设备可靠性分析在核电站备件经济分析中的应用

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1、设各可靠性分析在核电站备件经济分析中的应用 闹勇1 宋被1 耜建兵3 摘要：采用* W 靠性分析和豳策树分析两种方浩，将核电站备件的故障慨串、故障捐失卧及投资成奉j 个因素量化考虑 使得按月标准# 目设# 件进行经济* 析m 自日能。并利月* 方法对太湾楮电站日峙* 植电的发电目内2 于备 件进行r 目济分析，分析结论示肖* 购买谪件。 关键目：日靠性H 析备件捷嚣W 济分析 正文见下页 附：文章背景介绍 投稿设备可靠性丹析在接电站备髀经济分析中相应用本文所做的项目背景为丈亚湾桩电运营昔理有 限责任公司战略备件采购经济分析，丈亚湾桉电运营管理有限责任公司利用文中的方浩j 正成功应用于厂用 变压

2、器B 、循环水系统电机等多个备件项目上，避免，不必要的备件采购，为企业节约成本1 6 0 。多万元 人民币一获得企业2 0 0 0 年度科技进步三等奖。 附：作者简舟 周勇：( 1 9 7 8 - - ) ，男，湖南衡刚 ，经济师2 0 0 6 年毕业于西安交通大学管理学院，莸硕士学位目前任 职于太亚湾棱电运营管理有限责任公司财务部，主要从事经济分析、投资项目分析、成本分析方面的研究 和工作 宋波：( 1 9 7 5 - - ) 男，山东淄博 ，工程机1 9 9 7 年毕业于东北电力学院，获学士学位。目前任职于大亚 湾核电远营管理有限责任公司生产部主要从事高压电气、故障诊断等方面的研究和工作，

3、 韩建兵( L 9 7 0 + ) ，男湖南郴“ ，高级、：l = 程师1 9 9 7 年毕盐于箱华大学，莸礤学位。目触职于牛科 毕桉电技术研究院主要乩事棱电厂概翠安全评价工作。 作者联系地址 广东省深圳市大鹏镇人亚湾校屯运营管理公司财务部0 I 楼3 1 0 周勇( 收) 邮编；5 1 8 1 2 4 电话：0 7 5 5 8 4 4 7 3 4 3 0 手机：1 3 9 7 8 4 2 , 8 3 4 1 E - m a i hL c 龇c o m , e n 设备可靠性分析在核电站备件经济分析中的应用 周勇1 束被2 郭建兵3 捕耍，本文将设备可靠性分析和决摊树丹析日种方法结古起来，将故

4、障概率、故障损失以及投瓷成本三十目素量化考月使 得按照统一的标准对T 同设备备件进行经济分析成为可能。井利用该方格对大亚湾桉电站和峙溴檀电站的发电机内定子是 购买菩件进行了经济分析。 关键诃t 可靠性分析善件决策树经济分析 1 、引言 核电站生产设备投资巨大，设各系统技术复杂，重耍的生产设备数量选到上万台套，这些设备直接决 定着按电站的安全性和经济性。桉电站运行规范对桉电站的运营条件有严格规定，一旦重要设备出现故障 就要停机停堆。而核电站重要设备多为专用设备，供应商主要在国外，因此一旦重要设备出现严重故障无 论是返厂检修或紧急采购均需要较长的周期。为了在电站重要设备出现故障的情况下，尽最大可能

5、的减少 电站因设备故障导致的经济损失，保证电站安全运行，需要对一些重要设备准备整体备件以便在用设备出 现严重故障时可以用整体备件更换。但是以往各棱电站在备件经济分析中没有一套完整的评价体系和模 式，同一电站不同部门制定的讦价方法也有很大的差异，缺乏一个统一的标准。毗往在进行备件评价时通 常忽略了设备故障概率这一重要固素简单地将设备故障的损失和各件的购妥成本相比较，从而很容易得到 需要购买备件的结论。这样增加了不必要的备件购买成本和储备成本。本文将设备可靠性分析和决策树分 析两种方 去结合起采。将故障概率、故障损失以及投资成本三个因素茸化考虑，比较全面的把握了备件经 济性评价的本质，使得按照统一

6、的标准对不同设备备件进行经济分析成为可能。 2 、分析思路和基本方法 2 1 分析思路 备件的特点是；备件本身并不能带来直接的经济效益。其作用主要体现在一旦设备出现故碲有备品备 件可以最短时间内实现更换，将故障的经济损失减小到最低。但是如果储备战略备件后故障不发生或者发 生的概率很低，则备件的储蔷不符台经济性原则。储备备件屉终是否经挤主要是由：设备故障的概率、出 故障后的损失、以殛储备备件的成本三个囡素决定。而故障是否出现何时出现均不确定囡此这是一个 风险决策分析。我们首先利用财务分析确定储备釜件的成本和故障后的损失再通过可靠性分析计算出设 备的故障概率，最后再利用决策树方法比较不同情况下的期

7、望收益最后可以比较不同方案的经济性。 2 , 2 动态现金流分析法 在进行备件投资分析时，一般按照是否考虑资金的时间价值将分析方法分为静击分析法和动态分析 2 5 0 法。资金时间价值在项I I 经济分析评价中具有重要意义。从经济学的意义上说资金的时间价值反映的是资 金的机会成本。 资金时间价值是正确评价投资经济效益的重要条件。每个生产设备的投资都是先投 后产出的。在计 算经挤效果时，如果简单地把现在的投资支出群l 将来实现的赦益进行比较，是雄以得出正确结论的。固为 同样数量 u 单位的货币资金在不同时点上的价值是不同的。所以，为了正确评价项目的费崩和强益，必须 把不间时点上的金额折算成相同时

8、点上的金额再进行比较。在备件的经薪分析中是采用贴现j 盂进行折算 ( 通常整体各件的使用寿命都很长) 。即用某一的折现率( 行业或部门基准收益率、社会折现率或资金的 机会成年) 把不同时点上的将来值折算成某个时点的现值，通过内部收益率( 财务、经济) 和净现值( 财 务、经济) 的比较等指标对项日进行财务评价。 由于核电站单个生产设备投资往往并不能带来直接的利润其投资价值的体现依赖于整个系统的高效 率运行。因此在进行其决策时往往不是以利润作为评价标准，而是以现金流量作为评价吾投资项目可行性 的基础。由于现金流量有利于在经济分析时考虑货币的时间价值，有利于在挟策分析中考虑风险价值，有 利于客观地

9、估计项目的经薪效益，因此在投资秧策评价过程中成为一个重要的评价基础。对于不能直接产 生剥掴的生产设备投资可咀计算现金流量的财务净现值进行方案比较。 2 3 可靠性分析方法 可靠性( r e i i a b i l i t y ) 根据国家标准G B 3 1 8 7 - 9 4 可靠性基率名词术语及定义规定，所谓可靠性，系指 产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。规定的条件，包括使用条件、维护条件，环境条 件、贮存条件和工作方式等。 核电站采用可靠性分析，可蚍在不降低系统可靠性的前提下优化桩电站维修方式，降低维修成本。但 是可靠性分析侧重予日常维修和设备本身，对备件的经济分析不完全适

10、用。但是可以利用可靠性分析方法 计算设备的故障概率作为经济分析的基础数据。 其其体分析步骤如下： 2 , 3 1 基础分析 基础设备数据分析把设备失效，设备检修、设备试验和维修的模型化作为分析的目标。为了确定哪些 原因会造成设备失效，需要在数据分析中反映设备某些特性。基层分析耍叙述设备所处的边界( 例如指令 失效不包括在内) ，并规定失效模式。该失效樘式是作为一种不希望的设备性能状态给出的( 例如一个已 关闭的电动瞬由于需求前机械失效，在需要打开时未能开肩) 。 2 , 3 2 翦摒源丑数据采集 在进行基础分析后进行数据采集。电站特定数据源包括：经验反馈系统、操纵虽日志等，详细内容请 单在表4

11、 - 1 中给出。电站特定数据将从这些数据源中采集得到。 表1电站特定数据来源 序号数据源名称 基本甩速 I 经验反馈系统提供失效数据 操纵员日忠 提供切换次数和嗣间以及其它可摧性数据 定斯试骑报告提供试验启停次数和时问 大修计划I 提供运行时间，启停敞数 机组发电计划f 提供运行时问，启停敬数 2 , 3 3 模型和参数选择 在收集到基础数据届，利用可靠性分析方法分析系统中设备随机失效特性 l 匀模型，可用米估算设备不 能执行其预定功能的概率，这些模型与设备所在系统的运行模式( 各刷或运行) 有黄。相关参数及计算公 式见下“1 。 已工作到t 时刻尚未失效的产品，在该时刻后的单位时间内发生失

12、效的概率称为该产品在时刻t 的瞬 时失效率函数。简称生效率，记为五( f ) 。 运行平均失效率 ( 1 J “ 时) z = 装鬟黧器糕器 煳t ， 某类设备在规定时问内的运行时间的总和 需求失效概率P 。某类设各在规定时间内需要其状态改变时其状态未能改变次数的总和 一 2 舀暮夏暮茬两焉丽砸而可鬲耍翼顽矗趸西西霜酝丽瓦泵广 笛虬 可靠度R 是时间t 的函数，一般用R m 表示，称为可靠皮函数如用概率来表选可靠度函数，它是指 产品寿命0 这个随机变量不小于规定时间t 的概率，即 R ( 0 = P ( 1 0 ( t 0 ) 公式( 3 ) 失效分布丽数( 也称累积失效概率) 是指产品在规定

13、盔件下和规定时间内发生失效的概率。失效分布 函数是时间t 的函数，异3F 表示，F ( t ) 是R ( I ) 韵互扑函数。即 F ( t 1 = 1 一R ( t 1 公式( 4 ) 产品在时刻t 的单位时间里发生失效的概率，叫做产品在时刻t 的失撒密度。故失效密度随时间的变 化关系叫做失效密度函数垣常用f ( t ) 表示。可H JF ( t ) 的导数来计算。 这儿个函数之间推导关系如下， F = f ( t ) d t 公式( 5 ) f i t ) = F 。0 式( 6 ) R o ) = 1 一，o ) = 1 一f ， 公式( 7 ) z ；尝：些掣一坐 公枷) 、 且( 0

14、R o ) 8 ( 0 R o ) = e x p i I A ( o 席】 公式( 9 ) ，( f ) = 1 一e x p 卜f 丑( f ) 出】 公式( 1 0 ) 根据上面的公式推导在统计得到失效率丑( f ) 以及确定设备的寿命分布函数后就可以训算得到设备的 累积失效概率。也就是设备在某一段时间内的故障概率。 2 4 决策树分析法 备件的经济分析说到底是个方案的选择和决策。执策可咀分为两种不同的类型，即确定型扶策和风险 型收策。风险型糗婊的特征是：决策魄闻瞿岜存在两个卧上的自然状态；每个备选方案所面临的自然收各是 不能肯定的；各种自然状态的出现是随机的，可以根据统计资料或具体的调

15、研分析预i 圊! _ 其出现的概率。决簧 树法是进行风险决策的有效方法。在对是否储备备件进行分析时，很难准确预测今后故障是否发生，因此 是典型的风险决最，适台使用决策树法。 本文应月j 由M i c h a e l M i d d l o t o n 教授开发的E X C E L 加载宏工具T l 氍P l a n 在电子表格上进行构建和分析 决策树吼 2 5 敏感性分析 为了考察各个参数对结果影响的敏感程度，以及为了检验分析结果的稳定程度，还要选取主要参数 进行敏感性分析。主要选般采取了假设的参数和不确定性强的参数进行敏感性分析。 其计算方法娃按预先指定的某一变化幅度，先改变某一变量因素，而

16、其他各因素暂不变计算该园素 的变化对经济散盏撂际的影响数值，并于原方雍的指标对比，得出该指标变化的差额幅度( 变化率) 。 3 、发电机内定子备件经济分析实例 3 1 背景 发电机是核电站产生电能的核心设备。发电机主要由定子、转子组成。定子的主要功能是将旋转电枢 产生磁能转变成电能，感生电能通过内定于输送到电网。大亚湾棱电站两台9 0 0 M W 全速发电机是原 G E C A L S T O M 公司设计、制造的原型机。岭澳核电站两台发电机是法国A L S T O M 沿用原G E C 设计而制 造完成。 四台机组均系在原G E l 2 公司设计、制造的6 6 0 M W 汽轮发电机基础上，研制和开发的1 0 0 0 M W 级全 速汽轮发电机。 发电机内定子故障或不可用，相当于产生感生电能的核心部件不可用。汽轮艘电机组无法上E 常艟电， 导魏电站机组停运：电站需电网通过主变或辅变反避电确保厂用负荷。因此不