劉會(huì)玲 中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院, 710089

基于RCM的電氣設(shè)備維修時(shí)機(jī)判斷

劉會(huì)玲 中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院, 710089

此文分析了現(xiàn)代電力設(shè)備的維修工作的管理現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，認(rèn)為以往單一的計(jì)劃預(yù)防維修制已經(jīng)不能適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的形勢(shì)，為了保證電氣設(shè)備安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的運(yùn)行，運(yùn)用RCM理論對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行分析，是提高電氣設(shè)備可靠性的一個(gè)有效途徑。

電氣設(shè)備；可靠性；維修類型

引言

隨著電力事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)容量的增加，高壓設(shè)備甚至超高壓設(shè)備不斷增多，推動(dòng)著電氣設(shè)備正向復(fù)雜、大型、精密的方向發(fā)展，各工作單元間的關(guān)系越來(lái)越復(fù)雜；隨著工作單元的增多，隨之而來(lái)的結(jié)構(gòu)變得，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定的因素也越來(lái)越多，電力設(shè)備的維修工作越來(lái)越重要。

1 電氣設(shè)備維修管理現(xiàn)狀及存在 問(wèn)題

目前的電氣設(shè)備管理制度是20世紀(jì)50年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)的，長(zhǎng)期實(shí)行的維修體制是以事后維修、預(yù)防性計(jì)劃維修為主的檢修體制。以預(yù)防性計(jì)劃維修為主的檢修體制曾經(jīng)是適應(yīng)電力行業(yè)發(fā)展的檢修體制，它一般包括大修、臨修、定期維修等形式。采用這種檢修方式的優(yōu)點(diǎn)在于可保持電力系統(tǒng)的基本穩(wěn)定性和人力、物力、資金安排的計(jì)劃性，生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度基本做到心中有數(shù)。但隨著電氣設(shè)備向高參數(shù)、大容量、復(fù)雜化發(fā)展，其安全運(yùn)行對(duì)生活及科研的影響也越來(lái)越大，檢修投入大幅上升。在這種情況下，現(xiàn)行檢修體制逐漸暴露出以下問(wèn)題：

1.1 維修過(guò)剩。對(duì)于狀態(tài)較好的電氣設(shè)備由于到了檢修期，便進(jìn)行了不必要的檢修，由此造成設(shè)備的有效利用時(shí)間的損失和人、財(cái)、物的浪費(fèi)，甚至引發(fā)維修故障。

1.2 維修不足。電氣設(shè)備由于各種原因在檢修期未到時(shí)，產(chǎn)生局部故障，但受到檢修計(jì)劃的制約，得不到及時(shí)檢修，不得不帶病運(yùn)行，有時(shí)故障的斷續(xù)惡化造成維修費(fèi)用增加，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重事故損失。

1.3 盲目維修。根據(jù)計(jì)劃?rùn)z修項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目和依靠經(jīng)驗(yàn)制定的部分非標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目進(jìn)行檢修，對(duì)電氣設(shè)備并不一定能對(duì)癥下藥，由此導(dǎo)致不該修的修了，該修的未修或沒(méi)有修好問(wèn)題。

為了保證電氣設(shè)備安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的運(yùn)行，人們對(duì)維修的期望值有了較大提高，希望通過(guò)維修達(dá)到更高的電氣設(shè)備可用度和可靠性、有更高的安全性、有更長(zhǎng)的設(shè)備壽命等。由此可見(jiàn)，可靠性和可用度已成為關(guān)鍵性因素。RCM就是在眾多傳統(tǒng)維修觀念不能應(yīng)對(duì)當(dāng)前出現(xiàn)的各種問(wèn)題而產(chǎn)生的一種系統(tǒng)邏輯功能維修的方法，是一種具有戰(zhàn)略性的維修策略。

2 RCM概述

60年代美國(guó)航空維修費(fèi)用巨增，維修費(fèi)用占到了航空公司總費(fèi)用的30%，形成了“買得起，用不起”的現(xiàn)象，使他們對(duì)多做維修工作或定期維修的維修體制能預(yù)防故障的效果產(chǎn)生了懷疑，對(duì)維修的效果感到困惑。如何權(quán)衡維修模式及費(fèi)用與效果成為人們迫切需要解決的問(wèn)題。過(guò)去人們過(guò)分強(qiáng)調(diào)控制拆修間隔期以達(dá)到原有的可靠度，然而經(jīng)過(guò)深入研究后確信，可靠性和拆修制并無(wú)必然的直接聯(lián)系。

RCM是由美聯(lián)合航空公司的諾蘭（Stan Nowlan）和希普（Howard Heap）于1978年首先提出的，合著了“以可靠性為中心的維修（reliability centered maintenance簡(jiǎn)稱RCM）”一書(shū)，主要用來(lái)制定有形資產(chǎn)功能管理的最佳策略，并對(duì)資產(chǎn)的故障后果進(jìn)行控制。以可靠性為中心的維修思想大致可歸納為：根據(jù)系統(tǒng)及元部件的可靠性特點(diǎn)，應(yīng)用邏輯決斷方法，縮小定期維修方式的對(duì)象數(shù)，擴(kuò)大視情維修（也稱狀態(tài)檢測(cè)）方式，視具體情況對(duì)有些設(shè)備仍采用事后維修方式。盡可能充分利用系統(tǒng)的固有可靠性（由設(shè)計(jì)和制造決定）來(lái)制訂既安全又經(jīng)濟(jì)的維修規(guī)程。

70年代初，人們將各種可靠性大綱中所學(xué)到的東西綜合起來(lái)，“MSG-1手冊(cè)：維修的鑒定與大綱的制定”、“MSG-2：航空公司/制造公司的維修大綱制定書(shū)”，并用于民航維修，使維修費(fèi)用下降了30%。沒(méi)采用這些維修概念的其他軍事裝備的維修費(fèi)用卻以相當(dāng)驚人的幅度增長(zhǎng)。為了獲得維修的經(jīng)濟(jì)性和有效性，他們加以推廣應(yīng)用，取得了巨大成功。例如：在D-3和S-3A飛機(jī)的維修中采用MSG-2，維修工時(shí)節(jié)省50%；間隔期從3年延長(zhǎng)到5年；檢查項(xiàng)目取消55%；飛機(jī)準(zhǔn)備時(shí)間縮短了40%；維修停機(jī)時(shí)間減少79.1%；維修質(zhì)量卻提高了。

RCM認(rèn)為：故障后果的嚴(yán)重程度影響著我們采取預(yù)防性維修工作的決策。即如果故障有嚴(yán)重后果，就應(yīng)盡全力設(shè)法防止其發(fā)生。反之除了日常的清潔的潤(rùn)滑外，可以不采取任何預(yù)防措施。RCM過(guò)程把故障后果分成下列四類：

2.1 隱蔽性故障后果：隱蔽性故障沒(méi)有直接的影響，但它有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的、經(jīng)常是災(zāi)難性多重故障后果；

2.2 安全性和環(huán)境性后果：如果故障會(huì)造成人員傷亡，就具有安全性后果；如果由于故障導(dǎo)致企業(yè)違反了行業(yè)、地方、國(guó)家或國(guó)際的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，則故障具有環(huán)境性后果；

2.3 使用性后果：如果故障影響生產(chǎn)，就認(rèn)為具有使用性后果；

2.4 非使用性后果：劃分到這一類里的是明顯功能故障，它們既不影響安全也不影響生產(chǎn)，它只涉及直接維修費(fèi)用。

3 電氣設(shè)備維修時(shí)機(jī)判斷

根據(jù)電氣設(shè)備故障產(chǎn)生的后果，以及維修工作在技術(shù)上的可行性和實(shí)施的效果來(lái)決定所要采取的維修方法。

3.1 對(duì)有安全性和隱蔽性后果的，因其故障損失較大，應(yīng)采取預(yù)防性檢測(cè)和預(yù)防性修理的策略，將故障降低到規(guī)定的可接受的水平。

3.2 對(duì)具有使用性后果，則要求預(yù)防性維修費(fèi)用低于使用性后果的損失費(fèi)用和修理費(fèi)用，否則，做定期更換或事故后修理。

3.3 對(duì)非使用性后果，要求事后維修費(fèi)用低于預(yù)防性維修費(fèi)用，否則，定期更換或事后修理。

3.4 當(dāng)在技術(shù)上具備視情維修的條件，且狀況監(jiān)測(cè)費(fèi)用低于設(shè)備故障可能造成的損失費(fèi)用時(shí)，采用視情維修。

由此可得以下邏輯決斷圖：

圖1 邏輯決斷圖

4 電氣設(shè)備維修類型

4.1 事后維修：采用事后維修的電氣設(shè)備是在故障發(fā)生以后進(jìn)行修理。許多電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，即使發(fā)生故障導(dǎo)致設(shè)備功能喪失，對(duì)電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行也無(wú)大的影響，故障發(fā)生后及時(shí)地排除就可以了。其唯一的后果就是事后修理的費(fèi)用，且這個(gè)費(fèi)用一般會(huì)比預(yù)防修理的費(fèi)用低，沒(méi)有必要對(duì)其花費(fèi)大量人力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

采用事后維修的故障具有以下特點(diǎn)：

4.1.1 故障后果不影響電氣設(shè)備的使用性；

4.1.2 有明顯的，可鑒別功能喪失狀態(tài)；

4.1.3 檢修方便，時(shí)間短。

對(duì)于采用事后維修的電氣設(shè)備，要做好備品配件的準(zhǔn)備工作，根據(jù)每種故障發(fā)生的規(guī)律，合理準(zhǔn)備備品備件，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)庫(kù)存。

4.2 周期性預(yù)防維修：對(duì)故障可能導(dǎo)致安全性后果的電氣設(shè)備定期進(jìn)行強(qiáng)制性檢修，而不管當(dāng)時(shí)其狀態(tài)如何。根據(jù)電氣設(shè)備的使用規(guī)定，到期必須檢查或強(qiáng)制更換。適用這種維修形式的電氣設(shè)備主要是保護(hù)裝置和具有潛在安全性后果的設(shè)備。

4.3 故障檢查：是指定期地檢查隱蔽功能，以確定其是否已經(jīng)發(fā)生故障，從預(yù)防故障的時(shí)機(jī)上講，它是在隱蔽功能發(fā)生故障后為防止多重故障的后果而進(jìn)行的一項(xiàng)檢查工作。

4.4 視情維修：是指通過(guò)監(jiān)控掌握電氣設(shè)備的狀況，在故障發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中，根據(jù)一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，視故障情況進(jìn)行維修。視情維修的故障要滿足以下條件：

4.4.1 存在潛在故障期，從潛在故障發(fā)展到功能故障必須有一段較長(zhǎng)的時(shí)間，在這個(gè)時(shí)期內(nèi)，能夠?qū)收系陌l(fā)展實(shí)施監(jiān)控。

4.4.2 有一個(gè)明確的潛在故障狀態(tài)，當(dāng)故障發(fā)展到此狀態(tài)時(shí)，就要對(duì)故障進(jìn)行處理。

4.4.3 經(jīng)濟(jì)可行，要求對(duì)故障進(jìn)行維修的費(fèi)用低于故障后果造成的損失費(fèi)用。

功能故障是指引起設(shè)備的功能喪失而不能完成規(guī)定功能的故障。

潛在故障是在臨近功能故障之前，可以被確定設(shè)備不能完成預(yù)定功能的狀態(tài)。潛在故障的“潛在”二字包含著兩重特殊的意思：

（1）潛在故障是指功能故障臨近前的狀態(tài)，而不是功能故障發(fā)生前的任何時(shí)刻狀態(tài)。

（2）設(shè)備的這種狀態(tài)經(jīng)觀察或檢測(cè)是可經(jīng)查明的，若設(shè)備這種狀態(tài)是隱蔽而無(wú)法鑒別，則設(shè)備就不存在潛在故障。

控制潛在故障發(fā)展到功能故障的措施是采用視情維修。通過(guò)人的感覺(jué)（聽(tīng)、看、聞、摸）或使用儀器設(shè)備，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。其目的在于發(fā)現(xiàn)潛在故障，以便預(yù)防功能故障。

潛在故障發(fā)展到功能故障有一個(gè)過(guò)程，這就使我們有時(shí)間、有可能確定對(duì)設(shè)備的檢修。下圖為潛在故障發(fā)展到功能故障的示意圖：

圖2 由潛在故障發(fā)展到功能故障示意圖

A點(diǎn)為故障開(kāi)始的發(fā)生點(diǎn)，P點(diǎn)為能夠檢測(cè)到的潛在故障時(shí)刻，F(xiàn)為功能故障發(fā)生時(shí)刻，T為潛在故障發(fā)展到功能的時(shí)間期，TC為視情維修的間隔期。由圖可知，檢查的時(shí)間間隔期TC小于T時(shí)才可能在故障發(fā)生前檢查到潛在的故障，檢查才有意義。一般情況下，在一個(gè)T周期內(nèi)，應(yīng)安排若干次檢查，TC應(yīng)為T(mén)幾分之一。檢查次數(shù)越少，越可能發(fā)生漏查，但過(guò)于頻繁會(huì)浪費(fèi)資源。視情維修要求第一次檢測(cè)間隔期要長(zhǎng)到發(fā)現(xiàn)惡化的某種實(shí)際跡象，而重復(fù)檢測(cè)期要短到能保證在功能故障出現(xiàn)之前檢查出潛在的故障。潛在的故障是在以可靠性為中心維修理論指導(dǎo)下提出的概念。在功能故障發(fā)生之前使設(shè)備得到檢修，因而可利用潛在故障來(lái)防止功能故障的出現(xiàn)，在設(shè)備不發(fā)生功能故障的前提下，得到充分利用，便得到即安全有經(jīng)濟(jì)的使用目的。

4.5 技術(shù)改造

在實(shí)際工作中，設(shè)備發(fā)生故障后，往往根據(jù)故障發(fā)生能夠的情況進(jìn)行處理，而且設(shè)備維修并不是簡(jiǎn)單恢復(fù)其功能。電力部門(mén)由于所使用的電氣設(shè)備向現(xiàn)代化程度高發(fā)展，為了保證電氣設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，這就決定了電力部門(mén)在處理設(shè)備故障時(shí)，往往對(duì)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，提高設(shè)備性能。這是由于一方面隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加，設(shè)備不可避免的發(fā)生低劣化現(xiàn)象，為保證電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須進(jìn)行技術(shù)改造。另一方面在生產(chǎn)實(shí)際中，要不斷對(duì)設(shè)備進(jìn)行治理改造，提高設(shè)備性能，降低維修率。

根據(jù)設(shè)備功能和運(yùn)行工況，每項(xiàng)具體技術(shù)改造通常采用以下形式。

4.5.1 對(duì)設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。對(duì)原結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中暴露出的不合理部分進(jìn)行改造，因?yàn)楦脑煺咛岢龅母脑旆桨甘菑纳a(chǎn)實(shí)際出發(fā)針對(duì)性強(qiáng)，符合生產(chǎn)要求，改造后，可提高設(shè)備的可靠性。

4.5.2 采用新設(shè)備新工藝對(duì)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)更新。在設(shè)備使用中通常伴有無(wú)形磨損和有形磨損一起造成設(shè)備的低劣化。而利用解決設(shè)備缺陷之際，進(jìn)行技術(shù)更新，提高設(shè)備的性能，進(jìn)而提高設(shè)備的可靠性。

圖3 技術(shù)更新和技術(shù)改造對(duì)設(shè)備性能 的影響

如圖3，AO線表示設(shè)備的設(shè)計(jì)功能，當(dāng)運(yùn)行一個(gè)時(shí)期到A1點(diǎn)時(shí)，發(fā)生故障停機(jī)，其性能降到B1點(diǎn)，這時(shí)采取維修方法恢復(fù)其功能。

維修后其功能恢復(fù)到B點(diǎn)，一般B點(diǎn)低于A點(diǎn)，說(shuō)明設(shè)備的性能經(jīng)維修后，較以前有所下降。而運(yùn)行到C1點(diǎn)產(chǎn)生故障時(shí)，處理故障的辦法是技術(shù)改造，其性能提高到Q點(diǎn)；設(shè)備斷續(xù)運(yùn)行，設(shè)備性能隨時(shí)間的延長(zhǎng)又逐漸劣化，到A2點(diǎn)故障產(chǎn)生。這次處理的手段是技術(shù)更新，進(jìn)行升級(jí)換代，其性能又大幅度提高到S點(diǎn)，隨著設(shè)備性能的提高，其可靠性也隨之提高，由F(t)=1-R(t)，知故障率將持續(xù)下降。

RCM最大的特點(diǎn)是從故障后果的嚴(yán)重程度出發(fā)，盡可能避免或至少可減輕故障后果，改變了過(guò)去那種根據(jù)設(shè)備故障的技術(shù)特性對(duì)故障本身進(jìn)行預(yù)防的傳統(tǒng)觀念（容易造成頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳的不合理維修策略）。

現(xiàn)代電氣設(shè)備日趨復(fù)雜，隱蔽故障在故障后果中占了很大的比重。在電氣設(shè)備維修策略里，應(yīng)該降低預(yù)防維修，而在視情維修、檢測(cè)維修和技術(shù)改造之間權(quán)衡，從而尋找最優(yōu)維修策略。

[1]賈希勝.以可靠性為中心的維修決策模型.國(guó)防工業(yè)出版社，2007

[2]朱德恒.電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù).中國(guó)電力出版社，2009

5 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用RCM理論對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行分析，是提高電氣設(shè)備可靠性的一個(gè)有效途徑。以往單一的計(jì)劃預(yù)防維修制已經(jīng)不能適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的形勢(shì)。RCM認(rèn)為，多數(shù)設(shè)備故障率和設(shè)備運(yùn)行時(shí)間并沒(méi)有直接關(guān)系，定期檢修只會(huì)增大工作量和檢修費(fèi)用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.05.041