芻議RCM 在特高壓換流站智能化運維中的應用

張陵，何常根，劉冬，張維寧

（國網新疆電力有限公司，新疆 烏魯木齊 830002）

1 前言

新疆電網±800kV 天山換流站、±1100kV 昌吉換流站承擔著 疆電外送 的重要使命，站內特高壓電氣設備3000余臺，呈現交直流并存、電壓等級全而復雜、設備種類繁雜、首臺套設備多等特點，在人員配置方面則存在短缺現象。疊加戈壁沙漠、強風沙塵等自然環境多重壓力，其運維難度遠超一般變電站和換流站。為確保 疆電外送 大通道暢通無阻，有必要引進新理念、新方法，探索建立智能化運維模式，提升特高壓換流站運維效率，提高安全可靠運行水平。

2 RCM 理論及其實際應用

2.1 RCM 概念內涵

RCM 是Reliability Centered Maintenance（以可 靠性為中心的維修）的英文首字母縮寫，源于20 世紀60 年代末美國航空業對飛機維修方式的實踐經驗。國內外研究對RCM 概念內涵有諸多闡述，可以歸納為：以最少的資源消耗保持設備固有可靠性和安全性為原則，在設備維修決策過程中以設備可靠性為首要考慮，兼顧設備維修性和經濟性，運用邏輯決斷確定設備預防性維修要求，確保設備在現行使用環境下保持實現其設計功能的狀態所必需的維修活動，使設備維修后達到規定可用度。

2.2 RCM 基本原理

RCM 本質上是一種以邏輯分析為基礎的設備運維管理決策的方法論，其基本原理是：對系統進行功能與故障分析，明確系統內可能發生的故障，分析故障原因，并評估故障后果；采用規范化的邏輯決斷方法，確定各種故障的預防性對策；運用現場故障數據統計、專家評估、定量化建模等方法，在確保安全性和完好性前提下，以維修停機損失最小為目標優化系統維修策略。

2.3 國內外RCM 實踐應用

自20 世紀60 年代末美國航空業首次運用RCM 制定波音747 飛機的維修大綱以來，RCM 在航空、航天、軍工、核電等具有高可靠性要求的領域得到了持續研究和應用。1999 年，國際電工委員會以美國航空業的MSG-3（維修指導小組）為基礎，首次發布了RCM 的國際標準IEC 60300-3-11《應用指南 以可靠性為中心的維修》。汽車工程師學會亦于同年發布了RCM 的民用標準SAE JA1011《以可靠性為中心維修程序評價準則》，成為業界公認的RCM 應用指南。歐美電力企業在采用狀態檢修（CBM）策略，以在線狀態監測為基礎開展設備狀態分析的同時，在具體檢修方式上，運用RCM 的

邏輯決斷，對設備異常情況進行早期診斷和分析，依據設備狀態安排維修計劃，以此實現在保障設備可用率的同時降低維修費用的目的。

我國最早引入RCM 并對其進行跟蹤研究的也是民航系統。原國防科工委亦于1985 年頒布《航空技術裝備壽命與可靠性暫行工作規定》，在軍工裝備維修中引入RCM，形成定時、視情和狀態監控三種方式綜合應用的維修模式。電力行業較早應用RCM 優化設備運維模式的是核電企業。廣東大亞灣、嶺澳核電站為提高設備可靠性、機組可用率和控制維修成本，自2005 年開始引入RCM 技術，對120 多個系統的維修策略進行優化。中核集團自2013 年開始引進美國核電運行研究所（INPO）和美國電力研究協會（EPRI）在RCM 基礎上提出的設備可靠性管理流程AP-913，歷經6 年的調研、對標分析和開發，確定了核電設備可靠性管理策略，建立了核電設備可靠性管理體系，并開發了核電設備可靠性管理系統ERDB，在加強設備可靠性管理、提升機組安全性和可靠性、提高機組能力因子、防止非計劃停機停堆事件發生、減少非計劃維修工作、降低運維費用以及延長電站壽期等方面取得了顯著成效。

2.4 RCM 應用的成功要素

縱觀航空、航天、核電、軍工等領域的實踐案例，應用RCM 的成功要素在于：

（1）扎實的數據基礎：多源聚合、快速獲取，準確反映設備運行狀態及環境狀況的數據是開展設備可靠性管理的重要基礎。

（2）科學的分析方法：基于數據的狀態監測方法、故障診斷方法、可靠性評估方法、健康水平評價及預測等方法是應用RCM 加強設備可靠性管理的必要前提。

（3）規范的工具標準：標準化的導則、規程，模板化的維修規則、檢修策略、預維方案和評估表單是保障設備可靠性管理規范開展的實用工具。

（4）共享的知識管理：跨企業的行業經驗交流、可靠性參數與知識積累是促進設備可靠性管理不斷成熟的重要資源。

（5）持續的改進活動：全員參與、多方協作的專項研究和持續改進是推動設備可靠性管理的發展動力。

（6）集成的管理系統：集成可靠性數據管理、指標監測、可靠性分析與評價、多層級可視化展示等功能的可靠性管理系統是以可靠性為中心的設備運維決策神經中樞。

（7）企業級的組織保障：企業級的可靠性管理組織體系和資源配置是開展設備可靠性管理的有力保障。

3 特高壓換流站運維現狀

3.1 運維管理概況

作為超遠距離電力能源輸送的關鍵設施，特高壓換流站安全可靠運行的重要性毋庸置疑。圍繞換流站設備運行痛點、難點，加強管理提升、技術改造和人才培養，已經成為提升運維管理水平的重要議題。

以新疆電網為例，自從天山、昌吉兩座特高壓換流站屬地化管理以來，在管理方面，以 補短板、除隱患、控風險、保安全 為重點抓手， 三杜絕、四防范 為工作目標，全面開展換流站設備 八強化八提升 運維管理專項行動，強化兩票三制、設備主人制，加強缺陷隱患治理和標準化作業。技術方面，持續推進 直流九治理 （換流變設備故障、直流控制保護閉鎖、光纖通訊故障、漏水（油、氣）故障、發熱故障、短路放電故障、頻繁啟動關合、環境影響、交直流電源故障）專項隱患治理，部署在線監測系統，開展自動巡視改造和風險等級評價，加強創新技術應用和數字化運維。人才培養方面，根據員工專業特長、能力及資質狀況，采用個性化培養方式確立培養目標，制定“3+4+5”（即三年基礎、四年成才、五年培優）培養方案，理論知識、實踐技能相結合，促進運維隊伍快速成長。多項措施的綜合運用，為 疆電外送大通道的安全可靠運行起到了重要保障作用。

3.2 智能巡檢改造

新疆電網特高壓換流站主設備配置有在線監測系統，智能巡檢機器人、紅外測溫等技術。2020 年度檢修期間實施的自動巡檢改造，進一步實現了換流變區域全自動巡檢、主設備全面監視和輔助設備全面監控，對設備運行狀態的監測能力得到大幅提升。

特高壓換流站在自動巡視、在線監測等方面所應用的技術及實現的功能如表1 所示。

4 RCM 在特高壓換流站的應用

4.1 應用方向

智能巡檢技術的應用為特高壓換流站運行狀態的監測提供了更高效的手段，有利于更及時準確地獲取狀態量數據，加強隱患排查和故障診斷，提升運維效率和質量，亦為可靠性管理和智能化運維建立了良好基礎。

RCM 在特高壓換流站的應用需要以推動智能化運維為方向，以實現設備狀態透明化監測、設備可靠性與健康水平精準評價，輔助運維檢修智能化決策為目標，對基于設備狀態數據分析的可靠性評估、故障預測和運維策略優化等進行深入研究。充分利用新型物聯感知、大數據和人工智能技術，全面掌握設備運行工況，實現換流站主設備自動巡檢、運行狀態數據自動采集、缺陷隱患和故障智能預測預警。

4.2 應用重點

RCM 在特高壓換流站的應用需要以融合的狀態數據為基礎，以可靠性分析方法及其在智能化運維決策輔助中的應用為重點。

（1）應用RCM 強調的以系統設備性能與結構為基礎，按系統、設備、元件逐層細化的分析方法，對影響特高壓換流站安全可靠運行的風險因素進行全面梳理，識別關鍵的設備、元件及影響因素，設置差異化的監測策略,完善關鍵因素監測方法。

（2）契合特高壓換流站設備結構及運行狀態數據特點，探索提煉適用的可靠性分析方法，并將可靠性分析作為設備運行狀態和健康水平評價的重要維度，納入設備狀態評價。

（3）將RCM 的邏輯決斷方法與特高壓設備特點與運維要求相結合，提出特高壓直流專業的運維檢修策略優化方案，對不同故障隱患實施差異化的運維檢修策略，提升換流站精益化管理水平。

（4）借鑒核電設備可靠性管理系統，開發特高壓換流站信息化運維管理平臺，實現設備狀態數據的自動采集和集中管理，推進設備分類、可靠性分析及運維策略優化等功能以及現有狀態評價、狀態檢修工作的信息化管理。

4.3 推進策略

RCM 強調的故障機理分析和維修邏輯決斷需要為設備進行細致入微的剖析。特高壓換流站設備構成復雜、元件數量眾多，RCM 的應用和智能化運維的實現難以一蹴即就，需要多方協同，結合實際，采用循序漸進的策略逐步推進。

（1）查漏補缺，加強三方面基礎建設。數據基礎方面，逐步完善新型感知終端和傳輸網絡的配置，實現設備狀況、環境狀態數據的實時感知、采集和存儲，夯實數據基礎。技術基礎方面，契合特高壓換流站設備運行狀態數據特點，提煉實用的可靠性分析評價和運維決策方法，通過實踐應用，建立完善標準化的技術導則和規范。管理基礎方面，完善設備管理組織和機制，匹配智能化發展方向，優化設備巡視、狀態評價、檢修等管理流程。

表1 特高壓換流站自動巡視及在線監測技術應用概覽

（2）協同合作，推動先進方法探索應用。通過跨單位、跨層級的協同合作，持續推進FTA、FMEA、可靠性分析、RCM邏輯決斷等方法在特高壓直流專業領域的研究與實踐應用，由淺入深、由易而難持續推進，形成特高壓直流專業的可靠性管理和智能化運維方法體系、知識庫和案例庫。

（3）循序漸進，開發智能化運維管理平臺。在自動巡視改造、數字化換流站建設基礎上，采用信息化手段，開發一個集狀態數據實時采集、可靠性與健康水平智能分析、運維決策智能輔助和知識經驗協同共享于一體的智能化運維管理平臺，實現設備可靠性數據的集中管理、設備運行狀態智能分析和輔助運維檢修策略優化。

5 結語

RCM 強調以設備運行狀態數據為基礎，通過對設備可靠性及其影響因素的分析和評估，輔助設備運維策略優化，提高運維效率和降低檢修費用。智能巡視技術為RCM 在特高壓換流站的應用建立了基礎條件，在物聯網、大數據和人工智能等技術不斷成熟背景下，可以充分利用物聯感知實現設備運行狀態數據的自動采集，以設備結構和狀態數據為基礎開展可靠性分析，豐富狀態評價維度，并運用RCM 邏輯決斷優化運維檢修策略。

隨著數據、技術與管理基礎不斷成熟，開發智能化運維管理平臺，實現特高壓換流站運維管理的智能化，可以進一步提高運維效率和質量，為超遠距離電力能源輸送提供更智能、更高效和更堅強的保障。