《核电站以可靠性为中心的维修》

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1、核电站以可靠性为中心的维修【摘要】核电站的维修不同于常规电站或其它工业部门的维修，因为它的规模巨大、设备复杂，而停 运带来的损失也彳艮 大，并且在核安全以及保护公众健康方面甚 为重要。为此，核电站对维修 工作提出很 高的要求。文献4指出，核电站维修部 门的短期任务是尽快修复损坏了的设备，保证机组的安全可靠运行。长期的任务是对 故障进行分析，找出对策，制订和完善切实 可行的维修计划，并予以实施。维修有两层含义：维护系统与设备按设计正 常运行；修复失效的系统与设备使其恢复设 计的 运行能力。与之相适应，维修一般分 为两种类型：预防性维修与纠正性维修。纠 正性维修过程一般为故障诊断、临时处理、 计划

2、准备、最终修复和再鉴定试验。设备故 障无法绝对避免，因而纠正性维修是一种 被动的活动，所以维修部门均在预防性维修 上下功夫。预防性维修也包括计划、实施、试验三个步 骤。与纠正性维修不同的是，预防性维修是 在系统或设备失效以前米取行动，避免设 备失效。预防性维修分类方法目前各国尚未 统一，一般 分为以下两种：A周期性维修：按预先制定的时间表 （根据 制造厂提供的维修手册和有关程序）实施维 修，而不考虑设备的状况如何。周期性维 修的理论基础是设备失效的浴盆曲线 （见 图）。t1以前是初期故 障期，t1到t2期间 属偶然故障期，t2以后是耗损故障期。在 t2到来之前的t3时刻进行维修或 更换部分 设

3、备，避免耗损故障期的到来。再经过一个 偶然故障期，到达t4。t5-t3即为设备维 修的周期。B预见性维修：英文 Predicative Maintenance,文献4和8中译为判断 性维修。这个术语用于不需要拆卸而能提 供有效监督的方法，特别适用于运行中的复 杂机械设备。它通过 监测设备，采集、积 累数据来判断故障是否有可能发生，选择设 备维修的最佳时机。 进行 预 见性判断的数据资料来自于振动监测、润滑油分析、声学 监测、红外拍照测温、绝缘电阻测量等。改造与更换活动既可以是纠正性维修也可 以是预防性维修。机组换料大修基本上是一 种周期性检修，但其过程涉及到几乎所有 类型的维修活动。维修活动对

4、机组的安全与性能举足轻重，各国核电站均十分重视维 修，制定各自的预防性 维修大纲，并根 据维修实践的经验反馈不断完善，取得了很 大的成绩。1 2核电站维修的误区当人们认真回顾维修思想的发展过程，并深入地考察各国核电站预防性维修大纲的 时候，会发现各国核电站先后都存在过以 下的误区：A认为预防性维修越多，维修大纲就越完善。 的确，有可能应尽量多地安排实施预防性维 修 活动，但是，除了维修需要人力物力外， 执行不必要的预防性维修会降低设备的可 用率。B认为一个好的预防性维修大纲可以消 灭所有的故障。有的核电站某一时期的维修 方针是“以预防性维修消灭纠正性维修”。 事实上，设备故障是无法绝对避免的，

5、 而且， 如设备对安全或发电并不关键，采用故障 后维修比周期性维修常常经济得多。C认为预防性维修即为周期性维修。提到PM 很多人认为既可以是 Periodic Maintenance, 也可以是 Preventive Maintenance,将其混 为一谈。这并不是因为英文不好，主要原因 是，在很多核电站，预防性维修目前基本 上只是一种基于时间的维修-周期性维修。 科学分析与实践表明，周期性更换润滑油、 密封材料、滚珠轴承是正确的，但绝无必要 随意推广到其它维修活动。根据南非 KOEBER资料，调查的设备中，94澈备预 防性维修的负面作用大于 正面作用。D同一类型的设备采用相同或类似的程序。

6、因维修程序的制定很大程度上受设备制造 商用 户说明书的影响，而制造商事先并不 知道其产品售后投运的具体情况。同一类型 的设备，安 装 环境不同，工况会不一样， 投运时间不一样，而且在系统中的重要性不 一样，因此不应该采用完全一样的维修程 序。 人们在实践中逐渐发现以上问题，并 认识到需研究新的维修政策 予以解决。2 RCM思想的形成过程RC俺称为 Reliability CenteredMaintenance,译为以可靠性为中心的维 修”。RC德想是在军事与航空航天工业中 发展起来的。过去一直认为飞机的安全是与 它的元、部件的可靠 性紧密相关的。每一 元、部件的可靠性总是随时间的增加而下降，

7、因此必须经常检查并定期翻修以恢复原有的可靠性，而检查和翻修周期的长短是控制 元、部件可靠性的重要因素，所以认为预防工作做得越多，飞机就越可靠。这就是以 定期全面翻修为主的预防性维修思想，其理论基础就是浴盆曲线。因此，对每个产品 都要规定一个寿命，在进入耗损故障前进行 翻修。但在以后的实践中逐渐得到下面的几点结 论：A对于复杂产品，如系统、设备或部件除了 一、二种耗损故障占绝对优势外，浴盆曲线是 不适用的。一般说来复杂广品只有早期 故障期和偶然故障期而没有耗损故障期，这是因为复杂产品是由许多兀、部件组成， 在使用中究竟哪个出故障是偶然的，元、部 件数量越多，偶然性就越强。B既然复杂产品的故障具有

8、偶然性，因而是不可避免的。我们在设计上的对策不是预防 故障的发生，而只能是预防故障危害安全。 如应用冗余度、破损安全设计、主要故障的 防护装 置（如保险丝、断流器）等。C定期解体检查不是连续监控性的，所以在产品的分解检查时，没有客观的办法来鉴定 其元、部件的可靠性下降程度。因此不能 提供延长其寿命的客观基础。D系统的可靠性和安全性是由设计制造所 确定的固有的性能，通过维修只能保持这些 固有的可靠性而不能提高它。E维修过程中人的差错无法绝对避免， 人们 开始承认并且正视人因故障，从而需要努力 减少不必要的维修。由于有上面这些结论，所以就发展了预见性 维修和事后监控方式（让产品一直运行到出 故障

9、以后，采用纠正性维修，并不断收集、 分析故障情况和历史资料，采取改造或适当 的预防性措施），这就标志着RCM-以可靠 性为中心的维修思想形成。最初的RCM&法仍只是独立地考虑某一个设 备，如文献6中，南非RCMff究人员首 先挑选厂用6 6kV电动机进行RCMF究。 随着维修技术的发展，人们把系统论的思想 与可靠性数据结合，即不仅考虑单个设备 运行的可靠性，还需研究每个设备在系统中 的重要性（对安全、生产重要性及维修的辐 射与成本）,从整体上把握系统的运行性能， 在系统结构中更有针对 性地进行维修。美国电力研究所（EPRI）RCM用户组认为，以 可靠性为中心的维修思想可以大致归结为： RC曜一

10、种发展与优化维修大纲的系统化 的评估方法。根据每一种故障的安全和运行 后果，以及导 致故障的恶化机制，采用决 策逻辑树寻找系统的最优的维修需求。用RCM、想制订的维修大纲在实践中取得了 很大的成功。如 B-707飞机原来的99%勺产 品是用 周期维修方式的，采用新的维修大 纲后降到40%维修费用下降了 30%在设 备的复杂程度和安全的重要性方面，核电 站与航空航天工业有很大的相似性。核电领 域引入这一思想后，效果也十分显着1, 5, 6。尽管法国电力公司也进行了一些按时间的 维修（周期性维修），其对于预防性维修的基 本态度却是按设备状态8 即最易于达到经济和技术最佳点的方法。而可靠性 分析，是

11、判 断设备状态的一个重要依据， 因而近年来法国核电站亦加紧研究RCMfc术在大亚湾核电站，维修政策规定，应开 展RCMW究工作，这项工作由技术支持处实 施 2，目前 已开始PSA数据库的 工作。3 RCM研究的基本方法与步骤 具体的工作方法与步骤I系统选择系统选择主要考虑系统对电站在安全、可靠性、维修成本、辐射四个方面的重要性。可 以通过加权打分的方法，越是重要的越应 首先进行RCMT作。n数据与信息采集挑选系统后，必须尽可能多地收集这两个系 统的各种信息，确保在RCMF究中充分考虑 了系统设计、运行性能与要求、系统运行 历史。信息包应包括RCMMff究人员所需要的 所有信息，以确定系统功能、

12、系统边界、 功能故障模式、设备失效模式与原因、故障 率等。信息的来源 主要是：-设计规范；-运行程序与技术规范；-维修与监督要求；-图纸、描述以及对本系统的已有研究；-在系统上进行的所有维修与监督任务；-收集维修历史数据，包括故障日期、原 因、后果、维修主要工作等等；m建立可靠性数据库设备可靠性数据库记录设备平均无故障时 间、失效率、平均故障检修时间、平均故障 检修成 本、平均预防维修时间、平均预防 维修成本、设备维修辐射代价等等。其中部 分参数采用理 想化，如辐射代价，可用打 分的方法，最严重的可给 10分，无辐射代 价给0分。我国的秦山和大亚湾核电站投运的时间不 长，仍属投运的初期，故障原

13、因和类型复杂。 如何 减少不定性，提高分析的精度，文献3已给出方法。多年来，通过试验和实 际运行，已 经积累和收集了大量数据，在 此基础上形成了公用数据库。核电厂可以结 合本厂实践和自己 所收集的数据，对公用 数据库采用贝叶斯公式进行更新以形成专 用库。 数据库建成后，应该是“实时”的， 即每次设备故障后，输入本次故障模式、维 修时间、成 本等，数据库能根据新的数据 和有关的程序，经过计算后更新原有数据库。IV建立系统故障树系统论认为，系统是指有若干相互联系相互 作用的要素构成的，具有特定功能的有机整 体，而系统包含着层次。可靠性工程的故 障树分析方法正是一种系统方法，它从系统 整体的观点 出

14、发，从系统与要素之间，要 素与要素之间，以及系统与外部环境之间的 相互联系、相互作 用中考察对象，以达到 最佳地处理问题。故障树分析法遵从系统方 法的三条原则：整体性原 贝U,最优化原则 和模型化原则。文献3将故障树分为三个等级：功能故 障树、系统故障树和部件故障树。RCMW究采用系 统故障树，其顶事件是系统功能失 效，而底事件是部件或设备的失效。故障树 分析的最终任 务是要找出导致顶事件发生 的最少的最小割集数以及其相应概率。参考系统手册和系统流程图，分析、确定系统 功能、系统边界、系统层次和系统失效模式 等，建立故障树仿真结构。V维修的优化决策我们采用“代价” 一词， 以区别一般工业中 的

15、“费用”，核电站维修所付出的除了设备维修费用和系统停运损失费用之外，还 包含有安全、辐射方面的代价。代价的另一 层含义是，事 件发生的后果与事件发生的 概率的乘积。进行预防性维修。核电站维修决策的基本要求是：a系统的可靠度不得 低于允许的最小值R； b系统的维修代 价Kr为最少,或不得大于某个预定的值Krmin，即 R(t)3 R) Kr Krmin K JY, 223 Krmin而设备的维修代价一般由几个部分组成：Kr = Krb + Krp + Krc + Krs KJY, 223 (2) 其中Krb-纠正性维修代价； Krp-预防性维修代价；Krc-运行监测代价；Krs-停机损失代价。以整个系统的可靠性和维修代价为目标，用系统论的观点考查，在时间的发展中考查， 合理 地进行维修决策。运算的结果包含两 个方面：1寻找系统最薄弱的环节，提出 设备维修的要求；2在保证整个系统综合 代价不变或降低的条件下，优化原有的设备预防性维修周期 。这是RCMff究的最终目 的。VI比较与分析将RCMff究的结果与维修大纲有关内容进行比较，论证rcMt法是否可行，是否具有参 考意义。根据国外的经验，进行 RCMMff究 后，预防性维修工作减少，设备可靠性提高。 但正如美国人说，“没有免费的午餐”， 仍需付出一定代价的。 代价的一个重要方面