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、狀態維修技術概述

國際上對狀態維修CBM（Condition Based Maintenance）的定義是：通過測量設備的狀態參數，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是否會發生異常，如果出現異常，則及早采取糾正行動，以避免或緩解故障的發生與發展。

我國電力系統早在1986年就提出了狀態檢修問題，2007年國家電網公司又陸續制定發布了《國家電網公司輸變電設備狀態檢修試驗規程》、《輸變電設備狀態評價標準》。CBM技術日益受到國家、企業的關注，其優勢如下。

第一，與傳統的定期維修相比，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，節省了維修資源。

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，狀態維修獲得的運行數據可作為設備管理和其他信息系統的支持。

二、狀態維修實施基礎

1.狀態維修的組成及實施流程

狀態維修技術的實施是一項復雜的系統工程，主要涵蓋三個方面：狀態監測、故障診斷與狀態維修，其中狀態維修是狀態監測、故障診斷的最終目的。

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

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

圖1 狀態維修實施流程

2.實施狀態維修的可行性

（1）實施狀態維修的技術可行性

①設備必須具備實施狀態維修的初始條件。狀態維修雖然能夠有效地對設備運行狀態實時監測，但并不是所有的設備都適用狀態維修。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生，所以針對該類設備實施狀態維修成效較為明顯。

②實施狀態維修的監測周期與故障的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生，總有一個逐漸發展的過程。P-F曲線用于表示設備由潛在故障狀態發展至故障的間隔期，其中P為潛在故障點，F點為功能喪失點。

為保證在設備失效前發現潛在故障，監測周期必須小于P-F間隔，以免因監測周期大于P-F間隔而遺漏對故障的測定。

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

（2）實施狀態維修的經濟性及可行性

實施狀態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，則可考慮采用狀態維修技術。

因此，一個重要衡量指標就是狀態監測的費用要遠小于糾正性維修的費用。

（3）實施狀態維修的安全與環境可行性

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。而狀態維修的優勢在于，它能夠盡早地發現潛在故障點，避免安全故障的發生，為維修準備贏得時間。

三、CBM與RCM融合應用

1.CBM與RCM的聯系

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行使用環境下保持實現其設計功能所采取的一種系統工程方法，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，狀態監測居于首位，可見狀態監測對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以監測與診斷結果為導向，動態安排維修窗口，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，可根據故障性質及其發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。據國外電力行業報道，實施狀態維修可使電力系統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據信息。

（1）CBM對RCM分析的信息支持

在RCM維修決策過程中，需要根據經驗反饋以及歷史數據信息制定設備的維修頻度，而狀態維修技術最能反映維修需求的現實信息。CBM為RCM提供了動態的實時數據作為決策支持，提高了RCM分析的科學性和合理性。建設基于CBM的設備狀態信息數據庫，一方面能夠實現設備記錄的良好追溯，另一方面還能夠通過對設備狀態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在聯系，圖2較好的體現了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，幫助實現真正意義上的分析、實踐、反饋、再分析、再實踐的閉環循環。

（2）CBM可以精確定位故障根源并開展針對性維修

設備狀態維修決策的目的是為了解決維修過剩與維修不足的矛盾，并能夠根據設備的狀態數據動態地安排預防性維修。什么時候維修、維修什么部位，要根據故障性質及其發展趨勢而定。在狀態監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，不能只根據一個部件的故障而定，而要綜合考慮全體部件的狀態，即把所有部件狀態均列入一個運行維修網絡圖中，維修人員根據運行維修網絡圖，按設備重要度、故障性質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生故障時才易于發現，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現潛在故障點，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

核電廠的工藝系統復雜，閥門數量龐大。核島反應堆冷卻劑系統和核輔助系統的閥門檢修空間小、密封性要求高、工作環境和設備本體輻照劑量高。按照現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RCM邏輯分析認為，對閥門內漏實施狀態維修是可行的，并分別從閥門重要度、監測儀器準確性、經濟性等方面考慮，最終選擇“紅外線查漏”，并在機組停機前檢測，以確定閥門是否發生內漏。實踐證明，狀態維修技術的應用優化了大修項目，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現變壓器內部存在的故障，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維修和大修年檢（如常規的絕緣和直阻測量）相結合的維修方法。在變壓器的狀態維修中，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部是否存在故障跡象，根據嚴重程度決定采取何種維修方法，針對性增強。

3.振動和溫度監測在電動機狀態維修中的應用

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RCM分析未發現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濟的。狀態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測就能夠反映電機的運行狀態。

實踐證明，基于CBM的RCM分析是科學的，狀態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

隨著現代工業自動化及機械化程度的不斷提高，設備在生產中的地位越來越受到企業的重視，狀態維修理論與技術的應用減少了故障次數、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，成為企業安全運行與維護的重要保障。

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