm uns sobre os outros na programação de interrupções de usinas de energia. Para isto, foram utilizados dados referentes à capacidade para manutenção, o período permitido em semanas para manutenção e o período de interrupção em semanas dos ativos avaliados. O método de otimização foi desenvolvido com base em um algoritmo aditivo para resolver programas lineares com variável 0-1. No método, os autores apresentaram a programação de manutenção como um problema de programação inteira 0- 1. O algoritmo busca encontrar o n-vetor x que minimiza a função objetivo z = f(x) (que pode ser confiabilidade, custo de produção ou desvio do cronograma existente), e sujeito a restrições Ax < b, onde xi = 0 ou 1, para todo i. [010] No problema de programação de manutenção, Xi pode ser usado para representar a semana de início de uma interrupção. Por exemplo, x_í5 = 1 pode denotar que uma interrupção começa para a unidade 1 na quinta semana. Um cronograma viável é definido como aquele que satisfaz todas as restrições. Um cronograma ideal é um cronograma viável que minimiza a função objetivo. A metodologia desenvolvida foi embarcada em um software de computador.

[011] As metodologias apresentadas em Li, W., & Korczynski, J. (2001). A reliability -based approach to transmission maintenance planning and its application in BC Hydro system. 2001 Power Engineering Society Summer Meeting. Conference Proceedings (Cat. No.01CH37262). doi: 10.1109/pess.2001.970078 e Zhang, T., & Nakamura, M. (2005). Reliability-based Optimal Maintenance Scheduling by Considering Maintenance Effect to Reduce Cost. Quality and Reliability Engineering International, 21(2), 203-220. doi:10.1002/qre.645 foram desenvolvidas, tendo como base estruturas de confiabilidade, para avaliação e quantificação dos impactos causados pelas interrupções planejadas, sobre o estado operacional de sistemas sobrecarregados por manutenções. A metodologia proposta em Li, W., & Korczynski, L, foi desenvolvida para auxiliar na programação de manutenção das linhas de transmissão da BC Hydro North. Os principais dados para o método são as considerações comuns para o plano de manutenção (período permitido para manutenção, período de interrupção para manutenção, capacidade para manutenção etc.). O método desenvolvido tem como objetivo identificar os menores riscos do sistema para as interrupções planejadas, fornecendo o melhor modo de operação e período de programação. O procedimento inclui considerações tradicionais de manutenção, análise do sistema e avaliação do impacto na confiabilidade do sistema de transmissão. Para isso, uma técnica de amostragem de Monte Cario foi utilizada para simular os impactos causados pelas interrupções planejadas sobre todos os outros componentes e na confiabilidade do sistema, ao mesmo tempo que, uma análise de contingência automatizada é conduzida para identificar se há problemas no sistema. Caso a identificação seja positiva, um modelo de fluxo potencial (FPO) de programação linear é utilizado para reprogramar a geração, aliviar a sobrecarga da linha e evitar cortes.

[012] O modelo de otimização desenvolvido apresenta as seguintes modelagens matemáticas:

0 < C < PD

Onde:

SI - estado do sistema para o j° evento de falha forçada;

T (Sj) - vetor de fluxo de linha para o estado do sistema;

A (Sj) - matriz de relação entre os fluxos de linha e injeções de energia para o estado do sistema S;

PG - vetor de saída de geração;

PD - vetor de potência de carga;

C - vetor de redução de carga;

T- vetor de classificação para linhas;

NC - conjunto de barramento de carga;

NG - conjunto de barramento de geração;

[013] Nesta modelagem, uma curva representando a carga de manutenções é determinada dentro de um período de tempo em que a duração necessária para uma interrupção planejada é geralmente mais curta do que o período disponível para a sua realização, dentro do cronograma de menor risco determinado pela simulação de Monte Cario. Dessa forma, as interrupções são ordenadas dentro dos períodos de tempo disponíveis e suas durações podem incluir diferentes segmentos de tempo em função de diferentes parâmetros e padrões de operação do sistema. Como por exemplo, existem diferentes necessidades para determinados equipamentos em diferentes meses (inverno e verão) do ano, e dessa forma, a metodologia combina os diferentes parâmetros com os diferentes períodos do ano, buscando a melhor data para a programação das interrupções. [014] Já a metodologia apresentada em Zhang, T., & Nakamura, M., atua sobre uma lista gerada a partir de pedidos que causam efeitos sobre a manutenção de um determinado equipamento dentro de um sistema. Neste método, o efeito da manutenção é o fator chave para um planejamento ideal da manutenção.

[015] Uma vez, estando em funcionamento, a metodologia tem como objetivo aumentar o número de tarefas de manutenção de alguns elementos que possuem grande efeito de manutenção, a fim de aumentar a disponibilidade do sistema e reduzir o número de tarefas de manutenção de alguns outros elementos que possuem efeitos de baixa manutenção e, dessa forma, reduzir a sobrecarga de manutenção no sistema. Ao considerar o efeito da manutenção, o método proposto resulta em uma programação de manutenção mais apropriada, quando comparada a programação de manutenção preventiva, uma vez que, além de fornecer uma programação de manutenção mais adequada e confiável, reduz os custos de manutenção, trazendo benefícios econômicos e alta disponibilidade do sistema.

[016] Para obter uma programação de manutenção ideal, é necessário que os cálculos de disponibilidade dos elementos que compõem o sistema sejam os mais precisos possíveis. A disponibilidade estimada do elemento é o pré-requisito para calcular a disponibilidade do sistema, bem como os efeitos de manutenção do elemento. Neste estudo, a disponibilidade do j- ésimo elemento no sistema com kj-ésimo intervalo de manutenção médio a j_K. pode ser calculado com base no tempo médio de falha (MTTF) dado pela seguinte equação:

[017] Sendo que Mj, kj e M ^r denotam o MTTF do j-ésimo elemento com o tipo de intervalo médio de manutenção e o kj representa o tempo médio de reparo dos elementos no sistema.

[018] Uma vez que a operação normal de um sistema com a estrutura de confiabilidade paralela depende apenas da operação normal de qualquer um dos elementos, a disponibilidade deste sistema pode ser calculada pela equação:

Onde N ^Prepresenta o número de elementos dentro do sistema.

[019] O aumento do efeito de manutenção do j-ésimo elemento com o tipo de intervalo de manutenção kj-ésimo, pode ser expresso como d A_{JI K}.. Dessa forma, os efeitos de manutenção de todos os elementos, com vários tipos de intervalo de manutenção dentro do sistema, podem ser ordenados a partir de uma lista, em ordem crescente, com as principais ordenações com efeito sobre a manutenção:

[020] A partir desta lista de pedidos, os tipos de intervalo médio de manutenção de todos os elementos podem ser reorganizados para reduzir os custos de manutenção sem diminuir a disponibilidade do sistema.

[021] Em KIM, Jinho; GEEM, Zong Woo. Optimal scheduling for maintenance period of generating units using a hybrid scatter-genetic algorithm. IET Generation, Transmission & Distribution, v. 9, n. 1, p. 22- 30, 2014, foi apresentado uma metodologia para a otimização da programação de manutenção baseado nas condições das unidades geradoras de uma subestação de energia elétrica. Utiliza-se de dados como a capacidade geradora de cada unidade, período permitido em semanas para manutenção, período de interrupção em semanas e a mão-de-obra necessária. O estudo detalha uma metodologia, que combina um algoritmo meta- heurístico (SS) baseado em população que tem sido aplicado a vários problemas de otimização, com um algoritmo de otimização popular que imita o processo de evolução dos cromossomos (GA) que tem sido aplicado a vários problemas de engenharia devido à sua praticidade. Neste método, o SS trabalha com um pequeno conjunto de soluções, chamado de conjunto de referência, e usa apenas um número limitado de randomização para a diversificação na busca de uma solução ótima global. Já o GA gera uma população de soluções candidatas aleatoriamente, que são codificadas por meio de uma representação adequada (binária ou real) e uma função objetivo, denominada função de adequação, que deve ser formulada para avaliar a qualidade de cada solução produzida.

[022] Para incorporar o conhecimento de otimização ao cronograma de manutenção de um sistema de linhas de transmissão, em POYRAZOGLU, Gokturk; OH, HyungSeon. Co-optimization of Transmission Maintenance Scheduling and Production Cost Minimization. Energies, v. 12, n. 15, p. 2931, 2019, foi apresentado um estudo focado na co- otimização do cronograma de manutenção e na minimização dos custos de produção. Utilizando como fonte de dados detalhes do sistema (demanda, recomendações, custos, custo fixos, custo de implantação, geração máxima e mínima, capacidade de rampa, tempo mínimo de aquecimento e resfriamento, sensores) e requerimentos da manutenção. O modelo matemático proposto co-otimiza a capacidade do gerador, através da otimização das solicitações de transmissão geradas no momento da queda de energia, visando atender toda a demanda e reduzir os custos de produção. Além disso, o método proposto ainda gera uma programação otimizada de manutenção, com a capacidade de reduzir as taxas de interrupções forçadas e evitar mudanças inesperadas nas condições operacionais do sistema, ao mesmo tempo que mantém um critério de confiabilidade (N-l). Quando aplicado em um sistema de barramentos, o modelo proposto obteve 4% de economia no custo de produção, juntamente com uma redução na quantidade de solicitações de transmissão não atendidas.

[023] Em ANDRIANTO et al. Analysis of maintenance scheduling transformer oil using Markov method. In: AIP Conference Proceedings. AIP Publishing LLC, 2020. p. 030020, foi apresentada uma metodologia para a otimização da programação de manutenção do óleo dos transformadores em uma subestação na Indonésia. Neste estudo, o autor utilizou o método de Markov para analisar a confiabilidade e disponibilidade do óleo do transformador, através de parâmetros coletados em uma análise dos gases dissolvidos (DGA), total de gases combustíveis dissolvidos (TDCG) e da tensão de ruptura (BDV). Esses parâmetros foram processados pela metodologia e os resultados obtidos foram simulados no Matlab 2014a para gerar duas curvas, sendo uma curva de confiabilidade e outra de disponibilidade. A curva de confiabilidade foi obtida a partir de valores que representam a variação da condição boa para ruim do óleo do transformador. Essa mudança de condição usa a taxa de deterioração simbolizada por X que é obtida a partir do cálculo do tempo médio da mudança de condição. Já a curva de disponibilidade é obtida a partir da mudança de dados de todas as condições boas para más e vice-versa. Quando condições boas, variam para más usam os valores da taxa de deterioração (X), porém quando condições ruins mudam para boas, usam a taxa de reparo (p), que, também, é obtida a partir do cálculo do tempo médio das mudanças de condição. Assim, os resultados obtidos a partir das curvas são utilizados para prever o cronograma de manutenção do óleo do transformador.

PRINCIPAIS DESVANTAGENS DO ESTADO DA TÉCNICA

[024] No Estado da Técnica, as metodologias usadas para otimizar o plano de manutenção possuem objetivos distintos e limitados, como otimizar o cronograma de manutenção, avaliar o efeito do cronograma de manutenção sobre a confiabilidade, entre outros. Subestimando o potencial deste no auxílio de Equipes de Engenharia de Manutenção e Gestão de Ativos como um todo;

[025] Atualmente, utiliza-se de soluções com apenas um critério ou objetivo, chamadas soluções mono-objetivo, para otimizar o plano de manutenção de ativos. Este tipo de solução pode gerar conflitos para os objetivos da empresa, pois muitos destes indicadores são antagônicos. Diminuir os custos e aumentar a confiabilidade da operação são dois dos principais objetivos da empresa, por exemplo, porém ao aumentar-se a quantidade de manutenções para aumentar a confiabilidade, aumenta-se também o custo também. Portanto, uma solução mono-objetiva pode não alcançar o resultado ótimo para a operação como um todo;

[026] As metodologias do Estado da Técnica não apresentam para as concessionárias uma flexibilidade para adequar a otimização aos seus objetivos e indicadores organizacionais, sendo realizadas apenas otimizações com objetivos e indicadores predefinidos. Sendo assim, a empresa fica muitas vezes à deriva do cenário previamente estabelecido pela metodologia e o método pode cair em desuso, visto que este passa a não atender aos objetivos e indicadores organizacionais da concessionária;

[027] Os equipamentos de alta tensão, como transformadores de potência, reatores, disjuntores, transformadores de instrumentos e chaves seccionadoras, são equipamentos complexos, constituídos de diversos subsistemas que interagem entre si, dos quais depende o bom funcionamento do conjunto. Porém, no Estado da Técnica, as metodologias foram desenvolvidas visando a aplicação em somente um tipo/família de equipamento - em sua maioria, transformadores de potência - e não possuem suporte para aplicação em outros tipos/famílias de equipamentos. Assim, não é possível obter um plano de manutenção otimizado para todo o parque de equipamentos da empresa;

[028] De fato, o estado atual da técnica não considera, ou considera pouco, o estado atual do ativo. Ao expedir-se o planejamento de manutenção, não se procura definir ou identificar qual o estado do ativo, para verificar-se o melhor momento para a manutenção, podendo errar muitas vezes as prioridades e urgências, levando a falhas e perda de confiabilidade. Devido a isso, muitas vezes a manutenção pode ser realizada tardiamente ou muito cedo, podendo levar ao aumento dos custos da operação;

[029] As metodologias usam, quase que exclusivamente, dados provenientes de fontes offline - como disponibilidade de semanas para manutenção, tempo de interrupção e, no caso das poucas metodologias que consideram o estado do ativo, dados de ensaios - e que não são atualizados com frequência. Assim, as equipes de manutenção podem se deparar com problemas e defeitos não previstos, levando a um aumento do tempo de interrupção dos ativos;

[030] Muitas vezes, a empresa possui dados sobre os equipamentos de seu parque, resultados de inspeções visuais e ocorrências relevantes (como: sobretensões, curtos-circuitos passantes e outros eventos externos ao equipamento). Apesar disso, esses defeitos encontrados durante as inspeções não alteram o plano de manutenção. Isso pode muitas vezes levar a queda de confiabilidade, pois os defeitos podem se tomar falhas antes do período de manutenção;

[031] Geram apenas um cronograma de manutenção, incompleto, deixando de considerar a disponibilidade das equipes, disponibilidade de recursos materiais, localização dos ativos versus localização das equipes e recursos, entre outros que podem impactar nos indicadores de desempenho. BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[032] Em função do estado da técnica, seus inconvenientes e limitantes, a presente invenção, “METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DA CONDIÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, DISJUNTORES, TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS, CHAVES SECCIONADORAS E EQUIPAMENTOS DE ALTA TENSÃO CONGÊNERES”, foi desenvolvida de forma a permitir que o índice de estado seja empregado como uma ferramenta completa e eficaz de auxílio à Engenharia de Manutenção e Gestão de Ativos na definição dos equipamentos prioritários para suas intervenções.

PRINCIPAIS VANTAGENS DA INVENÇÃO

[033] Na forma como foi concebida, esta metodologia inovadora apresenta diversas vantagens em relação ao Estado da Técnica, entre elas:

[034] A metodologia inovadora desenvolvida possui um objetivo bem definido, através do qual cria um plano de manutenção ótimo. Visa-se alcançar todo o potencial desta ferramenta, gerindo todo o parque de ativos nos seus mais diversos indicadores e objetivos, auxiliando as equipes de Engenharia de Manutenção e Gestão de Ativos em suas atividades;

[035] Para alcançar o plano de manutenção ótimo, a metodologia desenvolvida utiliza soluções com mais de um critério ou objetivo, chamadas soluções multiobjetivo, para otimizar o plano de manutenção dos ativos através de técnicas de otimização inteligente. Dessa forma, a metodologia minimiza os conflitos entre os muitos indicadores antagônicos. Por exemplo, considerando um cenário com somente os indicadores antagônicos: custo e confiabilidade, a metodologia busca encontrar a melhor troca onde seja possível obter a melhor confiabilidade possível que se deseja alcançar e o menor custo de operação. Alcançando um resultado ótimo para operação como um todo;

[036] É possível para as Equipes de Manutenção e Gestão de Ativos da empresa escolher a melhor solução dentre todas as soluções que compõem a Fronteira de Pareto de acordo com os objetivos e indicadores organizacionais, ainda mais é possível configurar os parâmetros da metodologia para que isso seja contemplado automaticamente. Dessa forma, a empresa pode adequar esta metodologia desenvolvida ao cenário estabelecido. Assim, o método sempre atende a empresa da melhor forma possível, gerando valor;

[037] Os equipamentos de alta tensão, como transformadores de potência, reatores, disjuntores, transformadores de instrumentos, chaves seccionadoras e equipamentos de alta tensão congêneres são contemplados na aplicação da metodologia desenvolvida. Com isso, a metodologia desenvolvida é capaz de obter o plano de manutenção ótimo para todo o parque de equipamentos de uma subestação de energia elétrica;

[038] Ainda mais, a metodologia desenvolvida considera o estado do ativo. Para isso, através de uma avaliação do estado do equipamento, define- se em qual estado da Cadeias de Markov o ativo se encontra. Portanto, a manutenção consegue ser realizada no momento correto, considerando as prioridades e urgências, levando a maior confiabilidade e queda dos custos da operação.

[039] Dados provenientes de fontes online em tempo real são utilizados pela metodologia desenvolvida para gerar um plano de manutenção ótimo capaz de levar em consideração o estado atual do ativo. Dessa forma, a equipe de manutenção sabe exatamente os problemas e defeitos que poderá encontrar em campo, podendo diminuir o tempo de interrupção dos ativos; [040] A empresa pode utilizar dados relevantes de seus equipamentos provenientes de inspeções visuais e ocorrências (como: sobretensões, curtos- circuitos passantes e outros eventos externos ao equipamento) para alterar o plano de manutenção. Dessa forma, evita-se que defeitos se tomem falhas antes do período de manutenção.

[041] Por fim, a metodologia desenvolvida consegue gerar um plano de manutenção otimizado e completo, contemplando a disponibilidade de equipes, disponibilidade de recursos materiais, localização dos ativos versus localização das equipes e recursos, entre outros que podem impactar nos indicadores de desempenho.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[042] A seguir, explica-se a invenção com referência ao desenho anexo, no qual está representada de forma ilustrativa e não limitativa:

[043] A Figura 1 apresenta um diagrama esquemático da metodologia revelada na presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[044] “METODOLOGIA MULTICRITÉRIOS PARA O PLANEJAMENTO OTIMIZADO DE MANUTENÇÃO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA, REATORES, DISJUNTORES, TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS, CHAVES SECCIONADORAS E EQUIPAMENTOS DE ALTA TENSÃO CONGÊNERES” consistindo notadamente de um conjunto de cálculos e otimizações inteligentes (MTD), a partir de Ordens de Serviços (OS) geradas manualmente e de ordens de serviços previstas que compõem o Plano de Manutenção (PM) de transformadores de potência, reatores, disjuntores, transformadores de instrumentos, chaves seccionadoras e equipamentos de alta tensão congêneres com o objetivo de estimar o Plano de Manutenção Ótimo (PMO) para realização da manutenção desses ativos de alta tensão.

[045] Mais particularmente, a metodologia (MTD) aqui descrita estima o Plano de Manutenção Ótimo (PMO) utilizando como Entradas (ENT) as ordens de serviço que compõem o Plano de Manutenção (PM) previsto pelas concessionárias de energia elétrica para seus ativos de alta tensão e pelas Ordens de Serviços (OS) geradas de forma manual pelas equipes de manutenção e gestão de ativos e que não compõem o Plano de Manutenção (PM).

[046] Para o conjunto de Entradas (ENT) analisado pela (MTD), isto é, o Plano de Manutenção (PM) e as Ordens de Serviços (OS) geradas de forma manual, são definidas as Atividades (ATV) que compõem o conjunto de Entradas (ENT). Por exemplo, uma Atividade (ATV) que pode compor um Plano de Manutenção (PM) e ser usada como Entrada (ENT) para a Metodologia (MTD) é a Atividade (ATV) de Cromatografia Gasosa, realizada, normalmente, com períodos de 6 meses.

[047] Em seguida, para cada Atividade (ATV), são definidos os Modos de Falha (MF) relacionados a aquela Atividade (ATV), sendo que cada Atividade (ATV) pode possuir um ou mais de um Modos de Falha (MF). Além disso, duas ou mais Atividades (ATV) diferentes podem ser usadas para o(s) mesmo(s) Modo de Falha (MF). Seguindo o exemplo anterior da Atividade de Cromatografia Gasosa, podemos definir os Modos de Falha (MF) Descarga Elétrica e Falha Térmica como Modos de Falha (MF) para esta Atividade (ATV).

[048] Na sequência, é definida uma Cadeia de Markov (CM) para cada Modo de Falha (MF). A Cadeia de Markov (CM) deve, necessariamente, possuir o primeiro estado como Normal, o último estado como Falha e pelo menos um estado de Defeito intermediário, porém, não se limitando a um. O estado Normal existe quando não é possível detectar o início de ocorrência de uma falha e ocorre antes da uma falha potencial, já o estado de Defeito é possível identificar danos ao ativo e tem-se uma falha potencial, já o estado Falha ocorre quando o ativo não desempenha sua função dentro dos limites do projeto de maneira adequada e tem-se uma falha funcional. Para o Modo de Falha (MF) Descargas Elétricas, por exemplo, pode ser utilizado uma cadeia de Markov com cinco estados, ou seja, com três estados de Defeitos intermediários, sendo eles Defeito 1, Defeito 2 e Defeito 3.

[049] Com as Cadeias de Markov (CM) definidas, o próximo passo é avaliar o estado dos equipamentos de alta tensão e definir em qual estado da Cadeia de Markov (CM) de cada Modo de Falha (MF) o equipamento se encontra. Uma das formas possíveis para avaliar o estado dos equipamentos é através da utilização de um índice de Estado (IE). Para isso utiliza-se parâmetros técnicos sobre o estado do ativo, provenientes de monitoramento online, inspeções preditivas, ensaios especiais, ensaios de rotina e eventos. Existem diversas metodologias de índice de Estado (IE), porém para a aplicação da Metodologia (MTD) desenvolvida neste projeto não importa como o cálculo do índice de Estado (IE) é realizado, desde que as seguintes condições sejam mantidas: 1) Deve possuir apenas um valor de índice de estado indicativo de estado normal; 2) Deve possuir valores de índices de estado para os diversos estados de defeito; 3) Cada nível do índice de estado deve possuir significado definido, sem duplicidade. Uma vez selecionada a metodologia de avaliação que será utilizada, sendo ela uma Metodologia de índice de Estado (IE) ou outra que se aplique, deve-se atribuir as faixas de valores que serão representativos de cada estado da cadeia de Markov.

[050] Dando seguimento ao exemplo anterior, uma metodologia de avaliação que pode ser usada para avaliação do Modo de Falha Descargas de Energia e indicação de seus respectivos estados correspondentes na Cadeia de Markov exemplificada anteriormente, seria: Equipamentos com Descargas Parciais serão considerados como estando no estado Defeito 1, Equipamentos com Descargas de Baixa Energia serão considerados como estando no estado Defeito 2 e Descargas de Alta Energia serão considerados como estando no estado Defeito 3.

[051] Os estados dos equipamentos são utilizados como entradas para o Otimizador Multicritérios (OTM), que irá definir e calcular os Indicadores de Desempenho (ID), como, por exemplo, Indicador de Custo, Desempenho, Disponibilidade, Indicadores Coletivos de Continuidade (DEC e FEC), entre outros, para cada Plano de Manutenção de um Conjunto de Plano de Manutenção Simulado (CPMS), considerando o cronograma da manutenção, a disponibilidade das equipes, a disponibilidade de recursos materiais, a localização dos ativos versus localização das equipes e recursos, entre outros fatores que possam impactar nos Indicadores de Desempenho (ID) selecionados.

[052] Uma forma genérica de cálculo dos Indicadores de Desempenho, para uma Cadeia de Markov com três estados, ou seja, somente um estado de Defeito, aplicável a metodologia, porém não se limitando à esta, pode ser definida como:

onde,

[053] I(t) representa o indicador a ser avaliado para um dado tempo t;

[054] I_NN é o impacto médio no indicador ao se realizar uma transição do Estado Normal para o Estado Normal (ao se permanecer no estado normal); [055] IND é o impacto médio no indicador ao se realizar uma transição do Estado Normal para o Estado de Defeito;

[056] INF é o impacto médio no indicador ao se realizar uma transição do Estado Normal para o Estado de Falha; [057] PNN é a probabilidade de transição do estado Normal para o Estado

Normal (probabilidade de permanecer no estado Normal);

[058] PND é a probabilidade de transição do estado Normal para o Estado Defeito;

[059] PNF é a probabilidade de transição do estado Normal para o Estado Defeito;

[060] Considerando uma Cadeia de Markov com mais de um estado de Defeito, a equação se toma:

[061 ] considerando o indicador de custo e o cenário do exemplo anterior, isto é, uma Cadeia de Markov com três estados intermediários. Desse modo, a equação se toma:

+ VF^JVFC

Onde

C(t) é o indicador de risco custo para um dado tempo “t”

[062] Os indicadores de desempenho são então simulados considerando as mais diversas combinações possíveis de intervalos entre as manutenções. Esses cenários simulados formam o Conjunto de Plano de Manutenção Simulado (CPMS).

[063] Em seguida, dentre o Conjunto de Plano de Manutenção Simulado (CPMS), o Otimizador (OTM) seleciona os cenários com os valores mínimos para o conjunto de Indicadores de Desempenho (ID) utilizados, formando uma Fronteira de Pareto (FP) dos valores mínimos dos Indicadores de Desempenho. Os eixos da Fronteira de Pareto (FP) são os indicadores avaliados pela metodologia, podendo ser, por exemplo, Custo e Confiabilidade.

[064] Por fim, um Especialista (ESP) seleciona o cenário na Fronteira de Pareto que melhor se adequa aos objetivos organizacionais da empresa. E, com isso, o Otimizador (OTM), e a Metodologia (MTD), apresentam como saída o Plano de Manutenção Ótimo (PMO) com as datas para realização de manutenções nos equipamentos que apresentam os valores mínimos para os Indicadores de Desempenho otimizados.

[065] Algumas características da presente invenção foram apresentadas, entretanto, a invenção não é limitada pelos exemplos aqui mostrados. Deve ser entendido que omissões, substituições, mudanças na forma e detalhes do sistema e método podem ser feitos por uma pessoa versada na técnica, sem sair do espírito e escopo da invenção.

Claims

22 REIVINDICAÇÕES

1. Metodologia multicritérios para o planejamento otimizado de manutenção de transformadores de potência, reatores, disjuntores, transformadores de instrumentos, chaves seccionadoras e equipamentos de alta tensão congêneres, caracterizada por um conjunto de cálculos e otimizações inteligentes (MTD), a partir de Ordens de Serviços (OS) geradas manualmente e de ordens de serviços previstas que compõem o Plano de Manutenção (PM) de transformadores de potência, reatores, disjuntores, transformadores de instrumentos, chaves seccionadoras e equipamentos de alta tensão congêneres com o objetivo de estimar o Plano de Manutenção Ótimo (PMO) para realização da manutenção desses ativos de alta tensão; por utilizar como Entradas (ENT) as ordens de serviço que compõem o Plano de Manutenção (PM) previsto pelas concessionárias de energia elétrica para seus ativos de alta tensão e pelas Ordens de Serviços (OS) geradas de forma manual pelas equipes de manutenção e gestão de ativos e que não compõem o Plano de Manutenção (PM), de onde são definidas as Atividades (ATV) de manutenção que compõem o conjunto de Entradas (ENT); por definir os Modos de Falha (MF) relacionados a cada Atividade (ATV) de manutenção, sendo que cada Atividade (ATV) pode possuir um ou mais de um Modo de Falha (MF), além de duas ou mais Atividades (ATV) diferentes que podem ser usadas para o(s) mesmo(s) Modo de Falha (MF); por aplicar uma Cadeia de Markov (CM) para cada Modo de Falha (MF), sendo que esta Cadeia de Markov (CM) deve, necessariamente, possuir o primeiro estado como Normal, o último estado como Falha e pelo menos um estado de Defeito intermediário, porém, não se limitando a um; por avaliar o estado dos equipamentos de alta tensão e definir em qual estado da Cadeia de Markov (CM) de cada Modo de Falha (MF) o equipamento se encontra; por poder utilizar para a atribuição de estado na Cadeia de Markov (CM) metodologias de índice de Estado (IE) que fazem uso de parâmetros técnicos sobre o estado do ativo, provenientes de monitoramento online, inspeções preditivas, ensaios especiais, ensaios de rotina e eventos; por, se selecionado avaliar o equipamento utilizando metodologias de índice de Estado (IE), não interferir em como o cálculo do índice de Estado (IE) é realizado, desde que as seguintes condições se mantenham: 1) Deve possuir apenas um valor de índice de estado indicativo de estado normal; 2) Deve possuir valores de índices de estado para os diversos estados de defeito; 3) Cada nível do índice de estado deve possuir significado definido, sem duplicidade; por, tendo sido selecionada a metodologia de avaliação, sendo ela uma Metodologia de índice de Estado (IE) ou outra que se aplique, atribuir as faixas de valores que serão representativos de cada estado da cadeia de Markov; por utilizar os estados dos equipamentos como entradas para o Otimizador Multicritérios (OTM), que irá definir e calcular os Indicadores de Desempenho (ID), para cada Plano de Manutenção de um Conjunto de Plano de Manutenção Simulado (CPMS); por ter como uma das opções para o cálculo dos Indicadores de Desempenho (ID) o método de cálculo constituído pelas somatória dos impactos médios no indicador ao se realizar uma transição do Estado (I) multiplicado pelas probabilidades de transição de estado (P) respectivas; pelo Otimizador (OTM) selecionar, dentre o Conjunto de Plano de Manutenção Simulado (CPMS), os cenários com os valores mínimos para o conjunto de Indicadores de Desempenho (ID) utilizados, formando uma Fronteira de Pareto (FP) dos valores mínimos dos Indicadores de Desempenho (ID), em que os eixos são os Indicadores de Desempenho avaliados pela metodologia; por um Especialista (ESP) selecionar o cenário na Fronteira de Pareto que melhor se adequa aos objetivos organizacionais da empresa; por apresentar como saída, através do Otimizador (OTM) e da Metodologia (MTD), o Plano de Manutenção Ótimo (PMO) com as datas para realização de manutenções nos equipamentos que apresentam os valores mínimos para os Indicadores de Desempenho otimizados.

2. Metodologia multicritérios para o planejamento otimizado de manutenção de transformadores de potência, reatores, disjuntores, transformadores de instrumentos, chaves seccionadoras e equipamentos de alta tensão congêneres, de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por permitir o uso de dados de entrada (ENT), desde que contenham informação de parâmetros técnicos acerca do estado do equipamento, informações e atividades das ordens de serviço (OS) e Plano de Manutenção (PM).

3. Metodologia multicritérios para o planejamento otimizado de manutenção de transformadores de potência, reatores, disjuntores, transformadores de instrumentos, chaves seccionadoras e equipamentos de alta tensão congêneres, de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por permitir o uso de métodos de avaliação do estado do equipamento e atribuição do estado na Cadeia de Markov (CM), desde que possuam apenas um valor indicativo de estado normal, possuam valores de índices para os diversos estados de defeito e cada valor de índice possua um significado definido, sem duplicidade.

4. Metodologia multicritérios para o planejamento otimizado de manutenção de transformadores de potência, reatores, disjuntores, transformadores de instrumentos, chaves seccionadoras e equipamentos de alta tensão congêneres, de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por permitir o uso de métodos de cálculo dos Indicadores de Desempenho (ID), desde que seja obtido o valor ótimo do Indicador de Desempenho (ID) através de uma minimização do método de cálculo dos Indicadores de Desempenho (ID).