“تعمیر و نگهداری، حفظ و نگهداری شرایط لازم برای بهره برداری از تجهیزات الکتریکی در جهتی است که به کار گرفته شده است” [3].
بنابراین، تعمیر و نگهداری تضمین می کند که سیستم در زمینهای که برای کار کردن در آن طراحی شده است، از نظر الکتریکی در شرایط امنی کار کند.
در حالت کلی، تعمیر و نگهداری به دو گروه اصلی تعمیر و نگهداری پیشگیرانه[4] و تعمیر و نگهداری اصلاحی[5] تقسیمبندی میشود. تعمیر و نگهداری پیشگیرانه به منظور حفظ صحت عملکرد سیستم و تامین قابلیت اطمینان مورد نیاز صورت میگیرد. برای این منظور عملیات منظمی از قبیل بازرسی عملکرد سیستم، تمیزکاری، تنظیم، روغنکاری و نظایر آن اجرا میشود و قطعاتی که در شروع مرحلهی فرسایش میباشند و یا به عنوان قطعه مازاد موازی از کار افتادهاند، توسط قطعات نو و سالم جایگزین میشوند. هدف از این عملیات، محافظت سیستم در اجتناب از وقوع از کار افتادن بیش از حدود مطلوب است. تعمیر و نگهداری اصلاحی در صورت وقوع هرگونه نقصان در عملکردهای سیستم انجام میگیرد و هدف از اجرای آن بازگرداندن سریع سیستم به شرایط مطلوب برای عملکرد کامل است. این کار با تعویض، تعمیر و یا تنظیم قطعاتی که موجب توقف سیستم شده اند، صورت میگیرد [4].
1-2- راهکارهای تعمیر و نگهداری
شرکتهای برق به مسئله تعمیر و نگهداری تکیه می کنند تا تجهیزاتشان را تا جایی که امکان دارد در شرایط کاری خوبی حفظ نمایند. در گذشته، روال اصلی تعمیر و نگهداری بیشتر شامل فعالیتهای از پیش تعریفشده بود که در بازههای منظم انجام میشدند (تعمیر و نگهداری زمانبندیشده[6]). ولی، چنین روش تعمیر و نگهداشتی ممکن است مقداری ناکارآمد باشد، زیرا ممکن است در بلندمدت بسیار پرهزینه باشد و همچنین ممکن است نتواند طول عمر تجهیزات را به اندازهای که امکان پذیر میباشد، افزایش دهد. بنابراین بسیاری از شرکتها، برنامه ریزی تعمیر و نگهداری با بازههای ثابت را با برنامه های انعطافپذیر مبتنی بر بررسیهای مورد نیاز و حق تقدم، یا مطالعه اطلاعات بدست آمده از طریق پایش شرایط (تعمیر و نگهداری پیشگویانه[7])، عوض کردهاند.
روشهای تعمیر و نگهداری پیشگویانه شامل یک گروه از برنامهها میباشد که تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینانمحور[8] نامیده میشوند. در یک راهکار تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینانمحور میتوان روشهای تعمیر و نگهداری جایگزین مختلفی را با هم مقایسه کرد و هر کدام که برای حفظ قابلیت اطمینان تجهیزات به صرفهتر میباشند را انتخاب کرد. برنامه های تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینان محور توسط برخی از شرکتهای برق به عنوان یک ابزار مفید به کار گرفته شده اند.
بسیاری از نوشتهها تنها مربوط به جایگزینی[9] در حالتهای پس از خطا و هنگام تعمیرات میباشند و احتمال انواع دیگر تعمیر و نگهداری را که منجر به بهبود کمتری با هزینه ی کمتری میشوند را نادیده میگیرند. قدیمیترین روشهای جایگزینی، روشهای جایگزینی براساس عمر تجهیز[10] و جایگزینی انبوه [11] میباشند. در جایگزینی براساس سن، یک تجهیز در یک سن معین و یا زمانی که دچار خرابی میشود، جایگزین میشود. در جایگزینی فلهای، تمام تجهیزاتی که در یک کلاس میباشند، در یک بازهی از پیش تعیینشده، یا زمانی که دچار خرابی میشوند، جایگزین میگردند. راهکار جایگزینی فلهای برای اجرا بسیار آسان میباشد، به خصوص اگر سن تجهیزات نامعلوم باشد، همچنین می تواند اقتصادیتر از راهکارهای مبتنی بر جایگزینی یک تجهیز باشد. راهکارهای جدیدتر برای جایگزینی، گاهی مبتنی بر مدلهای احتمالی میباشند بنابراین میتوانند خیلی پیچیدهتر باشند. در هر صورت، در بسیاری از کاربردهای الکتریکی، تعمیر و نگهداشتی که بهبود محدودی را نتیجه میدهد، به عنوان راهکار اصلی استفاده میگردد و مدلهای جایگزینی فقط نقشی ثانویه دارند.
برنامه های تعمیر و نگهداری شامل طیف وسیعی میشوند و میتوانند بسیار ساده یا بسیار پیچیده باشند. شاید سادهترین برنامه، اتخاذ یک زمانبندی تعمیر و نگهداری انعطاف ناپذیر[12] باشد، که در آن فعالیتهای از پیش تعیینشده در بازههای زمانی ثابتی انجام میشوند. زمانی که تجهیزی دچار خطا میشود، تعمیر و یا تعویض می گردد. تعمیر و تعویض، هر دو بسیار پرهزینهتر از یک عمل تعمیر و نگهداری تنها میباشند. بازههای تعمیر و نگهداری به طور معمول براساس تجربهی طولانی مدت انتخاب میشوند.
تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینانمحور به شدت مبتنی بر ارزیابی منظم شرایط تجهیز میباشد و بنابراین، زمانبندی تعمیر و نگهداری انعطافناپذیر را به کار نمیبندد. مشاهده شده است که تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینانمحور تاحدی مفهومی سیال میباشد و در منابع مختلف به صورتهای متفاوتی تعریف شده است. تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینانمحور همیشه مبتنی بر پایش شرایط[13] نمیباشد، بلکه به دیگر خصوصیات مانند حالات خرابی[14]، بررسی آثار[15]، بررسی نیازهای اجرایی و حق تقدم ها[16] نیز بستگی دارد.
بهینهسازی تعمیر و نگهداری پیشگیرانه[17]، راهکار دیگری است که ادعا میشود از تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینانمحور کاراتر میباشد. بهینهسازی تعمیر و نگهداری پیشگیرانه بیشتر مبتنی بر تجزیه و تحلیل ماموریت[18]، نسبت به تجزیه و تحلیل سیستم میباشد و دارای قابلیت کاهش موثر تعداد ماموریتهای لازم برای تعمیرات میباشد. برنامه هایی مانند تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینان محور و بهینهسازی تعمیر و نگهداری پیشگیرانه برای تضمین بهره برداری اقتصادی
نیروگاهها بسیار مفید میباشند.
برای یک ارزیابی کامل از تاثیر روشهای تعمیر و نگهداری، اول باید دانست که کاربرد آن روشها، چقدر طول عمر یا مدت زمان متوسط تا خطای[19] یک تجهیز را گسترش خواهد داد. برای پی بردن به این، نیاز به یک مدل ریاضی از رویه ی زوال[20] تجهیز میباشد، که سپس با یک مدل که اثرات تعمیر و نگهداری را توصیف می کند، ترکیب میشود. چندین مدل ریاضی برای این منظور پیشنهاد شده اند، که آنها یک پیوند بین تعمیر و نگهداری و قابلیت اطمینان برقرار می کنند. زمانی که یک مدل ریاضی ساخته شد، فرایند می تواند نسبت به تغییر یک یا چند متغیر بهینه شود.
مدلهای ریاضی سادهتر، مبتنی بر بازههای ثابت تعمیر و نگهداری میباشند و نتیجهی بهینهسازی پیدا کردن کم هزینهترین تناوب تعمیر و نگهداری میباشد. مدلهای پیچیدهتر، از ایدهی پایش شرایط استفاده می کنند، که تصمیم راجع به زمان و طول بازههای تعمیر و نگهداری به شرایط واقعی (مرحله زوال) تجهیز بستگی دارد. بنابراین برخی از انواع پایش (برای مثال بازرسی) باید جزئی از مدل باشند. مدلهای ریاضی میتوانند قطعی و یا احتمالی باشند [1].
1-3- برنامه ریزی تعمیر و نگهداری در سیستم های قدرت
امروزه تعمیر و نگهداری یکی از مهمترین مسائل مطرح در برنامه ریزی صنایع میباشد که صنعت برق نیز از آن مستثنی نیست. با توجه به اهمیت این صنعت در توسعهی صنایع دیگر و حجم عظیم سرمایه های موجود، در این صنعت رویکرد ویژهای به مسئله تعمیر و نگهداری صورت میگیرد. علاوه بر آن، با توجه به افزایش تقاضای توان، سیستمهای قدرت شاهد توسعهای سریع در دهههای اخیر بوده اند. بنابراین کیفیت توان و قابلیت اطمینان به مقولهای مهم در بهره برداری سیستمهای قدرت تبدیل شدند. این نیز به نوبهی خود تعمیر و نگهداری مولدها را در بهره برداری سیستم قدرت خیلی با اهمیت کرده است .
برنامه ریزی تعمیر و نگهداری واحدهای تولیدی یکی از مسئلههای مهم مرتبط با برنامه ریزی و بهره برداری سیستمهای قدرت میباشد. برنامه ریزی تعمیر و نگهداری بسیاری از برنامه ریزی های بهره برداری کوتاهمدت و بلندمدت را تحت تاثیر قرار میدهد. برای مثال در مشارکت واحدها[21]، بهینهسازی واحدهای آبی و تلمبهای ذخیرهای[22]، محاسبات قابلیت اطمینان و قیمت گذاری تولید[23]، از برنامه ریزی تعمیر و نگهداری به عنوان یک ورودی بهره میبرند. بنابراین برنامه ریزی تعمیر و نگهداری غیربهینه می تواند تاثیر ناخوشایندی بر روی برنامه ریزیهای دیگر بگذارد. تعمیر و نگهداشتی که بهینه طراحی نشده باشد، به صورت مستقیم بر روی افزایش انرژی توزیعنشده[24] اثر میگذارد. همچنین، برنامه ریزی تعمیرات غیربهینه موجب افزایش هزینهها و کاهش قابلیت اطمینان سیستم میشود .
برنامه ریزی تعمیر و نگهداری برای کاهش خطر خروج و بهبود دسترسپذیری تجهیزات الکتریکی، ضروری میباشد. برنامهی تعمیر و نگهداری باید پدیدههای مربوط به تولید، خروج تصادفی مولدها، تامین سوخت و انتقال را در نظر بگیرد. یک برنامه ریزی تعمیر و نگهداری بهینه باعث افزایش قابلیت اطمینان، کاهش هزینه های تولید، افزایش طول عمر مولدها و کاهش فشار برای تاسیسات جدید میشود. بنابراین، برنامهی تعمیر و نگهداری بهینه می تواند منجر به صرفهجویی قابل توجهی در هزینه های بهره برداری و کاهش انرژی توزیعنشده شود .
مسئله برنامه ریزی تعمیر و نگهداری تجهیزات تولید و انتقال، بازهی زمانی خروج برای تعمیر و نگهداری برنامه ریزیشده برای هر تجهیز را در یک افق زمانی یک یا دو ساله و با هدف کاهش هزینه بهره برداری و یا افزایش قابلیت اطمینان، تعیین می کند. بنابراین، هدف مسئله برنامه ریزی تعمیر و نگهداری تجهیزات سیستم قدرت، تخصیص بازههای تعمیر و نگهداری مناسب برای تجهیزات و یافتن جدول زمانی برای آنها میباشد. این برنامه ریزی منجر به کاهش خطاهای سیستم، افزایش عمر مفید مورد انتظار و بازدهی اقتصادی سیستم قدرت می شود .
1-4- افقهای زمانی برنامه ریزی تعمیر و نگهداری
زمانبندی تعمیر و نگهداری مسئلهای بهینهسازی میباشد، بنابراین تغییر دورهی تعمیر تجهیزات سیستم از چند روز تا چند هفته، بر قابلیت اطمینان سیستم اثر میگذارد. به همین دلیل، مطالعات زمانبندی تعمیر و نگهداری باید در افقهای زمانی مختلف صورت گیرد. افقهای زمانی مورد نظر در زمانبندی تعمیر و نگهداری به افقهای زمانی کوتاهمدت[25]، میانمدت[26] و بلندمدت[27] تقسیم میشود. این تقسیمبندی با توجه به اطلاعات مورد استفاده در زمانبندی تعمیر و نگهداری و اهداف متفاوت در هر افق زمانی صورت میپذیرد.
1-4-1- زمانبندی تعمیر و نگهداری بلندمدت
زمانبندی تعمیر و نگهداری در افق زمانی بلندمدت براساس عملکرد مستقل یک تجهیز صورت میگیرد. هدف از آن، حداکثرسازی طول عمر باقیماندهی تجهیز و حداقلسازی هزینه تعمیر و نگهداری و همچنین هزینه اصلاح و جایگزینی آن میباشد. نتیجهی این تحلیل می تواند فواصل زمانی بازرسی و یا تعمیر تجهیز را مشخص کند. تاثیر این تجهیز بر شبکه نیز به طور معمول در نظر گرفته نمی شود [4].
1-4-2- زمانبندی تعمیر و نگهداری میانمدت
این مطلب را هم بخوانید :
در زمانبندی تعمیر و نگهداری میانمدت، زمانبندی براساس پیش بینی شبکه و شرایط بارگذاری در یک دورهی زمانی خاص (معمولا یک سال) با در نظر گرفتن منابع محدود موجود صورت میپذیرد، که در دورهی زمان تعمیر و نگهداری باید تخصیص داده شوند. بدین ترتیب زمانبندی تعمیر و نگهداری برای دوره های زمانی مختلف استخراج میشود، به طوری که قیود زمانبندی تعمیر و نگهداری ارضا شده و حد قابلیت اطمینان سیستم با توجه به تغییرات بار حداکثر شود [4].
1-4-3- زمانبندی تعمیر و نگهداری کوتاهمدت
قیود امنیتی سیستم تحت تاثیرخروج تجهیزات سیستم برای تعمیر و نگهداری میباشند. مشخص کردن دقیق روز و ساعت شروع تعمیر و نگهداری هر تجهیزی نیاز به دقت بالایی دارد. بنابراین پخش بار سیستم قدرت با توجه به زمانبندی تعمیر و نگهداری و پیش بینی بار شبکه باید انجام پذیرد. این نوع مطالعه زمانبندی تعمیر و نگهداری به نام تعمیر و نگهداری کوتاهمدت شناخته میشود [4].
1-5- تجدید ساختار[28] سیستم قدرت و ایجاد بازار برق[29]
شرکتهای برق به مدت چندین دهه به صورت انحصاری[30] عمل میکردند. این شرکتهای انحصاری، کنترل کامل فروش برق را در محدوده خود در اختیار داشتند و هیچ شرکت دیگری در این محدوده با آنها رقابت نداشت. کنترل تجارت برق در مراحل تولید، انتقال و توزیع صورت میگرفت. شکل (1-1) نشاندهندهی ساختار انحصاری میباشد. در چنین ساختاری، یک شرکت برق [10]:
- مالکیت بیشتر واحدهای تولیدی و تجهیزات انتقال موجود در محدوده جغرافیایی خود را بر عهده دارد و مسئول کنترل آنها میباشد.
- انحصار فروش انرژی الکتریکی در محدوده جغرافیایی خود را در اختیار دارد.
- وظیفهی تامین انرژی الکتریکی مشترکین بر عهده آن میباشد.
- دارای مالکیت عمومی[31] میباشد که هدف آن کسب سود نمیباشد و تعرفههای آن توسط سازمانهای نظارتی وضع میشوند.
شکل 1-1: سیستم قدرت انحصاری (الف) با ساختار عمودی[32]، (ب) با ساختار مطابق قانون تنظیم مقررات شرکتهای عمومی برق[33] (PURPA) در سال 1978 [10]