1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
发电工程是我国电力领域的重要源头，在社会发展和国民经济中占有举足轻重的地位，受到来自国家政府各部门、企事业单位以及广大人民群众的高度重视。近几年来，随着中国电企改革不断深化，传统发电工业垄断被打破，在此行业背景下，电企间竞争更加激烈，降低发电成本和电价、提高供电服务质量、促使电力工业健康发展已然成为各大发电企业的发展方向。因此，发电企业必须充分挖掘其自身优势，将现有资源合理利用，从而降低运营成本，使企业具有良好的竞争力，从而尽可能多占领市场份额。迄今为止，火电和核电以及风电这三种形式是我国发电的主力军。火电由于燃料容易获取、热机效率高、调峰较易实现、建设成本低、使用成熟和稳定，因而使用范围极广[1][2]。
火力发电厂中，大型机组发变组保护装置作为电力系统最重要的二次设备之一，继电保护装置的整定计算、工作状况、型号配置、校核等与发电厂运行的安全可靠性息息相关，因此其在整个电厂设备处于重中之重，且对专业技术人员的要求和门槛要求非常高。目前，我国电厂由于发变组保护保护装置的误动导致机组停机事件屡有发生，究其原因主要有：（1）机组投入运行的年份过久，保护装置逐渐老化陈旧，且备用品严重缺乏；（2）早期整流型、电磁型发变组保护装置原理复杂、调试困难、校验易出错，对继电保护工作不利；（3）现有的保护技术具有局限性，随着对供电可靠性要求的提高，灵敏度的要求也随之提升，在这种形式要求下，当大型发电机组短路电流减小，电抗值增加时就很难保证供电的安全性、可靠性。所以，火力发电厂对发变组改造项目的有较强的需求[3][4][5]。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
工程项目进度管理是上世纪五十年代末兴起的一种项目计划管理方法。1956年，世界第二大化工巨头 DuPont 公司第一次将关键路径法 CPM（Critical Path Method）应用于化工设备的维修工作当中。据相关资料统计，釆用关键路径法前，设备的维修停工时间是 7 个小时；而采用之后，维修停工时间锐减到 2 个小时，此法共节约 100 万美元左右[15][16]。到了 1958 年，美国专家首次将网络计划评审技术 PERT（Program/Project Evaluation and Review Technique）应用在北极星导弹设计项目的进度管理中，不仅提高了工作效率，节约了成本，从而提前两年完成了设计阶段[17][18]。由此人们对项目进度管理理论在工程领域的应用产生了极大的兴趣。随着诸多学者对工程进度管理学科研究的深入，逐渐形成了较为完善、科学的工程进度管理体系。甘特图理论、网络计划理论等经典管理理论逐步应用于项目进度管理中，以形象直观和简明扼要的方式受到了广泛推广[19][20][21]。随着项目工程的不断深化开展，项目进度管理理论体系日趋成熟，形成一系列有关的方法和技术。
进入 21 世纪以后，项目进度管理与多个学科交叉，衍生出多种不同的方法[22]。项目进度管理的思维在项目管理过程中被广泛应用于多个领域，而不再局限于建筑、国防和军事、航空等领域[23][24]。随着对项目进度管理研究的深入，项目进度管理理论不断应用于企业实际工程项目中，一些新的贴合实际工程的项目进度管理方法被提出与应用，这不仅完善了项目进度管理理论还大大提高了工程项目完成效率[25][26][27]。美利坚合众国的人民航天工业在装置改造项目中精妙地应用了稳定可靠的进度管理理论（Reliability-centered Maintenance），不仅减小了成本，而且优化了项目改造的时间[28]。德国的电气制造业提出的以风险管理为中心的设备改造进度管理方法（Risk Based Maintenance，
RBM），在提高压电力设备运行的稳定性和可靠性以及减少设备改造时间上面取得了可喜的成绩[28][29][30]。在未来，
计算机技术应用、软件开发、各学科交叉等会在项目进度管理发展过程中发挥越来越重要的价值[31][32]。
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2.2.1非线性规划基本原理
非线性规划模型法是一种求解目标函数或约束条件中有一个或几个非线性函数的最优化问题的方法，是运筹学的一个重要分支。1950 年左右，酷哈·拖可率先研究非线性规划数学模型及方法，并开启了研究热潮。这一方法在工业、交通运输、经济管理和军事等方面有广泛的应用，特别是在“最优设计”方面，它提供了数学基础和计算方法，因此有重要的实用价值。
实际生产生活中所遇到的问题大部分情况下均是非线性问题，求解非线性问题就要用非线性规划法。不论目标函数有无约束条件，其实质均是求函数极值的数学问题。按照问题的具体形式，包括有无约束条件、变量个数、目标函数等信息，用相应的方法进行求解。
2.2.2非线性规划数学模型
生产活动中，为了对实际问题进行模型建立，要求建模者不仅要熟悉问题的生产情况及管理内容，还要明确问题的要求和已知、未知等条件，以及两者之间的关系，掌握大量可靠的、经过调查和统计证明的已知数据，其中对于数学模型建立需要注意：
（1）所求问题的目标一定能表达为最大化或者最小化的问题，例如求最小成本、人力或者投资等，材料储备的最优利用，企业获取的最大利润等问题。
（2）目标函数的建立，一定要具备在求解过程中的不同方法，必须要有选择性和不同可能性。
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2 项目进度管理理论基础
2.1 进度及进度管理
项目进度管理，是指利用科学进度安排方法达到进度目标，在质量、费用目标协调的基础上编制进度计划和资源供应计划，进而实现工期目标。项目进度管理目标是在一定的工期内，编制符合现场实施情况、经济可行的进度计划，然后在该计划的实施过程中，确保实际进度与计划进度同步，保证项目按时完成。在制定项目进度计划时，必须以项目范围管理为基础，针对项目范围的内容要求，有针对性的安排项目活动。
2.1 进度及进度管理
项目进度管理，是指利用科学进度安排方法达到进度目标，在质量、费用目标协调的基础上编制进度计划和资源供应计划，进而实现工期目标。项目进度管理目标是在一定的工期内，编制符合现场实施情况、经济可行的进度计划，然后在该计划的实施过程中，确保实际进度与计划进度同步，保证项目按时完成。在制定项目进度计划时，必须以项目范围管理为基础，针对项目范围的内容要求，有针对性的安排项目活动。
关键路径 CPM 基本原理为：首先根据项目实际情况分解为很多个不同计划任务，其次对不同的计划任务确定工期（天数），再次按照每个任务按照先后逻辑关系用箭头相互连接，从项目起始到结束连接成多条路径，之后详细计算出所有路径的持续工作天数，最后在众多路径中找出最长的路径[52]。
关键路径 CPM 是一种以符合工程项目实际的进度管理方法，这种方法的核心是如何确认关键路径。所谓关键路径，就是从项目开始一直到项目结束，所有项目路径中所用时间最长的路径。所以，通过应用关键路径法，缩短关键路径上关键项目的工期，从而缩短整个项目的总工期。其工作原理图如图 2.1 所示，箭头代表作业，节点代表事件。可直观对项目有一个整体的概念。按惯例，整个项目始于左方，止于右方。当各个项目工作时间确定后，关键路径法可以被用来预计项目的进度，从而对项目的工期和成本进行控制。
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2.2非线性规划模型理论关键路径 CPM 是一种以符合工程项目实际的进度管理方法，这种方法的核心是如何确认关键路径。所谓关键路径，就是从项目开始一直到项目结束，所有项目路径中所用时间最长的路径。所以，通过应用关键路径法，缩短关键路径上关键项目的工期，从而缩短整个项目的总工期。其工作原理图如图 2.1 所示，箭头代表作业，节点代表事件。可直观对项目有一个整体的概念。按惯例，整个项目始于左方，止于右方。当各个项目工作时间确定后，关键路径法可以被用来预计项目的进度，从而对项目的工期和成本进行控制。
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2.2.1非线性规划基本原理
非线性规划模型法是一种求解目标函数或约束条件中有一个或几个非线性函数的最优化问题的方法，是运筹学的一个重要分支。1950 年左右，酷哈·拖可率先研究非线性规划数学模型及方法，并开启了研究热潮。这一方法在工业、交通运输、经济管理和军事等方面有广泛的应用，特别是在“最优设计”方面，它提供了数学基础和计算方法，因此有重要的实用价值。
实际生产生活中所遇到的问题大部分情况下均是非线性问题，求解非线性问题就要用非线性规划法。不论目标函数有无约束条件，其实质均是求函数极值的数学问题。按照问题的具体形式，包括有无约束条件、变量个数、目标函数等信息，用相应的方法进行求解。
2.2.2非线性规划数学模型
生产活动中，为了对实际问题进行模型建立，要求建模者不仅要熟悉问题的生产情况及管理内容，还要明确问题的要求和已知、未知等条件，以及两者之间的关系，掌握大量可靠的、经过调查和统计证明的已知数据，其中对于数学模型建立需要注意：
（1）所求问题的目标一定能表达为最大化或者最小化的问题，例如求最小成本、人力或者投资等，材料储备的最优利用，企业获取的最大利润等问题。
（2）目标函数的建立，一定要具备在求解过程中的不同方法，必须要有选择性和不同可能性。
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3 发变组改造项目概述 ........................................ 19
3.1 项目建设单位 G 公司概述 .................................... 19
3.2 项目实施单位概述 ...................................... 19
3.3 发变组改造项目内容 ..................................... 20
4 基于关键路径 CPM 的发变组改造进度计划................................. 27
4.1 G 公司发变组改造项目分解 ...................................... 28
4.2 G 公司发变组改造项目进度网络图 ............................... 28
5 基于非线性规划模型法的发变组改造项目进度优化...................................... 39
5.1 目标函数建立 ................................ 39
5.1.1 改造工期 ................................. 39
5.1.2 工程成本 .......................... 39
6 发变组保护改造项目进度优化实践
6.1 进度优化方法
6.1.1 保护屏及录波器屏二次电缆接线优化
在 A 公司前期发变组改造图纸设计的基础上，设计人员对比新旧屏保护原理及外端子回路，实现相同继电保护原理的前提下，尽量保持原有和新安装保护屏外部端子的位置不变，同时认真做好每根电缆及电缆芯标识，尽量减少电缆敷设，合理利用原有电缆，进一步可减少现场接线人员的工作量，间接缩短了新保护屏及录波器二次电缆接线的工期。
在保护屏及录波器二次电缆接线时，4 个安装接线人员每人负责一面屏，即 A屏、B 屏、C 屏和故录屏，为保证该环节的工期可控性，由设计人员开工前向每位安装接线人员进行技术培训，交待关键技术和注意事项，让每为接线人员熟悉流程，提升效率，保证每位安装接线人员熟悉接线原理。安装接线时，由调试人员现场辅导接线，具体措施为：对一根线、遥一根线，随后安排接线人员接线，从源头上避免保护装置外回路存在缺陷。按照设计规范保护屏及录波器二次电缆接线工期为 10 天，主要通过新建机组在新敷设电缆的基础上确定工期。根据施工接线常识，新敷设电缆剥线，做电缆头，对电缆进行分类几乎占整个接线工期的 40%左右，而本项目为改造项目，且大量利用原有电缆，同时维持原有端子位置不变，不需要重新做电缆头和对电缆就行分类，对比新建机组发变组改造，至少可以节省 30%的工期，即 10 天可优化为 7 天。
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6.1.1 保护屏及录波器屏二次电缆接线优化
在 A 公司前期发变组改造图纸设计的基础上，设计人员对比新旧屏保护原理及外端子回路，实现相同继电保护原理的前提下，尽量保持原有和新安装保护屏外部端子的位置不变，同时认真做好每根电缆及电缆芯标识，尽量减少电缆敷设，合理利用原有电缆，进一步可减少现场接线人员的工作量，间接缩短了新保护屏及录波器二次电缆接线的工期。
在保护屏及录波器二次电缆接线时，4 个安装接线人员每人负责一面屏，即 A屏、B 屏、C 屏和故录屏，为保证该环节的工期可控性，由设计人员开工前向每位安装接线人员进行技术培训，交待关键技术和注意事项，让每为接线人员熟悉流程，提升效率，保证每位安装接线人员熟悉接线原理。安装接线时，由调试人员现场辅导接线，具体措施为：对一根线、遥一根线，随后安排接线人员接线，从源头上避免保护装置外回路存在缺陷。按照设计规范保护屏及录波器二次电缆接线工期为 10 天，主要通过新建机组在新敷设电缆的基础上确定工期。根据施工接线常识，新敷设电缆剥线，做电缆头，对电缆进行分类几乎占整个接线工期的 40%左右，而本项目为改造项目，且大量利用原有电缆，同时维持原有端子位置不变，不需要重新做电缆头和对电缆就行分类，对比新建机组发变组改造，至少可以节省 30%的工期，即 10 天可优化为 7 天。
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7 结论与展望
7.1 结论
本文以火力发电厂发变组保护改造项目进度管理作为研究对象，以 G 公司4×600MW 发电机组，1 号发变组改造项目作为研究案例。将工程项目进度管理思想应用在本发变组改造项目进度安排中。本文首先采用关键路径法 CPM，对项目进度进行管理、优化，得出本工程项目的进度网络图，从而找出了项目的关键路径。同时本文还详细介绍了如何利用 Microsoft Project 管理软件寻找项目的关键工作和关键路径。在关键路径结论的基础上，根据项目实际情况本文建立了一种非线性模型，利用 MATLAB 编写非线性规划算法，求得整个发变组改造项目的最优工期和最佳费用；最后依据非线性规划最优解对项目工期进行调整，从而达到项目管理优化的目的，使工程顺利完成。本文得出结论如下：
7.1 结论
本文以火力发电厂发变组保护改造项目进度管理作为研究对象，以 G 公司4×600MW 发电机组，1 号发变组改造项目作为研究案例。将工程项目进度管理思想应用在本发变组改造项目进度安排中。本文首先采用关键路径法 CPM，对项目进度进行管理、优化，得出本工程项目的进度网络图，从而找出了项目的关键路径。同时本文还详细介绍了如何利用 Microsoft Project 管理软件寻找项目的关键工作和关键路径。在关键路径结论的基础上，根据项目实际情况本文建立了一种非线性模型，利用 MATLAB 编写非线性规划算法，求得整个发变组改造项目的最优工期和最佳费用；最后依据非线性规划最优解对项目工期进行调整，从而达到项目管理优化的目的，使工程顺利完成。本文得出结论如下：
(1)将工程项目进度管理思想应用在本发变组改造项目进度安排中，发变组改造的安装及调试工程包括 15 项工作内容，采用关键路径法 CPM，对项目进度进行管理、优化，得出一种适合实际工程项目的进度网络图，同时得出该项目有一条关键路径： A.工作票办理，安全措施票执行 → B.原发变组保护屏及录波器屏二次电缆拆线→ C.原发变组保护屏及录波器屏拆除→ D.新发变组保护屏及录波器屏就位→ F. 新保护屏及录波器屏二次电缆接线→ I.保护电流回路的通流试验和电压回路的通电试验 → J.发变组保护回路传动→ K.发变组保护启机后试验→ L.继电保护安全措施恢复，由此得出本发变组项目的施工工期为 33 天；
(2)发变组改造工程成本分为直接费用和间接费用两部分，直接费用与关键路径法 CPM 确立发变组改造合理工期有关，在保证改造质量的前提下如果要缩短改造工期，需要投入更多的工器具和劳动力，进一步增大直接费用，因此以改造成本最低为目标函数，建立仿真模型，对发变组改造项目非线性目标函数进行求解，得出合理的计划进度与改造成本，利用 MATLAB 编写非线性规划算法，从而求得整个发变组改造最优工期为 27 天，最优费用为 39 万元；
(2)发变组改造工程成本分为直接费用和间接费用两部分，直接费用与关键路径法 CPM 确立发变组改造合理工期有关，在保证改造质量的前提下如果要缩短改造工期，需要投入更多的工器具和劳动力，进一步增大直接费用，因此以改造成本最低为目标函数，建立仿真模型，对发变组改造项目非线性目标函数进行求解，得出合理的计划进度与改造成本，利用 MATLAB 编写非线性规划算法，从而求得整个发变组改造最优工期为 27 天，最优费用为 39 万元；
参考文献（略）