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Planification de la maintenance d'un parc de turbines-alternateurs par programmation mathématique

Hakim Aoudjit

Ph.D. thesis (2010)

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Abstract

A growing number of Hydro-Québec's hydro generators are at the end of their useful life andmaintenance managers fear to face a number of overhauls exceeding what can be handled.Maintenance crews and budgets are limited and these withdrawals may take up to a full year andmobilize significant resources in addition to the loss of electricity production. In addition,increased export sales forecasts and severe production patterns are expected to speed up wear thatcan lead to halting many units at the same time.Currently, expert judgment is at the heart of withdrawals which rely primarily on periodicinspections and in-situ measurements and the results are sent to the maintenance planning teamwho coordinate all the withdrawals decisions. The degradations phenomena taking place israndom in nature and the prediction capability of wear using only inspections is limited to shorttermat best. A long term planning of major overhauls is sought by managers for the sake ofjustifying and rationalizing budgets and resources.The maintenance managers are able to provide a huge amount of data. Among them, is the hourlyproduction of each unit for several years, the repairs history on each part of a unit as well asmajor withdrawals since the 1950's.In this research, we tackle the problem of long term maintenance planning for a fleet of 90 hydrogenerators at Hydro-Québec over a 50 years planning horizon period. We lay a scientific andrational framework to support withdrawals decisions by using part of the available data andmaintenance history while fulfilling a set of technical and economic constraints.We propose a planning approach based on a constrained optimization framework. We begin bydecomposing and sorting hydro generator components to highlight the most influential parts. Afailure rate model is developed to take into account the technical characteristics and unitutilization. Then, replacement and repair policies are evaluated for each of the components thenstrategies are derived for the whole unit. Traditional univariate policies such as the agereplacement policy and the minimal repair policy are calculated. These policies are extended tobuild alternative bivariate maintenance policy as well as a repair strategy where the state of acomponent after a repair is rejuvenated by a constant coefficient.

Résumé

Une population grandissante de groupes turbines-alternateurs dans les centrales hydroélectriquesarrive à sa fin de vie utile et les gestionnaires appréhendent la concurrence des arrêts pour desrénovations majeures avec un nombre tel que les ressources disponibles dans une même périodene seraient pas suffisantes. Ces retraits du réseau peuvent durer jusqu'à une année entière etmobilisent des ressources importantes en plus de la perte de production électrique. Les prévisionsà la hausse des ventes à l'export et des rythmes de production sévères font craindre la mise àl'arrêt de beaucoup de groupes en même temps.Actuellement, le jugement des experts est au coeur des décisions des retraits qui se basentessentiellement sur des inspections périodiques et des mesures effectuées in-situ et dont lesrésultats sont centralisés chez l'équipe de planification des retraits. La nature aléatoire desphénomènes de dégradations qui ont lieu, font en sorte que la capacité de prévision de l'usure parl'inspection a un caractère de court-terme. Une vision des rénovations majeures sur le long termeest activement recherchée par les gestionnaires dans un souci de justification et de rationalisationdes ressources budgétaires allouées aux rénovations.Les gestionnaires disposent d'une quantité impressionnante de données. Parmi elles, figurent laproduction horaire de chaque groupe depuis plusieurs années, l'historique des réparations surchaque organe ainsi que les retraits majeurs effectués depuis les années 1950.Dans ce projet de recherche, nous nous proposons de résoudre le problème de planification de lamaintenance d'un parc de 90 groupes turbines-alternateurs du réseau de production d'Hydro-Québec sur un horizon de 50 ans. Nous développons une méthodologie scientifique et rationnellede préparation des plans des retraits qui serviront de support à la prise de décision en exploitantles données de mesures et les historiques disponibles tout en respectant un ensemble decontraintes techniques et économiques. Pour respecter la confidentialité de certaines données,toutes les dénominations originales ont été modifiées pour les rendre anonymes.Ce problème de planification est traité comme un problème d'optimisation avec contraintes.D'abord, un groupe est étudié pour ressortir les organes les plus influents. Un modèle de taux dedéfaillance est développé pour prendre en compte les caractéristiques technologiques de l'organeet d'utilisation du groupe. Ensuite, des stratégies de remplacements et de réparations sont
Department: Department of Mathematics and Industrial Engineering
Program: Mathématiques et de génie industriel
Academic/Research Directors: Mohamed-Salah Ouali, Charles Audet
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/269/
Institution: École Polytechnique de Montréal
Date Deposited: 23 Jun 2010 15:22
Last Modified: 08 Nov 2022 13:19
Cite in APA 7: Aoudjit, H. (2010). Planification de la maintenance d'un parc de turbines-alternateurs par programmation mathématique [Ph.D. thesis, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/269/

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