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（1.蘇州熱工研究院有限公司，廣東 深圳 518028；2.中廣核風電有限公司，北京 100070）

以可靠性為中心的維修在風電行業(yè)的應用

楊立飛1陳 宇1黃立軍1羅春雷1成衛(wèi)華2蔣 博2

（1.蘇州熱工研究院有限公司，廣東 深圳 518028；2.中廣核風電有限公司，北京 100070）

對以可靠性為中心的維修(RCM)技術方法及其應用優(yōu)勢進行了介紹；在分析風電維修與設備管理現(xiàn)狀的基礎上對風電行業(yè)開展RCM分析的必要性和可行性進行了論證，并且以吉林某風電場引進和推行RCM為例對RCM在風電機組中的實施過程、分析成效進行了詳細說明；最后對風電行業(yè)開展RCM應用推廣進行了展望和建議。

以可靠性為中心的維修；風電行業(yè)；改進型RCM；預防性維修

隨著風電規(guī)模的不斷擴大，如何做好風電設備在全生命周期中的健康管理成為風電企業(yè)關注的焦點。

一、 RCM技術方法介紹

RCM（Reliability-centered Maintenance）起源于美國航空工業(yè)，是一種用于確定系統(tǒng)設備在現(xiàn)行使用環(huán)境下維修需求、制定和優(yōu)化其維修策略的系統(tǒng)工程方法?；舅悸肥菍ο到y(tǒng)設備進行功能和故障分析，詳細分析相關故障模式及其影響，用規(guī)范化的邏輯決斷確定管理相應故障后果的有效維修策略，保證系統(tǒng)設備的安全、可靠、經(jīng)濟運行。

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則》（SAE JA1011）給出了RCM分析的標準過程準則，該準則對RCM分析過程進行了說明，如圖1所示。

圖1 RCM分析過程

目前RCM技術在我國核電及軍事領域應用較多，中國廣核集團自1998年開始引進RCM技術，先后在大亞灣核電站、嶺澳核電站推進RCM系統(tǒng)分析，已完成150多個重要系統(tǒng)分析，提高了電站運行可靠性和設備可用率，大幅降低了設備維修成本。國內(nèi)其他核電站，如田灣核電、秦山核電等核電企業(yè)也相繼開展RCM分析，應用效果顯著。

二、風電行業(yè)開展RCM的調(diào)研

1.風電維修與設備管理現(xiàn)狀分析

第一，我國風電分布地域廣，自然環(huán)境惡劣，維修作業(yè)環(huán)境艱苦且工作負荷重。一般而言風機相距較遠，受環(huán)境和空間限制維修實施困難，如果發(fā)電機、齒輪箱等發(fā)生重大設備損壞，需要動用吊車，由維修引起的綜合成本較高。

第二，風電場雖然實行定檢的預防性維修制度，但維修策略基本照搬廠家，未開展可靠性分析。雖然風機運行地域和運行環(huán)境發(fā)生變化，但并未及時開展可靠性分析和制定針對性維修策略，維修策略需要不斷改進和完善。

第三，風電場在風機故障維修時，因缺乏對設備的了解，多數(shù)通過更換解決問題。特別是處于質(zhì)保期內(nèi)的風電場，部件更換及費用開支由廠家負責，較多故障采用設備更換解決，并未深究其因果關系，故障機理不清晰，不利于風機的后期穩(wěn)定運行。

2.風電行業(yè)開展RCM分析的必要性

第一，風機設計壽命普遍為20年，提高風機利用率、降低維修成本是企業(yè)追求的目標。風電機組的運行受到運行環(huán)境、維修水平、設備制造水平的限制，相同設備在不同環(huán)境下的運行特性亦有差異，因此需要借助RCM方法結(jié)合經(jīng)驗數(shù)據(jù)制定科學合理的維修措施。

第二，在風電快速發(fā)展過程中，風電企業(yè)需要建立和完善自身可靠性分析能力。以可靠性為中心的維修是一套系統(tǒng)性的工程方法，不僅能夠從理論上分析得出科學合理的預防性維修措施，而且對提高風電場運維人員可靠性管理水平具有促進作用，附加效益可觀。

第三，RCM分析對風電企業(yè)建立自身設備分析與管理數(shù)據(jù)庫，對提升維修能力具有促進作用。在RCM分析過程中，RCM小組會總結(jié)分析設備可能的故障模式及原因，并形成完整的信息化文檔，維修人員則可根據(jù)分析出的故障模式排查故障，縮短了維修導致的停機時間。

3.風電行業(yè)開展RCM分析的可行性

第一，在風電行業(yè)推行RCM分析，符合設備可靠性管理發(fā)展趨勢。以可靠性為中心的維修綜合各種維修方法，針對風機設備可能的故障模式制定相應維修措施，在實施定檢的同時強調(diào)狀態(tài)維修的應用，不僅適用于現(xiàn)階段運行環(huán)境，且其閉環(huán)管理過程為后續(xù)維修策略的優(yōu)化提供了指導。

第二，現(xiàn)代信息化管理和平臺的應用，為風電企業(yè)RCM分析提供了寶貴的基礎數(shù)據(jù)。為加強對風電場實時運行狀況的監(jiān)控，保障風電場設備安全，風電企業(yè)正在積極建設生產(chǎn)信息監(jiān)測平臺，如SIS系統(tǒng)的研發(fā)、SAP系統(tǒng)的改進應用等，均為RCM故障模式分析、維修策略的制定提供了寶貴的數(shù)據(jù)來源。

第三，國內(nèi)電力行業(yè)RCM技術分析具有多年實踐經(jīng)驗，具備開展風電RCM分析的能力。大亞灣核電站是國內(nèi)核電領域最早推行RCM的核電站，不僅提升了系統(tǒng)可靠性而且降低了維修費用；風電機組較核電而言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、設備數(shù)量少，分析難度相對較低，且核電積累的大量RCM分析數(shù)據(jù)為風電RCM提供了豐富的信息參考。

第四，國內(nèi)風電機組型號相對較少、單機容量小，且機組內(nèi)部結(jié)構(gòu)與布局方式相差不大，同類型風機數(shù)量龐大。如果開展一種機型的RCM分析，則非常容易做成標準化分析模板，不僅可以在同機型進行推廣和適應性修改，而且還為其他機型開展RCM分析的轉(zhuǎn)化和應用提供分析基礎，推廣效益大。

三、 RCM在某風電場的應用實施

為提升風電系統(tǒng)設備可靠性水平，吉林某風電場積極引進核電RCM分析經(jīng)驗方法并將其推廣應用至風電領域，2011年底開始研究適合風電的改進型RCM技術，并以液壓制動系統(tǒng)為先導系統(tǒng)開展RCM分析。

風電改進型RCM分析強調(diào)維修資源的優(yōu)化配置，在功能分析時根據(jù)其故障影響分析制定合適的標準對其進行重要度區(qū)分，一般分為重要和非重要功能，然后根據(jù)預先確定的合適標準對支持重要功能的設備根據(jù)其主要故障模式影響分析進行關鍵度判定，并篩選出關鍵與非關鍵設備。

關鍵設備與非關鍵設備維修策略的制定需要結(jié)合設備故障模式，包括已發(fā)生的和潛在故障模式，然后根據(jù)故障歷時數(shù)據(jù)及經(jīng)驗反饋信息制定其合理的維修策略。對于非關鍵設備則需考慮維修措施實施的經(jīng)濟性，然后決定是否需要制定其預防性維修任務；如果不需要制定預防性維修措施則允許其運行至失效，風電改進型RCM分析流程見圖2（RTF：Run To Failure，運行直至故障；AET：Adaptable and Effective Task 適用且有效的任務）。

圖2 改進型RCM分析流程

1.風電場RCM實施準備

第一，RCM分析是一種團隊工作，在開展RCM分析前需成立專項分析小組，風電場成立了由督導員、專工和技術員及風機廠家人員組成的團隊，保證RCM分析的權威性和專業(yè)性。

第二，為有效開展RCM分析，需要對小組成員進行RCM技術培訓，幫助小組成員理解、掌握RCM方法與應用技能，為RCM分析做準備。

第三，為保證RCM分析進度和質(zhì)量，制定了詳細計劃，包括分析周期、召開會議次數(shù)以及資源需求，使小組成員對分析計劃有清晰的認識，合理安排工作，保證分析工作順利實施。

2.液壓制動系統(tǒng)RCM分析過程

（1） 數(shù)據(jù)收集

數(shù)據(jù)收集是RCM功能列寫，是故障模式分析、故障影響分析、策略制定等工作的重要支撐。液壓制動系統(tǒng)需要收集的技術資料如下。

①設備技術資料。包括系統(tǒng)編碼設備及部件清單、系統(tǒng)流程圖或接線圖、設備保養(yǎng)手冊、季度定檢手冊、設備故障處理指南等。

②運維故障記錄信息。包括風機定期保養(yǎng)記錄表、風場機組檢查記錄表、風電場主控日志、月度故障統(tǒng)計表、外部經(jīng)驗反饋信息。

（2） 系統(tǒng)邊界劃分

邊界劃分目的在于明確液壓制動系統(tǒng)RCM分析范圍，包括相關系統(tǒng)接口邊界和本系統(tǒng)所屬設備清單，在邊界劃分過程中要保持系統(tǒng)機械邊界、電氣邊界、儀控邊界的功能完整性。

（3） 系統(tǒng)功能列寫及重要度劃分

設備存在的目的是滿足用戶功能需求，液壓制動系統(tǒng)功能歸納為12項，其中重要功能3項，非重要功能9項。重要功能如“在風機正常運行時，偏航剎車器以最大剎車壓力100MPa壓力作用于偏航剎車器以實現(xiàn)可靠剎車”，其故障影響嚴重時則可能導致風機飛車引起安全事故；非重要功能如“提供液壓站系統(tǒng)油壓和油箱油位就地指示”，其故障不影響運行、不會引發(fā)重大設備損壞。

（4）設備清單列寫和關鍵度判定

根據(jù)重要及非重要功能列表，分析支持其功能的設備清單，為后續(xù)設備關鍵度分析和維修策略的制定做準備。經(jīng)過RCM小組分析后確定關鍵設備6個：液壓站電機、液壓泵、主軸剎車電磁閥等；非關鍵設備12個：手動泵、液位開關、壓力指示表等。

關鍵度分類標準從設備故障后對系統(tǒng)功能的影響及對風機其他重大設備的危害考慮制定，如液壓站主軸剎車電磁閥故障則無法建立系統(tǒng)壓力，可能對風機造成嚴重危害；液位開關故障則不會對風機造成嚴重危害，且存在多重冗余保護。

（5） 故障模式分析與維修策略制定

故障模式包括已發(fā)生的故障模式和潛在故障模式，在制定維修策略時需要分析故障模式發(fā)生的原因，并結(jié)合故障記錄、運維經(jīng)驗、外部經(jīng)驗反饋等制定針對性維修策略。如對于磨損、腐蝕，其故障模式與時間相關，可通過定期翻新和定期更換來進行管理。

為保證關鍵設備的正常運行，需借助各種可用維修時機驗證其可靠性，如液壓站壓力傳感器如果測定值漂移，則無法準確向主控提供壓力高或壓力低報警，造成電機動作不及時，一旦主軸需要緊急剎車而無法及時制動，可能引發(fā)風機飛車風險。因此需要增加定期校驗壓力傳感器校驗任務，可通過在打壓啟動和終止時與外置壓力表核對信號準確性實現(xiàn)該目的，充分保證其準確性和可用性。對于非重要設備可從其經(jīng)濟性或是否能夠通過簡單的任務維持其可靠性上考慮策略的制定，如手動打壓泵，其故障后果不嚴重，但故障會導致液壓系統(tǒng)功能測試失敗，而增加簡單的定期操作試驗就能及時發(fā)現(xiàn)和解決故障。

（6）維修策略匯總與維修大綱制定

設備維修策略在實施前需要對其進行歸類和匯總，如按照設備相同、周期相同、工作先后搭配的原則進行合并和安排，并形成維修大綱，包括任務實施的項目內(nèi)容、執(zhí)行周期及項目類型，通過評審和批準，生效后編入風機維修任務計劃中，并最終付諸實施。

3.液壓制動系統(tǒng)RCM分析成果

液壓制動系統(tǒng)RCM分析成果包括《液壓制動系統(tǒng)RCM維修導則》（以下簡稱導則）和《液壓制動系統(tǒng)維修大綱》（以下簡稱大綱），導則是大綱的上游文件，其最終成果和實施文件為維修大綱，給出了具體的實施項目和周期。

第一，經(jīng)過RCM分析，《液壓制動系統(tǒng)維修大綱》對原有維修策略進行了補充和完善，包括項目新增、項目取消及任務細化，維修策略變更情況見表1。新的大綱更加重視視情維修，加強了狀態(tài)監(jiān)測在預防性維修中的應用，目的在于及早發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。如為提高電機運行可靠性，增加“定期啟動液壓站進行打壓操作試驗并檢查電機及泵的聲音是否異常，以發(fā)現(xiàn)電機振動異?；虮脙?nèi)部故障”，避免機組的非計劃停機和由于無法剎車引發(fā)重大設備損壞。另外，根據(jù)現(xiàn)場運維數(shù)據(jù)分析結(jié)果，取消液壓站濾芯定期更換任務，采用定期抽檢或狀態(tài)監(jiān)測的方式進行管理，以降低維修成本。

表1 液壓制動系統(tǒng)維修策略變更表

第二，導則明確地給出了維修策略的制定過程和制定依據(jù)，便于運維人員理解維修項目實施的目的，包括綜合分析出的故障模式及對應管理方式；此外，其統(tǒng)計分析后的故障模模式、維修策略也為風電場后續(xù)SAP及SIS系統(tǒng)的上線應用提供了豐富的基礎數(shù)據(jù)，節(jié)省了分析整理時間。

第三，RCM分析加深了運維人員對風電場不同型號的液壓制動系統(tǒng)工作原理、設備組成的認識，深化運維人員對設備故障模式和故障機理的理解，培養(yǎng)了運維人員設備可靠性分析理念，對后續(xù)維修優(yōu)化工作的開展有重要的促進作用。

第四，分析結(jié)果表明RCM對風電的設備管理是適用和有效的，能夠通過預防性維修發(fā)現(xiàn)故障潛在征兆并利用合適時間窗口解決，因此在風電系統(tǒng)中加強RCM技術方法的推廣應用范圍，建立和健全風電維修策略管理體系是提升風電設備可靠性管理水平、提高機組可用率的有效途徑。

四、風電RCM應用建議

第一，廣泛開展RCM技能培訓，提升風電可靠性維修策略制定水平。

第二，結(jié)合風電企業(yè)自身運維模式，建立適合自身的RCM分析機制。

第三，選擇試點系統(tǒng)開展RCM技術分析，并逐漸推廣至其他型號機組。

第四，統(tǒng)籌建立預防性維修大綱管理和數(shù)據(jù)庫平臺，為RCM持續(xù)優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)來源，為其他設備管理工作的開展提供基礎數(shù)據(jù)。

[1]莫布雷，以可靠性為中心的維修[M]. 石磊、谷昌寧翻譯，機械工業(yè)出版社，1995.

[2]陳宇等.以可靠性為中心的維修技術在大亞灣核電站的應用[J].電力設備，2008（9）.

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