馬海龍,江 虹,張 圣

(蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

確保核電廠系統(tǒng)、設(shè)備具有足夠的可靠性是實現(xiàn)核電廠安全和運營業(yè)績穩(wěn)步提升的重要保證。維修優(yōu)化技術(shù)作為保障核電廠系統(tǒng)和設(shè)備使用可靠性的重要方法，是設(shè)備管理和維修領(lǐng)域研究的熱點。以可靠性為中心的維修(Reliability Centered Maintenance,簡稱RCM)是國際上通用的、用以確定設(shè)備預(yù)防性維修需求、優(yōu)化維修策略的一種系統(tǒng)工程方法[1-2]。自20世紀80年代，美國電力科學(xué)研究院(EPRI)將RCM技術(shù)從航空業(yè)引入核能領(lǐng)域以來，解決了核電廠定期檢修帶來的“維修不足”和“維修過度”的問題，顯著提升了核電機組的安全性和設(shè)備的可靠性，有效降低了運行維護成本。但由于RCM技術(shù)要廣泛適用于航空、電力、石油、化工和鐵路等工業(yè)領(lǐng)域，決定了其在技術(shù)方法、決斷邏輯等方面的針對性不強，在核電廠實施RCM分析過程中存在資源投入大、分析周期長、分析結(jié)果主觀性強等不足，阻礙了其在核能領(lǐng)域的進一步推廣應(yīng)用[3]。為此，本文結(jié)合RCM的技術(shù)特點和核能領(lǐng)域RCM分析的實踐經(jīng)驗，通過融合INPO AP-913(設(shè)備可靠性管理程序)中設(shè)備關(guān)鍵度分級和技術(shù)特性分析，形成了一種改進型RCM維修優(yōu)化技術(shù)，并將其應(yīng)用于核電廠常規(guī)島電氣設(shè)備中唯一受核安全監(jiān)管的發(fā)電機出口升壓變壓器(核電廠主變壓器)的預(yù)防性維修大綱優(yōu)化，為核電廠高電壓大容量的主變壓器安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了技術(shù)保障。

1 改進型RCM維修優(yōu)化技術(shù)介紹

改進型RCM維修優(yōu)化技術(shù)是在傳統(tǒng)RCM實踐應(yīng)用的基礎(chǔ)上，融合INPO AP-913設(shè)備可靠性管理理念，在分析過程中引入了設(shè)備關(guān)鍵度識別和技術(shù)特性分析，結(jié)合維修模板數(shù)據(jù)庫等資源，優(yōu)化分析流程和決斷邏輯，是一種經(jīng)濟高效的用以確定設(shè)備預(yù)防性維修需求、優(yōu)化維修策略的一種系統(tǒng)工程方法。與傳統(tǒng)RCM分析過程類似[4]，改進型RCM分析主要集中于以下8個問題的提問與回答。

1)用戶需要設(shè)備提供什么功能及相關(guān)的性能標準是什么(功能分析) ？

2)什么情況下設(shè)備無法實現(xiàn)其功能(功能故障)？

3)功能失效后會導(dǎo)致哪些故障后果(功能故障及后果分析)？

4)哪些功能故障相關(guān)設(shè)備值得管理(設(shè)備關(guān)鍵度分類)？

5)引起設(shè)備失效的故障模式有哪些(故障模式分析)？

6)故障模式發(fā)生后的影響及后果是什么(故障影響分析) ？

7)什么工作能預(yù)防或預(yù)測該故障模式(維修策略分析)？

8)如果無法預(yù)防或預(yù)測該故障模式，如何管理其后果(故障后果管理)？

在具體分析過程中通過設(shè)備分類識別將設(shè)備分為需要進行管理的設(shè)備和不需要進行管理的設(shè)備，其中需進行管理的設(shè)備主要來源于兩類：①功能故障后果分析對應(yīng)的重要功能，支持該重要功能完成的全部設(shè)備。②對于非重要功能關(guān)聯(lián)的設(shè)備，按照RTM判斷準則進行二次篩選，對于滿足如表1 RTM篩選準則中任意一條的納入需進行管理的設(shè)備范圍。

表1 RTM篩選準則Table 1 RTM screening criteria

對于RTM篩選后不需要管理的設(shè)備可直接讓其運行至維修或更換(執(zhí)行糾正性維修)。將分析工作集中于需要進行管理的設(shè)備，實現(xiàn)分析資源的優(yōu)化配置，并充分利用設(shè)備類維修模板數(shù)據(jù)庫，減少重復(fù)分析，并對設(shè)備開展技術(shù)特性分析，即按照設(shè)備的重要度、使用頻度和運行環(huán)境等不同維度的組合選取針對性的維修策略，提升分析效率和質(zhì)量。其主要分析流程如圖1所示。

圖1 改進型RCM分析流程圖Fig.1 Improved RCM analysis flow chart

2 RCM技術(shù)在核電廠主變壓器中的應(yīng)用

某核電基地一期工程有2臺CPR1000核電機組，每臺機組分別擁有一組1200 MVA主變壓器按“發(fā)電機-斷路器-變壓器組”的單元接線方式與GIS開關(guān)站相連，向500 kV電網(wǎng)供電。每組主變壓器由3臺DFP-40000/500TH型單相變壓器組成,其主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 DFP-40000/500TH型主變壓器技術(shù)參數(shù)表Table 2 Technical parametersof the DFP-40000/500THmain transformer

2.1 邊界定義

通過對主變壓器邊界定義明確分析范圍，防止設(shè)備遺漏，根據(jù)輸電系統(tǒng)(GEV)接線圖定義邊界如下：低壓側(cè)與同步并網(wǎng)(GSY)系統(tǒng)分相隔離強迫空氣冷卻封閉母線相連，以低壓側(cè)軟連接為界；高壓側(cè)與開關(guān)站SF6絕緣母線(GIC)相連，以高壓套管為界；中性點側(cè)以隔直裝置接地點為界。

2.2 功能分析

通過主變壓器系統(tǒng)設(shè)計手冊(SDM)和設(shè)備運行維護手冊(EOMM)等資料對主變壓器的主要功能和輔助功能進行分析，如圖2所示。由于主變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能較多，本文以主變壓器冷卻功能為例進行說明。

主變壓器冷卻系統(tǒng)的主要功能是通過強迫油循環(huán)導(dǎo)向空氣冷卻器對運行中變壓器的鐵心、繞組等所產(chǎn)生的熱量進行冷卻，使變壓器不至因溫升過高而損壞。

2.3 功能故障及對應(yīng)的故障后果

功能故障包括功能的完全失效或部分失效，導(dǎo)致用戶期望的功能指標不能滿足要求，對于變壓器冷卻失效將導(dǎo)致變壓器冷卻功能完全喪失或者冷卻效率降低。導(dǎo)致變壓器鐵心、線圈內(nèi)部溫度升高，長時間運行會導(dǎo)致變壓器內(nèi)部熱點溫度過高從而損壞變壓器固體絕緣，影響變壓器的正常運行與使用壽命，重要度高。

2.4 設(shè)備分類識別

通過設(shè)備分類識別篩選出需要進行管理的設(shè)備，根據(jù)工藝流程圖分析,該主變壓器冷卻系統(tǒng)共配有4組冷卻器。每組冷卻器包括1臺油泵及3臺風(fēng)機。各冷卻器組整組投入或切除。

支持變壓器冷卻功能的設(shè)備主要有：冷卻器、風(fēng)機、潛油泵、油流繼電器、冷卻器控制柜、蝶閥和管道等。根據(jù)以上設(shè)備分類準則(滿足判斷準則①)識別為需管理的設(shè)備。

圖2 核電主變壓器功能分析Fig.2 Functional analysis for the main transformer

2.5 故障模式與故障影響分析

在確定需管理的設(shè)備清單后，對清單設(shè)備逐個進行故障模式與故障影響分析。潛油泵是強迫油循環(huán)變壓器的關(guān)鍵設(shè)備，也是冷卻系統(tǒng)的唯一動力來源，它的可靠運行直接關(guān)系到變壓器的冷卻效果和安全穩(wěn)定運行，本文分析的潛油泵為國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的盤式電機油泵，采用軸向氣隙感應(yīng)電機，電機直接嵌入泵殼內(nèi)裝配，其電動機轉(zhuǎn)子安裝在油泵葉輪上組成泵機一體,額定流量為135 m3/h,額定流量時的揚程為4.6 m，轉(zhuǎn)速為900 r/min。根據(jù)潛油泵EOMM并結(jié)合內(nèi)外部經(jīng)驗反饋信息對潛油泵分析如表3所示。

表3 潛油泵故障模式與故障影響分析表Table 3 FMEA analysis for the submersible pump

2.6 維修策略分析

在進行維修策略分析，需根據(jù)決斷邏輯綜合故障后果、故障模式特性、維修技術(shù)可行性及經(jīng)濟性等多方面因素，考慮如何通過狀態(tài)監(jiān)測、定期翻新、定期更換、定期試驗來管理故障，將故障導(dǎo)致的風(fēng)險降低至可容忍的程度，若無法通過預(yù)防性維修策略來管理故障時，可通過設(shè)計改進等方式來將風(fēng)險降低至可接受的程度。

結(jié)合潛油泵設(shè)備類維修模板數(shù)據(jù)庫和故障歷史數(shù)據(jù)對潛油泵進行維修策略分析，確定潛油泵的維修任務(wù)如表4所示。

表4 潛油泵維修任務(wù)匯總表Table 4 Maintenance task summaryof the submersible pump

2.7 維修任務(wù)匯總

由于每個設(shè)備具有多種故障模式，而每個故障模式也可能存在多種維修任務(wù)同時對該故障模式進行管理，在對各設(shè)備維修決策分析的基礎(chǔ)上，按照執(zhí)行專業(yè)，周期等順序匯總所有維修任務(wù)，完成預(yù)防性維修任務(wù)匯總表，并與變壓器相關(guān)行業(yè)法規(guī)標準(比如DL/T596 電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程等)進行對比分析，確保相關(guān)法規(guī)標準得到遵守，重要設(shè)備預(yù)防性維修任務(wù)沒有遺漏，進而形成最終的預(yù)防性維修大綱。

2.8 分析成果

通過與優(yōu)化前主變預(yù)防性維修大綱比較分析，新增任務(wù)3項、刪除任務(wù)1項，周期延長2項，周期縮短1項，具體變化項如表5所示。

表5 預(yù)防性維修大綱優(yōu)化前后對比表Table 5 Comparison of the preventive maintenanceprogram before and after optimization

通過延長存在過度維修的預(yù)防性維修任務(wù)的周期(含取消不必要的維修任務(wù)，可認為優(yōu)化后周期為無窮大)，減少了維修風(fēng)險的引入，同時降低了維修產(chǎn)生的人工費、消耗品費用和備品備件費用等。通過縮短存在欠維修的預(yù)防性維修任務(wù)的周期(含新增預(yù)防性維修任務(wù)，可認為優(yōu)化前周期為無窮大)，有效管理了安全和生產(chǎn)相關(guān)的故障后果，保障了設(shè)備的運行可靠性。

此外，對在分析過程中發(fā)現(xiàn)的設(shè)計隱患，提出了工程改造建議。比如：針對主變總動力箱及冷卻器控制柜照明和加熱器回路共用一路電源，存在照明和加熱器回路發(fā)生短路故障導(dǎo)致主變冷卻器全部停運的風(fēng)險，提出將主變總動力箱及控制柜照明和加熱器回路電源改造為獨立供電方式，以保障變壓器的可靠運行。

3 結(jié)論

改進型RCM維修優(yōu)化技術(shù)是在傳統(tǒng)RCM實踐的基礎(chǔ)上，通過融合INPO AP-913 設(shè)備可靠性管理理念形成的一種經(jīng)濟高效的確定設(shè)備維修需求、優(yōu)化設(shè)備維修大綱的系統(tǒng)工程方法。本文將其應(yīng)用于核電廠主變壓器的預(yù)防性維修大綱優(yōu)化，取消或延長了部分大綱項目，降低了維修成本，同時減少了維修風(fēng)險的引入，新增了一些管理嚴重故障后果的維修任務(wù)，降低了嚴重故障的發(fā)生概率，進一步提高了主變壓器的運行可靠性，同時對分析過程中發(fā)現(xiàn)的可靠性薄弱環(huán)節(jié)提出了改進建議，為核電廠主變壓器的安全穩(wěn)定運行提供了技術(shù)保障，也為核電及其他領(lǐng)域推行可靠性維修優(yōu)化技術(shù)提供了參考。