创新型维修策略优化技术在核电厂的运维实践

RCM（Reliability-centered Maintenance,以可靠性为中心的维修）是国际上工业领域广泛采用的确定资产预防性维修需求、优化维修制度的一种系统工程方法，是确定有形资产在其使用背景下维修需求的一种过程。RCM起源于美国航空领域，由于应用效果显著，很快就推广到对系统和设备安全性、可靠性都有非常高要求的核电领域，并得到广泛应用。RCM以可靠性维修理论为基础，以保持系统应具有的功能为目标，通过对系统进行功能、功能故障、故障模式、故障后果分析，确定出各故障后果的分类（显隐性、安全环境相关、生产相关、非生产相关），根据故障后果类型，在优先考虑安全和环境的基础上，用规范化的逻辑决断，按照状态检测、定期维护、定期更换、定期试验、纠正性维修、设计变更的维修类型顺序，选择科学合理的维修类型来管理设备的故障模式，提高设备的可靠性。RCM分析流程如图1所示。RCM方法解决了核电站设备何时修，修什么，怎么修的问题。RCM通过综合采用预测性、预防性和纠正性维修实践和维修策略，使维修量最少的情况下，设备在规定条件和时间内完成规定功能的概率得到提高，即设备可靠性水平提高，为设备长期稳定运行提供了保障。

大亚湾核电基地自1998年开始引进RCM技术，目前已完成约160个系统的RCM分析工作，为设备可靠性的提高做出了巨大贡献。但随着分析系统数量增加，和系统设备复杂度增加，发现传统RCM存在资源投入大、分析周期长、分析效率低，分析质量不高等问题。深刻分析其原因，具体体现在以下几个方面。

1.设备类的分析方法指导不足。

系统中的设备是RCM分析中功能支撑和失效分析的重要组成部分，也是维修策略实施的最终对象。核电站中，往往有大量相同厂家型号的设备或部件设置在相同或相似的运行环境中，这些设备的维修策略往往相近或稍有不同，传统的系统分析方法，并没有将这些相同或相似设备的分析成果共享，通用设备的分析和策略应用效率并不高。

2.无清晰的技术准则引导流程。

根据RCM决断逻辑，在进行任务决断时，首选状态监测任务，状态监测任务的选择取决于RCM分析中对故障P-F特性及故障准则的判断。传统RCM方法缺乏有效技术准则和方法，较难给出故障提前识别与预测的方法，因此也就无法确定明确的状态监测任务。其他维修任务的确定也有类似情况。

3.设备分类和重点管理思路不足。

传统RCM方法针对所有功能故障相关的设备进行故障模式和影响分析，然后确定每个故障模式的故障后果分类从而进行维修决策，虽然对故障后果进行了分类和区别管理，但对于设备复杂和繁多的核电设备以及有限的分析资源，对每个设备进行故障模式和影响分析并没有很好地体现管理重要的少数的二八原则，因此，也并没有把重要的管理和维修资源放在重点需要管理的设备上。对于质保体系要求严格的核电站来讲，用有限的资源管理重要关键敏感设备，此思路更显得重要。

4.缺乏有效的PM（preventive maintenance，预防性维修）周期定量分析。

传统RCM进行维修任务决断中，对于状态监测周期、定期维修任务周期的确定也困扰着许多RCM推行单位，RCM七个问题中并无较好的技术路线解决此定量问题，仅仅从运行经验出发定性判断维修周期，对于国内大量的新建电站制定最佳周期提出挑战。传统RCM方法高资源和人力投入，低效率和质量产出的问题制约了其大力发展，在我国核电事业大力发展，国家核安全局对核电厂安全、可靠运行的要求越来越高，对设备管理的质量和效率要求也越来越高的背景下，传统RCM方法已不再适用，探索一种更加高效、科学、合理的RCM方法，提高设备管理的效率和质量，成为设备管理人员亟待解决的重大问题之一。

▎一、解决方案

1.RtCM方法提出。

针对传统RCM方法存在的各种导致分析效率低和分析质量不高的问题，中广核苏州热工研究院有限公司设备管理部可靠性管理与应用研究所（简称EMR）RCM团队在十几年经典RCM应用研究的基础上，通过深入的实践研究和理论创新，结合中国核电站本土特征，提出了一套优化的分析流程方法，简称RtCM（Reliability and Technique CenteredMaintenance，以可靠性与技术特性为中心的维修）。实现了将设备分级技术、技术特性分析技术、维修策略模板以及定量化技术的逐步融和发展。是一种经济高效的用于确定设备在现有使用背景下维修需求的系统工程方法。

2.RtCM方法流程及特点。

RtCM分析流程简图主要可以分为二个环节，分别是对系统的功能分析和重要设备识别，以及对重要设备的故障分析和维修策略决断。

（1）功能分析和重要设备识别。

功能分析和重要设备识别的目的是从众多的设备中筛选出关键重要的设备，即值得进行维修策略需求分析的设备。RtCM方法同经典RCM方法一致，强调分析应基于对系统功能的全面分析，并通过对功能故障后果严重程度进行判断的方法，保证了功能分析的准确性。同时，实现了对不同功能故障的影响进行了细分，避免了重要设备被遗漏，同时又使那些不重要设备不会误划为重要设备，造成对维修资源的浪费。

（2）重要设备故障分析和维修策略决断。

重要设备故障分析和维修策略决断主要是针对上一环节识别出的重要设备进行维修需求分析。为了便于提高分析效率，RtCM方法按照设备结构特征对设备进行分类，以每个（组）设备为单元进行分析，确定每个设备的故障模式以及其导致的故障影响和后果，并制定出适用且可行的维修任务进行管理，确保这些设备的可靠性能够满足电厂的要求。同时，由于RtCM将设备类作为分析单元，使RtCM分析方法对进行设备分级结果的优化或新建具有非常好的适用性，分析经验表明，基于RtCM分析方法的设备分级不但分级结果准确度高，而增加的投入却很小。

RtCM的分析过程中，非常强调对辅助工具的利用，如引入维修策略模板来优化分析过程。每类型设备的维修策略模板是对以往设备故障数据反馈分析成果的汇总和提炼，维修模板中包含了故障机理、故障模式、纠正性修复手段等丰富的信息，极大提高了分析效率和准确性。EMR通过对以往近二百个系统RCM分析积累经验和数据进行充分利用，同时借鉴了PMBAsis、EDF电厂等维修模板的优势和不足，已开发出核电厂通用设备类的维修模板，并应用到RtCM分析项目中，对提高RtCM分析的效率和质量起到了巨大的促进作用。

RtCM分析中在进行预防性任务或管理故障后果任务周期的制定时，注重对定量化工具的利用。对于有大量故障数据的故障模式，引入定量化计算的思想，进行故障模式分布拟合分析，从风险、可靠性、经济性多个角度求解最优的维修任务和周期。随着可靠性技术和信息化技术的发展，实现任务决策由定性向定量的转变，可以提高分析准确性，避免人因误差。

通过以上分析可以得出，RtCM继承了传统RCM的核心理念，在原有流程上进行了优化，注重分析资源的优化配置，使得资源投入得到节省，而获得的效益几乎保持不变。RtCM是对传统RCM方法的改进和优化，该方法具有以下技术特点：

1）引入了关键设备甄别环节： RtCM按照判断准则对重要度进行判断，采取有区别的管理方法，确保对有限资源的最优使用。

2）强调经验的积累和辅助工具的引入：调用设备类的维修策略模板，并根据对设备开展技术特性分析，按照设备的重要度、使用频度、运行环境，按照不同维度的组合从维修策略模板中调用有效的维修策略。

3）引入定量化计算：对RtCM分析关键流程进行定量化分析，结合现场故障数据的统计和计算，为RtCM分析过程提供定量化的维修决策支持。

3.RtCM分析软件工具开发。

由于缺乏相关的RtCM分析平台和相关分析工具支持，分析过程缺乏数据支持和定量化维修决策分析，导致分析成果标准化和规范化程度不够，在一定程度上妨碍了RtCM方法发展和推广。为此，EMR开发了将RtCM分析流程软件、维修模板数据库以及PM定量化分析模块集于一体的RtCM分析与应用平台软件支持系统。三个模块的数据可实现互相调用，从而实现整个平台数据的活化，使分析过程规范、分析效率得到明显提高。同时，EMR也正在开发其它专业的数据管理平台，如经验反馈、根本性原因分析等管理平台，各平台间数据可以实现互动优化，大数据处理支持下可以实现高效、精确的开展RtCM分析。

由此可见，RtCM解决了传统RCM的不足，是一种更实用、更先进的创新型维修优化方法。

▎二、具体做法

作为一种更先进的维修优化方法，RtCM已成功应用到多个新建的CPR1000核电机组。CPR1000是中国广核集团推出的中国改进型百万千瓦级（1000 MW）压水堆核电技术方案，它以大亚湾和岭澳一期核电站M310堆型为参考基础，在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，结合20多年来的渐进式改进和自主创新形成的“二代加”百万千瓦级压水堆核电技术。RtCM方法在岭澳二期核电站，辽宁红沿河核电站，福建宁德核电站等CPR1000核电机组已成功应用，并逐步形成标准化和产品化的输出模式，为各个电厂维修大纲的建立、优化和设备可靠性管理水平的提升做出贡献。RtCM在各个电厂的应用实践主要包括以下几个过程。

1.准备阶段。

（1）建立RtCM工作体系，形成规范化的分析流程。

针对各核电站相应组织机构特点，首先建立一份用于组织和推行RtCM工作的指导文件，即《RtCM工作导则》。该导则明确了电厂各部门及相关人员在RtCM推行中的职责，给出了RtCM应用的规范化流程和文件要求等，成为电站RtCM工作推进的重要指南，为今后RtCM项目的实施奠定了良好的基础。

（2）建立RtCM分析小组，并实施相应培训。

根据RtCM方法要求，分析与实施需要由一个来自系统设备、运行、维修和技术支持等多个专业的人员共同组成的团队，即RtCM分析小组来完成。该小组群策群力，充分发挥各自的专业优势，从各个专业模块对系统进行透彻的分析。 RtCM分析应用效果，很大程度上取决于小组成员对RtCM理论及技能的掌握。因此在开展分析前，对各个电厂开展RtCM方法理念培训，帮助其了解RtCM和设备可靠性管理流程，建立对RtCM先进理念的认识，提高电站人员对现代科学维修理念和方法的认知理解程度，提升其维修优化与设备管理技能水平。

（3）搜集分析资料和制定分析计划。

RtCM分析前，需要搜集整个系统的相关资料，如系统流程图，逻辑图，运行程序，报警卡，设备EOMM，维修程序等，以便全面的了解该系统的流程、运行情况、逻辑控制、报警、设备信息等。同时，针对该系统分析的各个阶段，制定相应的计划和时间节点，以便各个分析员能够按照计划，合理安排工作，同时，保证RtCM工作能够顺利完成。

2.分析阶段。

分析阶段是整个RtCM技术应用的核心环节，该阶段主要通过对系统的流程，设备和运行状况进行梳理，编制系统运行摘要；通过对系统进行功能、功能故障和功能级故障后果进行分析，识别出需要分析的重要设备清单，即完成功能分析和重要设备识别单；通过对识别出的重要设备进行故障模式，故障影响和后果分析，确定最终的维修策略，即完成故障分析与维修策略决断单；通过对各个维修策略进行汇总，完成维修策略汇总单；通过RtCM分析前后的维修策略进行对比，形成分析前后大纲对比单。

系统运行摘要、功能清单、功能分析和重要设备识别单、故障分析与维修策略决断单、维修策略汇总单，分析前后大纲对比单等文件构成了RtCM分析的成果文件，即RtCM分析维修导则。维修导则的编写过程，实际上是督导员和专业分析小组协作，共同回答RCM七个问题的过程。通过将RCM的七个问题融入分析流程中，同时，充分利用RtCM的改进创新之处，即维修模板，技术特性分析，设备分级理念和定量化分析等工具，以更高的效率，更科学的方法，达到更优的维修优化结果。

3.实施和持续优化阶段。

RtCM分析后的成果文件，需要经过分析小组成员内部评审，以及电厂相关专家的外部审核才能生效，分析成果通过内部和外部评审后，方可生效实施。

RtCM分析成果文件是在一定时间、经过一组人员、在一定范围的信息基础上完成的技术分析成果。由于技术水平、经验积累等方面的因素，RtCM分析不可能做到一步到位，还需要在实践中进行适时有效性评估，不断的反馈更新。例如：因为当时分析小组人员专业知识面和人员经验相对不足，可能存在部分以前未发生过的故障模式没有被识别出来，同时在评估某些故障后果和维修任务周期的时候可能存在偏差甚至错误等。

在核电站实践中，需要根据RtCM分析后的维修大纲在现场的应用效果跟踪情况、设备状态监测结果、内外部最新经验反馈和其他更新（如新状态监测技术出现、现场改造实施）等，定期或不定期做好相应反馈和RtCM成果文件升版，持续优化系统维修大纲及相关文件。随着设备管理信息化的推进，LivingRtCM将不断得到推行，将不断实现对维修大纲任务的实时升版，充分保证了维修大纲任务的实时性与合理性。

▎三、实施效果

RtCM技术自2014年在岭澳二期、红沿河、宁德等CPR1000核电机组获得应用以来，2014～2015已完成17个系统的分析工作，效果显著，得到了各单位的一致好评并获得进一步推广应用，截至2016年4月份，已启动各核电站2016年度 15个系统的分析工作，将进一步为电厂设备可靠性的提高做出了巨大贡献。

以RtCM方法在宁德电厂汽水分离再热器系统（GSS）分析为例，该系统主要设备数量多达146个，分析历时两个月，根据RtCM分析结果，分析功能达51项，分析设备20类，包括汽水分离再热器（MSR）、疏水箱、气动调节阀、截止阀、闸阀、爆破膜、膨胀节等，分析故障模式达899条。对该系统的机电仪大纲进行了全面系统地优化，其中机械部分大纲优化率达86.8%，电气部分45.5%，仪控部分18.75%。GSS系统经过RtCM分析后因取消不必要的维修项目，延长过度维修项目周期所减少的维修费用达225.27万元。此外，RtCM分析后发现原大纲很多不完善的地方，某些CCM设备（关键敏感设备）没有维修管理策略，如GSS系统膨胀节，一旦出现膨胀节泄漏，将导致汽轮机停机，经济损失巨大，分析后，新增了膨胀节打压试验，降低了因膨胀节泄漏而导致停机的风险，产生了较大的隐性经济效益。

除了上述直接经济效益外， RtCM分析还产生了以下效益：

1.系统化地梳理了现场设备/技术文件，对发现的问题及时反馈并推动解决。通过RtCM分析，系统化地梳理了现场设备、设计手册、维修手册、流程图、功能图、运行程序、维修程序等，并对发现的问题及时反馈并推动解决。

2.建立维修策略制订的依据，搭建持续优化维修策略的基础。建立了维修大纲的上游文件——维修导则，并根据故障后果、故障模式有针对性的制定维修策略，有利于正确反馈和优化维修大纲。

3.规范了大纲的描述，保证了大纲项目完整性和规范性。进一步规范了大纲项目的描述，保证了大纲项目的完整性。

4.加强了各部门的良好合作，促进了各专业间的技能交流。

由此可见，以可靠性与技术特性为中心的维修(RtCM)在CPR1000机组中的应用，取得了巨大的成效。后续该方法将继续应用到各个电站的多个系统，实现设备可靠性管理理水平的提升，为我国在运核电机组的长期安全稳定运行做出贡献。

▎四、持续改进措施

随着CPR1000机组等的投运，岭澳二期、红沿河、宁德等中广核CPR1000核电厂已启动新一轮RtCM分析，同时，RtCM也推广到中核田湾VVER核电机组、国电投海阳AP1000三代核电机组、华能山东石岛湾高温气冷堆四代核电机组等外部核电市场以及一些火电、风电等新能源市场，此外，港口、地铁等非电力行业也得到推广应用。

RtCM方法在各个核电机组以及风电机组的快速推广，展示了其在设备管理领域的巨大优势和前景，然而，RtCM方法仍有其不完善的地方，如设备类维修模板数据不足，PM定量化应用不够深入等，在今后的推广应用中，仍需要不断的改进和完善RtCM理论方法，不断积累和收集各类设备的数据故障，完善设备数据库，深化PM定量化理论在维修决策中的的应用，丰富各类设备的维修模板内容，不断为RtCM方法注入新鲜活力，尤其是在核电大力发展的时代背景下，对核电经济性的要求越来越高，发展一种高效地制定科学合理维修策略的方式显得尤为重要，RtCM方法需要在推广应用中不断进步，以顺应这种时代需求。

   （来源：苏州热工研究院有限公司）

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