基于RCM的電氣設備維修時機判斷

劉會玲 中國飛行試驗研究院, 710089

基于RCM的電氣設備維修時機判斷

劉會玲 中國飛行試驗研究院, 710089

此文分析了現代電力設備的維修工作的管理現狀及存在問題，認為以往單一的計劃預防維修制已經不能適應電力系統發展的形勢，為了保證電氣設備安全、可靠、經濟、合理的運行，運用RCM理論對電氣設備進行分析，是提高電氣設備可靠性的一個有效途徑。

電氣設備；可靠性；維修類型

引言

隨著電力事業的發展，電力系統容量的增加，高壓設備甚至超高壓設備不斷增多，推動著電氣設備正向復雜、大型、精密的方向發展，各工作單元間的關系越來越復雜；隨著工作單元的增多，隨之而來的結構變得，影響電力系統穩定的因素也越來越多，電力設備的維修工作越來越重要。

1 電氣設備維修管理現狀及存在 問題

目前的電氣設備管理制度是20世紀50年代從前蘇聯引進的，長期實行的維修體制是以事后維修、預防性計劃維修為主的檢修體制。以預防性計劃維修為主的檢修體制曾經是適應電力行業發展的檢修體制，它一般包括大修、臨修、定期維修等形式。采用這種檢修方式的優點在于可保持電力系統的基本穩定性和人力、物力、資金安排的計劃性，生產運行調度基本做到心中有數。但隨著電氣設備向高參數、大容量、復雜化發展，其安全運行對生活及科研的影響也越來越大，檢修投入大幅上升。在這種情況下，現行檢修體制逐漸暴露出以下問題：

1.1 維修過剩。對于狀態較好的電氣設備由于到了檢修期，便進行了不必要的檢修，由此造成設備的有效利用時間的損失和人、財、物的浪費，甚至引發維修故障。

1.2 維修不足。電氣設備由于各種原因在檢修期未到時，產生局部故障，但受到檢修計劃的制約，得不到及時檢修，不得不帶病運行，有時故障的斷續惡化造成維修費用增加，甚至導致嚴重事故損失。

1.3 盲目維修。根據計劃檢修項目的標準項目和依靠經驗制定的部分非標準項目進行檢修，對電氣設備并不一定能對癥下藥，由此導致不該修的修了，該修的未修或沒有修好問題。

為了保證電氣設備安全、可靠、經濟、合理的運行，人們對維修的期望值有了較大提高，希望通過維修達到更高的電氣設備可用度和可靠性、有更高的安全性、有更長的設備壽命等。由此可見，可靠性和可用度已成為關鍵性因素。RCM就是在眾多傳統維修觀念不能應對當前出現的各種問題而產生的一種系統邏輯功能維修的方法，是一種具有戰略性的維修策略。

2 RCM概述

60年代美國航空維修費用巨增，維修費用占到了航空公司總費用的30%，形成了“買得起，用不起”的現象，使他們對多做維修工作或定期維修的維修體制能預防故障的效果產生了懷疑，對維修的效果感到困惑。如何權衡維修模式及費用與效果成為人們迫切需要解決的問題。過去人們過分強調控制拆修間隔期以達到原有的可靠度，然而經過深入研究后確信，可靠性和拆修制并無必然的直接聯系。

RCM是由美聯合航空公司的諾蘭（Stan Nowlan）和希普（Howard Heap）于1978年首先提出的，合著了“以可靠性為中心的維修（reliability centered maintenance簡稱RCM）”一書，主要用來制定有形資產功能管理的最佳策略，并對資產的故障后果進行控制。以可靠性為中心的維修思想大致可歸納為：根據系統及元部件的可靠性特點，應用邏輯決斷方法，縮小定期維修方式的對象數，擴大視情維修（也稱狀態檢測）方式，視具體情況對有些設備仍采用事后維修方式。盡可能充分利用系統的固有可靠性（由設計和制造決定）來制訂既安全又經濟的維修規程。

70年代初，人們將各種可靠性大綱中所學到的東西綜合起來，“MSG-1手冊：維修的鑒定與大綱的制定”、“MSG-2：航空公司/制造公司的維修大綱制定書”，并用于民航維修，使維修費用下降了30%。沒采用這些維修概念的其他軍事裝備的維修費用卻以相當驚人的幅度增長。為了獲得維修的經濟性和有效性，他們加以推廣應用，取得了巨大成功。例如：在D-3和S-3A飛機的維修中采用MSG-2，維修工時節省50%；間隔期從3年延長到5年；檢查項目取消55%；飛機準備時間縮短了40%；維修停機時間減少79.1%；維修質量卻提高了。

RCM認為：故障后果的嚴重程度影響著我們采取預防性維修工作的決策。即如果故障有嚴重后果，就應盡全力設法防止其發生。反之除了日常的清潔的潤滑外，可以不采取任何預防措施。RCM過程把故障后果分成下列四類：

2.1 隱蔽性故障后果：隱蔽性故障沒有直接的影響，但它有可能導致嚴重的、經常是災難性多重故障后果；

2.2 安全性和環境性后果：如果故障會造成人員傷亡，就具有安全性后果；如果由于故障導致企業違反了行業、地方、國家或國際的環境標準，則故障具有環境性后果；

2.3 使用性后果：如果故障影響生產，就認為具有使用性后果；

2.4 非使用性后果：劃分到這一類里的是明顯功能故障，它們既不影響安全也不影響生產，它只涉及直接維修費用。

3 電氣設備維修時機判斷

根據電氣設備故障產生的后果，以及維修工作在技術上的可行性和實施的效果來決定所要采取的維修方法。

3.1 對有安全性和隱蔽性后果的，因其故障損失較大，應采取預防性檢測和預防性修理的策略，將故障降低到規定的可接受的水平。

3.2 對具有使用性后果，則要求預防性維修費用低于使用性后果的損失費用和修理費用，否則，做定期更換或事故后修理。

3.3 對非使用性后果，要求事后維修費用低于預防性維修費用，否則，定期更換或事后修理。

3.4 當在技術上具備視情維修的條件，且狀況監測費用低于設備故障可能造成的損失費用時，采用視情維修。

由此可得以下邏輯決斷圖：

圖1 邏輯決斷圖

4 電氣設備維修類型

4.1 事后維修：采用事后維修的電氣設備是在故障發生以后進行修理。許多電氣設備結構簡單，即使發生故障導致設備功能喪失，對電氣系統的正常運行也無大的影響，故障發生后及時地排除就可以了。其唯一的后果就是事后修理的費用，且這個費用一般會比預防修理的費用低，沒有必要對其花費大量人力進行監測。

采用事后維修的故障具有以下特點：

4.1.1 故障后果不影響電氣設備的使用性；

4.1.2 有明顯的，可鑒別功能喪失狀態；

4.1.3 檢修方便，時間短。

對于采用事后維修的電氣設備，要做好備品配件的準備工作，根據每種故障發生的規律，合理準備備品備件，實現最優庫存。

4.2 周期性預防維修：對故障可能導致安全性后果的電氣設備定期進行強制性檢修，而不管當時其狀態如何。根據電氣設備的使用規定，到期必須檢查或強制更換。適用這種維修形式的電氣設備主要是保護裝置和具有潛在安全性后果的設備。

4.3 故障檢查：是指定期地檢查隱蔽功能，以確定其是否已經發生故障，從預防故障的時機上講，它是在隱蔽功能發生故障后為防止多重故障的后果而進行的一項檢查工作。

4.4 視情維修：是指通過監控掌握電氣設備的狀況，在故障發生、發展過程中，根據一定的技術標準，視故障情況進行維修。視情維修的故障要滿足以下條件：

4.4.1 存在潛在故障期，從潛在故障發展到功能故障必須有一段較長的時間，在這個時期內，能夠對故障的發展實施監控。

4.4.2 有一個明確的潛在故障狀態，當故障發展到此狀態時，就要對故障進行處理。

4.4.3 經濟可行，要求對故障進行維修的費用低于故障后果造成的損失費用。

功能故障是指引起設備的功能喪失而不能完成規定功能的故障。

潛在故障是在臨近功能故障之前，可以被確定設備不能完成預定功能的狀態。潛在故障的“潛在”二字包含著兩重特殊的意思：

（1）潛在故障是指功能故障臨近前的狀態，而不是功能故障發生前的任何時刻狀態。

（2）設備的這種狀態經觀察或檢測是可經查明的，若設備這種狀態是隱蔽而無法鑒別，則設備就不存在潛在故障。

控制潛在故障發展到功能故障的措施是采用視情維修。通過人的感覺（聽、看、聞、摸）或使用儀器設備，對設備的運行狀態進行檢測。其目的在于發現潛在故障，以便預防功能故障。

潛在故障發展到功能故障有一個過程，這就使我們有時間、有可能確定對設備的檢修。下圖為潛在故障發展到功能故障的示意圖：

圖2 由潛在故障發展到功能故障示意圖

A點為故障開始的發生點，P點為能夠檢測到的潛在故障時刻，F為功能故障發生時刻，T為潛在故障發展到功能的時間期，TC為視情維修的間隔期。由圖可知，檢查的時間間隔期TC小于T時才可能在故障發生前檢查到潛在的故障，檢查才有意義。一般情況下，在一個T周期內，應安排若干次檢查，TC應為T幾分之一。檢查次數越少，越可能發生漏查，但過于頻繁會浪費資源。視情維修要求第一次檢測間隔期要長到發現惡化的某種實際跡象，而重復檢測期要短到能保證在功能故障出現之前檢查出潛在的故障。潛在的故障是在以可靠性為中心維修理論指導下提出的概念。在功能故障發生之前使設備得到檢修，因而可利用潛在故障來防止功能故障的出現，在設備不發生功能故障的前提下，得到充分利用，便得到即安全有經濟的使用目的。

4.5 技術改造

在實際工作中，設備發生故障后，往往根據故障發生能夠的情況進行處理，而且設備維修并不是簡單恢復其功能。電力部門由于所使用的電氣設備向現代化程度高發展，為了保證電氣設備連續運行，這就決定了電力部門在處理設備故障時，往往對設備進行技術改造，提高設備性能。這是由于一方面隨著設備運行時間的增加，設備不可避免的發生低劣化現象，為保證電氣設備的安全經濟運行，必須進行技術改造。另一方面在生產實際中，要不斷對設備進行治理改造，提高設備性能，降低維修率。

根據設備功能和運行工況，每項具體技術改造通常采用以下形式。

4.5.1 對設備進行結構改造。對原結構在運行中暴露出的不合理部分進行改造，因為改造者提出的改造方案是從生產實際出發針對性強，符合生產要求，改造后，可提高設備的可靠性。

4.5.2 采用新設備新工藝對設備進行技術更新。在設備使用中通常伴有無形磨損和有形磨損一起造成設備的低劣化。而利用解決設備缺陷之際，進行技術更新，提高設備的性能，進而提高設備的可靠性。

圖3 技術更新和技術改造對設備性能 的影響

如圖3，AO線表示設備的設計功能，當運行一個時期到A1點時，發生故障停機，其性能降到B1點，這時采取維修方法恢復其功能。

維修后其功能恢復到B點，一般B點低于A點，說明設備的性能經維修后，較以前有所下降。而運行到C1點產生故障時，處理故障的辦法是技術改造，其性能提高到Q點；設備斷續運行，設備性能隨時間的延長又逐漸劣化，到A2點故障產生。這次處理的手段是技術更新，進行升級換代，其性能又大幅度提高到S點，隨著設備性能的提高，其可靠性也隨之提高，由F(t)=1-R(t)，知故障率將持續下降。

RCM最大的特點是從故障后果的嚴重程度出發，盡可能避免或至少可減輕故障后果，改變了過去那種根據設備故障的技術特性對故障本身進行預防的傳統觀念（容易造成頭痛醫頭，腳痛醫腳的不合理維修策略）。

現代電氣設備日趨復雜，隱蔽故障在故障后果中占了很大的比重。在電氣設備維修策略里，應該降低預防維修，而在視情維修、檢測維修和技術改造之間權衡，從而尋找最優維修策略。

[1]賈希勝.以可靠性為中心的維修決策模型.國防工業出版社，2007

[2]朱德恒.電氣設備狀態監測與故障診斷技術.中國電力出版社，2009

5 結語

運用RCM理論對電氣設備進行分析，是提高電氣設備可靠性的一個有效途徑。以往單一的計劃預防維修制已經不能適應電力系統發展的形勢。RCM認為，多數設備故障率和設備運行時間并沒有直接關系，定期檢修只會增大工作量和檢修費用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.05.041