RCM分析方法在核电厂预防性维修大纲优化中的研究与创新应用

  完成单位：苏州热工研究院有限公司

  主要完成人：陈宇、马沂荩、杨立飞、黄立军、江虹、张涛

一、研发背景

1.RCM应用经验积累

在核电站设备管理中，通过实施以预防性维修大纲为主的活动来保障设备的可靠性，维修大纲是核电站所有维修活动的上游指导文件，决定了核电站设备何时修、如何修等关键问题，对核电站安全经济运行具有重要作用。以可靠性为中心的维修（Reliability-centered Maintenance，简称RCM）是国际工业领域广泛采用的确定资产预防性维修需求、优化维修大纲的系统工程方法，是确定有形资产在其使用背景下维修需求的一种过程。中国广核集团自1998年引进RCM技术，1999年对试点系统凝结水抽取系统（CEX）进行分析，发现了影响汽轮机跳闸和备用泵的隐蔽性故障模式，通过完善试验方法、内容和频度将备用泵可用率由33.3%提升至100%。鉴于RCM的良好应用成效，大亚湾和岭澳一期核电站陆续开展超过160个系统的RCM分析，提高了系统运行可靠性，提高了机组设备可用率，增强了设备可维修性，降低了运行维修成本，为核电厂安全供电做出了巨大贡献。

2.RCM技术方法创新

随着核电机组建设规模与数量的不断增多、核电技术人员的稀释，以及高分析效能的可靠性提升需求，传统RCM分析方法在核电站的应用受到限制，表现出如分析资源投入大、分析资源配置平均化、设备类分析指导不足、定量化分析缺乏、自动化程度低等，因此如何在核电发展的新时期，减少RCM的资源投入、缩短其分析时间、提升其分析成效，持续发挥RCM在维修优化领域的优势作用，成为核电厂亟待解决的问题。

苏州热工研究院设备管理团队结合十多年的RCM实践经验，经过不断探索、追求、尝试，提出了一种更具有先进性、实用性和创新性的改进型RCM方法即“以可靠性与技术特性为中心的维修（Reliability and Technique Centered Maintenance，简称RtCM）RtCM方法”。RtCM方法相比传统的RCM方法，分析流程如图1，其创新性、先进性和实用性体现在以下几个方面：

（1）引入关键重要设备识别与管理流程。RtCM流程中强化对关键重要设备的识别与管理流程，对故障后果进行评价和有效的分类，是后续确定某种类型预防性维修工作是否值得做的重要判据。另外，RtCM分析流程的结果产品中，还可以得到分析对象或范围内的关键重要设备清单，为其他设备管理相关工作的合理资源分配，保障重要设备可靠性提供了重要参考。

（2）建立和应用设备类维修策略模板数据库。以设备类为单位，收集和整理设备故障数据，开展故障模式和影响分析，结合以往RCM分析成果数据以及FMEA分析成果，编制设备类维修策略模板，将设备类维修模板工具嵌入RtCM分析流程和平台软件中，提高了RCM分析效率和准确性。

（3）强化技术特性分析。RtCM技术在应用过程中，引入技术特性分析，分析设备使用频度、使用环境等影响设备维修需求的因素，使制定的维修策略更加科学合理。

（4）建立RtCM定量化分析模型。通过定量化模型的创建，建立RtCM定量化数据处理方法和计算模型，对设备使用可靠性采取“大数据”定量分布统计计算，得出故障机理分布规律，作为维修任务决策的重要依据，提高了RtCM分析科学性、准确性。

3.RtCM分析软件工具开发

鉴于缺乏相关的RCM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RCM方法推广。为此，苏州院设备管理团队开发了将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（如图2）。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，软件界面如图2和图3。同时，与其他专业数据管理平台如经验反馈、根本性原因分析等管理平台互动，大数据处理支持下可以实现高效、精确的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技术方法。

  二、发明团队介绍

1.发明团队介绍

  中广核苏州热工研究院拥有多名资深RCM/RtCM专家顾问，其中设备管理中心机械可靠性技术研究所、电仪可靠性技术研究所具有多名RCM/RtCM督导员和助理工程师（如表1），在中广核集团、中核、华能等核电厂开展过RCM/RtCM分析工作。

表1 发明团队人员组成表

2.发明团队曾获得荣誉

曾获得过中国核能行业协会、中国电力设备管理协会、中国设备管理协会、中广核集团、苏州院颁布的多种奖项、技术认定和表彰，2017年9月取得了正式的专利授权，主要获得的奖项和知识产权如表2和3：

表2 改进型RCM技术获得的奖项

表3 改进型RCM技术获得的知识产权

三、成果(专利)简介

2017年8月“一种改进型RCM分析方法”取得专利授权，该专利针对原RCM分析方法过于依赖分析人员经验、以及缺乏定量化分析的问题，进行了分析流程改进、知识库引入、定量模型引入，为确定设备维修需求、制定和优化维修策略提供重大技术支持，能够提高运行可靠性。其分析步骤、及分析流程图如下：

1.分析步骤

S1、功能分析：列写出系统的功能及性能标准；

S2、功能故障与功能级故障后果分析：针对步骤S1中列写出的功能，列写各功能的功能故障及功能级故障后果，并根据故障后果的严重程度进行分类；

S3、设备识别：识别出可能导致S2中功能故障发生的设备，并根据S2中故障后果判断结果对设备关键度进行分类，并对关键度定为非重要设备根据RTF评判准则进行评判；

S4、待分析维修需求设备清单分析：对于S3中设备关键度分类进行汇总和高选，生成需进行维修需求分析的维修设备清单；

S5、故障模式分析：结合维修策略模板数据库分析在步骤S4中确定的各设备的故障模式；

S6、设备级故障影响分析：结合维修策略模板数据库分析在步骤S5中确定的各设备故障模式的设备级故障影响；

S7、系统级/厂级故障影响分析：分析在步骤S6中确定的各设备故障模式导致的功能故障及系统级/厂级故障影响；

S8、故障后果评估：分析在步骤S7中确定的各设备故障模式的系统级/厂级故障影响的故障后果；

S9、技术特性分析：确定各设备的运行频度、运行工况；

2.分析流程图

分析流程图如图1所示。

图1  分析流程图

四、成果（专利）转化情况介绍

1.改进型RCM在核电专项系统大纲优化中的应用

改进型RCM技术（RtCM）自2014年在中广核集团的岭澳二期、红沿河、宁德、阳江、防城港等CPR1000电机组获得应用以来，2014～2019年完成83个系统的分析工作，2020~2022年完成18个系统导则优化工作（见图6），如岭澳二期核电站GHE、RIS、GSY、ASG、GST、RCP、GSS、GEX、RCV系统，宁德核电站DEL、GSS、GEV、GGR、ASG系统，红沿河核电站GHE、SEC、GFR系统RtCM的分析工作，维修策略优化成效显著，减少了过度维修、增加了重要设备的针对性维修工作，总体维修策略优化率达到20%以上。除了优化大纲外，通过RtCM分析还发现了诸如系统设定值偏差、逻辑设计不合理、程序文件与现场不符、SAP数据错误等与生产密切相关的问题，为设备安全稳定运行扫除了隐患，得到了各单位的一致好评，为核电厂设备可靠性提升做出了巨大贡献。

GSS系统主要设备数量近150个，分析历时两个半月，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分析后取消了不必要的维修项目，延长了过度维修项目周期，减少的维修总费用高达225万元。此外，RtCM分析后还发现重要设备维修大纲缺失的问题，如某些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。

2.改进型RCM在核电日常维修大纲优化中的应用

（1）“一种RCM分析方法”在中广核M310\CPR1000\EPR机组的预防性维修大纲优化中发挥了重要作用，该方法的逻辑思维过程被转化为“7段式大纲评估法”，简化了RCM方法的应用过程，结合核电厂系统设备分级成果，使其方法更加易于推广，提升了应用效率。

（2）自2017年至2022年，在中广核26台核电机组的预防性维修大纲精益化专项、高价值维修大纲优化得到有效应用，且基于该RCM方法构建了FPMP（大纲一体化评估软件）平台，使得维修大纲评估、管理、审查标准化、专业化，提升了核电厂的大纲管理效能。

1）精益化专项和日常大纲评估:红沿河、宁德、阳江、防城港电站累计开展超过80项大纲专项优化工作，如设备分级大纲优化（如E/R/类设备大纲优化）、设备类大纲优化（如压力容器/安全阀/隔膜阀/电动头/）、群厂重要系统大纲与EDF大纲对标优化、基于现场AS FOUND大数据大纲优化等,使得电站维修大纲当量平均下降超过20%，节约费用过亿元；

2）高价值大纲优化专项:基于RCM方法在红沿河、宁德、阳江、防城港、台山电站已开展的大修关键路径大纲优化，节约的大修关键路径时间将近400小时。

五、经济效益与社会效益介绍

1.经济效益

核电厂执行改进型RCM专项分析（RtCM）的系统总体维修策略优化率达到20%以上，保证核电厂的安全性、经济性。通过 RtCM 分析，系统与设备的可靠性提高，减少维修不足和维修过度，减少由于维修引入设备和系统不安全因素的概率，发现了可能导致停机停堆、降功率的故障模式，并进行了维护管理，消除了潜在生产隐患；降低了核电厂停机停堆风险，降低了运维成本。

2018~2022年，改进型RCM方法转化为日常维修优化、专项优化方法并嵌入软件平台标准化分析后，在中广核集团红沿河、宁德、阳江、防城港电站累计开展超过80项大纲专项优化工作,使得电站维修大纲当量平均下降超过20%，节约费用过亿元；高价值大纲优化专项中，基于RCM方法在红沿河、宁德、阳江、防城港、台山电站已开展的大修关键路径大纲优化，节约大修关键路径时间将近400小时，提升了电厂的发电时间。

2.社会效益

鉴于2014~2022年RtCM技术持续在核电行业的维修优化领域发挥着重要作用，RtCM技术应用成效得到了核电企业、核能行业协会、中国电力企业联合会的肯定和表彰。

中国核能行业协会对“RCM改进型技术(RtCM)在CPR1000核电机组的应用实践”成果鉴定主要的评价意见如下：

（1）该成果对传统RCM方法流程进行了改进和创新，形成了高效、适用的预防性维修大纲优化的分析流程和技术方法——RtCM方法，并开发了相应的分析软件平台。该成果已在大亚湾、宁德、红沿河等核电站成功应用。为我国核能行业预防性维修大纲编制和优化提供了示范。

（2）该成果的主要特点和创新点如下：

首次引入设备分级理念和技术特性分析，优化了传统RCM分析流程和资源配置；实现RtCM分析与维修模板数据库的有效结合，提高了分析效率和分析质量；开发了定量化维修决策方法，使维修决策更加科学和准确；开发了RtCM分析流程及维修模板数据库等软件分析平台，使分析过程更加高效。

（3）该成果达到国际同类技术的领先水平，具有良好的经济效益、社会效益和应用推广前景。