一种船舶电气设备健康状态评估方法

摘要：“三高”任务态势下，高温潮湿、船龄老等一系列因素致使我船大部分电气设备处于亚健康状态，对此，本文提出了一种灰色聚类分析的方法对电气设备健康状态进行评估，这种评估方法可操作性强、准确性高，对指导我船电气设备检修具有很高价值。

关键词：船舶电气设备 状态检修 灰色聚类

1引言

船舶电气设备主要包括船舶电站、特装供电系统、空调制冷系统、机舱动力系统、自动化系统、照明及航行信号系统等。我船长期漂泊在海上，电气设备的工作环境要比一般陆地条件恶劣得多，船舶处于连续运动状态，经常性倾斜和摇摆，存在着巨大的机械震动和冲击。船内一些处所特别是机舱，温度高、湿度大，空气中又含有盐雾、油雾等腐蚀和污染性气体等等，这一系列因素，导致我船电气设备性能下降严重，故障率高。一些电气设备如舵机、主配电板、特装供电设备等，一旦发生故障，可能会影响船舶安全和试验任务的执行，为了确保任务期间设备的稳定运行和延长设备使用寿命，必须做好平时的设备状态检修和可靠性检查工作。

2船舶电气设备健康状态评估的必要性

等到设备发生故障时再去检修，好比亡羊补牢，是下下策，会造成很多无法预料的损失，特别是发电机、主配电板等主战设备，发生故障可能直接造成全船失电，不仅影响任务的执行，甚至威胁船舶安全。状态检修是一种先进的设备预知性检修方式，将隐患消除在萌芽阶段。状态检修的技术基础是设备状态的准确评价，是在状态监测的基础上，获取各种状态信息，分析故障发生的现象，对设备状态的安全性和故障发展趋势作出评估，确定最佳的维修方案和时间，以延长设备运行寿命，降低设备故障率。

采用状态检修策略的关键是对设备的健康状态作出正确的评估，本文提出以灰色聚类分析的方法来实现电气设备健康状态的准确评估，并以此来指导电气设备的检修决策。

电气设备健康状态准确评估带来的效益：

（l）提高设备完好率；

（2）通过评估及时发现隐患，采取措施，避免重大事故的发生；

（3）延长设备使用寿命，可适当延长检修周期；

（4）缩短设备的检修停机时间，增加设备有效作业时间。

3船舶电气设备健康状态评估过程分析

3.1灰色聚类状态评估方法

部分信息已知、部分信息未知的系统，称为灰色系统。灰色系统理论是研究解决灰色系统分析、建模、预测、决策和控制的理论。灰色聚类是将聚类对象对于不同的聚类指标（聚类参数）所拥有的白化数，按几个灰类进行归并，通过计算所有指标（参数）的综合效果，判断聚类对象所属的类型。采用灰色聚类分析方法首先要确定聚类指标即状态信息，对于船舶电气设备的状态评估需要包括设备出厂时的参数信息、设备正常运行时的信息、设备监测所得的信息等在内的许多状态信息，由于设备的状态信息很多，如果将所有的这些信息都作为决策指标，那么整个评估系统将非常庞大，不能有效的进行决策评估。这就需要选择合适的状态信息作为聚类指标。选择了聚类指标后就可以套用适当的公式来进行聚类分析。

3.2船舶电气设备灰色聚类分析过程

灰色聚类分析的第一步是确定聚类指标，依据经验和设备厂家的意见，采用以下6个状态信息作为状态评估的聚类指标。

（1）试验项目（包括预试项目和在线监测）的综合评价得分；

（2）运行记录对电气设备运行工况的综合评价；

（3）同类同型号电气设备家族质量缺陷史对电气设备健康状态影响的综合评价得分；

（4）缺陷记录对电气设备健康状态评价影响的综合评价得分；

（5）检修记录对电气设备健康状态评价影响的综合评价得分；

（6）各个决策指标的决策权重。

选定了聚类指标后，对于电气设备健康状态的灰色聚类分析采用打分的策略进行分析，分值为100分。0-20分对应状态“差”；21-40分对应状态“恶化”；41-60对应状态“注意”；61-80分对应状态“良好”；81-10分对应状态“健康”。

3.3灰色聚类状态评估步骤

第一步：输入待评估电气设备各项决策指标的综合评价数据；

第二步：按公式计算灰色聚类权函数值；

第三步：计算决策系数■=1，2，3，4，5；

第四步：将■进行比较，得■，

则该电气设备状态属于■。

4状态评估案例分析

下面以我船441计显机房的供电变压器为案例，进行评估：

第一步：确定各项决策指标的分数

（1）试验项目（包括预试项目和在线监测）的综合评价得分；

参考变压器的说明书，暂时以变压器出厂时的油色谱试验数据为依据进行试验项目评价。试验分析时，总烃值未超标，只是■超标，而单就■超标，可能有低能量的局部放电发生。该色谱试验评分为90分。

（2）运行工况记录对电气设备运行工况的综合评价得分；

一年来变压器，无不良运行工祝，该指标得分100分。

（3）同类电气设备家族质量缺陷史对电气设备健康状态影响的综合评价得分；

本船有同类变压器2台，其中一台有不是重要的缺陷记录，该指标评分为25分。

（4）缺陷记录对电气设备健康状态评价影响的综合评价得分；一年该变压器只有一项缺陷记录，而且对变压器健康状态评价影响不大，所以该指标可以评为5分。

（5）检修记录对电气设备健康状态评价影响的综合评价得分；该变压器未有大、小修记录，该指标评为100分。

（6）经设备状态影响度分析和厂家意见，给定各指标权重分别为：

第二步：计算灰色聚类权函数值

……

第三步：计算决策系数■

依次类推，得：

第四步：将进行比较，得

由此可知该变压器的健康状态评估为第五灰类，即“健康”状态。

5结语

本文对状态检修中的关键即设备状态的正确评估提出了一种以灰色聚类分析的方法，灰色聚类分析方法对电气设备健康状态进行评估具有可操作性强、操作简单、评估结果准确的优点。通过这种方法来实现船舶电气设备的状态检修对于故障预防和延长设备寿命具有很重要的实际意义。

参考文献：

[1]秦英孝.可靠性、维修性、保障性管理[M].北京.国防工业出版社.2003.

[2]满一新.船机维修技术[M].大连：大连海事大学出版社.1999.

[3l张伟.状态维修初探[J].咸阳.纺织器材.2006.3.

[4]邓聚龙.灰色系统理论教程[M].武汉：华中理工大学出版社.1992.