芻議RCM 在特高壓換流站智能化運(yùn)維中的應(yīng)用

張陵，何常根，劉冬，張維寧

（國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司，新疆 烏魯木齊 830002）

1 前言

新疆電網(wǎng)±800kV 天山換流站、±1100kV 昌吉換流站承擔(dān)著 疆電外送 的重要使命，站內(nèi)特高壓電氣設(shè)備3000余臺(tái)，呈現(xiàn)交直流并存、電壓等級(jí)全而復(fù)雜、設(shè)備種類繁雜、首臺(tái)套設(shè)備多等特點(diǎn)，在人員配置方面則存在短缺現(xiàn)象。疊加戈壁沙漠、強(qiáng)風(fēng)沙塵等自然環(huán)境多重壓力，其運(yùn)維難度遠(yuǎn)超一般變電站和換流站。為確保 疆電外送 大通道暢通無(wú)阻，有必要引進(jìn)新理念、新方法，探索建立智能化運(yùn)維模式，提升特高壓換流站運(yùn)維效率，提高安全可靠運(yùn)行水平。

2 RCM 理論及其實(shí)際應(yīng)用

2.1 RCM 概念內(nèi)涵

RCM 是Reliability Centered Maintenance（以可 靠性為中心的維修）的英文首字母縮寫，源于20 世紀(jì)60 年代末美國(guó)航空業(yè)對(duì)飛機(jī)維修方式的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)外研究對(duì)RCM 概念內(nèi)涵有諸多闡述，可以歸納為：以最少的資源消耗保持設(shè)備固有可靠性和安全性為原則，在設(shè)備維修決策過(guò)程中以設(shè)備可靠性為首要考慮，兼顧設(shè)備維修性和經(jīng)濟(jì)性，運(yùn)用邏輯決斷確定設(shè)備預(yù)防性維修要求，確保設(shè)備在現(xiàn)行使用環(huán)境下保持實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)功能的狀態(tài)所必需的維修活動(dòng)，使設(shè)備維修后達(dá)到規(guī)定可用度。

2.2 RCM 基本原理

RCM 本質(zhì)上是一種以邏輯分析為基礎(chǔ)的設(shè)備運(yùn)維管理決策的方法論，其基本原理是：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能與故障分析，明確系統(tǒng)內(nèi)可能發(fā)生的故障，分析故障原因，并評(píng)估故障后果；采用規(guī)范化的邏輯決斷方法，確定各種故障的預(yù)防性對(duì)策；運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、專家評(píng)估、定量化建模等方法，在確保安全性和完好性前提下，以維修停機(jī)損失最小為目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)維修策略。

2.3 國(guó)內(nèi)外RCM 實(shí)踐應(yīng)用

自20 世紀(jì)60 年代末美國(guó)航空業(yè)首次運(yùn)用RCM 制定波音747 飛機(jī)的維修大綱以來(lái)，RCM 在航空、航天、軍工、核電等具有高可靠性要求的領(lǐng)域得到了持續(xù)研究和應(yīng)用。1999 年，國(guó)際電工委員會(huì)以美國(guó)航空業(yè)的MSG-3（維修指導(dǎo)小組）為基礎(chǔ)，首次發(fā)布了RCM 的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60300-3-11《應(yīng)用指南 以可靠性為中心的維修》。汽車工程師學(xué)會(huì)亦于同年發(fā)布了RCM 的民用標(biāo)準(zhǔn)SAE JA1011《以可靠性為中心維修程序評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》，成為業(yè)界公認(rèn)的RCM 應(yīng)用指南。歐美電力企業(yè)在采用狀態(tài)檢修（CBM）策略，以在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)開展設(shè)備狀態(tài)分析的同時(shí)，在具體檢修方式上，運(yùn)用RCM 的

邏輯決斷，對(duì)設(shè)備異常情況進(jìn)行早期診斷和分析，依據(jù)設(shè)備狀態(tài)安排維修計(jì)劃，以此實(shí)現(xiàn)在保障設(shè)備可用率的同時(shí)降低維修費(fèi)用的目的。

我國(guó)最早引入RCM 并對(duì)其進(jìn)行跟蹤研究的也是民航系統(tǒng)。原國(guó)防科工委亦于1985 年頒布《航空技術(shù)裝備壽命與可靠性暫行工作規(guī)定》，在軍工裝備維修中引入RCM，形成定時(shí)、視情和狀態(tài)監(jiān)控三種方式綜合應(yīng)用的維修模式。電力行業(yè)較早應(yīng)用RCM 優(yōu)化設(shè)備運(yùn)維模式的是核電企業(yè)。廣東大亞灣、嶺澳核電站為提高設(shè)備可靠性、機(jī)組可用率和控制維修成本，自2005 年開始引入RCM 技術(shù)，對(duì)120 多個(gè)系統(tǒng)的維修策略進(jìn)行優(yōu)化。中核集團(tuán)自2013 年開始引進(jìn)美國(guó)核電運(yùn)行研究所（INPO）和美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)（EPRI）在RCM 基礎(chǔ)上提出的設(shè)備可靠性管理流程AP-913，歷經(jīng)6 年的調(diào)研、對(duì)標(biāo)分析和開發(fā)，確定了核電設(shè)備可靠性管理策略，建立了核電設(shè)備可靠性管理體系，并開發(fā)了核電設(shè)備可靠性管理系統(tǒng)ERDB，在加強(qiáng)設(shè)備可靠性管理、提升機(jī)組安全性和可靠性、提高機(jī)組能力因子、防止非計(jì)劃停機(jī)停堆事件發(fā)生、減少非計(jì)劃維修工作、降低運(yùn)維費(fèi)用以及延長(zhǎng)電站壽期等方面取得了顯著成效。

2.4 RCM 應(yīng)用的成功要素

縱觀航空、航天、核電、軍工等領(lǐng)域的實(shí)踐案例，應(yīng)用RCM 的成功要素在于：

（1）扎實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)：多源聚合、快速獲取，準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境狀況的數(shù)據(jù)是開展設(shè)備可靠性管理的重要基礎(chǔ)。

（2）科學(xué)的分析方法：基于數(shù)據(jù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法、故障診斷方法、可靠性評(píng)估方法、健康水平評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)等方法是應(yīng)用RCM 加強(qiáng)設(shè)備可靠性管理的必要前提。

（3）規(guī)范的工具標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)化的導(dǎo)則、規(guī)程，模板化的維修規(guī)則、檢修策略、預(yù)維方案和評(píng)估表單是保障設(shè)備可靠性管理規(guī)范開展的實(shí)用工具。

（4）共享的知識(shí)管理：跨企業(yè)的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)交流、可靠性參數(shù)與知識(shí)積累是促進(jìn)設(shè)備可靠性管理不斷成熟的重要資源。

（5）持續(xù)的改進(jìn)活動(dòng)：全員參與、多方協(xié)作的專項(xiàng)研究和持續(xù)改進(jìn)是推動(dòng)設(shè)備可靠性管理的發(fā)展動(dòng)力。

（6）集成的管理系統(tǒng)：集成可靠性數(shù)據(jù)管理、指標(biāo)監(jiān)測(cè)、可靠性分析與評(píng)價(jià)、多層級(jí)可視化展示等功能的可靠性管理系統(tǒng)是以可靠性為中心的設(shè)備運(yùn)維決策神經(jīng)中樞。

（7）企業(yè)級(jí)的組織保障：企業(yè)級(jí)的可靠性管理組織體系和資源配置是開展設(shè)備可靠性管理的有力保障。

3 特高壓換流站運(yùn)維現(xiàn)狀

3.1 運(yùn)維管理概況

作為超遠(yuǎn)距離電力能源輸送的關(guān)鍵設(shè)施，特高壓換流站安全可靠運(yùn)行的重要性毋庸置疑。圍繞換流站設(shè)備運(yùn)行痛點(diǎn)、難點(diǎn)，加強(qiáng)管理提升、技術(shù)改造和人才培養(yǎng)，已經(jīng)成為提升運(yùn)維管理水平的重要議題。

以新疆電網(wǎng)為例，自從天山、昌吉兩座特高壓換流站屬地化管理以來(lái)，在管理方面，以 補(bǔ)短板、除隱患、控風(fēng)險(xiǎn)、保安全 為重點(diǎn)抓手， 三杜絕、四防范 為工作目標(biāo)，全面開展換流站設(shè)備 八強(qiáng)化八提升 運(yùn)維管理專項(xiàng)行動(dòng)，強(qiáng)化兩票三制、設(shè)備主人制，加強(qiáng)缺陷隱患治理和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。技術(shù)方面，持續(xù)推進(jìn) 直流九治理 （換流變?cè)O(shè)備故障、直流控制保護(hù)閉鎖、光纖通訊故障、漏水（油、氣）故障、發(fā)熱故障、短路放電故障、頻繁啟動(dòng)關(guān)合、環(huán)境影響、交直流電源故障）專項(xiàng)隱患治理，部署在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開展自動(dòng)巡視改造和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)，加強(qiáng)創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用和數(shù)字化運(yùn)維。人才培養(yǎng)方面，根據(jù)員工專業(yè)特長(zhǎng)、能力及資質(zhì)狀況，采用個(gè)性化培養(yǎng)方式確立培養(yǎng)目標(biāo)，制定“3+4+5”（即三年基礎(chǔ)、四年成才、五年培優(yōu)）培養(yǎng)方案，理論知識(shí)、實(shí)踐技能相結(jié)合，促進(jìn)運(yùn)維隊(duì)伍快速成長(zhǎng)。多項(xiàng)措施的綜合運(yùn)用，為 疆電外送大通道的安全可靠運(yùn)行起到了重要保障作用。

3.2 智能巡檢改造

新疆電網(wǎng)特高壓換流站主設(shè)備配置有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，智能巡檢機(jī)器人、紅外測(cè)溫等技術(shù)。2020 年度檢修期間實(shí)施的自動(dòng)巡檢改造，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了換流變區(qū)域全自動(dòng)巡檢、主設(shè)備全面監(jiān)視和輔助設(shè)備全面監(jiān)控，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)能力得到大幅提升。

特高壓換流站在自動(dòng)巡視、在線監(jiān)測(cè)等方面所應(yīng)用的技術(shù)及實(shí)現(xiàn)的功能如表1 所示。

4 RCM 在特高壓換流站的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用方向

智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用為特高壓換流站運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)提供了更高效的手段，有利于更及時(shí)準(zhǔn)確地獲取狀態(tài)量數(shù)據(jù)，加強(qiáng)隱患排查和故障診斷，提升運(yùn)維效率和質(zhì)量，亦為可靠性管理和智能化運(yùn)維建立了良好基礎(chǔ)。

RCM 在特高壓換流站的應(yīng)用需要以推動(dòng)智能化運(yùn)維為方向，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)透明化監(jiān)測(cè)、設(shè)備可靠性與健康水平精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，輔助運(yùn)維檢修智能化決策為目標(biāo)，對(duì)基于設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)分析的可靠性評(píng)估、故障預(yù)測(cè)和運(yùn)維策略優(yōu)化等進(jìn)行深入研究。充分利用新型物聯(lián)感知、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，全面掌握設(shè)備運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)換流站主設(shè)備自動(dòng)巡檢、運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、缺陷隱患和故障智能預(yù)測(cè)預(yù)警。

4.2 應(yīng)用重點(diǎn)

RCM 在特高壓換流站的應(yīng)用需要以融合的狀態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以可靠性分析方法及其在智能化運(yùn)維決策輔助中的應(yīng)用為重點(diǎn)。

（1）應(yīng)用RCM 強(qiáng)調(diào)的以系統(tǒng)設(shè)備性能與結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，按系統(tǒng)、設(shè)備、元件逐層細(xì)化的分析方法，對(duì)影響特高壓換流站安全可靠運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行全面梳理，識(shí)別關(guān)鍵的設(shè)備、元件及影響因素，設(shè)置差異化的監(jiān)測(cè)策略,完善關(guān)鍵因素監(jiān)測(cè)方法。

（2）契合特高壓換流站設(shè)備結(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，探索提煉適用的可靠性分析方法，并將可靠性分析作為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和健康水平評(píng)價(jià)的重要維度，納入設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)。

（3）將RCM 的邏輯決斷方法與特高壓設(shè)備特點(diǎn)與運(yùn)維要求相結(jié)合，提出特高壓直流專業(yè)的運(yùn)維檢修策略優(yōu)化方案，對(duì)不同故障隱患實(shí)施差異化的運(yùn)維檢修策略，提升換流站精益化管理水平。

（4）借鑒核電設(shè)備可靠性管理系統(tǒng)，開發(fā)特高壓換流站信息化運(yùn)維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和集中管理，推進(jìn)設(shè)備分類、可靠性分析及運(yùn)維策略優(yōu)化等功能以及現(xiàn)有狀態(tài)評(píng)價(jià)、狀態(tài)檢修工作的信息化管理。

4.3 推進(jìn)策略

RCM 強(qiáng)調(diào)的故障機(jī)理分析和維修邏輯決斷需要為設(shè)備進(jìn)行細(xì)致入微的剖析。特高壓換流站設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜、元件數(shù)量眾多，RCM 的應(yīng)用和智能化運(yùn)維的實(shí)現(xiàn)難以一蹴即就，需要多方協(xié)同，結(jié)合實(shí)際，采用循序漸進(jìn)的策略逐步推進(jìn)。

（1）查漏補(bǔ)缺，加強(qiáng)三方面基礎(chǔ)建設(shè)。數(shù)據(jù)基礎(chǔ)方面，逐步完善新型感知終端和傳輸網(wǎng)絡(luò)的配置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀況、環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知、采集和存儲(chǔ)，夯實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。技術(shù)基礎(chǔ)方面，契合特高壓換流站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，提煉實(shí)用的可靠性分析評(píng)價(jià)和運(yùn)維決策方法，通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用，建立完善標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)導(dǎo)則和規(guī)范。管理基礎(chǔ)方面，完善設(shè)備管理組織和機(jī)制，匹配智能化發(fā)展方向，優(yōu)化設(shè)備巡視、狀態(tài)評(píng)價(jià)、檢修等管理流程。

表1 特高壓換流站自動(dòng)巡視及在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用概覽

（2）協(xié)同合作，推動(dòng)先進(jìn)方法探索應(yīng)用。通過(guò)跨單位、跨層級(jí)的協(xié)同合作，持續(xù)推進(jìn)FTA、FMEA、可靠性分析、RCM邏輯決斷等方法在特高壓直流專業(yè)領(lǐng)域的研究與實(shí)踐應(yīng)用，由淺入深、由易而難持續(xù)推進(jìn)，形成特高壓直流專業(yè)的可靠性管理和智能化運(yùn)維方法體系、知識(shí)庫(kù)和案例庫(kù)。

（3）循序漸進(jìn)，開發(fā)智能化運(yùn)維管理平臺(tái)。在自動(dòng)巡視改造、數(shù)字化換流站建設(shè)基礎(chǔ)上，采用信息化手段，開發(fā)一個(gè)集狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、可靠性與健康水平智能分析、運(yùn)維決策智能輔助和知識(shí)經(jīng)驗(yàn)協(xié)同共享于一體的智能化運(yùn)維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)的集中管理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能分析和輔助運(yùn)維檢修策略優(yōu)化。

5 結(jié)語(yǔ)

RCM 強(qiáng)調(diào)以設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)設(shè)備可靠性及其影響因素的分析和評(píng)估，輔助設(shè)備運(yùn)維策略優(yōu)化，提高運(yùn)維效率和降低檢修費(fèi)用。智能巡視技術(shù)為RCM 在特高壓換流站的應(yīng)用建立了基礎(chǔ)條件，在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)不斷成熟背景下，可以充分利用物聯(lián)感知實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，以設(shè)備結(jié)構(gòu)和狀態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開展可靠性分析，豐富狀態(tài)評(píng)價(jià)維度，并運(yùn)用RCM 邏輯決斷優(yōu)化運(yùn)維檢修策略。

隨著數(shù)據(jù)、技術(shù)與管理基礎(chǔ)不斷成熟，開發(fā)智能化運(yùn)維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)特高壓換流站運(yùn)維管理的智能化，可以進(jìn)一步提高運(yùn)維效率和質(zhì)量，為超遠(yuǎn)距離電力能源輸送提供更智能、更高效和更堅(jiān)強(qiáng)的保障。