以可靠性为中心的维修体系在大亚湾核电站的应用

以可靠性为中心的维修体系在大亚湾核电站的应用 摘要：本文简要阐述了 RCM理念、分析方法在大亚湾核电站的应用，描述了 RCM分析成果 指导现有状态监测和维修运行活动的程序。自 1998年引进 RCM理论后经过 3年多的应用及 推广，规范了日常状态监测及分析诊断工作，在实际应用中取得了很好的收益。现在已基 本上建立一套适合大亚湾核电站自身特点的 RCM分析体系。阐述了 RCM分析成果在提高系 统可靠性方面和降低系统及设备的运行/检修成本方面带来的变化，介绍了利用 ENTEK状态 监测软件分析设备故障及设备故障处理跟踪流程，以 GST为例介绍了 gSE强大的故障诊断 功能。通过本文可以使读者初步了解核电站采用 RCM理论的必要性和它对核电站安全、稳 定、经济运行所做出的贡献。 1. RCM理念及其在大亚湾核电站的应用 1.1 RCM分析理念 以可靠性为中心的维修RCM（Reliability-Centered Maintenance）是全面客观地评价和 决策设备维修方式方法，提高预测维修重要性和权威性。它起源于 70年代末的美国航空工 业，目前已在国际上很多行业得到运用，在美国、法国、南非等国家的核电站早已普遍应 用了 RCM分析技术。 人们的维修观念随着科学技术迅速发展也在不断的变革，对设备故障的观点也发生了变化。 20世纪 50年代以前的设备故障观点比较简单，认为设备越陈旧越可能发生故障。在 60年 代随着设备复杂程度的提高，产生了“浴盆”曲线的观点。到 70年代末随着高科技的发展， 人们对设备故障的新研究认为：设备的实际故障曲线不是一种单一的“浴盆”曲线，而是 六种曲线，其中三种与时间有关的故障模式曲线仅占所有故障模式的 11%，而 89%的故障模 式与运行的时间无关。 RCM分析体系正是在这些研究的基础上发展起来的新的理念：并不是修得越频繁，设备就 越可靠；同时 RCM把我们从管理故障模式的观念转到了管理故障影响和故障后果的观念上 来。RCM 是用来确定任一设备在运行环境下保持实现其用户需求功能所必须的活动的一种 科学方法。亦即，通过 RCM分析方法，确定对哪些设备采取纠正性维修（CM）策略，对哪 些设备采取定期维修（PM）策略，对哪些设备采取状态维修（PDM）策略。而通过这些必须 的维修活动，确保系统设备保持实现其用户需求功能。 1.2 RCM在大亚湾核电站的应用 RCM的长处在于为确定哪些预防性维修是技术可行的、多长时间做一次预防性工作和为什 么要做预防性工作提供了一个简单、准确和容易理解的判据。设备的定期大修只有在故障 后果严重并无法准确预测且故障与时间有关的情况下才有必要，有条件则尽可能采取预测 性维修。 RCM方法强调设备维修的及时性和准确性，所谓及时性就是避免系统功能丧失，所谓准确 性就是尽量达到设备安全寿命极限，两者是辨正统一的。所以通过 RCM分析不仅降低了运 行、维修成本，实质上也保证了系统的可靠性。 大亚湾核电站从 1998年开始探索应用 RCM的可行性，并于 1999年在美国籍 RCM专家指导 下，进行了冷凝水抽取系统（CEX）的 RCM分析试点工作，并取得了很大成功。随后开始在 大亚湾核电站的推广 RCM理念，完成所分析系统的维修导则（Maintenance Base）和 维修大纲的优化和升版。维修导则则是 RCM分析小组的分析成果。完成 RCM分析 以下几个过程： 确定所分析的系统设施的功能和性能标准（编写系统功能）； 确定功能失效模式，明确部件故障到什么程度才不能实现其功能，以及引起每种可能的功 能丧失的原因（编写信息工作单）； 分析故障影响和故障后果（编写信息工作单）； 利用决策树，确定对不同设备所采用的维修类型和频度（编写决断工作单和 FFI计算）； 对 RCM分析结果进行审查，将分析结果与现有的维修大纲作分析比较。 根据最终审定的成果形成维修导则，并修改维修大纲。 根据修改后的维修大纲，明确各个部门和专业的职责和任务，然后按照一套完整的维修管 理体系保证设备的可靠运行。 3RCM 分析成果给电站设备管理带来的变化 3.1提高了系统设备的可靠性 RCM分析总是将有安全性和影响环境的故障后果评估进行预先判断，在分析过程中对此类 故障给予高度重视，即使不能完全排出故障，也应把此类故障所带来的风险真正降到非常 低的水平。下面以冷凝水抽取系统（CEX）的部分分析结果为例，阐述在提高系统可靠性方 面带来的变化； 凝结水抽取系统（CEX）是汽轮机的重要辅助系统，它设计有 3台容量为 50的凝结水 泵，其中两台凝结水泵运行 1台泵备用。如果两台运行的凝结水泵有 1台故障停运，而备 用泵不能自动启动，造成的后果轻则发电机甩负荷到 50%Pn，严重时会引起汽轮机跳闸， 反应堆停堆。大亚湾核电站曾经发生过 3次两台运行泵中的一台泵故障跳闸，其中有 2次 备用泵不能自动启动，备用泵自动启动成功的失效概率高达到 66.7%。针对这一故障模式， RCM小组在分析过程中发现管理备用泵隐蔽性故障模式的定期试验程序存在明显的缺陷： 尽管机组每次换料大修后也进行备用泵的自动启动试验，但试验时所采用的运行方式同实 际运行方式完全不一样。试验时模拟一台 CEX泵运行，两台 CEX泵备用，当运行泵跳闸时 优先备用泵自动启动，如果优先备用泵自动启动不成功，延时 1s后次级备用泵自动启动。 而实际运行时两台 CEX泵运行，一台 CEX泵备用，这种运行方式下备用泵的自动启动逻辑 回路同有两台泵备用时的自动启动逻辑回路完全不一样，但我们的定期试验并没有针对这 一隐蔽性故障模式进行管理。在 RCM分析的决断工作单中，修改了定期试验程序，调整了 试验方法和频度。在分析结果应用到实践中的两年多的时间内，大亚湾核电站又发生过 3 次两台运行泵中的一台泵故障跳闸，但是 3次备用泵都能顺利地自动投运。使备用泵自动 启动成功率提高到 100%。理论上避免 2次机组甩负荷故障，为核电站挽回重大的经济损失。 RCM 分析前 CEX泵进出口隔离阀没有密封性试验，其直接后果是一旦泵在机组正常运行 中故障需要进行在线检修时，该泵将因阀门无法有效隔离而不能检修，机组将长时间失去 备用，大大降低机组运行的可靠性。RCM 分析后增加了密封性试验。在密封性试验中，果 然发现泵进出口隔离阀存在设计缺陷，使得无法对 CEX泵进出口隔离阀有效隔离，从而提 出对隔离阀进行改造，改造后密封效果良好。 RCM 分析前 CEX系统三台泵实行的是定期检修，检修周期较短，检修质量不能保证，检 修再鉴定经常出现泵振动比检修前大的情况，这样，浪费了大量时间、精力和金钱，却起 到了反面的效果。现在该泵采用状态检修，通过周期性振动测量来确定设备是否需要检修， 节约了大量的维修成本。 3.2降低系统和设备的运行及检修成本 RCM分析方法的应用对企业最大的好处是在提高系统设备可靠性的同时降低了运行维修成 本。RCM 理念认为几乎所有的解体大修本身就是一种故障的形式。从运行系统中拆除一个 设备进行解体大修，就意味着这个设备不能为系统运行提供它应该提供的服务。因此，解 体检修的目的就是为了使设备提前进入一个后果相对小的故障状态，以避免在运行中发生 更为严重的后果。在分析和决断过程中，分析和判断设备故障的影响及后果，判断运行设 备是否有备用，备用设备是否可以在线维修，设备故障是否与时间有关，是否可以采用状 态监测技术捕捉潜在故障点等等，从而决定对该设备所采取的维护方式：对故障与时间无 关且故障后果不严重可以在线维修的设备取消预防性维修而采取纠正性维修方式，对于故 障后果严重的设备如果能够采用状态监测技术捕捉到设备潜在故障点，先采取延长维修周 期的方式，到检修周期末期，根据状态监测判断设备的性能指标是否下降，如果性能指标 下降可提前检修，如果性能指标未下降可继续延长检修周期。下面以汽轮机润滑油顶轴盘 车系统（GGR）、凝结水抽取系统（CEX）的部分分析结果为例，阐述在降低系统和设备的 运行及检修成本方面带来的变化： 1、在汽轮机润滑油顶轴盘车系统中，交流辅助润滑油泵在系统中起着重要作用，但它不是 一个连续运行的设备，运行时间较短，采取的其它维修策略可以保证它的功能不被丧失， 并可发现它的潜在故障点。因此在决断中取消交流辅助润滑油泵电机 3年一次的定期检修。 2、在汽轮机润滑油顶轴盘车系统中，直流应急油泵，在系统中起着非常重要的保护作用， 但它仅是一个应急备用的设备，采取的其它维修策略可以在应急状态下保证它的可用。因 此在决断中将直流应急油泵的泵体的解体检修周期从 6年延长至 9年，同时取消直流应急 润滑油泵电机每运行 3000小时的解体检修。 3、由于有两台冷油器互为备用，并可在线隔离维修。因此在决断中取消冷油器每 5年全面 检查和冷油器季度检查。 4、在凝结水抽取系统（CEX）中，电动机和泵的定期解体检修均已取消，同时加强了对电 动机和泵的状态监测。一旦电动机和泵真有问题了，基于状态监测的结果进行的维修将更 具针对性。到目前为止，我们已对 6台 CEX电动机中的 5台进行了解体大修。据检修人员 介绍，尚未发现已解体电动机有任何缺陷，即便因轴承漏油换下来进行解体大修的 2CEX001MO也没有发现换下来的轴承的缺陷所在（轴承漏油的根本原因到底是什么呢？- 需作根本原因分析），倒是 205大修对其进行品质再鉴定时一启动就出现异常噪音而被迫 停运、换下再次解体大修。这说明一个问题：不恰当的维修会降低设备的可靠性，同时维 修成本成倍的增加。 5、取消 CEX系统中电动机 10年解体解体检修项目后系统和设备的可靠性没有降低，维修 费用却得到了很大的节省： 修 1台 CEX电动机人工费：5*10*600=30000 元 更换电动机轴承：2*920*8.3=15272 元 初步估计解体 1台电动机就算其它部件没有问题，最少也得花费 4.5-5万元。6 台电动机 花费 27-30万元。 这仅仅从一个系统的一个设备来考虑，如果从整个系统乃至整个电站来考虑，这笔费用的 节省将是十分可观的，并随着 RCM分析工作的不断深入而产生越来越可观的效益。 4 状态监测在大亚湾核电站 RCM中的作用 RCM是工作重点是确定生产设备中哪些设备应该采用预测维修，哪些采用预防维修，哪些 可用故障维修。这样就能保障设备在合理有效管理机制上发挥更大的作用。而了解设备运 行状态第一手资料的途径就是用状态监测手段对设备进行全面普查，为 RCM系统决策提供 科学的依据。借助 RCM来合理确定状态监测范围和采集数据周期，使恩泰克状态监测技术 在大亚湾核电站发挥积极能动的作用。前者侧重战略上，后者着重在战术上。 实现了状态监测技术与 RCM的无缝结合，恩泰克状态监测系统不仅为状态监测者提供分析 数据，而且为 RCM及 MAXIMO系统提供了链接通道。通过向 MAXIMO提供设备状态评定报告， 根据这些信息决定生产系统是否可继续健康运行；它也可直接向维修部门提供信息，使该 部门专注于设备中有问题的部件，而非简单地按计划表运作，从而优化其维修资源。 大亚湾核电站恩泰克状态监测系统是由多用户 Enshare恩泰克资产管理及故障监测及诊断 软件和 7台 DataPAC1500数据采集器组成。以满足对 RCM确定的关键和重点设备进行定期 监测分析和诊断工作。 大亚湾核电站目前振动监测主要有汽轮发电机，柴油发电机 各类水泵，各类风机，空气压 缩机和一些静止机械共计 400余台，通过对每个系统进行 RCM分析，确定各类旋转机械的 监测周期，振动测量人员利用 DataPAC1500数据采集器将振动信息采集并上传至专用服务 器，故障诊断人员利用其 Enshare软件强大的分析诊断功能，对测量的振动信息做进一步 评价和分析处理，对于设备的初期故障，采用的处理方式：缩短测量周期加强监测，并通 过邮件的方式告知相关部门（包括运行和维修）共同关注设备的异常变化；对于故障信号 比较明显，振动噪音都发生突变的设备，会立即通知运行人员停运该设备，并通过 comis 系统发出一个工作申请（comis 系统是大亚湾核电站根据 MAXIMO软件改编的一套工作过程 管理系统），由维修人员根据工作申请的处理意见对设备进行定点维修，振动诊断人员跟 踪维修人员的处理过程，并在故障处理完成后做再鉴定试验，以确定故障是否已经排除， 设备是否可用。 当发现设备异常趋势时，及时分析和诊断。并将分析结果通报给 comis系统。该系统的基 本功能是从业务方面使得维修系统和组件处于良好的有序状态，它不仅能控制维修业务的 进程，而且能为有效的管理工作提供技术信息。计算机维修管理系统为维修工作提供了有 力的工具，它可用来对诸多维修管理因素，如系统组成、人力资源、工作流程、备件清单、 储备过程和向现场发货等进行计划和日程安排，并且可对维修结果进行文档记录。一个有 效的维修管理系统的实施可通过制定合理的人员、工具和材料库存等措施使企业处于良好 的运营状态。 5利用 ENTEK系统准确诊断设备故障 大亚湾核电站从调试到正式运行，在振动方面已经掌握了多种设备故障诊断手段，可以进 行振动幅值，频谱，相位，噪音等多种分析。随着电站预测性维修活动的开展，对设备监 测水平提出了更高的要求。在这种情况下，我公司于 98年引进了美国 ENTEK IRD公司先进 的设备预测性维修软、硬件系统，通过定期采集、输入各种数据形成一套相对完整的设备 健康档案。同时利用该系统先进的特征频率法及独有的滚动轴承尖峰能量法对滚动轴承， 齿轮箱等进行专门的监测，利用这一手段，我们先后诊断出 SRI（常规岛冷却水系统）水 泵和 GST（发电机定子冷却水系统）电机等 36台旋转设备滚动轴承故障，故障诊断准确率 超过 90，。下面以 2号机 GST101PO为例，较详细地描述了电机轴承故障的诊断和处理 过程。 GST系统的主要作用是排出发电机定子绕组和端子运行时产生的热量，每台机组包括两台 水泵，正常运行时一台工作，一台备用。任一台损坏将导致系统可靠性降低，直接影响汽 轮发电机组的安全运行，关系重大。 99年 5月份，2GST101PO 运行时电机驱动端发出异常噪音，现场测量时通频振动值并不大 （2.8mm/s RMS 以下），频谱内也无异常分量，与 4月份该电机维修更换后所测值相差不 大。但噪音从何而来呢？通过滚珠轴承尖峰能量和特征频率分析，判断电机驱动端轴承异 常。 附图三：2GST101PO 故障轴承尖峰能量频谱图 附图四：2GST101PO 故障轴承 6KHz速度频谱 图 首先该点尖峰能量值从一个月前的 1左右增大到 9，变化大，其它正常运行的同类电机同 测点处值仅为 1左右；另外，从该点的尖峰能量谱上应用特征频率分析可见较明显的外环 故障频率（BPOR）及其倍频（附图三），表明轴承外环存在故障可能。如果轴承存在故障 将产生冲击，会激起轴承的固有频率，在速度频谱上应该可以看到高频分量，所以采用 6KHz频率范围再次测量该点的速度谱，果然在 1370Hz左右有一峰值（1.68mm/s RMS，附 图四）。因为尖峰能量分析无固定标准可循，判断主要以同类轴承相比较为依据，而我们 对此类轴承尚无经验，且速度谱中高频分量不算太大，所以决定密切监测，观察其发展趋 势。 半个月后再次测量，尖峰能量方面变化不大，但速度谱中 1370Hz高频分量已增大至 7.5mm/s RMS，已不可接受。立即停机检查，发现该轴承外环损伤严重，其圆周 1/3段存在 较深划痕。 更换新轴承后，振动状态良好，由其尖峰能量频谱图可见，外环故障频率分量已消失（附 图五）。其振动频率图上的 1370Hz分量已大大减小（