PLC、电气、柴油机、电站、仪表自动化等方面的论文
电站控制系统状态检修技术的研究
摘 要:介绍了电站控制系统的状态检修技术,内容包括电站控制系统以可靠性为中心检修和预测性检修。
文中给出了电站控制系统元器件平均寿命和故障模式、效应与危害度的分析技术,以及电站控制系统故障查
找、定期试验、定期更换的状态检修技术和应用实例。文章给出的方法为电站控制系统的状态检修提供了科
学的依据。参5
关键词:电站:控制系统;状态检修;以可靠性为中心检修;预测性检修
随着科学技术的发展和电力市场改革的深
入,状态检修作为发电企业降低发电成本的重要
技术手段,日益引起电力企业的重视。电站主机和
辅机的状态检修技术已有一些文献介绍[1~3],但
有关电站控制系统状态检修技术的研究文献还比
较少。电站控制系统在线显示电站主机和辅机的
状态特征参数,为主机和辅机状态检修提供依据。
电站控制系统本身,也需要开发状态检修技术,识
别控制系统的状态,预测控制系统的可靠性,故研
究电站控制系统的状态检修技术是一项有益的工
作。
1 元器件的平均寿命
电站控制系统由众多元器件组成,表示电站
控制元件可靠性的两个重要指标是失效率函数λ
(t)和平均寿命MTTF。若用f(t)表示元件的失
效概率密度函数,则可以得出λ(t)和MTTF的计
算公式为:
电站控制系统的多数元器件为电子元器件,
大多数电子元器件失效的寿命数据服从指数分
布。指数分布的特点是失效率为常数,λ(t)=λ,其
失效类型为偶然失效。当电站控制系统的元器件
服从指数分布时,其f(t)、λ(t)和MTTF的计算
公式为:
电站控制系统的元器件的特点是产品小、数
量多,可靠性试验在实验室可以完成。电子元器件
生产企业,通过试验可以确定电站控制系统元器
件的失效率数据。从制造企业收集电站控制系统
的电子元器件的λ和MTTF是电站控制系统状
态检修的一项基础工作。
2 控制系统的以可靠性为中心的检
修(RCM)
2.1 RCM的技术特点
以可靠性为中心的检修(RCM,Reliability
Centred Maintenance)是电站控制系统状态检修
的关键技术之一。以可靠性为中心的检修确切说
就是以可靠性理论为手段,以保持控制系统应具
有的功能或固有的可靠性为目标,对组成系统的
诸元器件和系统的检修需求进行分析和决策,确
定检修方式、内容和周期。由此可见,与传统的计
划检修(预防检修)相比,RCM在检修的思想方
法上具有如下特点:首先RCM是以保持控制系
统功能为检修目的,因此检修决策是建立在分析
构成系统诸元器件对系统可靠运行影响的重要程
度之上的,不同的元器件应采取不同的检修形式。
其次,RCM的决策还是建立在系统或元器件丧
失功能的故障分析基础之上的,因此故障模式识
别是RCM的一项重要内容。第三,RCM的决策
同时考虑了检修效果与检修经济效益的关系,一
是通过考虑影响系统功能的重要性来确定检修资
金的分配和检修计划的安排,二是从经济效益的
角度考虑选择合适的检修方式。RCM主要围绕
以下7个问题开展工作:①在现行的使用环境下,
元器件和系统的功能以及相关的性能指标是什
么?②在什么故障情况下系统无法实现其功能?③
引起功能故障的原因是什么?④故障发生时会出
现什么后果?⑤在什么情况下故障至关重要?⑥
要预防重要故障的发生,可采取哪些检修措施?⑦
这些检修措施的效果和经济性如何?
RCM的检修大致可归纳为:根据系统及元
器件的可靠性特点,应用逻辑决断法,缩小计划检
修(PM)的对象数,扩大预测性检修(PDM)方式,
采用临时检修(CM)方式和故障查找(FF),尽可
能充分地利用系统及元器件由设计和制造确定的
固有可靠性,以制定既安全又经济的检修大纲。电
站控制系统RCM的分析工作包括以下7个步
骤:①确定研究的系统;②定义系统的边界;③编
制系统的说明及功能框图;④描述系统功能与功
能故障;⑤故障模式与后果分析;⑥逻辑树分析;
⑦选择检修方式。
2.2 元器件的FMECA分析
电站控制系统组成元器件的故障模式、效应
和危害度分析(FMECA,Failare Modes, Effects
and Criticality Analysis)是电站控制系统RCM
的重要工作,FMECA的主要内容包括:故障模式
分析,故障原因分析,故障效应(后果)分析,预防
故障的措施,故障危害度分析。FMECA的步骤包
括:①分析电站控制系统可靠性的逻辑关系,并找
出组成系统全部零件、元件的所有故障模式;②分
析引起每种故障模式的各种可能原因;③用归纳
推理方法,列出各种故障模式对系统所有功能级
所造成的影响及后果;④分析判断每种故障模式
对系统各功能级所造成的危害度的大小;⑤根据
分析结果,提出相应的检修对策。
工程上,简化的FMECA分析只给出元器件
故障模式、故障原因和处理措施。
3 控制系统的预测性检修(PDM)
3.1 PDM的技术特点
预测性检修(PDM,Predictive Maintenance)
也是电站控制系统状态检修的关键技术之一。电
站控制系统的PDM是一种以状态探测与分析为
基础,以预测控制系统状态发展趋势为依据的检
修方式。同电站主机与辅机的状态检测与状态趋
势预测有很大的不同,电站控制系统目前尚无专
用的状态监测仪器,故障查找、定期试验和定期更
换元器件是电站控制系统PDM的重要技术手
段。
3.2 故障查找
故障查找(Failure Finding)指的是对于备用
的控制或保护子系统,长期不用,不知道其故障情
况。一旦使用,若失效后果十分严重。电站控制系
统中有相当一部分部件是可以在线更换或检修
的,如冗余配置的模件、测点,不重要的检测回路
等。故障查找就是每隔一段时间启动备用的控制
或保护子系统,发现并解决存在的问题。
3.3 定期试验
在电站主机或辅机的服役期间和计划检修、
临时检修或备用停机期间,按照发电机组《运行规
程》和《检修规程》规定的试验方法和时间间隔,进
行预防性定期试验和定期校验,是电站控制系统
预测性检修的重要内容之一。例如,机组服役期经
常性的定期试验有:热工仪表定期校验,热工与电
气信号试验,主机热工保护回路、电磁阀试验,辅
机热工联锁保护试验,锅炉辅机热工联锁保护试
验,汽轮机危急保安器充油试验,阀门活动试验,
转动辅机切换试验,抗燃油泵、交流油泵、事故油
泵试验,安全阀电气回路传动试验,主要调节系统
定值扰动试验,机炉电大联锁动作试验等。再如,
机组大修或小修后进行的定期试验有:汽轮机调
节系统静态调整试验,汽轮机危急保安器动作试
验,热控调节系统静态调整试验,机组热控联锁保
护、顺序控制系统及信号系统带工质在线传动操
作试验,电气控制、联锁、保护及信号系统传动试
验。通过对电站控制系统进行定期预防性试验和
热工仪表的定期校验,可以发现并消除电站控制
系统的早期故障。
3.4 定期更换
定期更换即将损坏的电站控制系统的元件和
组件是电站控制系统、特别是保护系统预测性检
修的重要内容之一。电站控制系统的元件和组件
定期更换面临两大技术难题:一是元器件的寿命
的确定问题,另一是备件的来源问题。
(1)元器件的使用寿命。对于易损件,损坏次
数比较多,电厂技术人员使用本文第一部分“元器
件的平均寿命”中提供的可靠性分析技术,利用本
电厂或同类机组积累的可靠性数据,进行统计分
析,可确定易损件的平均寿命MTTF和更换时
间,如端子板上的保险、跳闸电磁阀,MOOG(主
汽门和调门的电液转换阀)等。对于耐用件,应向
制造企业了解其平均寿命MTTF。
(2)备件的来源。电站控制系统有些元件的产
品更新换代比较慢,不少易损件损坏后,也能采购
到备件,在检修中予以更换。但是,电站控制系统
有不少元器件的技术发展很快,产品更新换代的
周期很短,损坏后面临采购不到原设计型号元器
件的难题。对于运行10年以上的发电机组,备件
问题更为突出。一些发电企业为保证控制系统的
正常运行,对于已运行一定年份的几台同型号发
电机组,将1台机组更换为新的控制系统,拆下旧
的控制系统的元器件作为另外几台机组的备件,
这也是一种工程上实用的方法。
4 应用实例
DCS控制系统在实行预测性检修时,可将整
个控制系统按功能分成人机接口、通讯回路、控制
单元、执行机构;按被控制对象的重要性分成保护
回路和重要调节回路、一般调节回路和数据采集
回路;按维修条件分成可在线维修和更换回路、不
可在线维修或更换(即停机修复回路)。
在电站控制系统中,不同功能采用不同的部
件、不同的连接方式和不同的冗余配置,其可靠性
指标不同,需要区别对待。例如Pro-contral-P分
散控制系统,根据厂家提供的部件失效率和系统
配置,可计算出人机接口、通讯回路、控制单元的
失效率λ分别是1.87×10-7、2.34×10-11、2.0×
10-6,用户根据实际使用情况加以调整后可作为
预测性检修的重要判据。
针对保护回路和重要调节回路以及不可在线
修复的控制回路应有较高的可靠性要求,必须不
失时机地执行定期试验制度,及时发现故障,及时
更换或修复失效的部件,保证控制回路始终处于
正常状态。
热控自动化仪表是指自动控制、自动调节、自
动检测和显示、自动保护等装置和仪表,是电站控
制系统的重要组件。参考文献[4]给出了自动调节
器、执行机构、保护信号系统、皮带电子秤、温度仪
表、水位表、压力表、流量计、转速表、绝对膨胀测
量仪表等10类53种热控自动化仪表的357种故
障模式的故障原因和处理措施。例如,自动调节器
中的DTL-153型自动调节器,有以下5种主要故
障模式:①调节器有输入信号,无输出电流;②调
节器无输入信号,输出有电流;③加入小信号时,
C5两端电压高,输出电流大;④比例带电位器,置
实测100%时,线性不好;⑤开环放大倍数不符合
技术要求。
对应每种故障模式有若干条故障原因和处理
措施,详见参考文献[4],本文不再赘述。
5 结论
(1)电站控制系统为主机和辅机的状态检修
提供特征参数,是发电设备状态检修的重要环节。
电站控制系统本身,也需要开发状态检修技术,以
识别电站控制系统的状态,预测电站控制系统的
可靠性。
(2)电站控制系统状态检修的关键技术是以
可靠性为中心的检修技术(RCM)利预测性检修
技术(PDM)。确定元器件的平均寿命(MTTF),
开展元器件的故障模式和原因及措施分析,进行
故障查找,定期校验和定期试验,实现定期更换,
是电站控制系统状态检修的重要技术手段。
参考文献:
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[4]廖 华.热控自动仪表故障检修实例[M].中国电力出版社,
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