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齒輪箱是風(fēng)電機組中維修費用最高的部件之一，針對齒輪箱的狀態(tài)檢修策略研究對降低設(shè)備維修費用、提高可靠度具有關(guān)鍵作用。針對風(fēng)機齒輪箱不完全維修這一現(xiàn)狀，提出了一種基于比例強度模型的優(yōu)化檢修策略。該方法利用監(jiān)測到的齒輪箱振動數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)及歷史維修數(shù)據(jù)建立比例強度模型，確定齒輪箱的強度函數(shù)；然后采用物理規(guī)劃方法權(quán)衡最小維修費用和最大可靠度兩個優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，確定最優(yōu)維修閾值，并制定最優(yōu)維修策略。結(jié)合實際風(fēng)電場故障數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，對考慮不完全檢修的優(yōu)化檢修策略進行仿真分析，結(jié)果驗證了所提優(yōu)化策略的有效性和合理性。風(fēng)電機組的運行環(huán)境惡劣，如風(fēng)速變化隨機、外界溫差變化大等，再加之風(fēng)機自身制造工藝和技術(shù)發(fā)展不完善，這些不確定的因素導(dǎo)致風(fēng)電機組的故障率較高，風(fēng)電場后期運行維護費用居高不下。
據(jù)統(tǒng)計，風(fēng)電機組運行維護的費用約占整個發(fā)電成本的25%~30%[1]因此，為了降低風(fēng)電機組壽命周期內(nèi)維修費用，提高其可用性，風(fēng)電機組的維修決策管理得到了廣泛關(guān)注。目前，預(yù)防性維修和以可靠性為中心的維修廣泛應(yīng)用在維修決策中，這兩種維修方式存在維修不足或維修過度的問題[2-3]；而狀態(tài)檢修采用先進的狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)對設(shè)備健康狀況進行更加完善的評估，制定最優(yōu)的檢修策略。文獻[4]針對風(fēng)電機組的檢修策略，對比分析了以可靠性為中心的檢修和狀態(tài)檢修，并結(jié)合資本壽命周期分析，總結(jié)出合理的狀態(tài)檢修優(yōu)于可靠性維修。隨著越來越多的智能傳感器被安裝在風(fēng)電機組上，監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取更加便利，這為狀態(tài)檢修的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。作為風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，齒輪箱的制造工藝已較為成熟，故障率并不高，然而一旦發(fā)生故障，其修復(fù)過程很復(fù)雜，造成風(fēng)電機組停機時間最長[2]。因此，針對齒輪箱的狀態(tài)檢修對提高整個機組的可靠度、降低總維修費用至關(guān)重要。
目前，針對狀態(tài)檢修的研究日益受到關(guān)注，Jardine等對狀態(tài)檢修中應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理、維修決策的模型、算法等問題做了全面的歸納總結(jié)，并分析了未來發(fā)展趨勢[5]；Cox[6]于1972年提出的時依性比例失效模型(Proportional Hazard Model,PHM)結(jié)合故障數(shù)據(jù)和狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以在任何壽命時刻根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)評估失效率。狀態(tài)檢修的模型還有隱式馬爾科夫模型[7-9]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、組合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和蒙特卡洛算法等[10-12]。Amulya等將混合推理方法應(yīng)用到齒輪箱的狀態(tài)檢修中，綜合分析運行數(shù)據(jù)中的確定性數(shù)據(jù)和不確定性數(shù)據(jù)[13]。然而，現(xiàn)有文獻中的狀態(tài)檢修大多針對的是完全維修，而在實際中由于風(fēng)機齒輪箱完全維修的費用昂貴，故在其壽命周期內(nèi)的維修活動屬于不完全維修，即維修后設(shè)備狀態(tài)處于更換新設(shè)備和維修前狀態(tài)之間。針對復(fù)雜可修系統(tǒng)，Prentice、Williams和Peterson基于隨機過程理論對Cox-PHM的進一步擴展，研究了針對重復(fù)失效可修系統(tǒng)的比例強度模型(ProportionalIntensity Model，PIM)，常稱為PWP-PIM模型[6]。Jiang等研究了比例強度模型在右結(jié)尾嚴(yán)重度、失效類型等情況下的魯棒性。
本文在考慮不完全維修模式下采用比例強度模型研究齒輪箱的維修策略。模型不僅考慮了風(fēng)機齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時，也考慮了歷史故障數(shù)據(jù)、維修類型等因素的影響。首先，利用風(fēng)機齒輪箱的歷史故障數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)建立比例強度模型；然后，利用物理規(guī)劃方法，權(quán)衡維修費用最小和可靠度最大兩者之間的矛盾，確定最優(yōu)維修閾值，并制定最優(yōu)維修策略；最后，針對實際風(fēng)電場故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)和狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行仿真分析，結(jié)果驗證了本文所提出的最優(yōu)維修策略的正確性和有效性。