楊豪放

（合肥工業(yè)大學(xué)信息工程系（宣城校區(qū)），安徽宣城242000）

可靠性技術(shù)在風(fēng)電行業(yè)的應(yīng)用

楊豪放

（合肥工業(yè)大學(xué)信息工程系（宣城校區(qū)），安徽宣城242000）

分析RCM和RCA可靠性技術(shù)方法、流程，研究在風(fēng)電行業(yè)應(yīng)用的可行性，結(jié)合風(fēng)電場系統(tǒng)設(shè)備的RCM與RCA應(yīng)用案例分析制定相應(yīng)措施，以提高風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行可靠性。

可靠性維修；原因分析；風(fēng)電行業(yè)

0 引言

《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確了“十三五”風(fēng)電的發(fā)展目標(biāo)，到2020年底，風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量確保達(dá)到2.1億千瓦以上，發(fā)展前景可觀，然而風(fēng)電機(jī)組一般地處偏遠(yuǎn)的戶外，設(shè)備使用環(huán)境惡劣，維修費(fèi)用高且維修相對困難，制約了風(fēng)電場的可靠性運(yùn)行和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，如何提升設(shè)備可靠性以及境地運(yùn)行維護(hù)成本，則成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。通過對“RCM”和“RCA”進(jìn)行技術(shù)分析，闡述風(fēng)電中的可行性情況及技術(shù)流程，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)備案例分析表明，不僅能夠優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組設(shè)備預(yù)防性維修大綱，還能從根本上分析出設(shè)備的失效原因，提升機(jī)組的運(yùn)行安全性與整體維修水平。

1 RCM與RCA技術(shù)及可行性分析

1.1 RCM技術(shù)方法及優(yōu)勢介紹

以可靠性為中心的維修（Reliability-centered Maintenance，簡稱RCM）起源于美國航空工業(yè)，該技術(shù)是用于確定系統(tǒng)設(shè)備在現(xiàn)行使用環(huán)境下維修需求、制定和優(yōu)化維修策略的一種系統(tǒng)工程方法?；舅悸肥牵簩ο到y(tǒng)設(shè)備進(jìn)行功能和故障分析，詳細(xì)分析相關(guān)故障模式及其故障影響，用規(guī)范化的邏輯決斷方法確定管理相應(yīng)故障后果的有效維修策略，從而保證系統(tǒng)設(shè)備的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

美國汽車工程協(xié)會1999年發(fā)布的《以可靠性為中心的維修過程的評審準(zhǔn)則》（SAE JA1011）給出了RCM分析的標(biāo)準(zhǔn)過程準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則對RCM方法的分析流程進(jìn)行了說明（圖1）。

圖1 RCM技術(shù)分析流程

RCM從設(shè)備的故障后果出發(fā)分析決策采取何種合適的預(yù)防性維修策略，突出管理故障后果比故障模式更重要的維修理念，能夠系統(tǒng)科學(xué)優(yōu)化設(shè)備的維修策略，其主要應(yīng)用優(yōu)勢如下：

（1）能夠根據(jù)用戶需求制定科學(xué)合理的維修措施。（2）優(yōu)化資源配置，減少不必要的維修措施和開支。

（3）提升系統(tǒng)設(shè)備的安全可靠性水平，提升人員技能。

（4）分析過程形成系統(tǒng)設(shè)備故障基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，有利于持續(xù)提升。

1.2 RCA技術(shù)方法及優(yōu)勢介紹

（1）關(guān)鍵技術(shù)步驟。根本原因分析（RCA）技術(shù)和方法，最早是在美國航天航空業(yè)應(yīng)用并取得了良好效果。RCA技術(shù)的特點(diǎn)是充分利用實(shí)際客觀證據(jù)、通過系統(tǒng)化、邏輯化、規(guī)范化的分析方法，對事件進(jìn)行全面及充分分析，確保分析結(jié)果的唯一性，準(zhǔn)確找出事件的根本原因并制定合理的糾正措施。該項(xiàng)工作的實(shí)施是保證設(shè)備管理體系完整以及設(shè)備管理工作良性循環(huán)的重要基礎(chǔ)。關(guān)鍵技術(shù)步驟（圖2）。

（2）RCA技術(shù)方法應(yīng)用優(yōu)勢。①能夠有效利已有數(shù)據(jù)和結(jié)果對可能的故障模式進(jìn)行深入分析，探究其失效的本質(zhì)。②分析過程中可能會發(fā)現(xiàn)一些技術(shù)和管理的偏差，但能得到及時改進(jìn)，并提升設(shè)備可靠性。③分析過程中會形成系統(tǒng)設(shè)備故障模式及糾正措施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)其他設(shè)備故障原因分析提供分析和解決的依據(jù)。

1.3 RCM與RCA風(fēng)電應(yīng)用可行性分析

圖2 RCA技術(shù)分析流程

（1）風(fēng)電行業(yè)的維修作業(yè)環(huán)境艱苦，而且工作負(fù)荷重。例如，發(fā)電機(jī)、齒輪箱等設(shè)備維修時需要使用吊車，不僅周期長，所需費(fèi)用也極高。而通過系統(tǒng)的預(yù)防性維修優(yōu)化，既能發(fā)現(xiàn)目前風(fēng)機(jī)設(shè)備中尚未管理到位的故障模式，還可制定針對性的優(yōu)化策略，以防患于未然。

（2）風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行受到運(yùn)行環(huán)境、維修水平、設(shè)備制造水平的限制，相同設(shè)備在不同環(huán)境下的運(yùn)行特性各有差異，而RCM方法充分考慮了設(shè)備差異帶來的維修差異，可以結(jié)合個體運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)制定科學(xué)合理的維修措施，不斷優(yōu)化現(xiàn)有風(fēng)電設(shè)備維修策略。

（3）風(fēng)電機(jī)組設(shè)備故障多采用更換部件的方式，缺乏對系統(tǒng)設(shè)備故障的根本原因分析，不能有效管理重發(fā)故障，也不利于企業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展，甚至造成大量成本的浪費(fèi)。通過建立系統(tǒng)的RCA技術(shù)分析體系，可以有效改善維修現(xiàn)狀，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）通過RCM與RCA分析，風(fēng)電企業(yè)可建立自身的設(shè)備分析與管理數(shù)據(jù)庫，在提升維修能力，為后續(xù)同等背景下設(shè)備的維修策略制定，以及故障原因分析提供數(shù)據(jù)支撐的同時，其規(guī)模效益也是巨大的。

2 RCM與RCA在風(fēng)電行業(yè)的應(yīng)用探索

2.1 液壓制動系統(tǒng)RCM分析

液壓制定系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)主軸剎車和偏航剎車控制操作，整個剎車油路主要由油箱、主集成塊、主軸剎車電磁閥、偏航剎車電磁閥等構(gòu)成，控制系統(tǒng)通過控制主軸剎車電磁閥、偏航剎車電磁閥實(shí)現(xiàn)對主軸剎車器和偏航剎車器的制動控制。

經(jīng)過系統(tǒng)的RCM分析，可實(shí)現(xiàn)：①識別出了液壓制動系統(tǒng)之前尚未管理到的故障模式，該故障模式故障影響及后果較為嚴(yán)重，可能導(dǎo)致液壓制動系統(tǒng)失靈，存在安全及生產(chǎn)隱患。②取消了部分不必要的故障模式管理策略，從故障影響及控制措施考慮，實(shí)施糾正性維修，降低了維修成本。例如，《液壓制動系統(tǒng)維修大綱》對原系統(tǒng)預(yù)防性維修策略進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化率達(dá)15%。維修項(xiàng)目新增20項(xiàng)，其中12項(xiàng)是狀態(tài)監(jiān)測，8項(xiàng)是定期試驗(yàn)。項(xiàng)目取消1項(xiàng)，任務(wù)細(xì)化2項(xiàng)。③在合理可行的情況下，針對故障模式強(qiáng)調(diào)采用狀態(tài)監(jiān)測的方式，盡量減少對系統(tǒng)運(yùn)行的干擾，避免引入維修風(fēng)險(xiǎn)，轉(zhuǎn)變維修方式和維修理念。

新的維修大綱更加重視視情維修，加強(qiáng)了狀態(tài)監(jiān)測在預(yù)防性維修中的應(yīng)用，能夠提早發(fā)現(xiàn)和解決問題。例如，為提高電機(jī)運(yùn)行可靠性，增加“定期啟動液壓站進(jìn)行打壓操作試驗(yàn)并觀察電機(jī)及泵的聲音是否異常，以發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動異?；虮脙?nèi)部故障”，避免機(jī)組的非計(jì)劃停機(jī)和由于無法剎車引發(fā)重大設(shè)備損壞。另外，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)維數(shù)據(jù)分析結(jié)果，取消液壓站濾芯定期更換任務(wù)，采用定期抽檢或狀態(tài)監(jiān)測的方式進(jìn)行管理，可以降低維修成本。

2.2 變槳系統(tǒng)通信滑環(huán)故障RCA原因分析

2.2.1 分析故障模式

通信滑環(huán)安裝于齒輪箱中心管末端，是實(shí)現(xiàn)變槳系統(tǒng)電能傳輸和信號控制的轉(zhuǎn)換裝置，它是由大功率環(huán)、中功率環(huán)、信號環(huán)、數(shù)據(jù)環(huán)多類傳輸集于一體的旋轉(zhuǎn)電氣聯(lián)接器件。本次RCA分析針對變槳系統(tǒng)通信滑環(huán)故障案例，收集和整理了風(fēng)電場自2007年以來通信滑環(huán)故障記錄，按照RCA技術(shù)流程分析了通信滑環(huán)可能故障模式。包括：①齒輪箱低速軸的軸封外端滲漏油。②通信滑環(huán)前端軸承及底部軸承滲漏油。③齒輪箱中心管O形橡膠圈安裝過程中被劃傷，導(dǎo)致齒輪箱油通過中心管流至滑環(huán)內(nèi)部。④中心管密封O形橡膠圈老化破損導(dǎo)致齒輪箱油通過中心管流至滑環(huán)。⑤滑環(huán)刷針長期運(yùn)行變形和斷裂。⑥饋線接駁盒密封失效，維修裝配過程中引入灰塵。⑦滑環(huán)運(yùn)行過程中刷針與滑道磨察內(nèi)部產(chǎn)生并積存黑色粉塵。

2.2.2 確認(rèn)失效原因

（1）部分齒輪箱中心管密封端“O形橡膠密封圈”安裝行程長且為盲裝，在操作過程中“O形橡膠密封圈”與齒輪箱內(nèi)部構(gòu)件容易引發(fā)摩擦損傷，加之運(yùn)行過程中“O形橡膠密封圈”一直浸泡于溫度變化的齒輪油中并呈擠壓狀態(tài)，長期運(yùn)行后導(dǎo)致“O形橡膠密封圈”老化失效。齒輪箱密封油越過密封缺口流入主軸和行星架之間的空腔，沿空心管內(nèi)壁傾斜角流入滑環(huán)并在滑環(huán)滑道與刷針間形成油膜，影響信號傳導(dǎo)產(chǎn)生絕緣作用，致使通信滑環(huán)內(nèi)部接觸不良故障而報(bào)錯信號。

（2）部分齒輪箱低速軸“骨架油封”為易損件，“骨架油封”與齒輪箱端蓋內(nèi)壁長期處于相對摩擦狀態(tài)，當(dāng)骨架油封磨損嚴(yán)重時齒輪箱內(nèi)腔油越過密封缺口沿中心管軸外端面溢出，滲漏油沿滑環(huán)密封缺口滲入滑環(huán)內(nèi)部，在滑道與刷針間形成油膜，起到絕緣作用，致使通信滑環(huán)內(nèi)部接觸不良產(chǎn)生故障。

風(fēng)電場根據(jù)RCA分析結(jié)果，采取了合理的維修措施，降低了通信滑環(huán)的故障概率，保證了風(fēng)機(jī)的可用率，對提升風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)效益有著直接的作用。

3 RCM與RCA應(yīng)用總結(jié)與展望

實(shí)踐證明，RCM與RCA可靠性分析技術(shù)對優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)設(shè)備維修策略，分析和探究設(shè)備故障根本原因，制定科學(xué)合理的糾正措施，提升機(jī)組可用率等，不僅有直接作用，而且應(yīng)用前景廣闊。為更好地將RCM與RCA技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電設(shè)備，提升風(fēng)電機(jī)組安全與經(jīng)濟(jì)性，建議后續(xù)中應(yīng)做好如下工作：

（1）實(shí)施RCM/RCA技術(shù)培訓(xùn)，宣貫RCM/RCA先進(jìn)方法與理念，盡快儲備技術(shù)力量。

（2）結(jié)合國內(nèi)外已有RCM/RCA分析經(jīng)驗(yàn)，建立適合自身企業(yè)的RCM/RCA技術(shù)體系。

（3）選擇試點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)備開展RCM/RCA技術(shù)分析，并逐漸推廣全系統(tǒng)分析，拓展應(yīng)用成效。

（4）建立預(yù)防性維修大綱管理平臺和根本原因分析平臺，在為RCM/RCA持續(xù)改進(jìn)提供可靠的數(shù)據(jù)來源的同時，也可為其他設(shè)備管理工作開展提供數(shù)據(jù)支持。

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［2］陳宇，朱衛(wèi)海.以可靠性為中心的維修技術(shù)在大亞灣核電站的應(yīng)用[J].電力設(shè)備，2008，9（12）：118-121.

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〔編輯 王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.01