可靠性技術在風電行業的應用

楊豪放

（合肥工業大學信息工程系（宣城校區），安徽宣城242000）

可靠性技術在風電行業的應用

楊豪放

（合肥工業大學信息工程系（宣城校區），安徽宣城242000）

分析RCM和RCA可靠性技術方法、流程，研究在風電行業應用的可行性，結合風電場系統設備的RCM與RCA應用案例分析制定相應措施，以提高風電設備運行可靠性。

可靠性維修；原因分析；風電行業

0 引言

《風電發展“十三五”規劃》明確了“十三五”風電的發展目標，到2020年底，風電累計并網裝機容量確保達到2.1億千瓦以上，發展前景可觀，然而風電機組一般地處偏遠的戶外，設備使用環境惡劣，維修費用高且維修相對困難，制約了風電場的可靠性運行和企業經濟效益。因此，如何提升設備可靠性以及境地運行維護成本，則成為企業關注的焦點。通過對“RCM”和“RCA”進行技術分析，闡述風電中的可行性情況及技術流程，結合系統設備案例分析表明，不僅能夠優化風電機組設備預防性維修大綱，還能從根本上分析出設備的失效原因，提升機組的運行安全性與整體維修水平。

1 RCM與RCA技術及可行性分析

1.1 RCM技術方法及優勢介紹

以可靠性為中心的維修（Reliability-centered Maintenance，簡稱RCM）起源于美國航空工業，該技術是用于確定系統設備在現行使用環境下維修需求、制定和優化維修策略的一種系統工程方法。基本思路是：對系統設備進行功能和故障分析，詳細分析相關故障模式及其故障影響，用規范化的邏輯決斷方法確定管理相應故障后果的有效維修策略，從而保證系統設備的安全、可靠和經濟運行。

美國汽車工程協會1999年發布的《以可靠性為中心的維修過程的評審準則》（SAE JA1011）給出了RCM分析的標準過程準則，該準則對RCM方法的分析流程進行了說明（圖1）。

圖1 RCM技術分析流程

RCM從設備的故障后果出發分析決策采取何種合適的預防性維修策略，突出管理故障后果比故障模式更重要的維修理念，能夠系統科學優化設備的維修策略，其主要應用優勢如下：

（1）能夠根據用戶需求制定科學合理的維修措施。（2）優化資源配置，減少不必要的維修措施和開支。

（3）提升系統設備的安全可靠性水平，提升人員技能。

（4）分析過程形成系統設備故障基礎數據庫，有利于持續提升。

1.2 RCA技術方法及優勢介紹

（1）關鍵技術步驟。根本原因分析（RCA）技術和方法，最早是在美國航天航空業應用并取得了良好效果。RCA技術的特點是充分利用實際客觀證據、通過系統化、邏輯化、規范化的分析方法，對事件進行全面及充分分析，確保分析結果的唯一性，準確找出事件的根本原因并制定合理的糾正措施。該項工作的實施是保證設備管理體系完整以及設備管理工作良性循環的重要基礎。關鍵技術步驟（圖2）。

（2）RCA技術方法應用優勢。①能夠有效利已有數據和結果對可能的故障模式進行深入分析，探究其失效的本質。②分析過程中可能會發現一些技術和管理的偏差，但能得到及時改進，并提升設備可靠性。③分析過程中會形成系統設備故障模式及糾正措施基礎數據庫，為后續其他設備故障原因分析提供分析和解決的依據。

1.3 RCM與RCA風電應用可行性分析

圖2 RCA技術分析流程

（1）風電行業的維修作業環境艱苦，而且工作負荷重。例如，發電機、齒輪箱等設備維修時需要使用吊車，不僅周期長，所需費用也極高。而通過系統的預防性維修優化，既能發現目前風機設備中尚未管理到位的故障模式，還可制定針對性的優化策略，以防患于未然。

（2）風電機組的運行受到運行環境、維修水平、設備制造水平的限制，相同設備在不同環境下的運行特性各有差異，而RCM方法充分考慮了設備差異帶來的維修差異，可以結合個體運行經驗制定科學合理的維修措施，不斷優化現有風電設備維修策略。

（3）風電機組設備故障多采用更換部件的方式，缺乏對系統設備故障的根本原因分析，不能有效管理重發故障，也不利于企業的長期可持續發展，甚至造成大量成本的浪費。通過建立系統的RCA技術分析體系，可以有效改善維修現狀，提高企業的經濟效益。

（4）通過RCM與RCA分析，風電企業可建立自身的設備分析與管理數據庫，在提升維修能力，為后續同等背景下設備的維修策略制定，以及故障原因分析提供數據支撐的同時，其規模效益也是巨大的。

2 RCM與RCA在風電行業的應用探索

2.1 液壓制動系統RCM分析

液壓制定系統用于實現風機主軸剎車和偏航剎車控制操作，整個剎車油路主要由油箱、主集成塊、主軸剎車電磁閥、偏航剎車電磁閥等構成，控制系統通過控制主軸剎車電磁閥、偏航剎車電磁閥實現對主軸剎車器和偏航剎車器的制動控制。

經過系統的RCM分析，可實現：①識別出了液壓制動系統之前尚未管理到的故障模式，該故障模式故障影響及后果較為嚴重，可能導致液壓制動系統失靈，存在安全及生產隱患。②取消了部分不必要的故障模式管理策略，從故障影響及控制措施考慮，實施糾正性維修，降低了維修成本。例如，《液壓制動系統維修大綱》對原系統預防性維修策略進行了優化，優化率達15%。維修項目新增20項，其中12項是狀態監測，8項是定期試驗。項目取消1項，任務細化2項。③在合理可行的情況下，針對故障模式強調采用狀態監測的方式，盡量減少對系統運行的干擾，避免引入維修風險，轉變維修方式和維修理念。

新的維修大綱更加重視視情維修，加強了狀態監測在預防性維修中的應用，能夠提早發現和解決問題。例如，為提高電機運行可靠性，增加“定期啟動液壓站進行打壓操作試驗并觀察電機及泵的聲音是否異常，以發現電機振動異常或泵內部故障”，避免機組的非計劃停機和由于無法剎車引發重大設備損壞。另外，根據現場運維數據分析結果，取消液壓站濾芯定期更換任務，采用定期抽檢或狀態監測的方式進行管理，可以降低維修成本。

2.2 變槳系統通信滑環故障RCA原因分析

2.2.1 分析故障模式

通信滑環安裝于齒輪箱中心管末端，是實現變槳系統電能傳輸和信號控制的轉換裝置，它是由大功率環、中功率環、信號環、數據環多類傳輸集于一體的旋轉電氣聯接器件。本次RCA分析針對變槳系統通信滑環故障案例，收集和整理了風電場自2007年以來通信滑環故障記錄，按照RCA技術流程分析了通信滑環可能故障模式。包括：①齒輪箱低速軸的軸封外端滲漏油。②通信滑環前端軸承及底部軸承滲漏油。③齒輪箱中心管O形橡膠圈安裝過程中被劃傷，導致齒輪箱油通過中心管流至滑環內部。④中心管密封O形橡膠圈老化破損導致齒輪箱油通過中心管流至滑環。⑤滑環刷針長期運行變形和斷裂。⑥饋線接駁盒密封失效，維修裝配過程中引入灰塵。⑦滑環運行過程中刷針與滑道磨察內部產生并積存黑色粉塵。

2.2.2 確認失效原因

（1）部分齒輪箱中心管密封端“O形橡膠密封圈”安裝行程長且為盲裝，在操作過程中“O形橡膠密封圈”與齒輪箱內部構件容易引發摩擦損傷，加之運行過程中“O形橡膠密封圈”一直浸泡于溫度變化的齒輪油中并呈擠壓狀態，長期運行后導致“O形橡膠密封圈”老化失效。齒輪箱密封油越過密封缺口流入主軸和行星架之間的空腔，沿空心管內壁傾斜角流入滑環并在滑環滑道與刷針間形成油膜，影響信號傳導產生絕緣作用，致使通信滑環內部接觸不良故障而報錯信號。

（2）部分齒輪箱低速軸“骨架油封”為易損件，“骨架油封”與齒輪箱端蓋內壁長期處于相對摩擦狀態，當骨架油封磨損嚴重時齒輪箱內腔油越過密封缺口沿中心管軸外端面溢出，滲漏油沿滑環密封缺口滲入滑環內部，在滑道與刷針間形成油膜，起到絕緣作用，致使通信滑環內部接觸不良產生故障。

風電場根據RCA分析結果，采取了合理的維修措施，降低了通信滑環的故障概率，保證了風機的可用率，對提升風電場的經濟效益有著直接的作用。

3 RCM與RCA應用總結與展望

實踐證明，RCM與RCA可靠性分析技術對優化風電機組系統設備維修策略，分析和探究設備故障根本原因，制定科學合理的糾正措施，提升機組可用率等，不僅有直接作用，而且應用前景廣闊。為更好地將RCM與RCA技術應用于風電設備，提升風電機組安全與經濟性，建議后續中應做好如下工作：

（1）實施RCM/RCA技術培訓，宣貫RCM/RCA先進方法與理念，盡快儲備技術力量。

（2）結合國內外已有RCM/RCA分析經驗，建立適合自身企業的RCM/RCA技術體系。

（3）選擇試點系統設備開展RCM/RCA技術分析，并逐漸推廣全系統分析，拓展應用成效。

（4）建立預防性維修大綱管理平臺和根本原因分析平臺，在為RCM/RCA持續改進提供可靠的數據來源的同時，也可為其他設備管理工作開展提供數據支持。

［1］莫布雷.以可靠性為中心的維修[M].北京：機械工業出版社，1995.

［2］陳宇，朱衛海.以可靠性為中心的維修技術在大亞灣核電站的應用[J].電力設備，2008，9（12）：118-121.

［3］高立剛，呂群賢.應用設備故障根本原因分析（RCA）方法改進核電站重要設備的安全性能[J].核動力工程，2005（S1）.

〔編輯 王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.01