以可靠性与技术特性为中心的维修技术在核电站的应用

苏州热工研究院 王位

关键字：RCM；RtCM；维修；核电站

引言

传统的RCM分析方法的应用为应对核电站电力生产的特殊性，提高电站系统运行的可靠性与设备的可用率，降低维修成本，提供了强大的理论依据。但为应对所需要维护的有形资产（设施、设备和建筑物）的数量和种类大幅度增加，设计越来越复杂、维修技术不断更新以及维修体制的认识进一步深化[1]，以便更高效地提升核电站系统的可靠性，电站在传统RCM技术的不断完善的基础上，积极探索研究并创新，提出改进型RCM方法RtCM（Reliability and Technical centered Maintenance，以可靠性与技术特性为中心的维修）以达到将系统内设备进行分类并重点管理的目的，同时利用定量化分析提高对复杂设备的分析效率[2]。

1 RtCM分析方法及流程

RtCM分析方法继承了传统RCM方法的主要流程和思路，在此基础上对传统RCM技术方法进行了优化和改进。相较于传统RCM分析方法，RtCM分析方法引入了设备技术特性分析与设备分级管理的理念，有效的将维修模版数据库与分析资源配置相结合，是对设备在现有使用条件下，明确维修需求的一种高效且经济的系统工程方法。

RtCM分析方法与传统RCM方法基本思路相同。首先对系统进行功能与故障分析，明确系统内各故障的后果；然后用规范化的逻辑决断方法，确定出故障后果的预防性对策，最后确定合理维修活动需求[3]。

RtCM分析流程遵循RCM分析思路，同样需要回答必不可少的七个问题，依次是：

在当前运行环境下，用户需要设备提供什么功能及相关的性能标准？

什么情况下设备功能将无法实现？

哪些功能故障相关的设备是值得管理的？

引起设备失效的故障模式有哪些？

故障模式发生后的影响及后果分别是什么？

哪些工作可以预测或预防以上故障模式？

如果无法预测或预防该故障模式，那么对其后果如何管理？

只有保证按照顺序回答以上七个问题，才能称之为“RtCM过程”。其中，第三个问题“哪些功能故障相关的设备是值得管理的”是将设备分级管理理念引入的关键。此环节可以把直接导致严重的功能级故障后果发生的设备筛选出来，剩下的部分通过RTM（Run to Maintenance，运行至维修）评判过程来确认。按照不同的设备重要度，将值得管理的设备明确，将分析资源进行合理分配，以达到把资源配置进行合理分配的目的。

回答后续的问题则需要将设备的技术特性分析加入进来，并借助已有的维修模版，根据设备实际运行状态制定对设备的维修策略。确认具体采用纠正性维修、预防性维修、状态监测与预测性维修、定期试验，还是改造。具体分析流程见图1。

图1 RtCM技术方法流程图

2 RtCM分析的应用与实践

2.1 某核电站核岛冷冻水系统（DEG）简介

该核电站DEG系统是一个封闭的冷却系统，包含三列50%容量冷冻机组/冷冻水循环泵，并由核岛除盐水分配系统（SED）补水管线进行补给的膨胀水箱来保证DEG系统冷冻水循环泵有足够的吸入压头。

该系统主要用于冷却每台机组下列通风系统的空气：安全壳连续通风系统（EVR）；反应堆堆坑通风系统（EVC）；核辅助厂房通风系统（DVN）；核燃料厂房通风系统（DVK）；辅助给水泵房通风系统（DVG）；核取样系统（REN）的二回路设备冷却水系统（RRI）侧，以防止发生敏感元件、电气设备以及支承反应堆压力容器由于混凝土的过热所产生的不可逆破坏等不安全现象。

该电站DEG系统冷冻机组101/201/301GF为离心式制冷机组，制冷原理属于相变制冷，即利用制冷剂由液态转化为气态时的吸热效应来获取冷量的。它是由压缩机、冷凝器、节流孔板、蒸发器四个主要部分组成。他们之间由管道依次连接，形成一个封闭系统，通过冷凝器将相变时产生的热量通过冷却水排到RRI系统中。

该制冷机压缩机和电机由制冷剂冷却。冷却流程是通过在冷凝器中引出一条冷却主管线，然后分成两段冷却回路：一路通过油冷却器对压缩机润滑油回路冷却，使润滑油温降低；另一路直接进入压缩机及电机轴承进行冷却，经过压缩机及电机后的制冷剂与通过油冷却器的制冷剂一起由回流管线重新回收到压力较低的蒸发器中。

2.2 RtCM分析方法在DEG系统中的应用

2.2.1 组建DEG系统RtCM分析小组

为了顺利完成某电站DEG系统RtCM分析，组成了由运行工程师、设备管理工程师、机电仪相关维修专业工程师的RtCM分析小组。作为专业接口人或协调人，负责推动RtCM分析成果在本专业的应用，协助分析成果中所发现的本专业问题的解决保证了分析结果全面且准确。

2.2.2 DEG系统RtCM分析流程

该电站DEG系统一台机组有714个设备，通过设备分级理念和RTM判断，将重要的设备筛选出来后包括以下主要设备：冷冻机组，冷冻水循环泵与电机，膨胀箱，膨胀节，阀门。以该系统的一条重要功能为例，说明RtCM分析方法的具体应用过程。

确定功能和性能标准：DEG系统正常运行模式下（冷冻机组两列运行，一台备用），向EVR/EVC/DVN/DVK/DVG系统提供并分配流量为798m3/h、10℃左右（不低于8℃，不超过14℃）的循环冷冻水，并将冷却盘管所回收的热量，通过冷水机传送给RRI。

确定相应的功能故障：DEG系统正常运行模式下（冷冻机组两列运行，一台备用），机组正常运行期间，完全不能提供冷冻水。

该功能故障的后果：导致相关房间温度升高，无法保证敏感元件、电气设备以及支撑反应堆压力容器的混凝土的温度，根据技术规范记第二组I0，立即监视EVC和EVR温度，检修必须在3天之内完成。若导致反应堆厂房和堆坑温度过高，将产生第一组I0，机组强迫后撤。

重要设备识别：能够引起以上功能故障的设备主要有制冷机组(101/201/301GF)、冷冻水循环泵(001/002/003PO)、膨胀节、相关阀门等。由该功能故障的故障后果分析可确认，以上设备故障有导致设备损坏或机组后撤的风险，因此该功能相关设备属于关键设备，需要进行故障模式分析。

图2 DEG系统流程简图

故障模式及故障影响的分析：以制冷机组(101/201/301GF)辅助设备压缩机开关导叶执行器101MZ中间继电器为例，结合历史经验和维修模版可确认：因冷冻机为调节冷量，开关导叶中间继电器需频繁动作，可能导致疲劳、触点接触不良，此时触点阻值将明显升高。若导致继电器故障，导叶无法开关到位，将触发导叶故障报警；若持续不能达到指定导叶开度，可能导致制冷机组跳闸。根据技术规范要求记第二组I0。若导致反应堆厂房和堆坑温度过高，将产生第一组I0，机组强迫后撤。

维修策略决断：根据设备技术特性有如下分析过程，该电站DEG系统冷冻机组开关导叶执行器101MZ的中间继电器为OMRON的MY2NJ型号继电器。该继电器厂家给出的可开关动作次数为5000万次，按照6个月夏季模式计算，一台冷冻机每年平均运行时间为6个月，一年中可支持平均每天动作27.8万次，原大纲每年更换过于频繁。根据故障模式分析并结合同型号设备经验反馈，可确定合理的更换周期为5年。最终确定大纲：检查开关导叶中继触点阻值（1年）；定期更换开关导叶中继（5年）。

维修策略汇总/法规文件对比：为有效落实已经确定的维修策略，需要将多种故障模式对应的维修手段进行汇总，并根据功能位置、维修内容、维修状态、维修专业将维修活动进行整理，以便今后的维修活动安排。维修策略汇总后，将定期试验监督大纲、在役检查项目与已确认的维修活动进行对比，确保维修任务符合相关要求。

2.3 RtCM分析方法在DEG系统中的经济效益

通过RtCM分析，发现该电站DEG系统原大纲存在较多不完善的地方，优化成果如表1：

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通过RtCM分析，增加了一些必要的用于提高设备可靠性的预防性工作，从而提高了设备可靠性。取消或延长一些不必要的维修项目，降低了维修成本。

除了以上直接经济效益项目外，通过系统化的梳理，还发现并推动修正系统运行程序、报警卡、运行维护手册、逻辑图等参考文件错误。建立了维修大纲上游文件——维修导则，为维修大纲后续的优化和反馈提供了资源。RtCM分析小组的沟通，加强了各部门合作，促进了各专业之间的沟通与交流。

3 结论

RtCM技术方法引入了维修策略模版和设备分级、RTM评判，与传统RCM分析相比效率更高。同时通过故障模式分析、技术特性分析、定量化分析提高了维修决策的准确性、合理性。通过某电站DEG系统RtCM分析实践证明了RtCM方法较好的指导了维修策略的制定和优化，取得了丰富的技术成果，提高了系统设备可靠性、节约了维修资源投入。