關于風電機組運維的可靠性技術思考

　　風電峰觀察：作為一個行業(yè)的咨詢和技術交流平臺，歡迎大家通過后臺留言，添加好友直接交流，或者投稿的方式，提出寶貴意見或發(fā)起討論，就大家共同關心的熱點問題和技術難題開展交流。
　　近年來，風電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，裝機容量大幅提升，使在役風電機組的運行維護成為整機廠與運營商必須認真面對的問題，同時其中蘊含的巨大市場潛力也吸引了越來越多的關注。但是風電產(chǎn)業(yè)后市場的發(fā)展前景對有效地控制運維成本，實現(xiàn)精益化管理提出了十分熱切的要求，而且日益激烈的行業(yè)競爭也迫使整機廠與運營商對機組不同壽命階段的運維策略展開籌劃，以期削減成本。“大數(shù)據(jù)、智能分析與診斷、運維決策智能化、集約化管理”等一系列高科技的先進方案被引入到機組運維管理體系中。事實上，從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，這些先進方案融合到一起，便是“以可靠性為中心的維修（Reliability Centered Maintenance，簡稱RCM）”技術。
　　RCM技術產(chǎn)生于二十世紀六十年代，目前廣泛應用于核電工業(yè)與軍工領域。由于同核電機組獲得能量的穩(wěn)定性不同，以及發(fā)電設備安全性要求的差異，適用于風電產(chǎn)業(yè)的RCM技術還需獨立開發(fā)。目前，系統(tǒng)復雜的大型設備運維策略主要包括兩類：事前維修與事后維修。事前維修是指在故障發(fā)生并產(chǎn)生影響之前，對設備采取故障預防措施，例如檢查緊固件，更換易耗件等方法，避免故障導致的嚴重影響出現(xiàn)。事前維修包括預防性維修與預測性維修兩類，風電產(chǎn)業(yè)普遍采用的定期檢修制度便屬于預防性維修的范疇，它根據(jù)機組零部件的工作特性，在其失效之前，定期檢查更換，以確保機組的長時間穩(wěn)定運行。但是實踐證明，隨著機組服役的不斷延伸，由機械應力、熱應力或環(huán)境應力等因素導致的疲勞故障僅僅依靠預防性維修已難以有效應對。而RCM技術通過對風電機組運行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，運用可靠性分析與預計技術，對機組運行中后期可能出現(xiàn)突發(fā)故障提前發(fā)出預警，指導對機組實施不定期的維護工作，防范故障導致的嚴重影響發(fā)生，同時輔以其他維修策略，形成一種系統(tǒng)性的維修策略。事后維修是指等到故障發(fā)生之后，再采取措施維修設備恢復功能；傳統(tǒng)的大型設備維修，由于缺乏故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和技術經(jīng)驗，多采用事后維修。
　　當前國內(nèi)風電產(chǎn)業(yè)的RCM技術處于起步階段，整機廠與運營商對機組運行技術數(shù)據(jù)的收集工作已經(jīng)展開，但是對數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)整理分析并運用到機組維修策略中的工作尚未開始。
　　以可靠性為中心的維修
　　RCM技術是國際上通用的用以確定設備預測性維修需求，優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)工程方法。它借助可靠性分析方法創(chuàng)建設備的功能或硬件FMEA，采取風險矩陣邏輯判斷的方法，通過對設備故障模式的影響與發(fā)生頻率分析，結合安全性與經(jīng)濟型原則，確定并不斷優(yōu)化設備的運維策略，從而指導大型設備的日常檢修維護工作。標準的RCM分析過程是根據(jù)SAE JA1011《以可靠性為中心的維修過程的評審準則》給出的RCM過程準則進行的。該準則將RCM分析過程劃分為以下7個階段：
　　1、確定設備的功能與邊界條件；
　　2、根據(jù)功能定義，確定設備的故障模式；
　　3、根據(jù)設備的工作機理，分析各類故障模式的原因；
　　4、分析各類故障模式可能造成的影響；
　　5、評估各類故障影響導致后果的嚴重程度；
　　6、根據(jù)評估結果，針對可預測的故障模式制定預測性維修計劃；
　　7、根據(jù)評估結果，針對不可預測的故障模式制定相應的維修計劃。
　　在實際的RCM工程應用過程中，前期還需完成制定RCM工作計劃，確定RCM工作的實施范圍，以及收集并統(tǒng)計分析故障數(shù)據(jù)等工作；后期則要匯總形成RCM工作報告，并執(zhí)行相應的維修計劃，從而與前期工作形成閉環(huán)系統(tǒng)，使設備的運維策略不斷優(yōu)化完善。同數(shù)據(jù)挖掘相關的故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析雖然未被列入評審準則，但它卻是RCM工作的基礎，如果缺乏充足準確的故障數(shù)據(jù)，輕則加大故障模式影響分析的難度與工作量，重則導致錯誤的評估結果，造成嚴重的負面影響。因此，RCM分析過程中基于設備功能的故障模式庫的創(chuàng)建（FMEA分析過程），對有價值的故障數(shù)據(jù)挖掘具有十分重要的意義。以下就風電機組的RCM工程應用過程中的數(shù)據(jù)挖掘任務如何運作進行探討。
　　將RCM引入風電機組運維過程
　　預防性維修對機組運行初期的故障具有較為明顯的預防效果，但是到了機組服役的中后期，定期檢修在不同的零部件上會表現(xiàn)出“維修不足”或“過度維修”的問題，產(chǎn)生意外故障影響導致的高額維修費用和備品備件不必要的消耗。因此將核電等大型設備維護中廣泛采用的RCM技術，應用于風電機組的運維策略研究制定，通過預測性維修手段降低運行故障率，控制運維成本，顯得十分必要。以下以風電機組機械系統(tǒng)為例說明如何通過數(shù)據(jù)挖掘，將RCM技術引入運維策略的制定過程。以風電機組機械系統(tǒng)為對象的RCM工作流程如下：
　　明確機械系統(tǒng)的核心功能與輔助功能，并據(jù)此對機械系統(tǒng)進行結構劃分。
　　依據(jù)機械系統(tǒng)功能定義，確定故障判據(jù)，進而創(chuàng)建機械系統(tǒng)的部件級故障模式庫。