设备状态检修技术的发展现状与未来

一、技术发展背景

改革开放以来，中国电力行业高速发展，特别是最近十多年，电力机组从亚临界，到超临界，再到超超临界跨越式升级，完成了向大型化、自动化、零排放、高效率方向的快速发展。与此相适应，国内设备检修技术与管理模式也快速变革，推动了国内电厂整体效率提升。

随着这些新型机组的快速投运，相应出现故障隐患多、维护费用高、停机损失大等设备维护与检修新特点，一些设备安全裕度和可调范围受到挑战，密切监控机组状态异常与使用风险变化成为必须。

电力机组运行模式也发生很大的变化，特别是近年来机组频繁启停、常态化深幅调峰等运行方式新变化，对设备可靠性提出新要求，迫切需要完整成熟的设备寿命监测与健康评估技术。

现代电力行业的发展还需要完整成熟的检修管理技术。电厂检修管理模式的变化，尤其是点检定修、状态检修管理模式在国内的不断探索与全面推广，也明显促进了电厂设备管理水平的逐步优化与提升。

如今，随着电力行业改革的不断深入与技术的发展，电厂设备维护与检修管理模式也已经发生了巨大的变化，其中最明显的变化就是运维效率的提高，以往一个电厂差不多需要2000多人的运维团队，而现在电厂规模扩大了不少，机组也更多更大，但人员则反而只需要200多人，效率明显提高。变化主要表现在四个方面。

一是管理模式多样化。大多数电厂在原来预防性维修或者标准化检修基础上，实行了点检定修制，更是设立设备管理部，强化设备状态检测与管理。一些电厂在点检定修基础上发展了初级状态检修制，检修内容可以根据设备状态进行调整，明显提高了管理的水平和效率。

二是检修作业外包化。目前的电厂大部分不再设有检修队伍，检修作业全部外包，实现专业化检修作业实施，减少电厂大量配置检修人员所浪费的财力物力，明显提高检修质量，优化检修资源。

三是检修技术发展快。国内外先进的检修技术在国内均有研究和应用，这进一步促使检修策略优化技术的不断完善和成熟，已然达到了国际先进水平。如今，电力行业对状态检修等新技术的出现和使用已经能够普遍地关注和接受，检修周期也在探索优化，检修效果更是改善明显。

目前国内电厂设备尤其是超临界、超超临界机组设备，其安全性、可靠性、经济性、环保性监测管理水平基本上都处于国际上最高水平，得到了国际上的高度评价。

四是管理流程软件化。在电厂MIS的基础上，进一步发展了ERP系统，设备台账、缺陷、检修工单管理都纷纷实现了软件化。近年来，软件再度发展成为集团级集中管理模式，并与状态监测系统相融合，升级至EAM系统，对于管理效率和水平的提升有着不可忽视的作用。

二、电力设备状态检修技术

随着国内设备设计和制造技术的不断完善，故障预防与缺陷管理技术的不断普及，电厂越来越不满足于预防性维修模式下的传统计划检修方式，特别是点检定修技术和实时数据库的普及，电力行业积累了大量的原始离线检验和在线监测数据，带动了状态数据分析技术的迅速发展。典型的如汽轮机振动监测技术的不断完善，直接导致了汽轮机组状态诊断（评估）技术的成熟。然而，状态监测技术发展的背后还有很多亟待突破的瓶颈。

比如，越来越准确的诊断结果，如何与具体设备的检修管理相结合？如何给出详细的检修级别、检修程度、检修内容、检修周期等相关内容，从而把状态监测的数据（经过状态评估中间环节）转化为状态检修管理的具体实际效果，从而实现状态检修的完整流程，一直以来并没有真正走通，分析评估结果并不能自然方便地转化为检修策略与检修计划，特别是其中的电厂设备检修周期分析技术在国内外均几乎是空白。

状态检修技术理论上包括了监测、评估、管理三个环节。状态监测（点检定修）更注重监测技术手段的开发应用，是以技术为核心；状态评估既要注重于监测数据的短中长期趋势规律的分析，也需要关注故障可能的影响程度；状态管理注重的则是分析结果的科学合理利用，关注最终的措施与效果；状态检修的重点是以设备为中心，着眼点是强化状态管理。

仍然以汽轮机为例，几十年来汽轮机振动监测、状态诊断（评估）技术的不断成熟，并不能直接带来汽轮机组状态检修管理技术的优化。因为汽轮机检修典型的是揭缸大修，不仅要考虑设备层面的可靠性，还需要充分考虑系统及机组层面的安全性、可靠性、经济性、环保性等特性。简单的振动诊断只是可靠性分析的一小部分，而不是全部。

早期电力行业引进状态检修技术时，核心是以可靠性为中心的维修（RCM）技术，通过设备状态的监测，分析影响可靠性的设计、制造、运行、检修等不同环节的因素，采取积极的应对措施，从从而保持和恢复设备的固有可靠性。应用于主要辅机设备效果明显。国内在借鉴国外技术的基础上，逐步完善形成了电力行业可靠性维修DL/T302.1-2011标准，构建了国内初步的状态检修技术体系。

特别要强调的是，这些年来并没有出现因为状态检修技术而导致其他检修模式消亡的现象，各种检修技术均不断发展，汇聚一体形成了优化检修技术的不同方面。目前常见的电力设备状态检修技术主要包括以下五种：

事故维修技术。即针对严重异常和事故报警然后被动维修的技术，又称为纠正性维修（CM）。如果在非关键性小部件上运用得好，可以大为降低维修的费用。所以，必须适当运用才能更好地优化检修策略。举一个典型的事故维修技术进步的例子，以前锅炉管爆管需要6～7天修复，而现在只需要3天。

基于时间的预防性维修技术。是指定期检查、测试以在早期发现异常，并早做修理、更换维修的检修技术，也称为预防性维修（PM）。这项技术的核心是假定设备状态已知，并假设设备因时间关系需要检修，一直是电厂的主流维修模式。以30万机组的大修为例，过去这么大规模的修理往往需要60～70天甚至更久，而现在仅仅只需要40～50天左右，所耗时间成本都大大降低。

基于状态的预防性维修技术。也就是根据设备状态定期和不定期检查以早期发现异常，早做维修的检修技术，称为状态维修（CBM）。这项技术目前发展迅速，已越来越受到国内电厂的重视，大有向主流维修模式进军的势头。其实中国的状态检修技术发展不仅最早，而且非常系统、成熟。这一点很好地表现在中国早已将设备状态按照专业细致分工，建立了有效的技术监督体系，并显著提高了设备安全可靠的性能。目前国内电厂设备实施状态检修的比例在世界上也是最高的，效果也最明显。

基于预测的预知性维修技术。根据设备状态进行故障预测，即预测设备失效寿命，及时采取相关维修措施，限定必要检修范围，防止高成本的大修理和不定期停机问题，这就是基于预测的与执行维修技术的原理，也被称之为预知性维修（PdM）。典型的预知性维修技术进步的例子就在于国内的高温设备寿命管理技术不仅水平高，而且应用广，特别是锅炉管寿命管理技术应用取得显著效果，已达到世界领先水平。

主动升级的技改性维修技术。指的是根据状态监测与故障根本原因分析、预测结果，积极开展优化维修和改造设计，避免和减少事故发生的检测技术，也被称作主动性维修（PaM）。国内对技术性改进技术的需求非常迫切，设备可靠性改进、节能改进、环保改进都已经投入了大量资源并在不断增加。当下国内机组的安全性、可靠性、经济性、环保性在国际上均处于一流水平，就是很好的证明。

三、电力设备优化检修技术

随着状态检修技术研究和应用的逐步深入，发现RCM技术在高温设备、压力设备上应用有很大局限性，与此同时以风险为基础的维修（RBM）和寿命管理（LM）等新维修技术和模式的不断成熟，结合进一步完善的根本原因分析（RCA）技术，通过融会贯通，交互式发展，逐步产生了更为全面的优化检修技术体系，优化检修技术主要包括三个方面:

一是状态监测、评估、管理技术；二是风险检验、评估、管理技术；三是寿命检测、评估、管理技术。

优化检修技术实现了两个重要的信息贯通融合，一方面开发了涉及到设计、制造、运行、检修、更换全寿命周期的设备状态诊断、风险评估、寿命预测技术，提出风险维修分析DL/T302.2-2011标准，与此同时，进一步扩展纵向融合，即在设备、系统、机组不同层次上实现了状态检修、风险检修、寿命检修等综合分析技术，应用在锅炉、汽轮机等主机设备和系统，从而进一步发展为整套机组优化检修技术，其中创造性地开发了机组检修周期分析这一世界检修策略分析顶层技术，检修周期分析在十多个电厂的应用都取得了非常好的效果。

以锅炉管为例，众所周知，由于锅炉管使用环境非常恶劣，使用温度非常高，因此很容易带来一系列的失效和隐患故障，像电厂设备的蠕变、疲劳、腐蚀、磨损（冲蚀）这四大常见隐患机理均有涉及，导致其失效模式多样，交互作用明显，失效机理复杂，维护措施薄弱等问题长期存在得不到根治，事故发生的几率和占比历来居全世界最高，也为电厂的日常运行维护工作带来了不小的压力；锅炉管失效还将带来严重的停机影响，其直接造成的发电损失同样不容忽视。

正因为锅炉管的重要性，因此锅炉管安全性和可靠性的提高技术在电厂永远是最受重视的。经过几十年的研究发展，目前，国内外均已开发了锅炉管可靠性状态监测与评估技术，锅炉管风险检验与评估技术，锅炉管寿命预测与管理技术等三大专业维护技术，三类技术在锅炉管上的综合应用，取得了良好的效果。其中在炉管在线温度趋势监测与预警分析技术，定量、半定量风险检验与评估技术、离线与在线相结合的寿命预测与长期管理技术等关键技术上的开发应用都取得了显著的成果，不仅有效地降低了国内电厂的锅炉管失效比例，更提高了机组整体安全可靠水平。

锅炉状态检修工作内容包括：

1. 收集详细在线运行数据与历史运行数据，包括燃烧与水质数据，开展超温与过应力等状态分析，确认运行与检修偏差。

2. 开展详细的资料和检验历史分析，确认原始设计、制造、前期运行操作状况可能的风险隐患及缺陷。

3. 开展详细的离线各类设备风险检验与取样分析，包括炉内管、厚壁部件、支吊架等，确认当前状态、风险与寿命。

4. 改进运行方式，减少运行偏差和影响。逐步完善监测系统和测点，及时开展状态检验和寿命评估。

5. 开展炉管失效预防分析，采用失效根本原因分析技术积累失效分析案例与经验。

6. 建立完整的设备状态监测、风险检验、寿命评价技术相结合的检修策略优化管理体系。

四、全寿命周期优化检修融合管理

设备优化检修技术是在全寿命周期融合管理新理论指导下的一种新的设备管理模式，在设备分类、设备分期、设备分策、设备分程技术方面有创新。

首先是设备分类方法的创新。所谓全设备，即将电厂设备按照其失效技术特征和影响（EMCA）划分为四类：高温关键设备、关键设备、重要设备、一般设备，分别对应高温失效机理、复杂失效机理、重点失效机理等。

其次是设备周期划分的创新。所谓全周期，是指设备设计、制造、运行、检修、报废全寿命周期。按照全周期划分，将电厂设备运行使用周期进一步划分为早期、中期、晚期三个时间阶段，不同时期分别对应不同的管理重点与策略对应状态监测、风险评估、寿命预测的实施，早期重点是全面核查、理清原始状态，评估设计、制造、安装、调试期可能的风险和设计寿命；中期重点是监控状态变化规律，评估运行、检修期可能的风险和寿命消耗；后期重点是了解事故状态极值，评估预测失效风险和寿命时间。

再次是设备管理策略的创新。所谓多模式，即将设备是管理模式分为状态管理、风险管理、寿命管理三个基本技术模式系列，失效模式不同，对应不同的差异化管理模式组合。

按照设备失效模式类别，综合采用多种管理模式，向精细化、定量化管理方向发展：高温关键设备采用状态管理+风险管理+寿命管理的综合模式；关键设备采用状态管理+风险管理的综合模式；重要设备采用状态管理的基本模式。

最后是设备管理流程的创新。所谓重效果，是指设备监测、评估、管理三个基本流程中，重心后移，更加重视技术决策管理效果，即从以监测技术为中心转变为以设备管理为中心，变预防性检修为预测性检修。

五、电力设备智能检修技术

随着优化检修技术的不断研究和逐步成熟，特别是从预防性检修发展到预测性检修技术阶段，先进的设备管理系统已经进入了第三代，即智能化检修技术时代。当前智能化检修的三个主要特点：完整实现全寿命周期管理模式、全面应用预测性检修技术方法和逐步发展到设备智能化管理。

所谓完整实现全寿命周期管理模式，是指从以往单纯的运行管理和检修管理，进一步发展到设计、制造、运行、检修、更换为一体，设备、系统、机组多层次的全寿命周期智能检修管理。

全面应用预测性检修分析技术，是从早期的离线点检定修检测，到结合大量在线诊断进行预测性检修策略分析，真正实现了在充分监测实际状态基础上，能够客观地评价状态变化规律，早期预测状态、风险、寿命的变化规律，及时制订设备针对性管理计划，实现智能检修。

逐步发展到设备智能化管理，是在设备数字化监测、智慧化诊断基础上，电厂可以进一步全面预测其发展走向，从而实现智能化设备管理。

电力设备状态检修领域的进一步发展，将进一步实现自动化与信息化相结合，向智能化发电技术发展；进一步实现维修预防性与预知性相结合，形成全面预测性维修技术；进一步实现运维一体化、专业管控承包化相结合，将大量减少电厂运维人员配置，提升远程管控能力，从而实现智能化电厂。

六、小 结

国内对状态检修、优化检修技术的研究已经非常系统、深入，形成了一系列技术、硬件、软件、标准，已具备大规模应用的基础。优化检修技术的发展，一方面可利用分析结果直接指导运行操作，优化机组运行管理；另一方面也可利用分析结果直接调整检修方案，优化设备检修管理。从预防性维修到预测性维修是一个大的技术跨越，将进一步实现状态监测与检验的数字化、设备评估与诊断的智慧化、机组运维与管理的智能化，这种发展势头极为迅速。从点检定修到状态检修，再到优化检修，对于中国电力行业设备检修技术十几年的的快速发展我们充满信心，从优化检修到智能检修即将迎来的转变，是中国电力行业的一大盛事，也是对世界电力行业的一大贡献。