برنامه ريزی تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورهای توزيع

برنامه ريزی تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورهای توزيع

(تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورها)

مقدمه

به طور سنتی، نگهداري و تعمیر به مفهوم رفع خرابی است.  با این تعریف فعالیت هاي نگهداري و تعمیر، محدود به تعمیر و یا، تعویض قطعه معیوب خواهد بود .

که صرفاً پس از مشاهده خرابی صورت می پذیرد و اصطلاحاً به نگهداري و تعمیر انفعالی ، نگهداري و تعمیر شکست و یا نگهداري و تعمیر اصلاحی معروف می باشد.

تعریف جدیدتر از نگهداري و تعمیر عبارت است از: کلیه فعالیت هایی که هدف آن نگهداري و یا آماده سازي یک آیتم (ماشین و یا یک سیستم) به گونه اي که بتواند وظایف خود را به طور کامل انجام دهد. (تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورها)

واضح است که با این تعریف دامنه فعالیت ها شامل، فعالیتهاي پیشگیرانه مانند انجام سرویسهاي عمومی، بازرسی هاي دوره اي، تعویض پیشگیرانه و کنترل پیوسته شرایطنیز خواهد شد.

 بسته به اینکه وظایف در یک سازمان چگونه تقسیم بندي شده باشد.  فعالیت هاي مذکور ممکن است بین بخشهاي مختلف یک سازمان منحصراً و یا با مشارکت انجام پذیرد [7].

با لحاظ ابعاد استراتژیک، نگهداري و تعمیر شامل، تصمیمات بلند مدت تر دیگري نظیر، تصمیمات مربوط به تعویض تجهیزات و انجام اصلاحات در طراحی بگونه اي که موجب افزایش قابلیت اطمینان در سیستم باشد، نیز خواهد شد.

موسسه مهندسی نگهداري و تعمیر استرالیا (MESA) در یک تعریف جامع تر، نگهداري و تعمیر را این گونه بیان داشته است: ” تصمیمهاي مهندسی و فعالیتهاي لازم و کافی و مناسب در جهت بهینه سازي توان و قابلیت هاي تعریف شده”.

 در این تعریف منظور از توان و قابلیت، عبارت است از توانمندي انجام یک فعالیت خاصدر یک محدوده کارایی تعریف شده.

با این تعریف ابعاد مدیریت نگهداري و تعمیر وسیع تر خواهد بود، به نحوي که کلیه مراحل دوره حیات ماشین آلات، کارخانجات و تجهیزات (شامل، ارزیابی و انتخاب ، تأمین، راه اندازي، اجرا و بهره برداري، ارزیابی کارآیی، گسترش و نهایتاً از رده خارج کردن آنها) را در بر خواهد گرفت، با این تعریف مدیریت نگهداري و تعمیر به مفهوم مدیریت دارایی هاي فیزیکی خواهد بود [7].

2-2- دشواریها در مدیریت دارائیهاي فیزیکی

افزایش دائم کارایی و ایجاد ارزش افزوده بیشتر در یک سازمان مستلزم این است که عملیات در حداقل هزینه انجام شود. (تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورها)

مدیریت دارایی هاي فیزیکی یک فعالیت ستادي است که بخش قابل توجهی از سرمایه یک موسسه را مورد مطالعه قرار می دهد و لذا از اهمیت فراوانی در جهت کاهش هزینه و در نتیجه افزایش کارآیی خواهد داشت.

با لحاظ سه موضوع، که در ادامه آورده شده است، حساسیت و اهمیت مدیریت دارایی هاي فیزیکی در افزایش بهره وري در سازمانها به وضوح مشخصمی باشد.

2-2-1- روند همگرایی در استراتژیهاي عملیاتی در سازمانها

امروزه بسیاري از سازمانها، رو به تولید ناب، تولید به موقع و برنامه هاي شش سیگما آورده اند.  این روند نشان از تغییر تفکر از ” افزایش تولید” به ” پاسخگویی سریع به تقاضا”،” حذف ضایعات” و “جلوگیري از وجود خرابی در محصول” است.

با حذف انبارهاي واسطه و کاهش حجم موجودي ها، وقوع خرابی دستگاه ها و یا کاهش سرعت تولید و یا پروسه هاي غیر ضروري، موجب بروز مشکلات حادي در تحویل به موقع محصولات به مشتریان خواهد شد.

بدین ترتیب نصب و بهره برداري از تجهیزات مناسب، نگهداري و تعمیر بهینه از این تجهیزات و وجود متخصصین کارآزموده در امر نگهداري و تعمیر این تجهیزات، از فاکتورهاي اصلی در حصول موفقیت در استراتژي عملیاتی فوق خواهد بود.

2-2-2- اهمیت ویژه به محیط زیست و ایمنی

امروزه یک باور جمعی، خصوصا در میان کشورهای توسعه یافته، در زمینه نیاز به حفظ محیط زیست و استقرار سیستمهای ایمنی در محیط کار مطرح است.  این باور موجب شده است.

تا قوانین متفاوتی برای جلوگیری از آلودگی محیط زیست، تلفات و صدمات وارده در حین کار اعمال گردد.  در یک تعریف کلی، ضایعات و خرابی در محصولات تولیدی و اصولا عدم استفاده مناسب از مواد و انرژی، منبع آلودگی محیط زیست به شمار می آیند.(تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورها)

 این عدم بهره وری کامل، حاصل از عدم استفاده بهینه از تجهیزات و منابع است.

خرابی تجهیزات اصلی، موجب توقف تولید و در نتیجه عدم بهره وری کامل از منابع است.  در کارخانجات تولید مواد شیمیایی، پس از تعمیر و راه اندازی مجدد خط تولید، ابتدا مواد نیمه ساخته موجود در دستگاه ها، بعنوان ضایعات، تخلیه و مواد اولیه، مجددا وارد خط تولید می شود.

 بدین ترتیب خرابی تجهیزات یکی از عوامل اصلی در ایجاد ضایعات شیمیایی و آلودگی محیط زیست به شمار می آید.

علاوه بر ایجاد ضایعات، خرابی دستگاه ها یکی از عوامل اصلی در بروز حوادث ناگوار برای پرسنل تولدی و ایجاد آلودگی در محیط تولید می باشد.

واضح است که نگهداری تجهیزات در شرایط بهینه و بهره گیری مناسب از آنها برای جلوگیری از خرابی، به معنای مدیریت و کاهش ریسک ناشی از توقف تولید، کاهش آلودگی محیط زیست و کاستن حوادث ناگوار در محیط کارخانجات خواهد بود.  این موضوع هدف اصلی مدیریت دارایی های فیزیکی است.

2-2-3- تغییرات تکنولوژیکی

تکنولوژی، بعنوان یک عامل اصلی در تغییرات در چند دهه اخیر به سرعت در حال دگرگونی بوده است و تبعا، نگهداری و تعمیر نیز به ناچار متأثر از این تغییرات تکنولوژی، متحول شده است.

استفاده از تستهای غیر مخرب، انواع مبدل و سنسورها، اندازه گیری لرزش، ترموگرافی، فروگرافی و اسپکتروسکوپی همگی موجب شده اند تا بتوان بازرسیهایی حین کار را انجام و و از توقف دستگاه ها برای بازرسی جلوگیری کرد.

این امر نقطه شروعی برای بکارگیری نگهداری و تعمیر مبتنی بر شرایط، به عنوان جایگزینی برای نگهداری و تعمیر از قبل پیش بینی شده ، بوده است.(تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورها)

استفاده از کنترلرهای الکترونیکی، کامپیوتر و سیستمهای ارتباطی الکترونیکی به جای سیستمهای الکترودینامیک موجب افزایش قابلیت اطمینان، قابلیت انعطاف کاهش وزن و حجم و در نهایت کاهش هزینه شده است.

 استفاده از نرم افزارهای جامع کنترل هم اکنون از استانداردهای اصلی در طراحی و ساخت انواع سیستمهای ناوبری بشمار می آید.

سلولهای تولیدی قابل انعطاف و سیستمهای تولیدی کنترل شده با کامپیوتر در اغلب صنایع مورد استفاده قرار می گیرد.  در اغلب شهرها، استفاده از کارتهای هوشمند در انجام کارهای روزمره و بانکی بسیار فراگیر شده است.  در سیستمهای حمل و نقل نیز تکنولوژی کنترل رادیویی استفاده چشمگیری داشته است.

تشخیص و درمان از راه دور و استفاده از تکنولوژی ارسال و دریافت اطلاعات از دیگر مصادیق تغییر تکنولوژی در چند سال گذشته می باشد.

معرفی و بهره گیری از تکنولوژیهای فوق همگی با این هدف بوده است که بتوان قابلیت اطمینان سیستمها را افزایش، هزینه را کاهش و سطح سرویس به مشتریان را بهبود بخشید.

 این افزایش سطح سرویس، مدیریت دارایی های فیزیکی را پیچیده تر می‎‌کند و تبعا دانش مورد نیاز در این خصوص را طلب می نماید.

هم چنین در مرحله گذر از سیستمهای قدیمی و طراحی و اجرای سیستمهای جدید نیز مشکلاتی وجود دارد که موجب پیچیدگی بیشتر در مدیریت دارائیهای فیزیکی خواهد بود.

2-3- توسعه مدیریت دارایی های فیزیکی

برای رویاروئی با مشکلات مطرح شده در قسمت 2-2، سازمانها می بایستی توجه زیادی به افزایش راندمان دارایی های فیزیکی خود داشته باشند.  این امر می‎تواند با داشتن یک استراتژی مشخص، پرسنل کارآزموده، روشهای اجرائی مناسب و اعمال کنترل مناسب در تمامی مراحل طراحی، برنامه ریزی و بهینه سازی پروسه نگهداری و تعمیر محقق گرد.

2-3-1- نگهداری و تعمیر ناب

یک بررسی نشان می دهد که بودجه نگهداری و تعمیر بین 2 تا 90 درصد کل هزینه های عملیاتی در موسسات و میانگین آن در حدود 8/20 درصد بوده است.(تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورها)

 به نظر منطقی می رسد که هزینه های نگهداری و تعمیر، سهم قابل توجهی از هزینه ها را در صنایعی که استفاده از تجهیزات در آن زیاد است، به خود اختصاص دهد.

با اتخاذ تصمیمات درست، می توان این هزینه ها را به نحو چشم گیری کاهش داد.  با بهینه‌سازی پروسه نگهداری و تعمیر تجهیزات، می توان کاهش قابل توجهی در ضایعات به وجود آورد و نهایتا کارآیی سیستم را افزایش داد.  نگهداری و تعمیر ناب عبارت است از انجام یکسری عملیات خاص به نحو مطلوب.  این هدف وقتی اتفاق می افتد که

• کلیه تجهیزات در حد استاندارد تعریف شده خویش مورد بهره برداری قرار گیرند،
• هزینه های نگهداری و تعمیر در محدوده بودجه تخصیص داده شده برای آنها انجام شود و سرمایه گذاری برای تجهیزات نو توجیه پذیر باشد،
• سطح سرویس در حد بالا باشد،
• گردش مواد در عملیات تولیدی، نگهداری و تعمیر و تعویض سریع باشد، و
• افراد دارای انگیزه و از قابلیت بالایی برخوردار باشند.

مهم تر از موارد فوق، نگهداری و تعمیر ناب، تکیه بر تعدیل بین کارآیی، ریسک و چگونگی استفاده از منابع و تصمیم گیری بهینه دارد.

این امر کار ساده ای نیست چرا که محیط عملیاتی در صنایع مملو از عدم اطمینان است و لذا تصمیم گیری در شرایط عدم اطمینان بسیار مشکل خواهد بود.  ساختاری که برای دسترسی به نگهداری و تعمیر ناب پیشنهاد می شود، در شکل (2-1) نشان داده شده است.  سه نوع هدف در این ساختار دیده می شود که در ادامه به شرح آن خواهیم پرداخت.

استراتژی

ابتدا باید طرح و هدف و چگونگی دستیابی به آن مشخص گردد.  این طرح سطحی از کارایی در مدیریت دارایی ها، که موسسه در حال حاضر در آن قرار دارد و همچنین سطحی را که باید به آن برسد، مشخص میکند.

 تفاوت این دو سطح، تعیین کننده مجموعه فعالیتهای مورد نیاز برای رفع این فاصله خواهد بود.  تبعا با لحاظ منابع و زمان مورد نیاز برای این فعالیتها، می توان برنامه انجام کارها را تنظیم نمود.

این برنامه، به عنوان برنامه مبنا، برای انجام کلیه فعالیتهای مذکور شناخته می شود و در شکل (2-1) به صورت پایین ترین لایه نشان داده شده است.(تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورها)

1-1-         پایداری گذرا با نگهداری و تعمیر ترانسفور

کنترل­کننده­های سیستم قدرت در حوزه زمان در معرض مشکل حفظ همزمانی گذرا هستند. در اینجا، مشکلات ممکن است یک خطا ناشی از، از دست دادن نسل یا از دست دادن یک بار بزرگ باشد. این اختلال بر زوایای روتور،  ولتاژهای گذرگاه، جریانات توان و بسیاری از متغیرهای سیستم تاثیر می­گذارد.

این تحقیق به بررسی اثر خطای ولتاژهای گذرگاه در سیستم می­پردازد. تبادل توان راکتیو بین سیستم AC  و نگهداری و تعمیر ترانسفور  اتفاق می‌افتد، چون جریان پیوسته در یک چهارم ولتاژ گذرگاه نگه داشته می­شود. توان راکتیو با استفاده از رابطه (3-1) محاسبه می شود:

که در این رابطه،  جریان نگهداری و تعمیر ترانسفور است که به سیستم تزریق می­شود، Q، توان راکتیو و  ولتاژ سیستم مورد نظر می باشد.

شکل (3-1) بلوک دیاگرام نگهداری و تعمیر ترانسفور را نشان می­دهد. در این شکل   کنترلر و  ثابت زمانی کنترلر هستند. یک استات­کام می‌تواند باعث بهبود عملکرد سیستم برق از طریق کنترل ولتاژ لرزش، پایداری گذرا، میرایی نوسانات توان، کنترل ولتاژ دینامیکی و کنترل توان راکتیو شود. (تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورها)

در این میان،  پایداری گذرای سیستم با استفاده از نگهداری و تعمیر ترانسفور  در این پایان نامه برای مطالعه در نظر گرفته شده است.

نگهداری و تعمیر ترانسفور با مبدل­های الکترونیکی فشرده فضای کمتری را اشغال می­کند. همچنین اثرات زیست محیطی را با استفاده از مبدل های الکترونیکی به حداقل می رساند.

1-2-         الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO)

بهینه­سازي ازدحام ذرات الگوریتمی برای محاسبات تکاملی قوی و کارآمد است و توسط کندی و ابرهارت در سال 1995 توسعه داده شد این یک روش بهینه­سازی مبتنی بر جمعیت  است، که در آن جمعیت را گروه­ می­نامند. یک گروه متشکل از ذرات ، که حول فضای جستجو  بعدی در حال حرکت است.

 در این حالت در الگوریتم، موقعیت ذره­ iام در هر گروه به صورت  تعریف می­شود و سرعت برای ذره­ i­ام الگوریتم می­تواند به صورت  نوشت.

در حالت کلی، موقعیت و سرعت هر ذره در بازه­ی  و  قرار می­گیرد. هر ذره در حال جستجو براي نقطه­ بهینه و در حال جابجایی است در غیر این صورت نمی­تواند جستجو کند و به دلیل همین جابجایی، داراي سرعت نیز است در واقع هر ذره، همزمان بر­اساس اطلاعات به اشتراک گذاشته شده، با ذرات مجاور آن تکامل می­یابد.

این کار باعث می­گردد که ذرات با استفاده از حافظه  و دانش گروهی  یک راه حل مناسب انتخاب شود.

آغاز کار بهینه­سازي ازدحام ذرات به این شکل است که گروهی از ذرات (راه­حل­ها) به صورت تصادفی به وجود می­آیند و با به­روز­کردن نسل­ها سعی در یافتن راه­حل بهینه می­نمایند.

در مرحله مقداردهی اولیه، جمعیت اولیه ذرات باید ایجاد گردد. در الگوریتم بهینه­سازی ذرات هر ذره در حقیقت یک راه­حل مسئله را نشان می­دهد.

اولین مورد، بهترین موقعیتی است که تا­کنون ذره موفق به رسیدن به آن شده است.­ موقعیت مذکور با نام­ pbest شناخته می­شود.(تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورها)

اگر موقعیت ذرات را به صورت مجموعه­  ­تعریف کنیم بهترین موقعیت ذره­ i­ام،  نامیده می­شود. اگر مقدار موقعیتی­هایی که تاکنون توسط  ذرات به دست آمده است، ­به صورت مجموعه­  ­تعریف کنیم. ­بهترین ارزش این مجموعه  می­شود.

PSO با جمعیت ذرات تصادفی مقداردهی اولیه می­شود. سپس الگوریتم با جستجو، برای راه حل­های بهینه اجرا می­گردد و به طور مداوم به روز­رسانی نسل را انجام می­دهد. در هر نسل، موقعیت و سرعت ذره­ i­ام با  و   نشان داده می­شود و با استفاده از رابطه­های (3-1) و (3-2) به­روز­رسانی می­گردند.

در روابط بالا،  و  اعداد تصادفی در بازه­ی (1،­0) هستند  و  ثابت شتاب هستند که کنترل و چگونگی دور یک ذره حرکت در یک نسل را برعهده دارند.

سرعت­های و به ترتیب نشان­دهنده­ سرعت ذرات جدید و قدیمی هستند.

موقعیت فعلی ذره و  موقعیت به­روز شده­ ذره را نشان می­دهند.­ وزن اینرسی است که برای کنترل تاثیر سرعت قبلی ذرات در یک جریان تعریف شده است. می­توان عملکرد کلی الگوریتم بهینه­سازی ذرات را به صورت شکل (3-3) نشان داد]12.[

الگوریتم بهینه­سازی ازدحام ذرات پایه کارایی تحسین برانگیزی در حل مسائل پیچیده از خود نشان داده است.

1-2-1-                تابع هدف برای نگهداری و تعمیر ترانسفور

ساختار تابع هدف پیشنهادی به صورت زیر پیشنهاد می گردد:

 و به ترتیب هزینه تعمیرات نگهداری پیشگیرانه و اصلاحی است که شامل سه ترم  هزینه پرسنل، هزینه تجهیزات و هزینه قابلیت اطمینان به صورت زیر است:

:  تعداد تعمیرات پیشگیرانه  در بازه زمانی مورد مطالعه

: تعداد خرابی های برنامه ریزی شده که از نرخ خرابی تجمعی ترانسفورماتور  در بازه مورد مطالعه بدست می آید.

یک روش پیکربندی قوی برای افزایش میرایی سیستم در شرایط عملیاتی متفاوت لازم است. بنابراین، طراحی پارامترهای نگهداری و تعمیر ترانسفور  به عنوان تابع هدف بر اساس مقدار  ویژه باید فرموله شود[5]. در اینجا، دو تابع هدف زیر استفاده می شود. یکی به حداقل رساندن بخش واقعی مقدار ویژه است و دیگری حداکثر نسبت میرایی است. نسبت میرایی  حالت بحرانی با استفاده از رابطه (3-4) محاسبه می شود.(تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورها)

که مقدار ویژه در این رابطه،   است. توابع هدف، با استفاده از روابط (3-5) و (3-6) به دست می آیند:

در ترکیب تابع هدف   است که برای یک حلقه بسته مقادیر ویژه استفاده می­شود. مقدار α در این تحقیق 7 در نظر گرفته شود. شکل (3-2) تابع هدف سیستم را نشان می دهد.

شکل (3-2)- تابع هدف J  سیستم

1-2-2-                مراحل الگوریتم

مرحله 1:  مقداردهی اولیه سرعت و موقعیت هر ذره.

مرحله 2: محاسبه برازندگی با استفاده از تابع هدف و تعیین .

مرحله 3: تعیین  از .

مرحله4: به روز رسانی سرعت و موقعیت.

مرحله 5: بررسی اینکه راه حل عملی است یا نه.

مرحله 6: اگر راه حل امکان پذیر است، تعداد تکرار را چک کنید.

مرحله 7: اگر تعداد تکرار به حداکثر  رسیده است، فرآیند را متوقف کنید.

گام 8: اگر تعداد تکرار به حداکثر برسد، فرآیند 2-7 را ادامه دهید.

شکل (3-3) فلوچارت الگوریتم را نشان می دهد.(تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورها)

جدول (3-1) جزئیات پارامترهای PSO را نشان می دهد. تابع برازندگی می‌تواند بسته به این مشکل در سیستم رخ ‌دهد. پیکربندی پارامترهای  ،  نگهداری و تعمیر ترانسفور، با استفاده روش الگوریتم PSO انتخاب می­شوند.

در این تحقیق، 9 سیستم گذرگاه تحت مطالعه با و بدون نگهداری و تعمیر ترانسفور در نظر گرفته شده است.

شکل3-3-  فلوچارت PSO

بر اساس الگوریتم pso فلوچارت پیشنهادی حل مساله به صورت زیر پیشنهاد می گردد:

 جدول3-1:  پارامترهای PSO سیستم

برای مشاهده مطالب بیشتر به سایت فرزدان مراجعه نماید.