《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于FMEA的多電力設(shè)備故障預(yù)測(cè)維護(hù)算法
電子技術(shù)應(yīng)用
楊雨飛，梁盈威，劉承徽，朱泰鵬
廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司信息中心
摘要： 針對(duì)大型電廠多個(gè)異常運(yùn)行開(kāi)關(guān)柜的維修問(wèn)題，當(dāng)前維護(hù)方案往往忽視了設(shè)備內(nèi)部復(fù)雜部件間緊密相連的相互作用，這對(duì)于包含各種運(yùn)動(dòng)和固定的零部件的開(kāi)關(guān)柜而言，其適用性顯得尤為不足。鑒于此，提出了一種預(yù)測(cè)性維修調(diào)度策略，此方法旨在雙重目標(biāo)下尋求最佳平衡點(diǎn)。首先，采用FMEA技術(shù)，得出更為貼近實(shí)際的失效概率預(yù)測(cè)。隨后，設(shè)計(jì)了一套綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，該體系不僅考慮了開(kāi)關(guān)設(shè)備故障可能給電網(wǎng)帶來(lái)的損失，還全面評(píng)估了維護(hù)活動(dòng)所伴隨的成本與效益。為驗(yàn)證該方法的實(shí)效性，選取一個(gè)10千伏變電站作為研究案例，通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的基于時(shí)間間隔的維護(hù)策略，提出的方法在成本效率上實(shí)現(xiàn)了36%的顯著提升。
中圖分類號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256315
中文引用格式： 楊雨飛，梁盈威，劉承徽，等. 基于FMEA的多電力設(shè)備故障預(yù)測(cè)維護(hù)算法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(7)：106-114.
英文引用格式： Yang Yufei，Liang Yingwei，Liu Chenghui，et al. Multi-power equipment fault prediction and maintenance algorithm based on FMEA[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(7)：106-114.
Multi-power equipment fault prediction and maintenance algorithm based on FMEA
Yang Yufei，Liang Yingwei，Liu Chenghui，Zhu Taipeng
Information Center of Guangdong Power Grid Co.， Ltd.
Abstract： Current maintenance programmes for multiple abnormally operating switchgear in large power plants tend to ignore the close interactions between complex components within the equipment, which is particularly relevant for switchgear containing a variety of moving and stationary parts. In view of this, a predictive maintenance scheduling strategy is proposed, which aims to find an optimal balance between the dual objectives of maximizing the cost-effectiveness of switchgear maintenance and minimizing the risk to the grid due to equipment failure. Firstly, a failure mode and impact analysis technique is used to analyze the interdependencies between switchgear components and their potential failure modes, in order to derive a more realistic probability of failure prediction. Subsequently, a comprehensive risk assessment system is designed, which not only considers the losses that switchgear failures may bring to the grid, but also comprehensively evaluates the costs and benefits associated with maintenance activities. In order to verify the effectiveness of the method, a 10 kV substation is selected as a study case, and data analysis reveals that the predictive maintenance scheduling method proposed in this paper achieves a significant improvement of 36% in terms of cost efficiency compared to the traditional time interval-based maintenance strategy.
Key words : multiple power equipment；predictive maintenance；switchgear；FMEA；risk assessment；maintenance strategy

引言

隨著電力需求的增長(zhǎng)，中國(guó)電力工業(yè)持續(xù)擴(kuò)張，電廠擴(kuò)建與設(shè)備增加已成常態(tài)，給設(shè)備維護(hù)與管理帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。作為電網(wǎng)核心組件，開(kāi)關(guān)柜承擔(dān)控制、保護(hù)與隔離功能[1]。然而，20世紀(jì)90年代為應(yīng)對(duì)電力需求激增而安裝的大批開(kāi)關(guān)柜已步入老化階段，仍未全面更新。因此，在確保其運(yùn)行可靠性的同時(shí)，控制維護(hù)成本至關(guān)重要。針對(duì)異常工況下電力設(shè)備的科學(xué)檢修調(diào)度，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和緊迫的實(shí)際應(yīng)用意義[3]。

當(dāng)前，中國(guó)電力設(shè)備維護(hù)以預(yù)防性維護(hù)（PvM）為主。隨著信息技術(shù)發(fā)展，電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)迅速積累，蘊(yùn)含設(shè)備故障與健康狀態(tài)的信息。但針對(duì)多設(shè)備異常工況下的維護(hù)調(diào)度研究仍顯不足，現(xiàn)有研究主要聚焦于維護(hù)優(yōu)先級(jí)排序與策略選擇。具體而言，文獻(xiàn)[6]運(yùn)用馬爾科夫鏈理論預(yù)測(cè)海上風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性及維護(hù)優(yōu)先級(jí)，提出了基于設(shè)備可靠性評(píng)估的預(yù)防性維護(hù)方法；文獻(xiàn)[7]通過(guò)引入可靠度恢復(fù)因子，描述設(shè)備在不同維護(hù)下的可靠性變化，并以成本優(yōu)化為目標(biāo)，構(gòu)建了針對(duì)多設(shè)備串聯(lián)/并聯(lián)生產(chǎn)系統(tǒng)的基于可靠度的維護(hù)優(yōu)化模型；而文獻(xiàn)[8] 結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘與自回歸移動(dòng)平均模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)間精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，并設(shè)計(jì)基于故障預(yù)測(cè)的維護(hù)策略。盡管上述研究在提升設(shè)備運(yùn)行可靠性及故障預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性方面取得了進(jìn)展，但在高效組織設(shè)備維護(hù)作業(yè)、合理配置維護(hù)資源方面仍顯不足。

本文設(shè)計(jì)了一種針對(duì)中壓空氣或SF6絕緣開(kāi)關(guān)柜的維修優(yōu)先級(jí)排序新方案。首先，利用故障模式與影響分析（FMEA）技術(shù)，解析開(kāi)關(guān)柜組件間的關(guān)聯(lián)，識(shí)別潛在故障成因、觸發(fā)因素及關(guān)鍵診斷指標(biāo)，構(gòu)建精細(xì)化失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。基于此，提出三項(xiàng)綜合評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，以確保維修優(yōu)先級(jí)設(shè)定的科學(xué)性與合理性。為驗(yàn)證方法的有效性，以一個(gè)典型的10 kV變電站為對(duì)象進(jìn)行了實(shí)證研究。研究結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)維護(hù)策略相比，該新方法實(shí)現(xiàn)了成本效益的大幅提升，成本效率增長(zhǎng)了36%，同時(shí)維護(hù)成本減少了57%，充分證明了其在提升電力系統(tǒng)運(yùn)維效率與經(jīng)濟(jì)效益方面的有效性。


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作者信息：

楊雨飛，梁盈威，劉承徽，朱泰鵬

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司信息中心，廣東 廣州 510220）


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