基于CBM的RCM在核電站的應用

楊立飛，江 虹

（中科華核電技術研究院，廣東 深圳 518124）

一、狀態(tài)維修技術概述

國際上對狀態(tài)維修CBM（Condition Based Maintenance）的定義是：通過測量設備的狀態(tài)參數(shù)，建立一套針對性的維修策略，以預測設備在未來的運行周期內(nèi)是否會發(fā)生異常，如果出現(xiàn)異常，則及早采取糾正行動，以避免或緩解故障的發(fā)生與發(fā)展。

我國電力系統(tǒng)早在1986年就提出了狀態(tài)檢修問題，2007年國家電網(wǎng)公司又陸續(xù)制定發(fā)布了《國家電網(wǎng)公司輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》、《輸變電設備狀態(tài)評價標準》。CBM技術日益受到國家、企業(yè)的關注，其優(yōu)勢如下。

第一，與傳統(tǒng)的定期維修相比，CBM能夠做到該修必修，而非到期必修。該維修模式避免了不必要的維修，減少了總體停機時間與次數(shù)，節(jié)省了維修資源。

第二，CBM的應用降低了設備早期故障率的引入，減少了人因失誤引起的設備早期故障。

第三，CBM能夠做到適時適度的維修，提高了維修效率。能夠準確判斷設備的失效部位，靈活的安排維修時間。

第四，狀態(tài)維修獲得的運行數(shù)據(jù)可作為設備管理和其他信息系統(tǒng)的支持。

二、狀態(tài)維修實施基礎

1.狀態(tài)維修的組成及實施流程

狀態(tài)維修技術的實施是一項復雜的系統(tǒng)工程，主要涵蓋三個方面：狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與狀態(tài)維修，其中狀態(tài)維修是狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷的最終目的。

建立完善的狀態(tài)維修體系，必須從被監(jiān)測診斷設備的重要度、故障機理出發(fā)，采用針對性的失效模型，如溫度、振動、化學效應等，同時選取合適的監(jiān)測和診斷儀器，制定科學、合理的監(jiān)測體系。其實施流程如圖1所示。

從圖1可知，狀態(tài)維修實施過程是一個動態(tài)的、不斷改進和完善的閉環(huán)管理過程。通過狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷有機結合得出評估結果，據(jù)此制定預防性維修策略，可靈活、合理的安排維修窗口，從而實現(xiàn)降低維修費用和提高設備可靠性的目標。

圖1 狀態(tài)維修實施流程

2.實施狀態(tài)維修的可行性

（1）實施狀態(tài)維修的技術可行性

①設備必須具備實施狀態(tài)維修的初始條件。狀態(tài)維修雖然能夠有效地對設備運行狀態(tài)實時監(jiān)測，但并不是所有的設備都適用狀態(tài)維修。設備的故障模型有六種，其中89%的故障與時間無直接關系，定期維修并不能有效避免這類設備的故障發(fā)生，所以針對該類設備實施狀態(tài)維修成效較為明顯。

②實施狀態(tài)維修的監(jiān)測周期與故障的P-F間隔必須滿足一定的條件，才能做到狀態(tài)維修的科學性、合理性。

事實表明，很多設備的故障都不會瞬間發(fā)生，總有一個逐漸發(fā)展的過程。P-F曲線用于表示設備由潛在故障狀態(tài)發(fā)展至故障的間隔期，其中P為潛在故障點，F(xiàn)點為功能喪失點。

為保證在設備失效前發(fā)現(xiàn)潛在故障，監(jiān)測周期必須小于P-F間隔，以免因監(jiān)測周期大于P-F間隔而遺漏對故障的測定。

同時，實施狀態(tài)監(jiān)測的P-F間隔要足夠長且相對穩(wěn)定，只有這樣才能保證監(jiān)測周期的合理性，為維修的實施提供充裕的時間。

（2）實施狀態(tài)維修的經(jīng)濟性及可行性

實施狀態(tài)維修必須從設備本身的重要度、可靠性及其維修費用等方面綜合考慮和評價。如果設備本身重要度低，且可通過簡單的定期更換、定期維修等進行管理，那么采用精密昂貴的監(jiān)測儀器是不值得的。反之，如果設備的重要度、維修或更換費用較高，則可考慮采用狀態(tài)維修技術。

因此，一個重要衡量指標就是狀態(tài)監(jiān)測的費用要遠小于糾正性維修的費用。

（3）實施狀態(tài)維修的安全與環(huán)境可行性

對于核電廠與安全相關的設備，如果潛在故障有安全或環(huán)境性后果，則需要將故障的概率降低到可接受的水平。而狀態(tài)維修的優(yōu)勢在于，它能夠盡早地發(fā)現(xiàn)潛在故障點，避免安全故障的發(fā)生，為維修準備贏得時間。

三、CBM與RCM融合應用

1.CBM與RCM的聯(lián)系

以可靠性為中心維修RCM（Reliability-centered maintenance）是一種用于確保任何設備在現(xiàn)行使用環(huán)境下保持實現(xiàn)其設計功能所采取的一種系統(tǒng)工程方法，它不是具體的維修類型或維修方式，而是一種分析與判斷方法。

在RCM邏輯決斷分析中，狀態(tài)監(jiān)測居于首位，可見狀態(tài)監(jiān)測對RCM任務制定的突出作用。同時由前述可知，11%的設備失效與時間有關，而89%的設備失效與時間無直接關系，CBM技術的發(fā)展成為解決這89%設備故障問題的重要途徑。

CBM技術與RCM分析方法的共同點在于均需要確定“修什么”、“何時修”的問題，但CBM以監(jiān)測與診斷結果為導向，動態(tài)安排維修窗口，具有可選擇性；RCM則依賴于具體的邏輯決斷，維修窗口預先制定。因此，CBM技術的引入使RCM維修策略更具針對性，可根據(jù)故障性質(zhì)及其發(fā)展趨勢判定設備是否需要維修和維修的具體部位，針對性強、收益高。據(jù)國外電力行業(yè)報道，實施狀態(tài)維修可使電力系統(tǒng)中每年用于設備檢修的費用降低25%～50%，故障停電時間減少75%。

2.CBM對RCM分析的促進作用

CBM技術作為RCM維修策略的重要補充，它不僅能夠彌補其他維修方法的缺失，還能夠為其他維修措施的制定提供科學的數(shù)據(jù)信息。

（1）CBM對RCM分析的信息支持

在RCM維修決策過程中，需要根據(jù)經(jīng)驗反饋以及歷史數(shù)據(jù)信息制定設備的維修頻度，而狀態(tài)維修技術最能反映維修需求的現(xiàn)實信息。CBM為RCM提供了動態(tài)的實時數(shù)據(jù)作為決策支持，提高了RCM分析的科學性和合理性。建設基于CBM的設備狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)設備記錄的良好追溯，另一方面還能夠通過對設備狀態(tài)及其趨勢變化的分析，深入地理解設備故障機理和故障特征的內(nèi)在聯(lián)系，圖2較好的體現(xiàn)了CBM與RCM之間的相互促進關系。這些信息將反饋作為RCM維修決策的輸入以升級設備維修策略，幫助實現(xiàn)真正意義上的分析、實踐、反饋、再分析、再實踐的閉環(huán)循環(huán)。

（2）CBM可以精確定位故障根源并開展針對性維修

設備狀態(tài)維修決策的目的是為了解決維修過剩與維修不足的矛盾，并能夠根據(jù)設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)動態(tài)地安排預防性維修。什么時候維修、維修什么部位，要根據(jù)故障性質(zhì)及其發(fā)展趨勢而定。在狀態(tài)監(jiān)測的基礎上進行故障診斷后，很容易確定故障原因和故障部位，但是在確定具體維修時間時，不能只根據(jù)一個部件的故障而定，而要綜合考慮全體部件的狀態(tài)，即把所有部件狀態(tài)均列入一個運行維修網(wǎng)絡圖中，維修人員根據(jù)運行維修網(wǎng)絡圖，按設備重要度、故障性質(zhì)及部位綜合考慮安排維修計劃，使維修更具針對性。

圖2 CBM與RCM的互為優(yōu)化

3.RCM對CBM技術應用的指導作用

RCM分析認為，在滿足設備維修需求的前提下，投入的資源越少收益越大。在CBM的實施過程中，針對同一設備使用不同的CBM技術，花費的資源條件和成本是不同的，而RCM的任務決斷邏輯會指導用戶從設備的重要度、故障后果、維修費用等方面綜合衡量，選擇合理的CBM技術，減少不必要的資源投入。

如對轉動設備實施狀態(tài)維修，雖然其運行狀況可通過聽筒、振動計和油樣化驗等多種技術手段得到反映，但監(jiān)測到的潛在故障時間點是不同的。一般來說，轉動設備振動聲響較大且將要發(fā)生故障時才易于發(fā)現(xiàn)，此時如果不能及時采取措施，將會導致設備的嚴重損壞。然而對轉動設備采用油樣化驗的方法則能夠及早的發(fā)現(xiàn)潛在故障點，避免設備故障后果的擴大化。因此，在CBM技術的具體實施過程中，采用RCM分析邏輯具有重要的指導作用。

四、基于CBM的RCM分析方法在核電站的應用

1.紅外技術在閥門查漏中的應用

核電廠的工藝系統(tǒng)復雜，閥門數(shù)量龐大。核島反應堆冷卻劑系統(tǒng)和核輔助系統(tǒng)的閥門檢修空間小、密封性要求高、工作環(huán)境和設備本體輻照劑量高。按照現(xiàn)有的預防性維修大綱，每次機組大修閥門解體檢修工作量大，經(jīng)RCM邏輯分析認為，對閥門內(nèi)漏實施狀態(tài)維修是可行的，并分別從閥門重要度、監(jiān)測儀器準確性、經(jīng)濟性等方面考慮，最終選擇“紅外線查漏”，并在機組停機前檢測，以確定閥門是否發(fā)生內(nèi)漏。實踐證明，狀態(tài)維修技術的應用優(yōu)化了大修項目，削減了大修工作量。

2.油樣分析法在主變壓器檢修中的應用

大亞灣核電站早期的變壓器檢修常采用吊罩檢修的維修方式，RCM分析認為雖然該方法能夠發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的故障，但是吊罩檢修費用高，而且容易引入檢修風險。目前，在電站中變壓器常采用狀態(tài)維修和大修年檢（如常規(guī)的絕緣和直阻測量）相結合的維修方法。在變壓器的狀態(tài)維修中，油樣分析法應用較為普遍，可以通過油中氣相組分種類和含量的分析診斷變壓器內(nèi)部是否存在故障跡象，根據(jù)嚴重程度決定采取何種維修方法，針對性增強。

3.振動和溫度監(jiān)測在電動機狀態(tài)維修中的應用

在大亞灣核電站早期的維修策略中，電動機常采取定期解體檢查的方式進行故障檢查，后期經(jīng)RCM分析未發(fā)現(xiàn)電機與時間直接相關的故障模式，因此采用定期解體檢查是不經(jīng)濟的。狀態(tài)維修更適用于電機的故障診斷，通過日常的電機測振和軸承溫度監(jiān)測就能夠反映電機的運行狀態(tài)。

實踐證明，基于CBM的RCM分析是科學的，狀態(tài)維修不僅減輕了工作量，而且還避免了意外風險的引入。

五、總結

隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化及機械化程度的不斷提高，設備在生產(chǎn)中的地位越來越受到企業(yè)的重視，狀態(tài)維修理論與技術的應用減少了故障次數(shù)、降低了維修費用、提高了設備的可靠性。其中，CBM對RCM分析的補充與促進，使RCM分析更具靈活性和針對性。實踐證明CBM技術及CBM與RCM的融合運用提高了設備的可靠性管理水平，成為企業(yè)安全運行與維護的重要保障。

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