Reliability and remaining useful life estimation of power plant components
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2021-10-18
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
121 + 5
Series
Abstract
Reliabilities and remaining useful lives (RULs) are estimated to determine optimal intervention strategies and thus minimize total cost of ownership for physical assets. Reliability centered maintenance is a structured analysis method which can be used to identify the optimal strategies. Object of the literature review was to study failure modes of various power plant components and review how reliability and RUL can be estimated. Reliability and RUL models can be divided to four different categories: physics of failure models, statistical models, hybrid models and artificial intelligence models. Data availability largely determines the choice of model. Different types of input data are event data, continuous condition monitoring and periodical inspections. Physics of failure models can be built even without data, but it requires deep expertise of the specific device. Object of the empirical part was to develop a reliability model for programmable logic controller and human machine interface. Firstly, failure mode and effect analysis was performed to identify all potential failure modes. 27 different failure modes were recognized, and comprehensive event tree models were outlined based on those. Realistically achievable level of detail in the models depends on the failure data's level of detail. Event data for the models was acquired from work orders. Permanent failures could not be distinguished from intermittent failures, which caused difficulties to the modeling. Different modeling approaches were tested and compared. Conventional event tree approach is sufficient for typical failure rates, but stochastic modeling may be useful for devices suffering from frequent failures. Initiating event frequency can be estimated conditioned on the device age or time from the last failure. Time from the last failure is more informative as many of the failures are recurrent. Furthermore, the effect of manufacturer was studied by regression analysis. The ideal model should consider both age and past failures as well as the manufacturer.Luotettavuuksia ja jäljellä olevia käyttöikiä arvioidaan optimaalisten interventiostrategioiden määrittämiseksi ja siten kuluvan käyttöomaisuuden kokonaiskustannusten minimoimiseksi. Luotettavuuskeskeinen kunnossapito on jäsennelty analyysimenetelmä, jota voidaan käyttää optimaalisten strategioiden tunnistamiseksi. Kirjallisuuskatsauksen tavoitteena oli tutkia eri voimalaitoskomponenttien vikaantumistapoja ja tarkastella kuinka luotettavuutta ja jäljellä olevaa käyttöikää voidaan arvioida. Luotettavuus- ja elinikämallit voidaan jakaa neljään kategoriaan: vikaantumisen fysiikkaan perustuvat mallit, tilastolliset mallit, hybridimallit ja tekoälymallit. Käytettävissä oleva data määrittää suurelta osin mallin valinnan. Syötedatan eri tyypit ovat tapahtumadata, jatkuva kunnonvalvonta ja määräaikaistarkastukset. Vikaantumisen fysiikkaan perustuvia malleja voidaan rakentaa jopa ilman dataa, mutta se vaatii syvällistä asiantuntemusta kyseisestä laitteesta. Työn empiirisen osan tavoitteena oli kehittää luotettavuusmalli ohjelmoitavalle logiikalle sekä ihmisen ja koneen väliselle käyttöliittymälle. Ensin tehtiin vikatila- ja vaikutusanalyysi kaikkien potentiaalisten vikaantumistapojen tunnistamiseksi. 27 eri vikaantumistapaa tunnistettiin, ja niiden perusteella luonnosteltiin kattavat tapahtumapuumallit. Realistisesti saavutettavissa oleva mallien yksityiskohtaisuus riippuu vikatietojen yksityiskohtaisuudesta. Tapahtumadata mallinnusta varten saatiin työmääräimistä. Pysyviä vikoja ei voitu erottaa ajoittaisista vioista, mikä aiheutti vaikeuksia mallinnuksessa. Työssä kokeiltiin ja vertailtiin erilaisia mallinnustapoja. Tavanomainen tapahtumapuun mallinnustapa on riittävä tyypillisille vikataajuuksille, mutta stokastinen mallinnustapa voi olla hyödyllinen usein vikaantuville laitteille. Alkutapahtumataajuus voidaan arvioida joko laitteen iän tai ajan viimeisimmästä viasta perusteella. Aika viimeisimmästä viasta on informatiivisempi, koska monet vioista ovat toistuvia. Lisäksi valmistajan vaikutusta tutkittiin regressioanalyysillä. Ideaalisesti mallin tulisi ottaa huomioon sekä ikä ja aiemmat vikaantumiset että valmistaja.Description
Supervisor
Lehtonen, MattiThesis advisor
Mäkinen, MarkoKeywords
reliability centered maintenance, failure mode and effect analysis, remaining useful life, programmable logic controller, human machine interface