電能表自動(dòng)化檢定流水線設(shè)備最佳檢修頻率的研究

王立斌，王洪瑩，張超

（國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊050021）

0 引 言

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，智能電能表的需求量急劇增加。為滿足巨大數(shù)量智能電能表的檢定需求，各個(gè)網(wǎng)省公司均建立了電能表自動(dòng)化檢定流水線（以下簡稱流水線），以提高工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度［1-4］。流水線包括上料單元、外觀單元、功耗單元以及貼標(biāo)單元等眾多設(shè)備［5-6］，任何設(shè)備故障都會(huì)影響智能電能表的檢定工作，進(jìn)而影響智能電能表的推廣。因此，必須重視對(duì)流水線設(shè)備的檢修，當(dāng)前流水線設(shè)備普遍采用定期檢修的方式，該方式存在盲目檢修、檢修不足或檢修過剩的缺陷，不但會(huì)造成設(shè)備有效利用時(shí)間的損失和人力、物力的浪費(fèi)，甚至?xí)斐蓹z修故障［7］。所以必須確定合理的檢修頻率，以達(dá)到降低設(shè)備故障的同時(shí)又節(jié)省人力、物力的目的。文獻(xiàn)［8-9］基于可靠性來確定繼電保護(hù)裝置的最佳檢修周期，文獻(xiàn)［10］依據(jù)MTBF數(shù)據(jù)制定了電能表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)的運(yùn)維計(jì)劃。上述文獻(xiàn)均根據(jù)可靠性來確定設(shè)備的檢修周期，但都未考慮設(shè)備在系統(tǒng)中的重要性，只是片面地追求設(shè)備的可靠性，這仍會(huì)造成設(shè)備有效利用時(shí)間的損失和人力、物力的浪費(fèi)。綜合考慮設(shè)備的可靠性以及重要性，文章提出了檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)的概念，并根據(jù)檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)來求得流水線設(shè)備的最佳檢修頻率。

1 檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)

流水線設(shè)備的檢修應(yīng)遵循以下原則：對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)故障且對(duì)整條流水線較重要的設(shè)備應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高檢修頻率，以保證整條流水線的檢定量；對(duì)故障率低且對(duì)整條流水線不太重要的設(shè)備可以適當(dāng)降低檢修頻率，以避免人力、物力的浪費(fèi)。

綜合考慮設(shè)備的可靠性以及重要性，提出了檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)。本文的設(shè)備可靠性用不可用度U來表征［11］，其表達(dá)式為：

式中n為設(shè)備在統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)的故障次數(shù)；ti為第i次故障的修復(fù)時(shí)間，以小時(shí)為單位；T為統(tǒng)計(jì)時(shí)間，取8 760 h，即年小時(shí)數(shù)。

設(shè)備的重要性I用設(shè)備單獨(dú)故障后對(duì)流水線日檢定量的影響來表征，其表達(dá)式為：

式中N為流水線正常工作時(shí)的日檢定量；Nf為該設(shè)備單獨(dú)故障后，流水線的日檢定量。Nf可由流水線的拓?fù)浯_定，例如某條流水線有兩臺(tái)耐壓單元，則一臺(tái)耐壓單元故障后，流水線的日檢定量Nf應(yīng)為N/2，通過式（2）計(jì)算可得，重要性I為1/2。

設(shè)備檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)P的表達(dá)式為：

2 設(shè)備的最佳檢修頻率

流水線設(shè)備最佳檢修頻率由其原有的檢修頻率進(jìn)行修正后得到，計(jì)算表達(dá)式如下：

式中F為設(shè)備最佳檢修頻率；F′為設(shè)備原有的檢修頻率；Δf為設(shè)備檢修頻率的修正量，以上三個(gè)變量的單位均為次/年。當(dāng)Δf大于10次/年時(shí)，則直接將設(shè)備原有的檢修頻率增加10次/年，以避免修正幅度過大，當(dāng)Δf小于等于1-F′時(shí)，設(shè)備最佳檢修頻率直接取1次/年，以保證設(shè)備的檢修頻率不少于1次/年。

Δf的計(jì)算表達(dá)式如下：

式中PH與PL分別為設(shè)備檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)P的最高閾值與最低閾值。當(dāng)設(shè)備的檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)P大于最高閾值PH時(shí)，應(yīng)提高設(shè)備的檢修頻率，Δf為正值；當(dāng)設(shè)備的檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)P小于最低閾值PL時(shí)，應(yīng)降低設(shè)備的檢修頻率，Δf為負(fù)值；當(dāng)設(shè)備的檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)P在區(qū)間［PH，PL］內(nèi)時(shí)，則保持其檢修頻率不變，Δf為 0。

PH與PL應(yīng)根據(jù)運(yùn)維檢修人員的需求設(shè)定，本文要求重要性I為1的設(shè)備的不可用度U須低于0.002 5，但考慮經(jīng)濟(jì)、人力等成本因素，其不可用度U可高于0.001 0，因此由式（3）可得，PH=0.002 5，PL=0.001 0。

3 算例分析

以國網(wǎng)河北電科院計(jì)量中心的一條單相電能表自動(dòng)化檢定流水線為例，由于受篇幅限制，本文僅對(duì)該流水線5個(gè)設(shè)備的最佳檢修頻率進(jìn)行了分析。5個(gè)設(shè)備在一年內(nèi)的故障記錄，如表1所示。

表1 設(shè)備故障記錄Tab.1 Equipment failure record

根據(jù)式（1）可以計(jì)算得到設(shè)備的不可用度U，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 設(shè)備不可用度Tab.2 Equipment unavailability

各個(gè)設(shè)備單獨(dú)故障后，流水線的日檢定量Nf見表3。

表3 設(shè)備單獨(dú)故障后流水線日檢定量Tab.3 Daily verification number after equipment individual failure

根據(jù)式（2）可以計(jì)算得到設(shè)備的重要性I，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 設(shè)備重要性Tab.4 Importance of equipment

根據(jù)式（3）可以計(jì)算得到設(shè)備的檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)P，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 設(shè)備檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)Tab.5 Maintenance priority coefficient of equipment

由表5可知，1#耐壓單元與2#鉛封機(jī)的檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)均大于PH，其檢修頻率應(yīng)當(dāng)提高，當(dāng)資金或人力等資源受限時(shí)，應(yīng)首先保證提高1#耐壓單元的檢修頻率。1#上下料機(jī)器人的檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)在區(qū)間［PH，PL］內(nèi)，其檢修頻率不變。6#檢定倉與11#檢定倉的檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)均小于PL，其檢修頻率應(yīng)當(dāng)降低。按式（5）計(jì)算得到上述設(shè)備的檢修頻率修正量Δf見表6。

表6 設(shè)備檢修頻率修正量Tab.6 Correction of equipmentmaintenance frequency

設(shè)備原有檢修頻率F′如表7所示。

按式（4）對(duì)設(shè)備原有的檢修頻率進(jìn)行修正即可得到最佳檢修頻率，設(shè)備最佳檢修頻率見表8。

表7 設(shè)備原有檢修頻率Tab.7 Original equipmentmaintenance frequency

表8 設(shè)備最佳檢修頻率Tab.8 Optimal equipmentmaintenance frequency

由計(jì)算結(jié)果可以看出，1#耐壓單元與2#鉛封機(jī)的不可用度及重要性均較高，提高了其檢修頻率；6#檢定倉雖然不可用度較高，但其重要性過低，為節(jié)約檢修成本，降了低其檢修頻率；11#檢定倉不可用度及重要性均較低，降低了其檢修頻率，但必須保證每年檢修一次；1#上下料機(jī)器人雖然重要性較高，但其不可用度較低，其檢修頻率保持不變。

按表8所示的檢修頻率對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，一年后的設(shè)備故障記錄以及設(shè)備不可用度分別如表9、表10所示。

表9 最佳檢修頻率下的設(shè)備故障記錄Tab.9 Equipment failure record under the optimal equipmentmaintenance frequency

表10 最佳檢修頻率下的設(shè)備不可用度Tab.10 Equipment unavailability under the optimal equipmentmaintenance frequency

對(duì)比表10與表2的數(shù)據(jù)可得，1#耐壓單元、2#鉛封機(jī)的不可用度明顯下降，其重要性較高，因此能明顯提高流水線的檢定效率；6#檢定倉與11#檢定倉的不可用度有所上升，這由降低兩臺(tái)設(shè)備的檢修頻率所致，但由于檢定倉的重要性較低，兩臺(tái)檢定倉不可用度的上升對(duì)表計(jì)檢定工作影響不大；1#上下料機(jī)器人的不可用度基本不變。

由此可見，按照表8所示的檢修頻率對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，能提高流水線的檢定效率。本方法可以為流水線運(yùn)維檢修人員在制定檢修計(jì)劃時(shí)提供科學(xué)合理的依據(jù)。

4 結(jié)束語

綜合考慮設(shè)備的可靠性以及重要性，提出了檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)的概念，并給出了其數(shù)學(xué)表達(dá)式。基于檢修優(yōu)先級(jí)系數(shù)，建立了流水線設(shè)備最佳檢修頻率的求解算法。以一條流水線的設(shè)備故障記錄為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了算例分析，計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。該方法可以為流水線運(yùn)維檢修人員提供科學(xué)的決策依據(jù)。