可靠性技術在風電行業(yè)的應用

楊豪放

（合肥工業(yè)大學信息工程系（宣城校區(qū)），安徽宣城242000）

可靠性技術在風電行業(yè)的應用

楊豪放

（合肥工業(yè)大學信息工程系（宣城校區(qū)），安徽宣城242000）

分析RCM和RCA可靠性技術方法、流程，研究在風電行業(yè)應用的可行性，結合風電場系統(tǒng)設備的RCM與RCA應用案例分析制定相應措施，以提高風電設備運行可靠性。

可靠性維修；原因分析；風電行業(yè)

0 引言

《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確了“十三五”風電的發(fā)展目標，到2020年底，風電累計并網(wǎng)裝機容量確保達到2.1億千瓦以上，發(fā)展前景可觀，然而風電機組一般地處偏遠的戶外，設備使用環(huán)境惡劣，維修費用高且維修相對困難，制約了風電場的可靠性運行和企業(yè)經(jīng)濟效益。因此，如何提升設備可靠性以及境地運行維護成本，則成為企業(yè)關注的焦點。通過對“RCM”和“RCA”進行技術分析，闡述風電中的可行性情況及技術流程，結合系統(tǒng)設備案例分析表明，不僅能夠優(yōu)化風電機組設備預防性維修大綱，還能從根本上分析出設備的失效原因，提升機組的運行安全性與整體維修水平。

1 RCM與RCA技術及可行性分析

1.1 RCM技術方法及優(yōu)勢介紹

以可靠性為中心的維修（Reliability-centered Maintenance，簡稱RCM）起源于美國航空工業(yè)，該技術是用于確定系統(tǒng)設備在現(xiàn)行使用環(huán)境下維修需求、制定和優(yōu)化維修策略的一種系統(tǒng)工程方法?；舅悸肥牵簩ο到y(tǒng)設備進行功能和故障分析，詳細分析相關故障模式及其故障影響，用規(guī)范化的邏輯決斷方法確定管理相應故障后果的有效維修策略，從而保證系統(tǒng)設備的安全、可靠和經(jīng)濟運行。

美國汽車工程協(xié)會1999年發(fā)布的《以可靠性為中心的維修過程的評審準則》（SAE JA1011）給出了RCM分析的標準過程準則，該準則對RCM方法的分析流程進行了說明（圖1）。

圖1 RCM技術分析流程

RCM從設備的故障后果出發(fā)分析決策采取何種合適的預防性維修策略，突出管理故障后果比故障模式更重要的維修理念，能夠系統(tǒng)科學優(yōu)化設備的維修策略，其主要應用優(yōu)勢如下：

（1）能夠根據(jù)用戶需求制定科學合理的維修措施。（2）優(yōu)化資源配置，減少不必要的維修措施和開支。

（3）提升系統(tǒng)設備的安全可靠性水平，提升人員技能。

（4）分析過程形成系統(tǒng)設備故障基礎數(shù)據(jù)庫，有利于持續(xù)提升。

1.2 RCA技術方法及優(yōu)勢介紹

（1）關鍵技術步驟。根本原因分析（RCA）技術和方法，最早是在美國航天航空業(yè)應用并取得了良好效果。RCA技術的特點是充分利用實際客觀證據(jù)、通過系統(tǒng)化、邏輯化、規(guī)范化的分析方法，對事件進行全面及充分分析，確保分析結果的唯一性，準確找出事件的根本原因并制定合理的糾正措施。該項工作的實施是保證設備管理體系完整以及設備管理工作良性循環(huán)的重要基礎。關鍵技術步驟（圖2）。

（2）RCA技術方法應用優(yōu)勢。①能夠有效利已有數(shù)據(jù)和結果對可能的故障模式進行深入分析，探究其失效的本質(zhì)。②分析過程中可能會發(fā)現(xiàn)一些技術和管理的偏差，但能得到及時改進，并提升設備可靠性。③分析過程中會形成系統(tǒng)設備故障模式及糾正措施基礎數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)其他設備故障原因分析提供分析和解決的依據(jù)。

1.3 RCM與RCA風電應用可行性分析

圖2 RCA技術分析流程

（1）風電行業(yè)的維修作業(yè)環(huán)境艱苦，而且工作負荷重。例如，發(fā)電機、齒輪箱等設備維修時需要使用吊車，不僅周期長，所需費用也極高。而通過系統(tǒng)的預防性維修優(yōu)化，既能發(fā)現(xiàn)目前風機設備中尚未管理到位的故障模式，還可制定針對性的優(yōu)化策略，以防患于未然。

（2）風電機組的運行受到運行環(huán)境、維修水平、設備制造水平的限制，相同設備在不同環(huán)境下的運行特性各有差異，而RCM方法充分考慮了設備差異帶來的維修差異，可以結合個體運行經(jīng)驗制定科學合理的維修措施，不斷優(yōu)化現(xiàn)有風電設備維修策略。

（3）風電機組設備故障多采用更換部件的方式，缺乏對系統(tǒng)設備故障的根本原因分析，不能有效管理重發(fā)故障，也不利于企業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展，甚至造成大量成本的浪費。通過建立系統(tǒng)的RCA技術分析體系，可以有效改善維修現(xiàn)狀，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

（4）通過RCM與RCA分析，風電企業(yè)可建立自身的設備分析與管理數(shù)據(jù)庫，在提升維修能力，為后續(xù)同等背景下設備的維修策略制定，以及故障原因分析提供數(shù)據(jù)支撐的同時，其規(guī)模效益也是巨大的。

2 RCM與RCA在風電行業(yè)的應用探索

2.1 液壓制動系統(tǒng)RCM分析

液壓制定系統(tǒng)用于實現(xiàn)風機主軸剎車和偏航剎車控制操作，整個剎車油路主要由油箱、主集成塊、主軸剎車電磁閥、偏航剎車電磁閥等構成，控制系統(tǒng)通過控制主軸剎車電磁閥、偏航剎車電磁閥實現(xiàn)對主軸剎車器和偏航剎車器的制動控制。

經(jīng)過系統(tǒng)的RCM分析，可實現(xiàn)：①識別出了液壓制動系統(tǒng)之前尚未管理到的故障模式，該故障模式故障影響及后果較為嚴重，可能導致液壓制動系統(tǒng)失靈，存在安全及生產(chǎn)隱患。②取消了部分不必要的故障模式管理策略，從故障影響及控制措施考慮，實施糾正性維修，降低了維修成本。例如，《液壓制動系統(tǒng)維修大綱》對原系統(tǒng)預防性維修策略進行了優(yōu)化，優(yōu)化率達15%。維修項目新增20項，其中12項是狀態(tài)監(jiān)測，8項是定期試驗。項目取消1項，任務細化2項。③在合理可行的情況下，針對故障模式強調(diào)采用狀態(tài)監(jiān)測的方式，盡量減少對系統(tǒng)運行的干擾，避免引入維修風險，轉變維修方式和維修理念。

新的維修大綱更加重視視情維修，加強了狀態(tài)監(jiān)測在預防性維修中的應用，能夠提早發(fā)現(xiàn)和解決問題。例如，為提高電機運行可靠性，增加“定期啟動液壓站進行打壓操作試驗并觀察電機及泵的聲音是否異常，以發(fā)現(xiàn)電機振動異常或泵內(nèi)部故障”，避免機組的非計劃停機和由于無法剎車引發(fā)重大設備損壞。另外，根據(jù)現(xiàn)場運維數(shù)據(jù)分析結果，取消液壓站濾芯定期更換任務，采用定期抽檢或狀態(tài)監(jiān)測的方式進行管理，可以降低維修成本。

2.2 變槳系統(tǒng)通信滑環(huán)故障RCA原因分析

2.2.1 分析故障模式

通信滑環(huán)安裝于齒輪箱中心管末端，是實現(xiàn)變槳系統(tǒng)電能傳輸和信號控制的轉換裝置，它是由大功率環(huán)、中功率環(huán)、信號環(huán)、數(shù)據(jù)環(huán)多類傳輸集于一體的旋轉電氣聯(lián)接器件。本次RCA分析針對變槳系統(tǒng)通信滑環(huán)故障案例，收集和整理了風電場自2007年以來通信滑環(huán)故障記錄，按照RCA技術流程分析了通信滑環(huán)可能故障模式。包括：①齒輪箱低速軸的軸封外端滲漏油。②通信滑環(huán)前端軸承及底部軸承滲漏油。③齒輪箱中心管O形橡膠圈安裝過程中被劃傷，導致齒輪箱油通過中心管流至滑環(huán)內(nèi)部。④中心管密封O形橡膠圈老化破損導致齒輪箱油通過中心管流至滑環(huán)。⑤滑環(huán)刷針長期運行變形和斷裂。⑥饋線接駁盒密封失效，維修裝配過程中引入灰塵。⑦滑環(huán)運行過程中刷針與滑道磨察內(nèi)部產(chǎn)生并積存黑色粉塵。

2.2.2 確認失效原因

（1）部分齒輪箱中心管密封端“O形橡膠密封圈”安裝行程長且為盲裝，在操作過程中“O形橡膠密封圈”與齒輪箱內(nèi)部構件容易引發(fā)摩擦損傷，加之運行過程中“O形橡膠密封圈”一直浸泡于溫度變化的齒輪油中并呈擠壓狀態(tài)，長期運行后導致“O形橡膠密封圈”老化失效。齒輪箱密封油越過密封缺口流入主軸和行星架之間的空腔，沿空心管內(nèi)壁傾斜角流入滑環(huán)并在滑環(huán)滑道與刷針間形成油膜，影響信號傳導產(chǎn)生絕緣作用，致使通信滑環(huán)內(nèi)部接觸不良故障而報錯信號。

（2）部分齒輪箱低速軸“骨架油封”為易損件，“骨架油封”與齒輪箱端蓋內(nèi)壁長期處于相對摩擦狀態(tài)，當骨架油封磨損嚴重時齒輪箱內(nèi)腔油越過密封缺口沿中心管軸外端面溢出，滲漏油沿滑環(huán)密封缺口滲入滑環(huán)內(nèi)部，在滑道與刷針間形成油膜，起到絕緣作用，致使通信滑環(huán)內(nèi)部接觸不良產(chǎn)生故障。

風電場根據(jù)RCA分析結果，采取了合理的維修措施，降低了通信滑環(huán)的故障概率，保證了風機的可用率，對提升風電場的經(jīng)濟效益有著直接的作用。

3 RCM與RCA應用總結與展望

實踐證明，RCM與RCA可靠性分析技術對優(yōu)化風電機組系統(tǒng)設備維修策略，分析和探究設備故障根本原因，制定科學合理的糾正措施，提升機組可用率等，不僅有直接作用，而且應用前景廣闊。為更好地將RCM與RCA技術應用于風電設備，提升風電機組安全與經(jīng)濟性，建議后續(xù)中應做好如下工作：

（1）實施RCM/RCA技術培訓，宣貫RCM/RCA先進方法與理念，盡快儲備技術力量。

（2）結合國內(nèi)外已有RCM/RCA分析經(jīng)驗，建立適合自身企業(yè)的RCM/RCA技術體系。

（3）選擇試點系統(tǒng)設備開展RCM/RCA技術分析，并逐漸推廣全系統(tǒng)分析，拓展應用成效。

（4）建立預防性維修大綱管理平臺和根本原因分析平臺，在為RCM/RCA持續(xù)改進提供可靠的數(shù)據(jù)來源的同時，也可為其他設備管理工作開展提供數(shù)據(jù)支持。

［1］莫布雷.以可靠性為中心的維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.

［2］陳宇，朱衛(wèi)海.以可靠性為中心的維修技術在大亞灣核電站的應用[J].電力設備，2008，9（12）：118-121.

［3］高立剛，呂群賢.應用設備故障根本原因分析（RCA）方法改進核電站重要設備的安全性能[J].核動力工程，2005（S1）.

〔編輯 王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.01