設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來

一、技術(shù)發(fā)展背景

改革開放以來，中國電力行業(yè)高速發(fā)展，特別是最近十多年，電力機組從亞臨界，到超臨界，再到超超臨界跨越式升級，完成了向大型化、自動化、零排放、高效率方向的快速發(fā)展。與此相適應，國內(nèi)設(shè)備檢修技術(shù)與管理模式也快速變革，推動了國內(nèi)電廠整體效率提升。

隨著這些新型機組的快速投運，相應出現(xiàn)故障隱患多、維護費用高、停機損失大等設(shè)備維護與檢修新特點，一些設(shè)備安全裕度和可調(diào)范圍受到挑戰(zhàn)，密切監(jiān)控機組狀態(tài)異常與使用風險變化成為必須。

電力機組運行模式也發(fā)生很大的變化，特別是近年來機組頻繁啟停、常態(tài)化深幅調(diào)峰等運行方式新變化，對設(shè)備可靠性提出新要求，迫切需要完整成熟的設(shè)備壽命監(jiān)測與健康評估技術(shù)。

現(xiàn)代電力行業(yè)的發(fā)展還需要完整成熟的檢修管理技術(shù)。電廠檢修管理模式的變化，尤其是點檢定修、狀態(tài)檢修管理模式在國內(nèi)的不斷探索與全面推廣，也明顯促進了電廠設(shè)備管理水平的逐步優(yōu)化與提升。

如今，隨著電力行業(yè)改革的不斷深入與技術(shù)的發(fā)展，電廠設(shè)備維護與檢修管理模式也已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，其中最明顯的變化就是運維效率的提高，以往一個電廠差不多需要2000多人的運維團隊，而現(xiàn)在電廠規(guī)模擴大了不少，機組也更多更大，但人員則反而只需要200多人，效率明顯提高。變化主要表現(xiàn)在四個方面。

一是管理模式多樣化。大多數(shù)電廠在原來預防性維修或者標準化檢修基礎(chǔ)上，實行了點檢定修制，更是設(shè)立設(shè)備管理部，強化設(shè)備狀態(tài)檢測與管理。一些電廠在點檢定修基礎(chǔ)上發(fā)展了初級狀態(tài)檢修制，檢修內(nèi)容可以根據(jù)設(shè)備狀態(tài)進行調(diào)整，明顯提高了管理的水平和效率。

二是檢修作業(yè)外包化。目前的電廠大部分不再設(shè)有檢修隊伍，檢修作業(yè)全部外包，實現(xiàn)專業(yè)化檢修作業(yè)實施，減少電廠大量配置檢修人員所浪費的財力物力，明顯提高檢修質(zhì)量，優(yōu)化檢修資源。

三是檢修技術(shù)發(fā)展快。國內(nèi)外先進的檢修技術(shù)在國內(nèi)均有研究和應用，這進一步促使檢修策略優(yōu)化技術(shù)的不斷完善和成熟，已然達到了國際先進水平。如今，電力行業(yè)對狀態(tài)檢修等新技術(shù)的出現(xiàn)和使用已經(jīng)能夠普遍地關(guān)注和接受，檢修周期也在探索優(yōu)化，檢修效果更是改善明顯。

目前國內(nèi)電廠設(shè)備尤其是超臨界、超超臨界機組設(shè)備，其安全性、可靠性、經(jīng)濟性、環(huán)保性監(jiān)測管理水平基本上都處于國際上最高水平，得到了國際上的高度評價。

四是管理流程軟件化。在電廠MIS的基礎(chǔ)上，進一步發(fā)展了ERP系統(tǒng)，設(shè)備臺賬、缺陷、檢修工單管理都紛紛實現(xiàn)了軟件化。近年來，軟件再度發(fā)展成為集團級集中管理模式，并與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)相融合，升級至EAM系統(tǒng)，對于管理效率和水平的提升有著不可忽視的作用。

二、電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)

隨著國內(nèi)設(shè)備設(shè)計和制造技術(shù)的不斷完善，故障預防與缺陷管理技術(shù)的不斷普及，電廠越來越不滿足于預防性維修模式下的傳統(tǒng)計劃檢修方式，特別是點檢定修技術(shù)和實時數(shù)據(jù)庫的普及，電力行業(yè)積累了大量的原始離線檢驗和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，帶動了狀態(tài)數(shù)據(jù)分析技術(shù)的迅速發(fā)展。典型的如汽輪機振動監(jiān)測技術(shù)的不斷完善，直接導致了汽輪機組狀態(tài)診斷（評估）技術(shù)的成熟。然而，狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的背后還有很多亟待突破的瓶頸。

比如，越來越準確的診斷結(jié)果，如何與具體設(shè)備的檢修管理相結(jié)合？如何給出詳細的檢修級別、檢修程度、檢修內(nèi)容、檢修周期等相關(guān)內(nèi)容，從而把狀態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)（經(jīng)過狀態(tài)評估中間環(huán)節(jié)）轉(zhuǎn)化為狀態(tài)檢修管理的具體實際效果，從而實現(xiàn)狀態(tài)檢修的完整流程，一直以來并沒有真正走通，分析評估結(jié)果并不能自然方便地轉(zhuǎn)化為檢修策略與檢修計劃，特別是其中的電廠設(shè)備檢修周期分析技術(shù)在國內(nèi)外均幾乎是空白。

狀態(tài)檢修技術(shù)理論上包括了監(jiān)測、評估、管理三個環(huán)節(jié)。狀態(tài)監(jiān)測（點檢定修）更注重監(jiān)測技術(shù)手段的開發(fā)應用，是以技術(shù)為核心；狀態(tài)評估既要注重于監(jiān)測數(shù)據(jù)的短中長期趨勢規(guī)律的分析，也需要關(guān)注故障可能的影響程度；狀態(tài)管理注重的則是分析結(jié)果的科學合理利用，關(guān)注最終的措施與效果；狀態(tài)檢修的重點是以設(shè)備為中心，著眼點是強化狀態(tài)管理。

仍然以汽輪機為例，幾十年來汽輪機振動監(jiān)測、狀態(tài)診斷（評估）技術(shù)的不斷成熟，并不能直接帶來汽輪機組狀態(tài)檢修管理技術(shù)的優(yōu)化。因為汽輪機檢修典型的是揭缸大修，不僅要考慮設(shè)備層面的可靠性，還需要充分考慮系統(tǒng)及機組層面的安全性、可靠性、經(jīng)濟性、環(huán)保性等特性。簡單的振動診斷只是可靠性分析的一小部分，而不是全部。

早期電力行業(yè)引進狀態(tài)檢修技術(shù)時，核心是以可靠性為中心的維修（RCM）技術(shù)，通過設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測，分析影響可靠性的設(shè)計、制造、運行、檢修等不同環(huán)節(jié)的因素，采取積極的應對措施，從從而保持和恢復設(shè)備的固有可靠性。應用于主要輔機設(shè)備效果明顯。國內(nèi)在借鑒國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐步完善形成了電力行業(yè)可靠性維修D(zhuǎn)L/T302.1-2011標準，構(gòu)建了國內(nèi)初步的狀態(tài)檢修技術(shù)體系。

特別要強調(diào)的是，這些年來并沒有出現(xiàn)因為狀態(tài)檢修技術(shù)而導致其他檢修模式消亡的現(xiàn)象，各種檢修技術(shù)均不斷發(fā)展，匯聚一體形成了優(yōu)化檢修技術(shù)的不同方面。目前常見的電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)主要包括以下五種：

事故維修技術(shù)。即針對嚴重異常和事故報警然后被動維修的技術(shù)，又稱為糾正性維修（CM）。如果在非關(guān)鍵性小部件上運用得好，可以大為降低維修的費用。所以，必須適當運用才能更好地優(yōu)化檢修策略。舉一個典型的事故維修技術(shù)進步的例子，以前鍋爐管爆管需要6～7天修復，而現(xiàn)在只需要3天。

基于時間的預防性維修技術(shù)。是指定期檢查、測試以在早期發(fā)現(xiàn)異常，并早做修理、更換維修的檢修技術(shù)，也稱為預防性維修（PM）。這項技術(shù)的核心是假定設(shè)備狀態(tài)已知，并假設(shè)設(shè)備因時間關(guān)系需要檢修，一直是電廠的主流維修模式。以30萬機組的大修為例，過去這么大規(guī)模的修理往往需要60～70天甚至更久，而現(xiàn)在僅僅只需要40～50天左右，所耗時間成本都大大降低。

基于狀態(tài)的預防性維修技術(shù)。也就是根據(jù)設(shè)備狀態(tài)定期和不定期檢查以早期發(fā)現(xiàn)異常，早做維修的檢修技術(shù)，稱為狀態(tài)維修（CBM）。這項技術(shù)目前發(fā)展迅速，已越來越受到國內(nèi)電廠的重視，大有向主流維修模式進軍的勢頭。其實中國的狀態(tài)檢修技術(shù)發(fā)展不僅最早，而且非常系統(tǒng)、成熟。這一點很好地表現(xiàn)在中國早已將設(shè)備狀態(tài)按照專業(yè)細致分工，建立了有效的技術(shù)監(jiān)督體系，并顯著提高了設(shè)備安全可靠的性能。目前國內(nèi)電廠設(shè)備實施狀態(tài)檢修的比例在世界上也是最高的，效果也最明顯。

基于預測的預知性維修技術(shù)。根據(jù)設(shè)備狀態(tài)進行故障預測，即預測設(shè)備失效壽命，及時采取相關(guān)維修措施，限定必要檢修范圍，防止高成本的大修理和不定期停機問題，這就是基于預測的與執(zhí)行維修技術(shù)的原理，也被稱之為預知性維修（PdM）。典型的預知性維修技術(shù)進步的例子就在于國內(nèi)的高溫設(shè)備壽命管理技術(shù)不僅水平高，而且應用廣，特別是鍋爐管壽命管理技術(shù)應用取得顯著效果，已達到世界領(lǐng)先水平。

主動升級的技改性維修技術(shù)。指的是根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測與故障根本原因分析、預測結(jié)果，積極開展優(yōu)化維修和改造設(shè)計，避免和減少事故發(fā)生的檢測技術(shù)，也被稱作主動性維修（PaM）。國內(nèi)對技術(shù)性改進技術(shù)的需求非常迫切，設(shè)備可靠性改進、節(jié)能改進、環(huán)保改進都已經(jīng)投入了大量資源并在不斷增加。當下國內(nèi)機組的安全性、可靠性、經(jīng)濟性、環(huán)保性在國際上均處于一流水平，就是很好的證明。

三、電力設(shè)備優(yōu)化檢修技術(shù)

隨著狀態(tài)檢修技術(shù)研究和應用的逐步深入，發(fā)現(xiàn)RCM技術(shù)在高溫設(shè)備、壓力設(shè)備上應用有很大局限性，與此同時以風險為基礎(chǔ)的維修（RBM）和壽命管理（LM）等新維修技術(shù)和模式的不斷成熟，結(jié)合進一步完善的根本原因分析（RCA）技術(shù)，通過融會貫通，交互式發(fā)展，逐步產(chǎn)生了更為全面的優(yōu)化檢修技術(shù)體系，優(yōu)化檢修技術(shù)主要包括三個方面:

一是狀態(tài)監(jiān)測、評估、管理技術(shù)；二是風險檢驗、評估、管理技術(shù)；三是壽命檢測、評估、管理技術(shù)。

優(yōu)化檢修技術(shù)實現(xiàn)了兩個重要的信息貫通融合，一方面開發(fā)了涉及到設(shè)計、制造、運行、檢修、更換全壽命周期的設(shè)備狀態(tài)診斷、風險評估、壽命預測技術(shù)，提出風險維修分析DL/T302.2-2011標準，與此同時，進一步擴展縱向融合，即在設(shè)備、系統(tǒng)、機組不同層次上實現(xiàn)了狀態(tài)檢修、風險檢修、壽命檢修等綜合分析技術(shù)，應用在鍋爐、汽輪機等主機設(shè)備和系統(tǒng)，從而進一步發(fā)展為整套機組優(yōu)化檢修技術(shù)，其中創(chuàng)造性地開發(fā)了機組檢修周期分析這一世界檢修策略分析頂層技術(shù)，檢修周期分析在十多個電廠的應用都取得了非常好的效果。

以鍋爐管為例，眾所周知，由于鍋爐管使用環(huán)境非常惡劣，使用溫度非常高，因此很容易帶來一系列的失效和隱患故障，像電廠設(shè)備的蠕變、疲勞、腐蝕、磨損（沖蝕）這四大常見隱患機理均有涉及，導致其失效模式多樣，交互作用明顯，失效機理復雜，維護措施薄弱等問題長期存在得不到根治，事故發(fā)生的幾率和占比歷來居全世界最高，也為電廠的日常運行維護工作帶來了不小的壓力；鍋爐管失效還將帶來嚴重的停機影響，其直接造成的發(fā)電損失同樣不容忽視。

正因為鍋爐管的重要性，因此鍋爐管安全性和可靠性的提高技術(shù)在電廠永遠是最受重視的。經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，目前，國內(nèi)外均已開發(fā)了鍋爐管可靠性狀態(tài)監(jiān)測與評估技術(shù)，鍋爐管風險檢驗與評估技術(shù)，鍋爐管壽命預測與管理技術(shù)等三大專業(yè)維護技術(shù)，三類技術(shù)在鍋爐管上的綜合應用，取得了良好的效果。其中在爐管在線溫度趨勢監(jiān)測與預警分析技術(shù)，定量、半定量風險檢驗與評估技術(shù)、離線與在線相結(jié)合的壽命預測與長期管理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)上的開發(fā)應用都取得了顯著的成果，不僅有效地降低了國內(nèi)電廠的鍋爐管失效比例，更提高了機組整體安全可靠水平。

鍋爐狀態(tài)檢修工作內(nèi)容包括：

1. 收集詳細在線運行數(shù)據(jù)與歷史運行數(shù)據(jù)，包括燃燒與水質(zhì)數(shù)據(jù)，開展超溫與過應力等狀態(tài)分析，確認運行與檢修偏差。

2. 開展詳細的資料和檢驗歷史分析，確認原始設(shè)計、制造、前期運行操作狀況可能的風險隱患及缺陷。

3. 開展詳細的離線各類設(shè)備風險檢驗與取樣分析，包括爐內(nèi)管、厚壁部件、支吊架等，確認當前狀態(tài)、風險與壽命。

4. 改進運行方式，減少運行偏差和影響。逐步完善監(jiān)測系統(tǒng)和測點，及時開展狀態(tài)檢驗和壽命評估。

5. 開展爐管失效預防分析，采用失效根本原因分析技術(shù)積累失效分析案例與經(jīng)驗。

6. 建立完整的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、風險檢驗、壽命評價技術(shù)相結(jié)合的檢修策略優(yōu)化管理體系。

四、全壽命周期優(yōu)化檢修融合管理

設(shè)備優(yōu)化檢修技術(shù)是在全壽命周期融合管理新理論指導下的一種新的設(shè)備管理模式，在設(shè)備分類、設(shè)備分期、設(shè)備分策、設(shè)備分程技術(shù)方面有創(chuàng)新。

首先是設(shè)備分類方法的創(chuàng)新。所謂全設(shè)備，即將電廠設(shè)備按照其失效技術(shù)特征和影響（EMCA）劃分為四類：高溫關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵設(shè)備、重要設(shè)備、一般設(shè)備，分別對應高溫失效機理、復雜失效機理、重點失效機理等。

其次是設(shè)備周期劃分的創(chuàng)新。所謂全周期，是指設(shè)備設(shè)計、制造、運行、檢修、報廢全壽命周期。按照全周期劃分，將電廠設(shè)備運行使用周期進一步劃分為早期、中期、晚期三個時間階段，不同時期分別對應不同的管理重點與策略對應狀態(tài)監(jiān)測、風險評估、壽命預測的實施，早期重點是全面核查、理清原始狀態(tài)，評估設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試期可能的風險和設(shè)計壽命；中期重點是監(jiān)控狀態(tài)變化規(guī)律，評估運行、檢修期可能的風險和壽命消耗；后期重點是了解事故狀態(tài)極值，評估預測失效風險和壽命時間。

再次是設(shè)備管理策略的創(chuàng)新。所謂多模式，即將設(shè)備是管理模式分為狀態(tài)管理、風險管理、壽命管理三個基本技術(shù)模式系列，失效模式不同，對應不同的差異化管理模式組合。

按照設(shè)備失效模式類別，綜合采用多種管理模式，向精細化、定量化管理方向發(fā)展：高溫關(guān)鍵設(shè)備采用狀態(tài)管理+風險管理+壽命管理的綜合模式；關(guān)鍵設(shè)備采用狀態(tài)管理+風險管理的綜合模式；重要設(shè)備采用狀態(tài)管理的基本模式。

最后是設(shè)備管理流程的創(chuàng)新。所謂重效果，是指設(shè)備監(jiān)測、評估、管理三個基本流程中，重心后移，更加重視技術(shù)決策管理效果，即從以監(jiān)測技術(shù)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽O(shè)備管理為中心，變預防性檢修為預測性檢修。

五、電力設(shè)備智能檢修技術(shù)

隨著優(yōu)化檢修技術(shù)的不斷研究和逐步成熟，特別是從預防性檢修發(fā)展到預測性檢修技術(shù)階段，先進的設(shè)備管理系統(tǒng)已經(jīng)進入了第三代，即智能化檢修技術(shù)時代。當前智能化檢修的三個主要特點：完整實現(xiàn)全壽命周期管理模式、全面應用預測性檢修技術(shù)方法和逐步發(fā)展到設(shè)備智能化管理。

所謂完整實現(xiàn)全壽命周期管理模式，是指從以往單純的運行管理和檢修管理，進一步發(fā)展到設(shè)計、制造、運行、檢修、更換為一體，設(shè)備、系統(tǒng)、機組多層次的全壽命周期智能檢修管理。

全面應用預測性檢修分析技術(shù)，是從早期的離線點檢定修檢測，到結(jié)合大量在線診斷進行預測性檢修策略分析，真正實現(xiàn)了在充分監(jiān)測實際狀態(tài)基礎(chǔ)上，能夠客觀地評價狀態(tài)變化規(guī)律，早期預測狀態(tài)、風險、壽命的變化規(guī)律，及時制訂設(shè)備針對性管理計劃，實現(xiàn)智能檢修。

逐步發(fā)展到設(shè)備智能化管理，是在設(shè)備數(shù)字化監(jiān)測、智慧化診斷基礎(chǔ)上，電廠可以進一步全面預測其發(fā)展走向，從而實現(xiàn)智能化設(shè)備管理。

電力設(shè)備狀態(tài)檢修領(lǐng)域的進一步發(fā)展，將進一步實現(xiàn)自動化與信息化相結(jié)合，向智能化發(fā)電技術(shù)發(fā)展；進一步實現(xiàn)維修預防性與預知性相結(jié)合，形成全面預測性維修技術(shù)；進一步實現(xiàn)運維一體化、專業(yè)管控承包化相結(jié)合，將大量減少電廠運維人員配置，提升遠程管控能力，從而實現(xiàn)智能化電廠。

六、小 結(jié)

國內(nèi)對狀態(tài)檢修、優(yōu)化檢修技術(shù)的研究已經(jīng)非常系統(tǒng)、深入，形成了一系列技術(shù)、硬件、軟件、標準，已具備大規(guī)模應用的基礎(chǔ)。優(yōu)化檢修技術(shù)的發(fā)展，一方面可利用分析結(jié)果直接指導運行操作，優(yōu)化機組運行管理；另一方面也可利用分析結(jié)果直接調(diào)整檢修方案，優(yōu)化設(shè)備檢修管理。從預防性維修到預測性維修是一個大的技術(shù)跨越，將進一步實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測與檢驗的數(shù)字化、設(shè)備評估與診斷的智慧化、機組運維與管理的智能化，這種發(fā)展勢頭極為迅速。從點檢定修到狀態(tài)檢修，再到優(yōu)化檢修，對于中國電力行業(yè)設(shè)備檢修技術(shù)十幾年的的快速發(fā)展我們充滿信心，從優(yōu)化檢修到智能檢修即將迎來的轉(zhuǎn)變，是中國電力行業(yè)的一大盛事，也是對世界電力行業(yè)的一大貢獻。