以可靠性為中心的維修在風電行業的應用

楊立飛1陳 宇1黃立軍1羅春雷1成衛華蔣 博

（1.蘇州熱工研究院有限公司，廣東 深圳 518028；2.中廣核風電有限公司，北京 100070）

以可靠性為中心的維修在風電行業的應用

楊立飛1陳 宇1黃立軍1羅春雷1成衛華2蔣 博2

（1.蘇州熱工研究院有限公司，廣東 深圳 518028；2.中廣核風電有限公司，北京 100070）

對以可靠性為中心的維修(RCM)技術方法及其應用優勢進行了介紹；在分析風電維修與設備管理現狀的基礎上對風電行業開展RCM分析的必要性和可行性進行了論證，并且以吉林某風電場引進和推行RCM為例對RCM在風電機組中的實施過程、分析成效進行了詳細說明；最后對風電行業開展RCM應用推廣進行了展望和建議。

以可靠性為中心的維修；風電行業；改進型RCM；預防性維修

隨著風電規模的不斷擴大，如何做好風電設備在全生命周期中的健康管理成為風電企業關注的焦點。

一、 RCM技術方法介紹

RCM（Reliability-centered Maintenance）起源于美國航空工業，是一種用于確定系統設備在現行使用環境下維修需求、制定和優化其維修策略的系統工程方法。基本思路是對系統設備進行功能和故障分析，詳細分析相關故障模式及其影響，用規范化的邏輯決斷確定管理相應故障后果的有效維修策略，保證系統設備的安全、可靠、經濟運行。

美國汽車工程協會1999年發布的《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分析過程進行了說明，如圖1所示。

圖1 RCM分析過程

目前RCM技術在我國核電及軍事領域應用較多，中國廣核集團自1998年開始引進RCM技術，先后在大亞灣核電站、嶺澳核電站推進RCM系統分析，已完成150多個重要系統分析，提高了電站運行可靠性和設備可用率，大幅降低了設備維修成本。國內其他核電站，如田灣核電、秦山核電等核電企業也相繼開展RCM分析，應用效果顯著。

二、風電行業開展RCM的調研

1.風電維修與設備管理現狀分析

第一，我國風電分布地域廣，自然環境惡劣，維修作業環境艱苦且工作負荷重。一般而言風機相距較遠，受環境和空間限制維修實施困難，如果發電機、齒輪箱等發生重大設備損壞，需要動用吊車，由維修引起的綜合成本較高。

第二，風電場雖然實行定檢的預防性維修制度，但維修策略基本照搬廠家，未開展可靠性分析。雖然風機運行地域和運行環境發生變化，但并未及時開展可靠性分析和制定針對性維修策略，維修策略需要不斷改進和完善。

第三，風電場在風機故障維修時，因缺乏對設備的了解，多數通過更換解決問題。特別是處于質保期內的風電場，部件更換及費用開支由廠家負責，較多故障采用設備更換解決，并未深究其因果關系，故障機理不清晰，不利于風機的后期穩定運行。

2.風電行業開展RCM分析的必要性

第一，風機設計壽命普遍為20年，提高風機利用率、降低維修成本是企業追求的目標。風電機組的運行受到運行環境、維修水平、設備制造水平的限制，相同設備在不同環境下的運行特性亦有差異，因此需要借助RCM方法結合經驗數據制定科學合理的維修措施。

第二，在風電快速發展過程中，風電企業需要建立和完善自身可靠性分析能力。以可靠性為中心的維修是一套系統性的工程方法，不僅能夠從理論上分析得出科學合理的預防性維修措施，而且對提高風電場運維人員可靠性管理水平具有促進作用，附加效益可觀。

第三，RCM分析對風電企業建立自身設備分析與管理數據庫，對提升維修能力具有促進作用。在RCM分析過程中，RCM小組會總結分析設備可能的故障模式及原因，并形成完整的信息化文檔，維修人員則可根據分析出的故障模式排查故障，縮短了維修導致的停機時間。

3.風電行業開展RCM分析的可行性

第一，在風電行業推行RCM分析，符合設備可靠性管理發展趨勢。以可靠性為中心的維修綜合各種維修方法，針對風機設備可能的故障模式制定相應維修措施，在實施定檢的同時強調狀態維修的應用，不僅適用于現階段運行環境，且其閉環管理過程為后續維修策略的優化提供了指導。

第二，現代信息化管理和平臺的應用，為風電企業RCM分析提供了寶貴的基礎數據。為加強對風電場實時運行狀況的監控，保障風電場設備安全，風電企業正在積極建設生產信息監測平臺，如SIS系統的研發、SAP系統的改進應用等，均為RCM故障模式分析、維修策略的制定提供了寶貴的數據來源。

第三，國內電力行業RCM技術分析具有多年實踐經驗，具備開展風電RCM分析的能力。大亞灣核電站是國內核電領域最早推行RCM的核電站，不僅提升了系統可靠性而且降低了維修費用；風電機組較核電而言系統結構簡單、設備數量少，分析難度相對較低，且核電積累的大量RCM分析數據為風電RCM提供了豐富的信息參考。

第四，國內風電機組型號相對較少、單機容量小，且機組內部結構與布局方式相差不大，同類型風機數量龐大。如果開展一種機型的RCM分析，則非常容易做成標準化分析模板，不僅可以在同機型進行推廣和適應性修改，而且還為其他機型開展RCM分析的轉化和應用提供分析基礎，推廣效益大。

三、 RCM在某風電場的應用實施

為提升風電系統設備可靠性水平，吉林某風電場積極引進核電RCM分析經驗方法并將其推廣應用至風電領域，2011年底開始研究適合風電的改進型RCM技術，并以液壓制動系統為先導系統開展RCM分析。

風電改進型RCM分析強調維修資源的優化配置，在功能分析時根據其故障影響分析制定合適的標準對其進行重要度區分，一般分為重要和非重要功能，然后根據預先確定的合適標準對支持重要功能的設備根據其主要故障模式影響分析進行關鍵度判定，并篩選出關鍵與非關鍵設備。

關鍵設備與非關鍵設備維修策略的制定需要結合設備故障模式，包括已發生的和潛在故障模式，然后根據故障歷時數據及經驗反饋信息制定其合理的維修策略。對于非關鍵設備則需考慮維修措施實施的經濟性，然后決定是否需要制定其預防性維修任務；如果不需要制定預防性維修措施則允許其運行至失效，風電改進型RCM分析流程見圖2（RTF：Run To Failure，運行直至故障；AET：Adaptable and Effective Task 適用且有效的任務）。

圖2 改進型RCM分析流程

1.風電場RCM實施準備

第一，RCM分析是一種團隊工作，在開展RCM分析前需成立專項分析小組，風電場成立了由督導員、專工和技術員及風機廠家人員組成的團隊，保證RCM分析的權威性和專業性。

第二，為有效開展RCM分析，需要對小組成員進行RCM技術培訓，幫助小組成員理解、掌握RCM方法與應用技能，為RCM分析做準備。

第三，為保證RCM分析進度和質量，制定了詳細計劃，包括分析周期、召開會議次數以及資源需求，使小組成員對分析計劃有清晰的認識，合理安排工作，保證分析工作順利實施。

2.液壓制動系統RCM分析過程

（1） 數據收集

數據收集是RCM功能列寫，是故障模式分析、故障影響分析、策略制定等工作的重要支撐。液壓制動系統需要收集的技術資料如下。

①設備技術資料。包括系統編碼設備及部件清單、系統流程圖或接線圖、設備保養手冊、季度定檢手冊、設備故障處理指南等。

②運維故障記錄信息。包括風機定期保養記錄表、風場機組檢查記錄表、風電場主控日志、月度故障統計表、外部經驗反饋信息。

（2） 系統邊界劃分

邊界劃分目的在于明確液壓制動系統RCM分析范圍，包括相關系統接口邊界和本系統所屬設備清單，在邊界劃分過程中要保持系統機械邊界、電氣邊界、儀控邊界的功能完整性。

（3） 系統功能列寫及重要度劃分

設備存在的目的是滿足用戶功能需求，液壓制動系統功能歸納為12項，其中重要功能3項，非重要功能9項。重要功能如“在風機正常運行時，偏航剎車器以最大剎車壓力100MPa壓力作用于偏航剎車器以實現可靠剎車”，其故障影響嚴重時則可能導致風機飛車引起安全事故；非重要功能如“提供液壓站系統油壓和油箱油位就地指示”，其故障不影響運行、不會引發重大設備損壞。

（4）設備清單列寫和關鍵度判定

根據重要及非重要功能列表，分析支持其功能的設備清單，為后續設備關鍵度分析和維修策略的制定做準備。經過RCM小組分析后確定關鍵設備6個：液壓站電機、液壓泵、主軸剎車電磁閥等；非關鍵設備12個：手動泵、液位開關、壓力指示表等。

關鍵度分類標準從設備故障后對系統功能的影響及對風機其他重大設備的危害考慮制定，如液壓站主軸剎車電磁閥故障則無法建立系統壓力，可能對風機造成嚴重危害；液位開關故障則不會對風機造成嚴重危害，且存在多重冗余保護。

（5） 故障模式分析與維修策略制定

故障模式包括已發生的故障模式和潛在故障模式，在制定維修策略時需要分析故障模式發生的原因，并結合故障記錄、運維經驗、外部經驗反饋等制定針對性維修策略。如對于磨損、腐蝕，其故障模式與時間相關，可通過定期翻新和定期更換來進行管理。

為保證關鍵設備的正常運行，需借助各種可用維修時機驗證其可靠性，如液壓站壓力傳感器如果測定值漂移，則無法準確向主控提供壓力高或壓力低報警，造成電機動作不及時，一旦主軸需要緊急剎車而無法及時制動，可能引發風機飛車風險。因此需要增加定期校驗壓力傳感器校驗任務，可通過在打壓啟動和終止時與外置壓力表核對信號準確性實現該目的，充分保證其準確性和可用性。對于非重要設備可從其經濟性或是否能夠通過簡單的任務維持其可靠性上考慮策略的制定，如手動打壓泵，其故障后果不嚴重，但故障會導致液壓系統功能測試失敗，而增加簡單的定期操作試驗就能及時發現和解決故障。

（6）維修策略匯總與維修大綱制定

設備維修策略在實施前需要對其進行歸類和匯總，如按照設備相同、周期相同、工作先后搭配的原則進行合并和安排，并形成維修大綱，包括任務實施的項目內容、執行周期及項目類型，通過評審和批準，生效后編入風機維修任務計劃中，并最終付諸實施。

3.液壓制動系統RCM分析成果

液壓制動系統RCM分析成果包括《液壓制動系統RCM維修導則》（以下簡稱導則）和《液壓制動系統維修大綱》（以下簡稱大綱），導則是大綱的上游文件，其最終成果和實施文件為維修大綱，給出了具體的實施項目和周期。

第一，經過RCM分析，《液壓制動系統維修大綱》對原有維修策略進行了補充和完善，包括項目新增、項目取消及任務細化，維修策略變更情況見表1。新的大綱更加重視視情維修，加強了狀態監測在預防性維修中的應用，目的在于及早發現問題和解決問題。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檢查電機及泵的聲音是否異常，以發現電機振動異常或泵內部故障”，避免機組的非計劃停機和由于無法剎車引發重大設備損壞。另外，根據現場運維數據分析結果，取消液壓站濾芯定期更換任務，采用定期抽檢或狀態監測的方式進行管理，以降低維修成本。

表1 液壓制動系統維修策略變更表

第二，導則明確地給出了維修策略的制定過程和制定依據，便于運維人員理解維修項目實施的目的，包括綜合分析出的故障模式及對應管理方式；此外，其統計分析后的故障模模式、維修策略也為風電場后續SAP及SIS系統的上線應用提供了豐富的基礎數據，節省了分析整理時間。

第三，RCM分析加深了運維人員對風電場不同型號的液壓制動系統工作原理、設備組成的認識，深化運維人員對設備故障模式和故障機理的理解，培養了運維人員設備可靠性分析理念，對后續維修優化工作的開展有重要的促進作用。

第四，分析結果表明RCM對風電的設備管理是適用和有效的，能夠通過預防性維修發現故障潛在征兆并利用合適時間窗口解決，因此在風電系統中加強RCM技術方法的推廣應用范圍，建立和健全風電維修策略管理體系是提升風電設備可靠性管理水平、提高機組可用率的有效途徑。

四、風電RCM應用建議

第一，廣泛開展RCM技能培訓，提升風電可靠性維修策略制定水平。

第二，結合風電企業自身運維模式，建立適合自身的RCM分析機制。

第三，選擇試點系統開展RCM技術分析，并逐漸推廣至其他型號機組。

第四，統籌建立預防性維修大綱管理和數據庫平臺，為RCM持續優化提供可靠的數據來源，為其他設備管理工作的開展提供基礎數據。

[1]莫布雷，以可靠性為中心的維修[M]. 石磊、谷昌寧翻譯，機械工業出版社，1995.

[2]陳宇等.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）.

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