楊立飛，江 虹

（中科華核電技術(shù)研究院，廣東 深圳 518124）

一、狀態(tài)維修技術(shù)概述

國際上對(duì)狀態(tài)維修CBM（Condition Based Maintenance）的定義是：通過測量設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，建立一套針對(duì)性的維修策略，以預(yù)測設(shè)備在未來的運(yùn)行周期內(nèi)是否會(huì)發(fā)生異常，如果出現(xiàn)異常，則及早采取糾正行動(dòng)，以避免或緩解故障的發(fā)生與發(fā)展。

我國電力系統(tǒng)早在1986年就提出了狀態(tài)檢修問題，2007年國家電網(wǎng)公司又陸續(xù)制定發(fā)布了《國家電網(wǎng)公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》、《輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。CBM技術(shù)日益受到國家、企業(yè)的關(guān)注，其優(yōu)勢如下。

第一，與傳統(tǒng)的定期維修相比，CBM能夠做到該修必修，而非到期必修。該維修模式避免了不必要的維修，減少了總體停機(jī)時(shí)間與次數(shù)，節(jié)省了維修資源。

第二，CBM的應(yīng)用降低了設(shè)備早期故障率的引入，減少了人因失誤引起的設(shè)備早期故障。

第三，CBM能夠做到適時(shí)適度的維修，提高了維修效率。能夠準(zhǔn)確判斷設(shè)備的失效部位，靈活的安排維修時(shí)間。

第四，狀態(tài)維修獲得的運(yùn)行數(shù)據(jù)可作為設(shè)備管理和其他信息系統(tǒng)的支持。

二、狀態(tài)維修實(shí)施基礎(chǔ)

1.狀態(tài)維修的組成及實(shí)施流程

狀態(tài)維修技術(shù)的實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，主要涵蓋三個(gè)方面：狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與狀態(tài)維修，其中狀態(tài)維修是狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷的最終目的。

建立完善的狀態(tài)維修體系，必須從被監(jiān)測診斷設(shè)備的重要度、故障機(jī)理出發(fā)，采用針對(duì)性的失效模型，如溫度、振動(dòng)、化學(xué)效應(yīng)等，同時(shí)選取合適的監(jiān)測和診斷儀器，制定科學(xué)、合理的監(jiān)測體系。其實(shí)施流程如圖1所示。

從圖1可知，狀態(tài)維修實(shí)施過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、不斷改進(jìn)和完善的閉環(huán)管理過程。通過狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷有機(jī)結(jié)合得出評(píng)估結(jié)果，據(jù)此制定預(yù)防性維修策略，可靈活、合理的安排維修窗口，從而實(shí)現(xiàn)降低維修費(fèi)用和提高設(shè)備可靠性的目標(biāo)。

圖1 狀態(tài)維修實(shí)施流程

2.實(shí)施狀態(tài)維修的可行性

（1）實(shí)施狀態(tài)維修的技術(shù)可行性

①設(shè)備必須具備實(shí)施狀態(tài)維修的初始條件。狀態(tài)維修雖然能夠有效地對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，但并不是所有的設(shè)備都適用狀態(tài)維修。設(shè)備的故障模型有六種，其中89%的故障與時(shí)間無直接關(guān)系，定期維修并不能有效避免這類設(shè)備的故障發(fā)生，所以針對(duì)該類設(shè)備實(shí)施狀態(tài)維修成效較為明顯。

②實(shí)施狀態(tài)維修的監(jiān)測周期與故障的P-F間隔必須滿足一定的條件，才能做到狀態(tài)維修的科學(xué)性、合理性。

事實(shí)表明，很多設(shè)備的故障都不會(huì)瞬間發(fā)生，總有一個(gè)逐漸發(fā)展的過程。P-F曲線用于表示設(shè)備由潛在故障狀態(tài)發(fā)展至故障的間隔期，其中P為潛在故障點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)為功能喪失點(diǎn)。

為保證在設(shè)備失效前發(fā)現(xiàn)潛在故障，監(jiān)測周期必須小于P-F間隔，以免因監(jiān)測周期大于P-F間隔而遺漏對(duì)故障的測定。

同時(shí)，實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測的P-F間隔要足夠長且相對(duì)穩(wěn)定，只有這樣才能保證監(jiān)測周期的合理性，為維修的實(shí)施提供充裕的時(shí)間。

（2）實(shí)施狀態(tài)維修的經(jīng)濟(jì)性及可行性

實(shí)施狀態(tài)維修必須從設(shè)備本身的重要度、可靠性及其維修費(fèi)用等方面綜合考慮和評(píng)價(jià)。如果設(shè)備本身重要度低，且可通過簡單的定期更換、定期維修等進(jìn)行管理，那么采用精密昂貴的監(jiān)測儀器是不值得的。反之，如果設(shè)備的重要度、維修或更換費(fèi)用較高，則可考慮采用狀態(tài)維修技術(shù)。

因此，一個(gè)重要衡量指標(biāo)就是狀態(tài)監(jiān)測的費(fèi)用要遠(yuǎn)小于糾正性維修的費(fèi)用。

（3）實(shí)施狀態(tài)維修的安全與環(huán)境可行性

對(duì)于核電廠與安全相關(guān)的設(shè)備，如果潛在故障有安全或環(huán)境性后果，則需要將故障的概率降低到可接受的水平。而狀態(tài)維修的優(yōu)勢在于，它能夠盡早地發(fā)現(xiàn)潛在故障點(diǎn)，避免安全故障的發(fā)生，為維修準(zhǔn)備贏得時(shí)間。

三、CBM與RCM融合應(yīng)用

1.CBM與RCM的聯(lián)系

以可靠性為中心維修RCM（Reliability-centered maintenance）是一種用于確保任何設(shè)備在現(xiàn)行使用環(huán)境下保持實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)功能所采取的一種系統(tǒng)工程方法，它不是具體的維修類型或維修方式，而是一種分析與判斷方法。

在RCM邏輯決斷分析中，狀態(tài)監(jiān)測居于首位，可見狀態(tài)監(jiān)測對(duì)RCM任務(wù)制定的突出作用。同時(shí)由前述可知，11%的設(shè)備失效與時(shí)間有關(guān)，而89%的設(shè)備失效與時(shí)間無直接關(guān)系，CBM技術(shù)的發(fā)展成為解決這89%設(shè)備故障問題的重要途徑。

CBM技術(shù)與RCM分析方法的共同點(diǎn)在于均需要確定“修什么”、“何時(shí)修”的問題，但CBM以監(jiān)測與診斷結(jié)果為導(dǎo)向，動(dòng)態(tài)安排維修窗口，具有可選擇性；RCM則依賴于具體的邏輯決斷，維修窗口預(yù)先制定。因此，CBM技術(shù)的引入使RCM維修策略更具針對(duì)性，可根據(jù)故障性質(zhì)及其發(fā)展趨勢判定設(shè)備是否需要維修和維修的具體部位，針對(duì)性強(qiáng)、收益高。據(jù)國外電力行業(yè)報(bào)道，實(shí)施狀態(tài)維修可使電力系統(tǒng)中每年用于設(shè)備檢修的費(fèi)用降低25%～50%，故障停電時(shí)間減少75%。

2.CBM對(duì)RCM分析的促進(jìn)作用

CBM技術(shù)作為RCM維修策略的重要補(bǔ)充，它不僅能夠彌補(bǔ)其他維修方法的缺失，還能夠?yàn)槠渌S修措施的制定提供科學(xué)的數(shù)據(jù)信息。

（1）CBM對(duì)RCM分析的信息支持

在RCM維修決策過程中，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反饋以及歷史數(shù)據(jù)信息制定設(shè)備的維修頻度，而狀態(tài)維修技術(shù)最能反映維修需求的現(xiàn)實(shí)信息。CBM為RCM提供了動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為決策支持，提高了RCM分析的科學(xué)性和合理性。建設(shè)基于CBM的設(shè)備狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備記錄的良好追溯，另一方面還能夠通過對(duì)設(shè)備狀態(tài)及其趨勢變化的分析，深入地理解設(shè)備故障機(jī)理和故障特征的內(nèi)在聯(lián)系，圖2較好的體現(xiàn)了CBM與RCM之間的相互促進(jìn)關(guān)系。這些信息將反饋?zhàn)鳛镽CM維修決策的輸入以升級(jí)設(shè)備維修策略，幫助實(shí)現(xiàn)真正意義上的分析、實(shí)踐、反饋、再分析、再實(shí)踐的閉環(huán)循環(huán)。

（2）CBM可以精確定位故障根源并開展針對(duì)性維修

設(shè)備狀態(tài)維修決策的目的是為了解決維修過剩與維修不足的矛盾，并能夠根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地安排預(yù)防性維修。什么時(shí)候維修、維修什么部位，要根據(jù)故障性質(zhì)及其發(fā)展趨勢而定。在狀態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)上進(jìn)行故障診斷后，很容易確定故障原因和故障部位，但是在確定具體維修時(shí)間時(shí)，不能只根據(jù)一個(gè)部件的故障而定，而要綜合考慮全體部件的狀態(tài)，即把所有部件狀態(tài)均列入一個(gè)運(yùn)行維修網(wǎng)絡(luò)圖中，維修人員根據(jù)運(yùn)行維修網(wǎng)絡(luò)圖，按設(shè)備重要度、故障性質(zhì)及部位綜合考慮安排維修計(jì)劃，使維修更具針對(duì)性。

圖2 CBM與RCM的互為優(yōu)化

3.RCM對(duì)CBM技術(shù)應(yīng)用的指導(dǎo)作用

RCM分析認(rèn)為，在滿足設(shè)備維修需求的前提下，投入的資源越少收益越大。在CBM的實(shí)施過程中，針對(duì)同一設(shè)備使用不同的CBM技術(shù)，花費(fèi)的資源條件和成本是不同的，而RCM的任務(wù)決斷邏輯會(huì)指導(dǎo)用戶從設(shè)備的重要度、故障后果、維修費(fèi)用等方面綜合衡量，選擇合理的CBM技術(shù)，減少不必要的資源投入。

如對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備實(shí)施狀態(tài)維修，雖然其運(yùn)行狀況可通過聽筒、振動(dòng)計(jì)和油樣化驗(yàn)等多種技術(shù)手段得到反映，但監(jiān)測到的潛在故障時(shí)間點(diǎn)是不同的。一般來說，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)聲響較大且將要發(fā)生故障時(shí)才易于發(fā)現(xiàn)，此時(shí)如果不能及時(shí)采取措施，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。然而對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備采用油樣化驗(yàn)的方法則能夠及早的發(fā)現(xiàn)潛在故障點(diǎn)，避免設(shè)備故障后果的擴(kuò)大化。因此，在CBM技術(shù)的具體實(shí)施過程中，采用RCM分析邏輯具有重要的指導(dǎo)作用。

四、基于CBM的RCM分析方法在核電站的應(yīng)用

1.紅外技術(shù)在閥門查漏中的應(yīng)用

核電廠的工藝系統(tǒng)復(fù)雜，閥門數(shù)量龐大。核島反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)和核輔助系統(tǒng)的閥門檢修空間小、密封性要求高、工作環(huán)境和設(shè)備本體輻照劑量高。按照現(xiàn)有的預(yù)防性維修大綱，每次機(jī)組大修閥門解體檢修工作量大，經(jīng)RCM邏輯分析認(rèn)為，對(duì)閥門內(nèi)漏實(shí)施狀態(tài)維修是可行的，并分別從閥門重要度、監(jiān)測儀器準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，最終選擇“紅外線查漏”，并在機(jī)組停機(jī)前檢測，以確定閥門是否發(fā)生內(nèi)漏。實(shí)踐證明，狀態(tài)維修技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化了大修項(xiàng)目，削減了大修工作量。

2.油樣分析法在主變壓器檢修中的應(yīng)用

大亞灣核電站早期的變壓器檢修常采用吊罩檢修的維修方式，RCM分析認(rèn)為雖然該方法能夠發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的故障，但是吊罩檢修費(fèi)用高，而且容易引入檢修風(fēng)險(xiǎn)。目前，在電站中變壓器常采用狀態(tài)維修和大修年檢（如常規(guī)的絕緣和直阻測量）相結(jié)合的維修方法。在變壓器的狀態(tài)維修中，油樣分析法應(yīng)用較為普遍，可以通過油中氣相組分種類和含量的分析診斷變壓器內(nèi)部是否存在故障跡象，根據(jù)嚴(yán)重程度決定采取何種維修方法，針對(duì)性增強(qiáng)。

3.振動(dòng)和溫度監(jiān)測在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)維修中的應(yīng)用

在大亞灣核電站早期的維修策略中，電動(dòng)機(jī)常采取定期解體檢查的方式進(jìn)行故障檢查，后期經(jīng)RCM分析未發(fā)現(xiàn)電機(jī)與時(shí)間直接相關(guān)的故障模式，因此采用定期解體檢查是不經(jīng)濟(jì)的。狀態(tài)維修更適用于電機(jī)的故障診斷，通過日常的電機(jī)測振和軸承溫度監(jiān)測就能夠反映電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

實(shí)踐證明，基于CBM的RCM分析是科學(xué)的，狀態(tài)維修不僅減輕了工作量，而且還避免了意外風(fēng)險(xiǎn)的引入。

五、總結(jié)

隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化及機(jī)械化程度的不斷提高，設(shè)備在生產(chǎn)中的地位越來越受到企業(yè)的重視，狀態(tài)維修理論與技術(shù)的應(yīng)用減少了故障次數(shù)、降低了維修費(fèi)用、提高了設(shè)備的可靠性。其中，CBM對(duì)RCM分析的補(bǔ)充與促進(jìn)，使RCM分析更具靈活性和針對(duì)性。實(shí)踐證明CBM技術(shù)及CBM與RCM的融合運(yùn)用提高了設(shè)備的可靠性管理水平，成為企業(yè)安全運(yùn)行與維護(hù)的重要保障。

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