設備狀態檢修技術的發展現狀與未來

一、技術發展背景

改革開放以來，中國電力行業高速發展，特別是最近十多年，電力機組從亞臨界，到超臨界，再到超超臨界跨越式升級，完成了向大型化、自動化、零排放、高效率方向的快速發展。與此相適應，國內設備檢修技術與管理模式也快速變革，推動了國內電廠整體效率提升。

隨著這些新型機組的快速投運，相應出現故障隱患多、維護費用高、停機損失大等設備維護與檢修新特點，一些設備安全裕度和可調范圍受到挑戰，密切監控機組狀態異常與使用風險變化成為必須。

電力機組運行模式也發生很大的變化，特別是近年來機組頻繁啟停、常態化深幅調峰等運行方式新變化，對設備可靠性提出新要求，迫切需要完整成熟的設備壽命監測與健康評估技術。

現代電力行業的發展還需要完整成熟的檢修管理技術。電廠檢修管理模式的變化，尤其是點檢定修、狀態檢修管理模式在國內的不斷探索與全面推廣，也明顯促進了電廠設備管理水平的逐步優化與提升。

如今，隨著電力行業改革的不斷深入與技術的發展，電廠設備維護與檢修管理模式也已經發生了巨大的變化，其中最明顯的變化就是運維效率的提高，以往一個電廠差不多需要2000多人的運維團隊，而現在電廠規模擴大了不少，機組也更多更大，但人員則反而只需要200多人，效率明顯提高。變化主要表現在四個方面。

一是管理模式多樣化。大多數電廠在原來預防性維修或者標準化檢修基礎上，實行了點檢定修制，更是設立設備管理部，強化設備狀態檢測與管理。一些電廠在點檢定修基礎上發展了初級狀態檢修制，檢修內容可以根據設備狀態進行調整，明顯提高了管理的水平和效率。

二是檢修作業外包化。目前的電廠大部分不再設有檢修隊伍，檢修作業全部外包，實現專業化檢修作業實施，減少電廠大量配置檢修人員所浪費的財力物力，明顯提高檢修質量，優化檢修資源。

三是檢修技術發展快。國內外先進的檢修技術在國內均有研究和應用，這進一步促使檢修策略優化技術的不斷完善和成熟，已然達到了國際先進水平。如今，電力行業對狀態檢修等新技術的出現和使用已經能夠普遍地關注和接受，檢修周期也在探索優化，檢修效果更是改善明顯。

目前國內電廠設備尤其是超臨界、超超臨界機組設備，其安全性、可靠性、經濟性、環保性監測管理水平基本上都處于國際上最高水平，得到了國際上的高度評價。

四是管理流程軟件化。在電廠MIS的基礎上，進一步發展了ERP系統，設備臺賬、缺陷、檢修工單管理都紛紛實現了軟件化。近年來，軟件再度發展成為集團級集中管理模式，并與狀態監測系統相融合，升級至EAM系統，對于管理效率和水平的提升有著不可忽視的作用。

二、電力設備狀態檢修技術

隨著國內設備設計和制造技術的不斷完善，故障預防與缺陷管理技術的不斷普及，電廠越來越不滿足于預防性維修模式下的傳統計劃檢修方式，特別是點檢定修技術和實時數據庫的普及，電力行業積累了大量的原始離線檢驗和在線監測數據，帶動了狀態數據分析技術的迅速發展。典型的如汽輪機振動監測技術的不斷完善，直接導致了汽輪機組狀態診斷（評估）技術的成熟。然而，狀態監測技術發展的背后還有很多亟待突破的瓶頸。

比如，越來越準確的診斷結果，如何與具體設備的檢修管理相結合？如何給出詳細的檢修級別、檢修程度、檢修內容、檢修周期等相關內容，從而把狀態監測的數據（經過狀態評估中間環節）轉化為狀態檢修管理的具體實際效果，從而實現狀態檢修的完整流程，一直以來并沒有真正走通，分析評估結果并不能自然方便地轉化為檢修策略與檢修計劃，特別是其中的電廠設備檢修周期分析技術在國內外均幾乎是空白。

狀態檢修技術理論上包括了監測、評估、管理三個環節。狀態監測（點檢定修）更注重監測技術手段的開發應用，是以技術為核心；狀態評估既要注重于監測數據的短中長期趨勢規律的分析，也需要關注故障可能的影響程度；狀態管理注重的則是分析結果的科學合理利用，關注最終的措施與效果；狀態檢修的重點是以設備為中心，著眼點是強化狀態管理。

仍然以汽輪機為例，幾十年來汽輪機振動監測、狀態診斷（評估）技術的不斷成熟，并不能直接帶來汽輪機組狀態檢修管理技術的優化。因為汽輪機檢修典型的是揭缸大修，不僅要考慮設備層面的可靠性，還需要充分考慮系統及機組層面的安全性、可靠性、經濟性、環保性等特性。簡單的振動診斷只是可靠性分析的一小部分，而不是全部。

早期電力行業引進狀態檢修技術時，核心是以可靠性為中心的維修（RCM）技術，通過設備狀態的監測，分析影響可靠性的設計、制造、運行、檢修等不同環節的因素，采取積極的應對措施，從從而保持和恢復設備的固有可靠性。應用于主要輔機設備效果明顯。國內在借鑒國外技術的基礎上，逐步完善形成了電力行業可靠性維修DL/T302.1-2011標準，構建了國內初步的狀態檢修技術體系。

特別要強調的是，這些年來并沒有出現因為狀態檢修技術而導致其他檢修模式消亡的現象，各種檢修技術均不斷發展，匯聚一體形成了優化檢修技術的不同方面。目前常見的電力設備狀態檢修技術主要包括以下五種：

事故維修技術。即針對嚴重異常和事故報警然后被動維修的技術，又稱為糾正性維修（CM）。如果在非關鍵性小部件上運用得好，可以大為降低維修的費用。所以，必須適當運用才能更好地優化檢修策略。舉一個典型的事故維修技術進步的例子，以前鍋爐管爆管需要6～7天修復，而現在只需要3天。

基于時間的預防性維修技術。是指定期檢查、測試以在早期發現異常，并早做修理、更換維修的檢修技術，也稱為預防性維修（PM）。這項技術的核心是假定設備狀態已知，并假設設備因時間關系需要檢修，一直是電廠的主流維修模式。以30萬機組的大修為例，過去這么大規模的修理往往需要60～70天甚至更久，而現在僅僅只需要40～50天左右，所耗時間成本都大大降低。

基于狀態的預防性維修技術。也就是根據設備狀態定期和不定期檢查以早期發現異常，早做維修的檢修技術，稱為狀態維修（CBM）。這項技術目前發展迅速，已越來越受到國內電廠的重視，大有向主流維修模式進軍的勢頭。其實中國的狀態檢修技術發展不僅最早，而且非常系統、成熟。這一點很好地表現在中國早已將設備狀態按照專業細致分工，建立了有效的技術監督體系，并顯著提高了設備安全可靠的性能。目前國內電廠設備實施狀態檢修的比例在世界上也是最高的，效果也最明顯。

基于預測的預知性維修技術。根據設備狀態進行故障預測，即預測設備失效壽命，及時采取相關維修措施，限定必要檢修范圍，防止高成本的大修理和不定期停機問題，這就是基于預測的與執行維修技術的原理，也被稱之為預知性維修（PdM）。典型的預知性維修技術進步的例子就在于國內的高溫設備壽命管理技術不僅水平高，而且應用廣，特別是鍋爐管壽命管理技術應用取得顯著效果，已達到世界領先水平。

主動升級的技改性維修技術。指的是根據狀態監測與故障根本原因分析、預測結果，積極開展優化維修和改造設計，避免和減少事故發生的檢測技術，也被稱作主動性維修（PaM）。國內對技術性改進技術的需求非常迫切，設備可靠性改進、節能改進、環保改進都已經投入了大量資源并在不斷增加。當下國內機組的安全性、可靠性、經濟性、環保性在國際上均處于一流水平，就是很好的證明。

三、電力設備優化檢修技術

隨著狀態檢修技術研究和應用的逐步深入，發現RCM技術在高溫設備、壓力設備上應用有很大局限性，與此同時以風險為基礎的維修（RBM）和壽命管理（LM）等新維修技術和模式的不斷成熟，結合進一步完善的根本原因分析（RCA）技術，通過融會貫通，交互式發展，逐步產生了更為全面的優化檢修技術體系，優化檢修技術主要包括三個方面:

一是狀態監測、評估、管理技術；二是風險檢驗、評估、管理技術；三是壽命檢測、評估、管理技術。

優化檢修技術實現了兩個重要的信息貫通融合，一方面開發了涉及到設計、制造、運行、檢修、更換全壽命周期的設備狀態診斷、風險評估、壽命預測技術，提出風險維修分析DL/T302.2-2011標準，與此同時，進一步擴展縱向融合，即在設備、系統、機組不同層次上實現了狀態檢修、風險檢修、壽命檢修等綜合分析技術，應用在鍋爐、汽輪機等主機設備和系統，從而進一步發展為整套機組優化檢修技術，其中創造性地開發了機組檢修周期分析這一世界檢修策略分析頂層技術，檢修周期分析在十多個電廠的應用都取得了非常好的效果。

以鍋爐管為例，眾所周知，由于鍋爐管使用環境非常惡劣，使用溫度非常高，因此很容易帶來一系列的失效和隱患故障，像電廠設備的蠕變、疲勞、腐蝕、磨損（沖蝕）這四大常見隱患機理均有涉及，導致其失效模式多樣，交互作用明顯，失效機理復雜，維護措施薄弱等問題長期存在得不到根治，事故發生的幾率和占比歷來居全世界最高，也為電廠的日常運行維護工作帶來了不小的壓力；鍋爐管失效還將帶來嚴重的停機影響，其直接造成的發電損失同樣不容忽視。

正因為鍋爐管的重要性，因此鍋爐管安全性和可靠性的提高技術在電廠永遠是最受重視的。經過幾十年的研究發展，目前，國內外均已開發了鍋爐管可靠性狀態監測與評估技術，鍋爐管風險檢驗與評估技術，鍋爐管壽命預測與管理技術等三大專業維護技術，三類技術在鍋爐管上的綜合應用，取得了良好的效果。其中在爐管在線溫度趨勢監測與預警分析技術，定量、半定量風險檢驗與評估技術、離線與在線相結合的壽命預測與長期管理技術等關鍵技術上的開發應用都取得了顯著的成果，不僅有效地降低了國內電廠的鍋爐管失效比例，更提高了機組整體安全可靠水平。

鍋爐狀態檢修工作內容包括：

1. 收集詳細在線運行數據與歷史運行數據，包括燃燒與水質數據，開展超溫與過應力等狀態分析，確認運行與檢修偏差。

2. 開展詳細的資料和檢驗歷史分析，確認原始設計、制造、前期運行操作狀況可能的風險隱患及缺陷。

3. 開展詳細的離線各類設備風險檢驗與取樣分析，包括爐內管、厚壁部件、支吊架等，確認當前狀態、風險與壽命。

4. 改進運行方式，減少運行偏差和影響。逐步完善監測系統和測點，及時開展狀態檢驗和壽命評估。

5. 開展爐管失效預防分析，采用失效根本原因分析技術積累失效分析案例與經驗。

6. 建立完整的設備狀態監測、風險檢驗、壽命評價技術相結合的檢修策略優化管理體系。

四、全壽命周期優化檢修融合管理

設備優化檢修技術是在全壽命周期融合管理新理論指導下的一種新的設備管理模式，在設備分類、設備分期、設備分策、設備分程技術方面有創新。

首先是設備分類方法的創新。所謂全設備，即將電廠設備按照其失效技術特征和影響（EMCA）劃分為四類：高溫關鍵設備、關鍵設備、重要設備、一般設備，分別對應高溫失效機理、復雜失效機理、重點失效機理等。

其次是設備周期劃分的創新。所謂全周期，是指設備設計、制造、運行、檢修、報廢全壽命周期。按照全周期劃分，將電廠設備運行使用周期進一步劃分為早期、中期、晚期三個時間階段，不同時期分別對應不同的管理重點與策略對應狀態監測、風險評估、壽命預測的實施，早期重點是全面核查、理清原始狀態，評估設計、制造、安裝、調試期可能的風險和設計壽命；中期重點是監控狀態變化規律，評估運行、檢修期可能的風險和壽命消耗；后期重點是了解事故狀態極值，評估預測失效風險和壽命時間。

再次是設備管理策略的創新。所謂多模式，即將設備是管理模式分為狀態管理、風險管理、壽命管理三個基本技術模式系列，失效模式不同，對應不同的差異化管理模式組合。

按照設備失效模式類別，綜合采用多種管理模式，向精細化、定量化管理方向發展：高溫關鍵設備采用狀態管理+風險管理+壽命管理的綜合模式；關鍵設備采用狀態管理+風險管理的綜合模式；重要設備采用狀態管理的基本模式。

最后是設備管理流程的創新。所謂重效果，是指設備監測、評估、管理三個基本流程中，重心后移，更加重視技術決策管理效果，即從以監測技術為中心轉變為以設備管理為中心，變預防性檢修為預測性檢修。

五、電力設備智能檢修技術

隨著優化檢修技術的不斷研究和逐步成熟，特別是從預防性檢修發展到預測性檢修技術階段，先進的設備管理系統已經進入了第三代，即智能化檢修技術時代。當前智能化檢修的三個主要特點：完整實現全壽命周期管理模式、全面應用預測性檢修技術方法和逐步發展到設備智能化管理。

所謂完整實現全壽命周期管理模式，是指從以往單純的運行管理和檢修管理，進一步發展到設計、制造、運行、檢修、更換為一體，設備、系統、機組多層次的全壽命周期智能檢修管理。

全面應用預測性檢修分析技術，是從早期的離線點檢定修檢測，到結合大量在線診斷進行預測性檢修策略分析，真正實現了在充分監測實際狀態基礎上，能夠客觀地評價狀態變化規律，早期預測狀態、風險、壽命的變化規律，及時制訂設備針對性管理計劃，實現智能檢修。

逐步發展到設備智能化管理，是在設備數字化監測、智慧化診斷基礎上，電廠可以進一步全面預測其發展走向，從而實現智能化設備管理。

電力設備狀態檢修領域的進一步發展，將進一步實現自動化與信息化相結合，向智能化發電技術發展；進一步實現維修預防性與預知性相結合，形成全面預測性維修技術；進一步實現運維一體化、專業管控承包化相結合，將大量減少電廠運維人員配置，提升遠程管控能力，從而實現智能化電廠。

六、小 結

國內對狀態檢修、優化檢修技術的研究已經非常系統、深入，形成了一系列技術、硬件、軟件、標準，已具備大規模應用的基礎。優化檢修技術的發展，一方面可利用分析結果直接指導運行操作，優化機組運行管理；另一方面也可利用分析結果直接調整檢修方案，優化設備檢修管理。從預防性維修到預測性維修是一個大的技術跨越，將進一步實現狀態監測與檢驗的數字化、設備評估與診斷的智慧化、機組運維與管理的智能化，這種發展勢頭極為迅速。從點檢定修到狀態檢修，再到優化檢修，對于中國電力行業設備檢修技術十幾年的的快速發展我們充滿信心，從優化檢修到智能檢修即將迎來的轉變，是中國電力行業的一大盛事，也是對世界電力行業的一大貢獻。