核電站核設備維護工作流程優(yōu)化研究

趙寧濤

（大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東深圳 518124）

1 引言

核電站利用核反應產(chǎn)生的核能進行發(fā)電， 雖然核電站發(fā)電效果較傳統(tǒng)火力發(fā)電、清潔能源發(fā)電較好，但是核電站發(fā)電的安全性也是影響其大范圍應用的主要因素之一[1]。核電站核設備需要定期維護保養(yǎng)，不僅是為了保證設備的正常運轉，更是對核能發(fā)電安全的檢查。 設備維護流程優(yōu)化的研究主要是從預防性和全局檢修兩個方面著手。 本文對核電站核設備維護工作流程進行研究優(yōu)化，并對流程優(yōu)化效果進行驗證。

2 核電站核設備維護流程問題分析

當前核電站核設備維護工作流程主要存在以下問題。

1）設備維護效率低。 從通知單提出到工單準備、校核、計劃安排、現(xiàn)場執(zhí)行，中間需要經(jīng)過的環(huán)節(jié)很多，缺陷存活時間長，效率低。

2）設備維護效果未達到預期。 設備缺陷存在反復出現(xiàn)的情況，或同類型缺陷未根治。 反映出預防性維修大綱策略制定不合理或缺陷信息管理、原因分析不到位，導致影響維護效果[2]。

3 設備維護工作流程優(yōu)化

3.1 核電設備狀態(tài)定量分析

為更好地對核電設備進行維護， 需要避免依據(jù)人工經(jīng)驗判斷設備狀態(tài)。 因此，進行設備維護工作時，首先應計算如下設備狀態(tài)定量指標。 核電設備的可靠度由其內部的各個部件壽命統(tǒng)計數(shù)據(jù)決定。 其中，設備工作時間經(jīng)驗函數(shù)與核設備可靠度函數(shù)之間的關系如下：

式中，R（t）為設備的可靠度函數(shù)；J（t）為設備部件工作時間經(jīng)驗函數(shù)；s（t）為運轉至時刻停止的部件試樣數(shù)；b（t）為運轉至t時刻不停止的部件試樣數(shù)。 根據(jù)核設備在維護前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以得到該設備的可靠度，確定設備的最佳檢修期[3]。

核電設備失效率η（t）與其內部部件有效工作時間相關，關系式如下：

式中，n（t）為時間Δt內失效的部件數(shù)；N為核設備中的部件總數(shù)；ti為設備部件失效的總時長。 由上述計算得到核設備的失效率，可以確定其維護優(yōu)先級。

核電設備不能超負荷也不能低于標準負荷運行， 其等效運行時長可以用于確定設備的定期維護間隔。 核設備等效運行時長Td計算公式如下：

式中，Tra為核設備實際的運行時間；k為設備的運行啟動次數(shù)；Ti為當次運行啟動設備運轉時間。

設備維護工作優(yōu)先級除了根據(jù)設備自身的狀態(tài)、 設備安全等級等確定，還需要考慮設備維護經(jīng)濟性。 核設備大型維護時，設備維護的成本會增加，而且設備停機會造成核電站發(fā)電量降低，減少了發(fā)電收益。 但是設備經(jīng)過大型維護保養(yǎng)后設備的性能提升，發(fā)電量增加提升經(jīng)濟效益。 核電設備維護的經(jīng)濟效益E計算公式如下：

式中，F(xiàn)（x）為設備大型檢修后，設備運轉發(fā)電的單位增長量函數(shù)；Cw為對核設備停機維護時的經(jīng)濟損失。根據(jù)以上設備狀態(tài)定量指標，評定設備維護的優(yōu)先級。

3.2 調整設備維護人員隊伍

對核電站整體組織機構進行調整，明確核設備運維責任。調整設備維護人員隊伍組成，以設備工程師為核心，建立具有明顯年齡、經(jīng)驗層次的設備維護分隊。 明確維護人員隊伍的工作分工，應該根據(jù)設備類型、設備所處生產(chǎn)環(huán)節(jié)，將所有的維護人員分配至設備維護的各個工作流程。 合理調配維護人力，提升維護工作開展效率。

3.3 設備信息融合與集成管理

在已經(jīng)建成的核設備運行監(jiān)控自動化體系基礎上， 形成設備運行監(jiān)管平臺。 將所有的設備維護信息統(tǒng)一集成至信息平臺中， 將設備信息融合， 以便于在檢修過程中識別設備異常。 結合上文提出的設備狀態(tài)定量分析指標， 利用證據(jù)（Dempster-Shafer，D-S）理論對自動化監(jiān)控信息進行融合。 核設備信息融合評估設備狀態(tài)框架圖如圖1 所示。

圖1 設備狀態(tài)信息融合框架

在核設備狀態(tài)信息平臺中， 所有信息都以統(tǒng)一的格式存儲，并且根據(jù)數(shù)據(jù)間相關性糾正了錯誤數(shù)據(jù)。 設備維護的各個工作流程環(huán)節(jié)都可以從融合信息集成平臺中獲取其上下游環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，形成工作環(huán)節(jié)間的相互監(jiān)督。 利用設備狀態(tài)信息融合框架的反饋結果，管理不同維護流程環(huán)節(jié)設備狀態(tài)。 根據(jù)不同工作流程中設備狀態(tài)數(shù)據(jù)動態(tài)變化，調整維護工作順序，優(yōu)化工作環(huán)節(jié)管理。

3.4 建立工作流程優(yōu)先級制度

科學、 全面的工作流程優(yōu)先級制度能夠實現(xiàn)設備維護工作的一體化控制[4]。根據(jù)設備狀態(tài)的定量指標可以確定設備間的優(yōu)先級，對于整體設備維護工作流程，其優(yōu)先級要由預防維護判斷結果確定。

優(yōu)化后的設備維護工作流程圖如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化后的設備維護流程圖

在申請階段， 有預防維護工作判定設備維護優(yōu)先級和設備維護方式。 根據(jù)設備維護的長期規(guī)劃制定設備的維護工單。維護操作時，檢測設備是否存在缺陷，經(jīng)驗證后，生成維護工單。 按照工單上標注的內容，由維修處執(zhí)行設備維護操作。 維修質量檢驗后，更新工單信息，結束設備維護。 由上述內容實現(xiàn)了對核電站設備維護工作流程優(yōu)化研究。 優(yōu)化后的流程中結合對設備狀態(tài)的定量分析，增強了對設備維護工作的管控，有效減少了不必要的環(huán)節(jié)。

4 維護流程優(yōu)化效果研究

本節(jié)將在實際的核電設備維護工作中， 對比優(yōu)化前后的設備維護流程是否提升了工作效率與工作質量， 從而評價流程優(yōu)化是否實際可行。

4.1 優(yōu)化效果研究內容

在某核電站中開展本次研究，隨機選擇20 部核電設備作為不同維護工作流程的應用對象。 從設備中按照設備類型的不同，隨機抽取10 部設備組成驗證組，剩余為對比組。 驗證組設備維護使用優(yōu)化后流程，對比組則使用優(yōu)化前的流程。 對比流程優(yōu)化前后，設備維護效率、設備工單風險比例兩個方面，綜合表征優(yōu)化效果。

4.2 優(yōu)化效果分析

分別在對比組和驗證組設備維護工作中應用優(yōu)化前后的工作流程。 設備維護工作流程時間對比結果見表1。

表1 設備維護工作流程時間對比h

分析表1 中的數(shù)據(jù)可知，不同核設備維護時，應用優(yōu)化前工作流程的維護時間明顯長于應用優(yōu)化后的工作流程。 應用優(yōu)化后的流程，核設備維護所需時間明顯減少，表明維護工作效率有所提升。 從表1 中數(shù)據(jù)的平均值來看，優(yōu)化流程前的維護時間平均為11.13 h，優(yōu)化后平均維護時間降低至5.72 h，效率提升近50%。

不同維護流程對于設備風險的評估不同， 圖3 為優(yōu)化前后工作流程中的工單風險比例變化情況。

圖3 設備維護工單風險比例變化

分析圖3 中的曲線變化可知， 流程優(yōu)化前的維護工單風險比例高于優(yōu)化后的流程。 從風險控制的角度來講，維護工作對于風險判斷較為模糊，會導致工單風險值較低。 提高工單風險值，有助于增強工作人員對設備風險的關注，保證核電站運轉安全。

總結以上的數(shù)據(jù)分析內容， 按照本文研究內容優(yōu)化后的維護流程對核電設備進行維護， 能夠減少核電站維護工作損失，提升核電經(jīng)濟效益，達到良好的設備維護效果。

5 結語

在核電站投入使用的過程中， 核設備維護是發(fā)電站可靠運行的保障，也是減少設備維修成本的有效途徑。 本文就核電站核設備維護工作流程優(yōu)化進行了研究。 通過對優(yōu)化前后的維護流程對比，驗證了本次優(yōu)化能夠簡化工作流程，提升設備維護效率。