設備可靠性分級在AP1000核電機組的應用

沈秀波

摘要：設備可靠性分級主要識別電站各設備關鍵度等級，進而采取不同的管理策略。設備可靠性分級是電站可靠性工作的基礎，它直接支持預防性維修大綱、定期試驗大綱及系統監督方案開發等工作，該方法能夠識別不可見的設備失效，為設備定期試驗提供支持，設備功能組管理將具有同一隔離邊界的設備同時維修，便于維修計劃的安排，提高工作效率。AP1000核電機組可靠性分級方法與傳統分析方法有著很大區別，該文主要講述了AP1000核電機組的設備可靠性分級方法及優點，詳細介紹了設備可靠性分級過程。

關鍵詞：可靠性 分級 預測性維修 AP1000

中圖分類號：TH218 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0074-02

以可靠性為中心的維修（RCM）是目前國際上流行的用以確定有形資產預防性維修需求，優化維修制度的一種系統分析方法。傳統的方法都是從系統功能入手，通過失效模式和影響分析（FMEA）確定系統內各設備關鍵度級別，難度較大，AP1000核電機組采用簡化處理方法，從系統內各設備入手，分析各設備失效對系統和電站的影響，最后根據西屋給出的設備可靠性（ER）關鍵度問題清單來確定設備的關鍵度，同樣保證了設備關鍵度等級和預防性維修策略的合理性，同時節省了大量分析的時間。

1 AP1000設備可靠性分級方法介紹

設備可靠性分級方法采用了規范化、標準化的方法，失效模式進行了簡化處理便于分析，列出系統功能和功能失效對系統和電站的影響，最后根據西屋ER關鍵度問題清單給出設備分級。

1.1 ER關鍵度問題清單

西屋給出的ER關鍵度問題清單結合了設計可靠性保證大綱（D-RAP），最終安全分析報告（FSAR）第16章節中技術規格書（TS）、投資保護短期可用性控制（STACS）及美國聯邦法規10 CFR50.6關于核電站維修有效性監控的要求（維修規則MR）等對生產發電的影響將設備關鍵度分為四級等級，分別為高關鍵CC1、關鍵CC2、非關鍵NC和RTF，這份清單是可靠性分級的判定依據標準。CC（Critical Component）：關鍵設備。關鍵設備失效會失去或使支持電站的重要功能降級，主要是核安全和生產發電相關的一些設備。AP1000 ER分級將關鍵設備分為高關鍵（High-Critical，CC1）和關鍵（Critical，CC2）。遵循非計劃故障“零許可”原則，制定并應用維修策略來預防非計劃故障。NC（Noncritical Component）：非關鍵設備。不滿足CC分級標準，也不滿足RTF 分級標準，但值得進行預防性維修的SSCs。其失效會使人員安全、工業安全、環境安全或輻射安全危害的增加變得不可接受，如直接支持關鍵設備工作的SSCs；或更換部件用時長，無法使所需設備得到及時修復的SSCs，均是非關鍵設備。RTF（Run-To-Failure）：故障檢修設備，不需進行預防性維修，故障后果和風險是可接受的設備，該設備一直運行到需要維修為止，此時采取糾正性維修。

1.2 設備功能和功能失效

設備可靠性分級過程中列出系統內設備所有功能，如：泵有打水功能，內部為高溫高壓或放射性液體時，有包容功能；閥門有開關功能；變送器有調節控制報警功能等。功能失效，就無法實現應有的功能。

1.3 失效模式和失效是否可見

在做設備可靠性分級將設備失效模式進行了簡化處理，便于分級有效開展，如泵失效模式為泵損壞，而沒有真正說明泵的失效模式為葉輪磨損等。失效模式是否可見對于日后工作有著極其重要的影響，設備在正常工作配置情況下，若發生失效，可以觸發報警、操縱員可以馬上發現及為可見失效，例如泵跳閘即為可見失效，備用泵無法啟動則為不可見失效。

1.4 設備可靠性分級流程

設備可靠性分級時首先列出設備所有功能，然后分析每個功能失效對系統影響，進而分析對電站的影響，最后根據ER關鍵度問題清單給出設備分級，如發電機定子冷卻水泵功能為“在發電機運行時，從冷卻水箱向發電機定子線圈提供冷卻水”，失效為“定子冷卻水泵損壞”，失效對系統影響“定子冷卻水壓力降低后，備用泵聯鎖啟動”，失效對電站影響“該設備故障將導致100%喪失冗余，從而增加電力生產迅速喪失的潛在風險”，最后根據西屋給出的問題清單，設備分級為“CC2-3”。分級時要根據預防性維修模板選擇設備工作頻度、工作環境，為以后掛接PM模板形成預防性維修項目提供輸入。失效在做設備可靠性分級時，首先確認功能組內主設備分級，其他設備再圍繞主設備進行分級，因為主設備的分級將影響到附屬設備的分級，如泵為關鍵設備，泵出入口隔離閥在泵需要檢修時隔離，無法關閉或關嚴將影響關鍵設備的修復，這時根據ER關鍵度問題清單判定即為NC-7，但若泵不是關鍵設備，隔離閥無法關閉這個失效分析中就為RTF。

2 分析方法特點

（1）與傳統的可靠性分級方法對比：核電是最早引入和應用RCM方法進行可靠性管理的行業之一，1984年，美國電力科學院（EPRI）將RCM應用到核電站系統設備的預防性維修優化中，取得了很好的成果。但是，隨著實際工藝系統的日益復雜化，系統中包含的設備數量和類型日益增加，經典RCM方法在進行該類系統分析時，單單是故障模式影響分析（FMEA）一項任務就得耗費數月甚至更長的時間，影響了分析進度，占用了大量的資源；同時，可能由于未能對一些關鍵設備進行足夠詳細分析而影響了分析的質量。本分析方法對傳統RCM進行改進和創新，從系統內各設備功能入手，開發出規范化、標準化的設備可靠性分析流程，有效減少了傳統RCM方法人因因素導致的結果偏差，使不同人員得出相對統一的結果，減少管理成本，大幅提高分析效率，為電站設備制定科學合理的預防性維修策略、定期試驗策略、性能監督策略，從而提升電站整體可靠性水平，并大幅降低電站的維修成本。

（2）定期試驗：一般來說大部分嚴重的事故都是由隱形失效設備（不可見失效）引起的，舉一個簡單的例子，兩臺100%配置的發電機定子冷卻水泵，A泵運行B泵備用，在2.4章節已經提到，A泵跳閘為可見失效，B泵無法啟動為隱形失效，正常運行中A泵跳閘，B泵若無法啟動將導致機組停運，B泵若能啟動，不會產生任何影響，即隱形失效設備對于系統乃至電站運行可靠性有著重要的影響，我們這套分析方法能夠識別系統內所有設備的失效模式是否可見，然后根據分析的結果，對NC及CC隱形失效功能重要的轉動設備和重要邏輯進行定期試驗，通過定期試驗來提早發現設備和重要邏輯的失效。

（3）功能設備組（FEG）：將具有相同隔離特征完成同一個功能的設備放到同一個組內，即功能設備組，可以減少運行隔離，便于維修計劃的安排，減少維修活動的管理周期。分級工作前需要將工藝流程圖上同一功能設備組內的設備框在一起并給出功能組編號，同時在自己開發的軟件設備可靠性平臺（ERM）上將設備劃在同一功能組內。可靠性分級結束后，將分級結果和所屬功能組同時導入到信息化管理系統中，生產計劃人員可以根據導入的信息合理的規劃檢修設備和項目，真正做到了組內設備可實現同時檢修隔離，大大提高了工作效率。

（4）預防性維修：我們對EPRI預防性維修模板（PM模板）進行了本地化處理，根據設備可靠性分級關鍵度，關鍵（C）和非關鍵（NC），工作環境惡劣（S）和良好（M），工作頻度高（H）和低（L）形成八列與預防性維修項目和周期相關的列表。設備可靠性分級是基礎性工作，主要對系統內各設備關鍵度進行識別，為預防性維修大綱提供輸入，設備可靠性分級時需根據預防性維修模板（PM模板）選擇設備工作環境和工作頻度，設備工作環境、工作頻度均在預防性維修模板中有相應定義。設備可靠性分級完成后，根據設備關鍵度等級、運行環境和運行工況掛接PM模板形成維修策略并根據實際情況進行優化。

3 結語

隱形失效設備故障對系統影響更大，我們這套分析方法能夠識別系統內隱形失效設備，進而開發定期試驗，提早發現設備失效問題。AP913中關于設備可靠性的6個模塊中設備分級是基礎，為以后開發預防性維修大綱、定期試驗大綱、系統監督等提供基礎數據。

以可靠性為中心的維修在中國起步較晚，雖然在中國核電行業已經開始應用，但很多核電廠還是無法擺脫傳統定期維修的觀念，浪費了大量人力和物力，但整個電站的可靠性和可用性并未得到大幅度提升。對于任何一個大型工業體來說，至少有80%以上的失效與運行時間無關，所以在做系統內各設備的預防性維修項目，更應該注重預測性維修手段，發現設備的早期失效征兆，減少不必要的定期維修，才能更好的保證整個電站的可靠性。

參考文獻

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