预测性维修在核电站仪控维修导则中的应用
The Application of Predictive Maintenance in I&C Maintenance Guideline for Nuclear Power Plant
胡 平
摘 要：本文通过描述预测性维修在
大亚湾核电站仪控维修导则中的应用，阐释了预测性维修在仪表控制专业中的分析方法，以及预测性维修在核电站的发展方向。
关键词：维修导则 预测性维修 RCM 故障模式
Abstract：By describing the application of predictive maintenance in instrumentation & control system maintenance guideline for Daya Bay Nuclear Power Station, this article make explanations about analytical method used in predictive maintenance for instrumentation and control system of NPP, as well as the development trend.
Key words：Maintenance guideline Preventive maintenance RCM（Reliability-centered maintenance） Failure mode
1 概述
核电站设备的可靠性是决定核电站系统安全和发电效率的主要因素，而机电设备的的失效或故障并不都和某一特定的运行时数有关，也就是说，我们并不能通过定期的预防性维修来消除缺陷和故障以提高设备的可靠性。而且从设备运行的参数趋势图上我们可以发现，无论设备发生哪一种故障，都有其特定的模式和发展机制，故障出现的早期都有一些明显的征兆，也就是说通过设备的状态监测，可以探测到设备故障的早期征兆到设备性能劣化的整个过程。所以预测性维修的理念逐渐成为核电站维修策略的主流思想。从1998年开始，大亚湾核电站就开始引进了ENTEK-IRD预测性维修系统来监测转动设备的运行状态，分析设备的性能趋势和诊断设备故障，并逐步将预测性维修理念贯彻到维修导则中去指导整个维修活动。下面就以仪控导则为例分析预测性维修在其中的实施和应用。
2 仪控导则涉及范围及其分类
维修导则是大亚湾核电站指导维修活动的重要基本文件，它是以系统手册（SDM）和维修手册（EOMM）为基础，同时参考国内外同类型设备的经验反馈和技术规范，利用RCM方法和其它维修方法对系统中的每一个设备进行具体分析后形成的维修政策体系。为了保证维修质量，电站从商运开始就引进了法国同类型电站仪表控制专业维修导则，并结合自身特点不断改进和升版，现在的仪控专业维修导则分为三类：通用导则、分类导则、系统导则。
2.1 通用导则
其目的是确定总体维修原理，阐明过程方式或维修活动的组织实施方式和方法，解释维修导则中的一些专业术语。通用导则的结构没有固定的形式，只取决于其内容。
2.2 分类导则
分类导则的结构是固定的，与某种类型设备相关，只进行一种设备类型（就像"家族"一样，比如模拟量传感器（压力、液位、流量、位移变送器、温度传感器、特殊的模拟量仪表等）的维修分析，这些设备广泛应用于核电站的所有系统中，我们按照设备功能位置建立同类型设备清单，对于每一个功能位置和不同的设备型号则对应相关的功能分析，并根据功能分析选定维修活动。导则由两个部分组成，一部分是在总体描述部分解释"为什么"和"怎样"维修；另一部分由设备功能和功能分类清单组成。
2.3 系统导则
该类导则只对有多种类型设备的专用系统进行维修分析，因为系统中有许多不同的设备和设备组合，维修活动的分析更为复杂，除了解释系统的运行原理和研究设备在整个系统中所起的作用外，还要对设备进行功能分组，评估设备的安全、质量等级，并分析其故障模式和对系统的权重（重要度）及怎样预防降级等。分类维修导则的结构不适用。虽然也有一个综合部分阐述"为什么"和"怎样"维修，但是没有在总体描述中阐述，而是在执行OMP的维修分析大纲中阐述。在这里解释一下（OMP），因为维修
项目的实施必须依据机组的运行要求并按照维修工作管理过程进行，所以导则中的维修分析大纲必须转入（OMP）总体维修大纲数据库，生成真正意义上的维修大纲后建立相应的维修程序和工作包，才能真正有效地管理和计划既定的维修项目。对于系统导则，下游文件对应有维修大纲，而分类导则却没有设备维修大纲，因而通过设备清单在总体维修大纲（OMP）中通过组合建立维修大纲。
3 预测性维修在仪控维修导则分析中的应用
3.1 为什么对仪控设备实施预测性维修
预测性维修是指通过周期性监测和长期监测设备运行过程中各种状态参数（如振动、温度、绝缘、电压等），随时了解设备状态变化的特征，并进行综合分析，使故障在发生的初期就监测出来。同时利用诊断分析进行设备故障原因和部位的判断，预测和跟踪设备故障的发展，并有计划地根据设备状态安排检修。只要设备性能没有下降到非干预不可的情况下，尽量不干预正处在稳定状态和可靠运行中的设备（当然与
核安全相关的设备除外）。对于仪控设备来说，大多属于电子设备，著名的浴盆曲线显示了电子设备的两个时期：
寿命初期故障率相对较高但呈下降趋势，持续时间不超过服役初期的几个月，而且现在的电子器件出厂前的热老化过程一般都能消除大部分的器件故障。
寿命初期后的稳定运行时期周期性的器件维修或更换不仅毫无用处而且还有害（参考寿命初期电子器件较高的故障率）。而且电子设备不同于机械设备，因为它不存在机械磨损等损耗性失效，如果我们长时间使用仍然没有"性能下降趋势"，我们则无法判断它的寿命周期。也就是说它的故障模式与运行时间几乎无关。所以考虑到以上分析，仪控设备的维修更应该关注预测性维修。
3.2 预测性维修在仪控维修导则分析中的具体应用
3.2.1 设备数据库的建立
从图2中仪控设备维修导则分析的过程看，设备状态数据是分析与决策维修方式的重要基础，大亚湾核电站引进美国PSDI公司的MAXIMO设备维护管理系统，它包括设备功能位置、制造商、供应商、规格、校验记录、设计参数、功能分级、故障缺陷记录、各种检修记录、工作票、安装日期、验证周期等设备参数，并且和工业数据网连接监测记录设备运行状态下各种动态参数、设备故障诊断信息、经验反馈等数据。其强大的设备管理功能为我们提供了准确详细的设备信息，为我们分析设备和决策维修方式提供了准确的依据。
3.2.2 设备技术与功能分析
设备技术与功能分析包括设备故障模式分析、维修风险分析、（RCM）可靠性分析、老化监测分析、如何预防设备性能降级等。在设备清单数据库中，我们通过设备型号和制造商，可以选择出相同类型设备，然后针对同一类型设备，根据设备的结构和工艺分析，定义其故障模式，并进行维修风险分析，列出故障影响因素、影响重要度和敏感度，结合外部经验反馈作出设备的可靠性评估结果和维修决策，决定设备是否维修，何时维修，维修什么部分，如何进行维修，如何保障维修效果来防止设备性能下降。同样，将设备置于整个系统中来分析其在系统中的功能，对于同一类型设备其在系统中功能位置的不同，其故障对系统的影响也不一样。所以根据故障后果对设备进行功能分级：与核安全相关、与机组可用率相关、与维修成本相关、与其它相关。通过设备功能分级找出关键设备，用RCM方法来评估其维修方式。对于与核安全相关、与机组可用率相关、与维修成本相关的故障模式，我们采用预测性维修，而对于第四种与其它相关的故障模式，采用纠正性维修就足够了。RCM维修理念认为实施何种类型的预防性维修的唯一原因不在于对故障本身进行预防，而在于避免或至少可减轻故障后果。举个例子：如果系统中有A、B两台泵，A泵运行，B泵备用，那么哪台泵更重要一些呢？有些人可能认为A比B重要，但RCM维修理念却认为B比A更重要，因为A泵在运行过程中随时都可能发生故障，如果我们管理好B泵，那么当A泵失效后B泵顺利启动，系统功能就可以得到保证。所以RCM着重于对设备性能最有影响的维修活动。大亚湾核电站设备管理部门专门成立了RCM科，负责电站重要系统关键设备的RCM分析与应用，并取得了丰硕的成果，RCM的理念逐渐渗透到各个专业维修程序，仪控导则中关于仪表控制设备的维修活动就是直接应用RCM项目小组的分析成果优化设备维修项目和设备维修周期。从维修技术的发展趋势看，RCM方法的应用和推广具有广阔的发展前景。
3.2.3 老化监测和设备跟踪
老化监测尤其要监测那些已知有老化现象的设备，但是老化现象的发现必须根据设备跟踪数据库和外部经验反馈提供的数据来判断。所以当设备跟踪出现偏差时，就应该进行老化分析和老化监测。例如我们在维修导则中的老化监测部分建立了设备跟踪数据库，监测电缆的绝缘电阻、电流、电压和一些测量通道的电子元器件参数，通过和标准的精度准则比较，验证其性能是否下降，进一步决定维修活动和更换的周期。并不断更新数据库数据，为下一次的老化趋势分析做好数据准备。图3概括介绍了维修导则中的老化分析流程。
3.2.4 经验反馈
经验反馈是一种数据库，它的反馈信息可以来自设备分析的结果，也可以来自具有同类型设备的其它电厂、设备制造商等其它外部信息。涉及所有设备运行和维修人员，根据我们对设备期望值目标的不同，通过经验反馈的结果经过详细分析后可以在下列领域进行改进：如改善设计、提高安全水平、优化运行和维修程序、改善设备的可靠性等。通过事实案例总结出来的设备监测方法和维修经验，使我们在预防同种类型设备故障的技术和手段上能够得到提高和改进。不断提高设备的可靠性。
4 结束语
上面只是对仪控维修导则分析过程中几个关键的过程进行了分析和介绍，其中预测性维修方法贯穿始终。从发展的眼光看，在"厂网分开，竞价上网"的电力改革方案开始逐步实施的今天，预测性维修不但提高了核电站设备的可靠性，而且在维修成本的降低方面起到了良好的促进作用。预测性维修方法将使得维修过程在成本、效率、质量等方面获得更好的收益。
参考文献
1. 黄树红主编. 发电设备状态检修. 中国电力出版社，2000
2. John Moubray. Reliability-centered Mainenance（RCM）. Second edition, 1997
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发表于 2010-9-15 08:41:00