智慧电厂以可靠性为中心的设备维修系统

毛舒扬

摘要：随着科学技术的不断发展尤其是信息化技术的进步，各类企业越来越重视应用超融合、大数据、人工智能等技术来升级原有的生产和管理模式，提高工作效率。在电力行业中，智慧电厂的建设是电力企业发展的必经途径。为落实大唐集团关于智慧电厂建设及两化融合的有关要求，进一步提高公司的精细化管理水平，依托公司一体化大数据平台，建设以可靠性为中心的设备维修系统，提高机组的安全性、可靠性水平。

关键词：智慧电厂；两化融合；设备维修系统；RCM

1概述

目前公司检修任务繁重，安全管理压力大。需要依托基于检修策略优化系统（以可靠性为中心的维修系统），综合目前的设备管理、DCS过程数据、点检系统数据、早期预警模型结果等，按照各系统和设备的优先级别来定义不同的策略，再根据可靠性的需要建设数据接口和指标范围以及报警阈值等，重新梳理和制定研究对象的各种检修周期和日常维护、巡点检内容，发现当前检修管理中存在的过修和欠修现象，提出维修优化策略，从而优化设备管理体系。

2设备现状及问题分析

设备检修管理及数据管理现状：

（1）通过MIS系统实现了各类专业设备的各种缺陷的记录。

（2）技术监督通过MIS系统实现，每月手工填报，上传，审批，未实现实时的动态技术监督。

（3）没有相关分析模型和运营监控模型，反映智能电厂日常生产经营情况、为日常管理和决策提供数据分析和灵活定制报表，提供检修管理、综合分析、运营监控、设备预警等功能。不具备发现当前检修管理中的过修和欠修现象，提出维修优化策略，节约生产成本的功能。

3建设目标和内容

3.1建设目标

建设以可靠性为中心的设备维修系统，通过采用检修策略优化，根据管理层制定的运营目标，更加合理的制定检修策略，优化检修内容和检修周期，提高设备可靠性、可用性和可维护性，降低维护成本；通过建立设备模型，挖掘数据价值，从而提高发电设备的可利用率，减少设备故障维修次数，实现发电资源配置与生产决策的可预测化，提高电厂的管理水平与经济效益。

3.2建设内容及系统功能

依据我厂机组特点，梳理集团公司及行业标准要求，定制一套依托公司大数据平台的以可靠性为中心的设备维修系统。

该系统可通过设备智能维护功能实现设备运行更可靠、设备维护更经济，通过安全风险主动预控，使所有安全风险可控、在控，实现安全生产，通过经营分析与寻优实现经营优化节约成本。可以从维修费用角度分析，通过检修策略优化系统分析得出的维修策略建议和现行的检修项目对比后，可以发现明显的过修标项或者不必要的非标项，部分过修项目周期可以适当延长，或者采用其他维修保养方式；从可靠性和可用性角度分析，通过检修策略优化系统分析可以有效的提高系统可靠性，提高机组运行可靠性和降低非停概率，从而提升机组可用性，提高资产利用率。

4技术方案和技术路线

4.1设计思路

以可靠性为中性的设备维修（检修策略优化系统）策略优化管理机制是一种以设备可靠性状态为基础、以可靠性为中心、以预测状态发展趋势为依据的设备优化管理方式。

通过应用检修策略优化系统，可以根据管理层制定的运营目标，更合理的制定维修策略的内容和周期，提高设备可靠性、可用性和可维护性，节约运行、维护成本和人力资源开支，助力实现以可靠性为中心的检修管理体系。

从机组层面上看，制定A、B、C、D检修计划时需要根据各设备可靠运行的实际情况对设备范围进行合理的安排，避免仅根据定期维修计划周期将所有符合检修周期条件的设备均纳入到检修范围。同时，在预算相对有限的情况下，如何更科学的选择必要的设备进行检修，是当下检修计划制定工作所面临的挑战。通过检修策略优化系统，可以根据系统评估结果，了解具体计划检修时间节点下各设备可靠性情况和故障风险，根据检修预算、设备可靠性预测、设备主要风险等综合评估当前维修计划下各设备的维修紧迫程度，从而更科学合理的确定当前检修计划下的检修设备范围，提高了检修工作的投资回报，既在一定条件下保证了设备可靠运行，同时也避免了不必要的浪费，控制了检修成本。

从设备层面上看，每个设备都预先定义了在不同级别定期检修工作中所需要完成的工作项目，大部分内容都以检修文件包形式存在。在进行检修周期优化的工作中，大部分优化是倾向于直接优化各设备A、B、C、D检修的周期。但实际工作中也存在部分检修工作项目可以转移到更长周期的检修计划中的情况，或者一些检查项目可以在日常更频繁的执行。由于检修策略优化系统在实施过程中定义了设备各故障风险所对应的维修措施，所以系统在进行设备可靠性评估时可以更精细化的评估具体检修项目的执行对各故障风险造成的影响，可以对不同的检修工作项目进行组合，构建不同的预设场景，通过对这些场景下设备的可靠性评估结果来发现更优的检修策略组合，实现可靠性、可维护性和检修经济性的平衡，逐步完善和优化各设备在不同周期的定期维修工作的工作项目，更好的梳理和完善各设备检修文件包。

4.2技术要求

4.2.1以可靠性为中心的设备维修系统的基本要求：

(1)以可靠性为中心的设备维修系统可适用于我公司多类型、多负荷的火力发电机组系统和设备的可靠性工程。

(2)应用对可象涵盖了电厂生产工艺流程的系统包括：锅炉、汽机、电气、化学、环保等专业及其它相关公用系统，例如：给水系统、制粉系统、风烟系统、凝结水系统、发电机本体及辅助系统等。

(3)分析对象设备，涵盖：各大、中型转动设备/机械，例如：汽轮机、发电机、给水泵、凝结泵、循环泵、引送风机、一次风机、主变等。

(4)从人员安全、设备安全、经济性、环保、名誉和社会影响等多个维度，为项目实施涉及的各主要系统和设备对象构建了风险矩阵体系，作为电厂日常设备保养、检维修计划制定/调整、实时可靠性评估、创建设备健康度指标的重要参考依据。

4.2.2系统功能

以可靠性为中心的设备维修系统（RCM系统）具备以下功能模块：

1. FMECA模块

FMECA分析，即故障模式、影响和危害性分析，可对系统、设备或部件的故障模式、故障后果等因素进行全面梳理与管理，满足通过场景建模，分析系统中每个故障对设备和系统的影响，以评估系统的整体可靠性和可用性等。

对企业资产进行分解梳理，可将设备与系统划分为系统，子系统，设备，组件等级别，确定设备/系统的串并联关系，以及运行与备用的设定，同时将设备故障模式与设备的部件关联，理清整个系统可靠性与单个设备/部件的关系，为后续的风险分析做设备的逻辑关系准备。该项工作是RCM分析的重要基础，最终由资产结构树来实现。

资产结构树是系统单元及其可靠性意义下连接关系的图形表达，表示单元的正常或故障状态对系统状态的影响。资产结构树中的串联结构表示链上的任何一个单元故障，则系统发生故障；并联结构表示仅当下属单元发生故障且超出系统备用裕度，系统发生故障。

FMECA分析满足给水系统、制粉系统、风烟系统、凝结水系统、发电机本体及重要辅机等。

2. RAM分析模块

要求采用的RAM技术，可有效的对维修管理系统进行定性与定量分析，评估不同的维修策略、过程设计及改造方案等对过程可用性、经济效益的影响等，还可以根据经济风险排序制定有针对性的检维修策，合理分配/平衡用于低风险设备与高风险设备的检维修资源。其核心是基于设备的历史故障数据分析故障的概率与后果，通过定性分析技术与定量分析技术的结合，确定其经济风险和故障损失的大小，同时发现维修管理系统的薄弱环节，进行优化并加以改善。同时，RAM技术也可以对设备或系统的可靠性、可用性、可维护性等进行分析、评估及优化；并且对未来的生产能力、效益进行预测。

维修策略优化：企业在设备维护管理中可采用不同策略，如基于设备状况的维修（CBM）、预防性维修（PM）或仅在设备运行至故障后进行矫正性维修。那么需提供企业各个设备的最佳维修策略，及使用何种维修策略以获取最佳效果。

本系统的维修策略优化功能使用专业的数学量化分析方法，综合考虑所有相关成本、设备的维护及可靠性在实施该方案前后的变化等，同时结合运用可靠性分析理论和企业的实际操作经验，为用户提供最佳维修策略。

3. 维修策略开发模块

集合了具备设备相关知识和经验的设备管理人员提供的设备综合信息，来建立与公司的财务、生产、安全、环境目标相一致的设备检维修管理计划，需确保方便快捷的对各风险等级的所有设备进行有针对性的、合适的维修策略开发。

要求基于故障模式、故障后果、故障概率、维修时间以及设备对运营目标的影响等因素，使用基于风险的方法来客观地确定RCM策略，以帮助用户实现最大化的投资回报。用户还可以根据自身需求对事后维修（CM）、预防性维修（PM）、基于状态的维修（实时监控（RTM）与检修（IM））等多种维修方式进行建模。

设备风险优先级，在工厂层面,基于设备对工厂运营目标的影响来确定哪些设备应该首先解决，优先考虑工作基于风险实现最大的投资回报。要求风险的计算必须基于故障后果和故障概率，以及维修时间。

4. 设备健康指标模块

设备健康指标用于设备维护和运行人员日常对设备状态的分析与评估。作为内部重要的设备管理手段，通过对设备关键故障特征量的管理来加强设备的运营。

设备健康指标支持：

1. 用数据收集器将人手工处理的指标变成标准化的设备状态指标管理

2. 将设备健康状态在统一的视图进行显示

3. 早期判定设备故障，以便在设备故障前及时安排和进行主动性维修决策

4. 对设备预警指标进行分级，方便用户根据不同级别的预警采取不同的措施

5. 关键绩效指标模块

根据业务运营和设备运行的不断变化，可创建、分析和调整与公司运营目标相一致的关键绩效指标（KPI），实现和维持最佳的可靠性水平，以确保最优设备性能以及整个设备管理程序的有效性。

要求用户不仅可以基于本系统提供的规范化的关键性能指标进行选择，也可以根据自身需求，方便快捷地创建用户特有的性能指标，以确保用户采用统一的性能指标进行设备管理。

4.3主要创新点

可靠性建模：在定性分析的基础上，结合国内外经验和在同类型设备的实施经验搭建故障可靠性模型巡检项目可参照集团公司及行业相关标准实现标准化、定量化、定时化、定制化。

风险矩阵建立：根据行业标准、集团标准、电厂标准和实施经验建立衡量风险评级的矩阵标准，选择关键性设备作为重点分析对象网络安全系统同步设计、同步施工、同步投入使用。

5结论

以可靠性为中心的设备维修系统建成后，根据管理层制定的运营目标，通过检修策略优化，制定更加合理的检修策略，优化检修内容和检修周期，提高设备可靠性、可用性和可维护性，降低维护成本。进一步提高了公司的精细化管理水平，提升了机组的安全性、可靠性水平，将为公司安全生产、节能降耗和经营管理等各项工作做出贡献。

参考文献：

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