设备可靠性分级在AP1000核电机组的应用

摘要：设备可靠性分级主要识别电站各设备关键度等级，进而采取不同的管理策略。设备可靠性分级是电站可靠性工作的基础，它直接支持预防性维修大纲、定期试验大纲及系统监督方案开发等工作，该方法能够识别不可见的设备失效，为设备定期试验提供支持，设备功能组管理将具有同一隔离边界的设备同时维修，便于维修计划的安排，提高工作效率。AP1000核电机组可靠性分级方法与传统分析方法有着很大区别，该文主要讲述了AP1000核电机组的设备可靠性分级方法及优点，详细介绍了设备可靠性分级过程。

关键词：可靠性 分级 预测性维修 AP1000

中图分类号：TH218 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0074-02

以可靠性为中心的维修（RCM）是目前国际上流行的用以确定有形资产预防性维修需求，优化维修制度的一种系统分析方法。传统的方法都是从系统功能入手，通过失效模式和影响分析（FMEA）确定系统内各设备关键度级别，难度较大，AP1000核电机组采用简化处理方法，从系统内各设备入手，分析各设备失效对系统和电站的影响，最后根据西屋给出的设备可靠性（ER）关键度问题清单来确定设备的关键度，同样保证了设备关键度等级和预防性维修策略的合理性，同时节省了大量分析的时间。

1 AP1000设备可靠性分级方法介绍

设备可靠性分级方法采用了规范化、标准化的方法，失效模式进行了简化处理便于分析，列出系统功能和功能失效对系统和电站的影响，最后根据西屋ER关键度问题清单给出设备分级。

1.1 ER关键度问题清单

西屋给出的ER关键度问题清单结合了设计可靠性保证大纲（D-RAP），最终安全分析报告（FSAR）第16章节中技术规格书（TS）、投资保护短期可用性控制（STACS）及美国联邦法规10 CFR50.6关于核电站维修有效性监控的要求（维修规则MR）等对生产发电的影响将设备关键度分为四级等级，分别为高关键CC1、关键CC2、非关键NC和RTF，这份清单是可靠性分级的判定依据标准。CC（Critical Component）：关键设备。关键设备失效会失去或使支持电站的重要功能降级，主要是核安全和生产发电相关的一些设备。AP1000 ER分级将关键设备分为高关键（High-Critical，CC1）和关键（Critical，CC2）。遵循非计划故障“零许可”原则，制定并应用维修策略来预防非计划故障。NC（Noncritical Component）：非关键设备。不满足CC分级标准，也不满足RTF 分级标准，但值得进行预防性维修的SSCs。其失效会使人员安全、工业安全、环境安全或辐射安全危害的增加变得不可接受，如直接支持关键设备工作的SSCs；或更换部件用时长，无法使所需设备得到及时修复的SSCs，均是非关键设备。RTF（Run-To-Failure）：故障检修设备，不需进行预防性维修，故障后果和风险是可接受的设备，该设备一直运行到需要维修为止，此时采取纠正性维修。

1.2 设备功能和功能失效

设备可靠性分级过程中列出系统内设备所有功能，如：泵有打水功能，内部为高温高压或放射性液体时，有包容功能；阀门有开关功能；变送器有调节控制报警功能等。功能失效，就无法实现应有的功能。

1.3 失效模式和失效是否可见

在做设备可靠性分级将设备失效模式进行了简化处理，便于分级有效开展，如泵失效模式为泵损坏，而没有真正说明泵的失效模式为叶轮磨损等。失效模式是否可见对于日后工作有着极其重要的影响，设备在正常工作配置情况下，若发生失效，可以触发报警、操纵员可以马上发现及为可见失效，例如泵跳闸即为可见失效，备用泵无法启动则为不可见失效。

1.4 设备可靠性分级流程

设备可靠性分级时首先列出设备所有功能，然后分析每个功能失效对系统影响，进而分析对电站的影响，最后根据ER关键度问题清单给出设备分级，如发电机定子冷却水泵功能为“在发电机运行时，从冷却水箱向发电机定子线圈提供冷却水”，失效为“定子冷却水泵损坏”，失效对系统影响“定子冷却水压力降低后，备用泵联锁启动”，失效对电站影响“该设备故障将导致100%丧失冗余，从而增加电力生产迅速丧失的潜在风险”，最后根据西屋给出的问题清单，设备分级为“CC2-3”。分级时要根据预防性维修模板选择设备工作频度、工作环境，为以后挂接PM模板形成预防性维修项目提供输入。失效在做设备可靠性分级时，首先确认功能组内主设备分级，其他设备再围绕主设备进行分级，因为主设备的分级将影响到附属设备的分级，如泵为关键设备，泵出入口隔离阀在泵需要检修时隔离，无法关闭或关严将影响关键设备的修复，这时根据ER关键度问题清单判定即为NC-7，但若泵不是关键设备，隔离阀无法关闭这个失效分析中就为RTF。

2 分析方法特点

（1）与传统的可靠性分级方法对比：核电是最早引入和应用RCM方法进行可靠性管理的行业之一，1984年，美国电力科学院（EPRI）将RCM应用到核电站系统设备的预防性维修优化中，取得了很好的成果。但是，随着实际工艺系统的日益复杂化，系统中包含的设备数量和类型日益增加，经典RCM方法在进行该类系统分析时，单单是故障模式影响分析（FMEA）一项任务就得耗费数月甚至更长的时间，影响了分析进度，占用了大量的资源；同时，可能由于未能对一些关键设备进行足够详细分析而影响了分析的质量。本分析方法对传统RCM进行改进和创新，从系统内各设备功能入手，开发出规范化、标准化的设备可靠性分析流程，有效减少了传统RCM方法人因因素导致的结果偏差，使不同人员得出相对统一的结果，减少管理成本，大幅提高分析效率，为电站设备制定科学合理的预防性维修策略、定期试验策略、性能监督策略，从而提升电站整体可靠性水平，并大幅降低电站的维修成本。

（2）定期试验：一般来说大部分严重的事故都是由隐形失效设备（不可见失效）引起的，举一个简单的例子，两台100%配置的发电机定子冷却水泵，A泵运行B泵备用，在2.4章节已经提到，A泵跳闸为可见失效，B泵无法启动为隐形失效，正常运行中A泵跳闸，B泵若无法启动将导致机组停运，B泵若能启动，不会产生任何影响，即隐形失效设备对于系统乃至电站运行可靠性有着重要的影响，我们这套分析方法能够识别系统内所有设备的失效模式是否可见，然后根据分析的结果，对NC及CC隐形失效功能重要的转动设备和重要逻辑进行定期试验，通过定期试验来提早发现设备和重要逻辑的失效。

（3）功能设备组（FEG）：将具有相同隔离特征完成同一个功能的设备放到同一个组内，即功能设备组，可以减少运行隔离，便于维修计划的安排，减少维修活动的管理周期。分级工作前需要将工艺流程图上同一功能设备组内的设备框在一起并给出功能组编号，同时在自己开发的软件设备可靠性平台（ERM）上将设备划在同一功能组内。可靠性分级结束后，将分级结果和所属功能组同时导入到信息化管理系统中，生产计划人员可以根据导入的信息合理的规划检修设备和项目，真正做到了组内设备可实现同时检修隔离，大大提高了工作效率。

（4）预防性维修：我们对EPRI预防性维修模板（PM模板）进行了本地化处理，根据设备可靠性分级关键度，关键（C）和非关键（NC），工作环境恶劣（S）和良好（M），工作频度高（H）和低（L）形成八列与预防性维修项目和周期相关的列表。设备可靠性分级是基础性工作，主要对系统内各设备关键度进行识别，为预防性维修大纲提供输入，设备可靠性分级时需根据预防性维修模板（PM模板）选择设备工作环境和工作频度，设备工作环境、工作频度均在预防性维修模板中有相应定义。设备可靠性分级完成后，根据设备关键度等级、运行环境和运行工况挂接PM模板形成维修策略并根据实际情况进行优化。

3 结语

隐形失效设备故障对系统影响更大，我们这套分析方法能够识别系统内隐形失效设备，进而开发定期试验，提早发现设备失效问题。AP913中关于设备可靠性的6个模块中设备分级是基础，为以后开发预防性维修大纲、定期试验大纲、系统监督等提供基础数据。

以可靠性为中心的维修在中国起步较晚，虽然在中国核电行业已经开始应用，但很多核电厂还是无法摆脱传统定期维修的观念，浪费了大量人力和物力，但整个电站的可靠性和可用性并未得到大幅度提升。对于任何一个大型工业体来说，至少有80%以上的失效与运行时间无关，所以在做系统内各设备的预防性维修项目，更应该注重预测性维修手段，发现设备的早期失效征兆，减少不必要的定期维修，才能更好的保证整个电站的可靠性。

参考文献

[1] （英）约翰.莫布雷.以可靠性为中心的维修[M].石磊，译.北京：机械工业出版社，1995.

[2] 关高.AP1000核电厂设备可靠性分级方法的特点与应用研究[J].核动力工程，2013（6）：88-91.

[3] Neil bloom.Reliability Centered Maintenance[M].McGraw-Hill，Inc，2006.