电气设备状态维修对设备可靠性的影响分析

2022-09-23

1 定期预防性维修对设备可靠性的影响

1.1 理想化定期预防性维修

设运行设备的可靠性为R (t) , 其中t为运行时间 (它仅指设备实际运行的时间, 而不包括设备停运的时间) , 那么R (t) 指设备未作维修时的可靠性, 用RM (t) 表示设备经过维修后的可靠性。

如果每隔时间T进行一次维修, 使设备恢复到全新状态。那么在t

当设备在T时刻经过一次维修后, 使设备恢复全新状态, 这表示在t>T时, 维修过的系统不再保留T以前积累的磨损等的影响。该设备在R (t) 的可靠性基础上, 又重新以新的设备的可靠性R (t-T) 在运行。因此, 在T

同样理由, 可以求得设备在进行第二次维修的可靠性的表达式。

因t=2T时, 由式 (5-1) 可得RM (2 T) =R (T) R (2T-T) =[R (T) ]2

所以有

依此类推, 设备经过n次维修后, 其工作的可靠性一般表达式为

式2表明了定期预防性维修时可靠性的影响, 但公式不能直接表明维修工作对设备可靠性的影响是提高或是降低或是不变。这与设备可靠性分布函数的特性有关。

(1) 首先讨论设备故障率是常数, 且可靠性函数服从指数分布的情况, 即R (t) =e-λt代入式3有

证明

这表明, 在此情况, RM (t) 与维修次数n无关。这也证明了前面提到的, 当故障率为常数时, 维修工作不能改变设备的可靠性。也就是说, 可靠性是设备本身固有的, 而与维修工作无关。

(2) 现在讨论故障率不是常数, 而是与时间有关时, 定期预防性维修对可靠性的影响。

假设设备的可靠性遵从威布尔分布。那么在没有维修时, 其可靠性表达式为

为进一步分析维修工作对可靠性的影响, 计算RM (t) 与R (t) 的比值。当t=nT时, 将其代入式4和式5, 有

当m>1时, 故障率λ (t) 随时间增加而增长。此时有此时有

因此表明, 在设备故障率随时间增加而增加时, 对设备的预防性维修工作会使设备可靠性增加, 显然是设备的维修工作对可靠性产生了积极的影响。当m<1时, 故障率λ (t) 随时间的增加而减小, 此时指数函数式

上式表明, 在设备故障率随时间增加而减少时, 对设备的预防性维修工作, 将使设备的可靠性降低。这说明, 当设备处于“磨合期”, 故障率随时间而减少, 此阶段不宜进行维修工作, 否则设备可靠性反而降低。

当m=1时, 故障率为恒定, 此时nm-1-1=0, 即式6的函数值为1, 表明RM (nT) =R (nT) 。这也说明对故障率服从威布尔分布时, 仍同上述一样, 可靠性与维修工作次数n无关。

对不同的形状参数m>1, m=1, m<1时, 定期预防性维修对可靠性的影响。

1.2 不完善定期预防性维修

上节讨论的理想化维修活动是指每次维修后, 设备能处于全新状态, 然而实际上由于人员、环境, 材料和方法等原因, 使得设备维修之后, 不能达到全新状态, 因而很有必要讨论这种不完善的维修问题。

设用一个小的概率P (0≤P<1) 表示因维修活动的不完善、出现的差错而导致设备的故障的可能性, 即用P度量维修的不成功率。那么每次维修后设备的可靠性是维修成功率 (1-P) 与理想化维修的可靠性之乘积。即式3变为

因此, 定期预防性维修设备的可靠性的变化, 取决于因磨损等更换维修而使可靠性得到提高与因维修不当而造成设备可靠性的降低之间的比较。

由于预防性维修不改变设备随机故障率, 因此, 仅讨论当m>1时的不完善维修设备的可靠性。对式4进一步讨论。

一般情况下, p<<1, 维修的成功率 (1-p) n≈e-np, 于是式6变为

当维修活动使可靠性得以提高的程度大于因不完善维修使设备可靠性下降的影响, 即不完善维修还能对设备可靠性得到改善, 得出上述表明, 维修刚结束时, 因不完善维修的影响, 设备的可靠性在下降。随着时间增加, 磨损效应增大, 这将使设备可靠性继续下降, 而维修的有效性影响开始补偿了磨损效应的作用, 随着时间进一步增加, 维修的作用的影响, 使设备的可靠性较无维修时得到提高。

2 状态维修对设备可靠性的影响

根据上述分析, 可以看出定期预防性维修的缺陷在于。

(1) 在设备故障随时间增加而减少时 (即m<1时) , 对设备的定期预防性维修工作将使设备的可靠性降低。而且, 由于实际中的维修工作都是不完善维修, 存在着因维修活动的不完善、出现差错而导致设备故障的可能性。所以, 定期预防性维修活动往往会导致“过维修”现象, 即可靠性高的设备经不必要的定期维修后其可靠性反而降低, 状态正常的设备经不必要的定期维修后反而导致故障或出现潜在故障。 (2) 由于定期预防性维修时间间隔是事先确定的, 当设备在两次维修间隔 (nT, (n+1) T) 中出现异常导致可靠性快速下降时, 定期维修活动并不会因此启动。这导致了“欠维修”现象的出现。维修的基本目标是“应修必修, 修必修好”, 而定期预防性维修一定程度上存在着维修的盲目性。

状态维修以设备的健康状态为维修决策的基础, 是以可靠性为中心的维修方法中的一种。状态维修活动是被设备的健康状态“触发”的, 事先需要确定的不是维修时间间隔, 而是“触发”不同维修活动实施的不同健康状态等级。当设备状态劣化到一定程度时, 相应的维修活动得以实施, 如此便使得设备的健康状态保持在较高的水平, 进而提高了设备的可靠性;设备健康状态正常时, 继续保持对其进行状态监测。

摘要：在预防性维修中, 系统或设备在失效之前更换故障元部件, 清洗、润滑、重新调节系统参数等活动, 使之能够延缓由于磨损、腐蚀、疲劳、特性变差等有关因素造成的老化、损耗现象, 以期提高系统或设备长期运行的可靠性。

关键词：电气设备,状态维修,可靠性