FMEA应用在电力设备管理的研究

1、FMEA应用在电力设备管理的研究潜在失效模式及影响分析摘要： FMEA是负责配电生产运维检修的工作人员/工程师队伍使用的分析技法，用来在一定程度上确保潜在的失效模式和相关的原因/机制都已考虑到，以及团队队伍的想法（包括基于经验和过去的想法得出的可能失效项目分析）。这种系统性的方法将工程师在任何配网生产维修计划过程中通常会碰到的问题标准化了。关键字：设备失效严重度（S）、发生率（O）、探测度（D）、风险优先度（RPN） 前言 在配电设备投运及运行期间，通常有三道控制缺陷的防线：避免或消除故障起因、预先确定或检测故障、减少故障的影响和后果。FMEA正是帮助我们从第一道防线就将缺陷消灭在摇篮之中的有

2、效工具。FMEA是一种可靠性（安全、可靠性、可维修性，有效性）设计的重要方法。它实际上是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影响分析）的组合。它对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。及时性是成功实施FMEA的最重要因素之一，它是一个“事前的行为”，而不是“事后的行为”。为达到最佳效果，FMEA最好在故障模式被纳入运行之前进行。1 PFMEA EFMEA含义及内容1.1 过程PFMEA含义：在配电设备安装前进行过程可行性分析，其对象是所有计划新投运安装设备/过程、改造的设备/过程、运行环境有改变的设备/过程。注意考虑与计划过程有关的设备

3、特性，以便适应运行环境。内容：确定与配电设备相关的潜在故障模式； 评价故障对用户的潜在影响； 确定配电设备在生产制造或安装过程当中的潜在故障起因，确定减少故障发生或找出故障条件的有效控制变量； 编制潜在故障模式分级，建立纠正措施的优选体系； 将其体系模式进行固化。 1.2 设备EFMEA含义： Equipment Failure Mode and Effects Analysis （设备失效模式与效果分析） 目的（动力源）： 用来确定配电设备的潜在失效模式及原因，使配电设备故障发生之前就得到预测，从源头阻止设备发生故障；作为配电设备的预防保养标准之一；作为巡维人员培训之用；日常巡维检修工作的指

4、导。 方法：通过设备失效严重度（S）、发生率（O）和探测度（D）进行评价，计算出RPN值（风险优先度，RPN= S*D*O）。 严重度S是评估可能的失效模式对于设备的影响，10为最严重，1为没有影响；发生率O是特定的失效原因和机理多长时间发生一次以及发生的几率，如果为10，则表示几乎肯定要发生，如果为1，则表示基本不发生。探测度D是评估配电设备故障检测失效模式的几率，如果为10表示不能检测，如果为1则表示可以被有效的探测到。RPN最坏的情况是1000，最好的情况是1。根据RPN的高低来确定控制措施方案，推荐处负责的方案以及完成日期，推荐方案目的是最终解决问题或降低风险等级。对一些严重的问题虽然

5、RPN值较小但同样要求考虑处理措施方案，如：一个可能失效模式的影响具有风险等级9或10；一个可能的失效模式/原因事件发生以及严重程度很高。注意点：需对每一配电设备都要进行评价、需要不断更新。 2 FMEA分析计划2.1 准备阶段：收集重点设备的厂商资料，包含设备技术参数等； 收集重点设备此前出现的故障及维修记录；收集重点设备的日定修记录。2.2 建立FMEA小组：工作组由对进行FMEA有帮助的人员组成，包括但不限于： 厂商设备维修人员、配电设备巡维人员。2.3 设备FMEA分析：分析对象：重点设备（分类别）2.4 分析内容：设备的功能要求、失效模式、失效后果、失效原因，现行措施，严重度、频度和

6、探测度。失效模式：终止运行或运行不正常，达不到运行功能要求（功能的完全丧失、功能退化，不能达到规定的性能、需求时无法完成其功能、不需求其功能是出现无意动作）失效原因：可能导致失效模式的最初事件。某一失效模式可能有多种不同的原因引起，某一原因也可以引起多种失效模式。失效后果：对配电设备操作人员的影响、该设备停止运行影响供电、对供电质量的影响、对人身或设备财产的安全。2.5 风险顺序数的分析：由配电部组织各班组及设备维修厂商，技术及点检，班组人员负责对FMEA分析，对风险特性评价，评价结果由小组人员共同评审通过，方可正式采用。具体评价规则如下：2.6 风险优先数的计算公式：RPN= S*D*OS:

7、严重度系数 后果的严重性（1-5）,评价每一失效模式对应的后果，依据设备的可维修性及设备运行状态、安全性。（影响选定条件：1、较小的失效，对配电设备正常运行无主要影响，不停电检修时间T1小时；2、一般的失效，需要短期停电检修，检修时间1小时T6小时；3、主要的失效，需长期观测多次停电检修，检修时间T6小时以上或影响设备运行精度，巡视人员注意到多次纠正调试；4、严重失效，已经出现设备故障停运，影响到全线路故障跳闸停运或其他设备故障，需要整体更换；5、安全问题，事故可能使在故障或操作期间涉及到人员安全问题，或不适合该配电运行特性。O：频度系数，出现的概率（1-4），（频率确定条件：1、设备不存在，

8、配电设备运行生命周期内，失效在相似的设备中不出现或最多只出现一次；2、罕有的，在类似设备或现有配电设备中，失效的比较罕见，可能每年出现一次故障，或者部件进行了改进，理论上可以避免失效，无类似设备运行经验；3、偶然的，失效偶然出现，在类似正在运行的配电设备中失效是每季度出现一次；4、频繁的，配电设备某一部件或类似的现有设备失效频繁发生，失效每月出现一次或更多）D：不易探测度，早期发现的概率（1-4），（分级选择条件：1、总发现，该手段确保总能发现最初的原因，或在设备运行过程当中的失效模式所引起的多数主要因素都可以避免，巡维人员可以预测到；2、便于发现，失效的原因或模式是可发觉的，但有一种或少数几

9、种不能被探测到（巡维人员可以检测到）;3、难于发现，失效模式或原因被发现是很困难的，或探测仪器几乎不能使用(技术专业工程师可以探测到)；4、内部不能发现，没有任何手段可以在该失效模式发现前被探测到（设备厂家人员可以检测到）。RPN值（风险优先数）：事件发生的频率、严重程度和检测度的乘积，用来衡量可能的设备运行缺陷，以便采取可能的预防措施。2.7纠正措施（风险排序，按照RPN值的高低）：内在可维修性、设备厂家可以采取的措施、维修策略、备件更换，纠正措施优先改进可靠性、可维修性、对影响可靠运行的关键部件，系统化采取维修措施、快速诊断及维修跟踪、计算与试验监督预防性维修。3 过程潜在失效模式及后果分

10、析3.1 确认与配电设备有关的过程失效模式;3.2 评估失效对配电设备运行潜在的影响;3.3 确定潜在的配电设备运行原因和过程变数，以便加以控制，减少发生可能性 ，增加发现到的可能性;3.4 列出潜在失效模式的排行表，建立一个优先选择以做出改善行动;3.5 改变配电设备技术或配电设备运维过程;4 FMEA 步骤:4.1 定义FMEA的范围4.2 确认队伍成员、工厂用户，和专家4.3 制定每个成员的任务和职责 4.4 研究配电设备/安装投运/运维检修及工厂用户设备运维检修过程4.5 集体讨论已知的和潜在的失效模式4.6 列出影响、原因和失效模式当前控制情况4.7 给严重性、发生率、发现度的评分4

11、.8 计算RPN 4.9 制定采取行动的RPN界限值4.10 优先性要根据RPN，严重性，或用户的供电要求4.11 确认改善行动4.12 执行并确认改善行动的有效性4.13 完成文件记录5 纠正措施报告五步骤（纠正措施：防止同样问题再次出现所采取的措施）5.1 调查取证 核心提示：三现主义(现场、现实和现物)要点：发生设备不良后，主要责任人要在尽可能短的时间：亲自到现场（现地）、亲自接触实物（现物）、亲自了解现实情况 避免坐在办公室或会议室凭空讨论猜想5.2事实把握 核心提示：五要素（4M1E）分解要点：使用特性要因图（如鱼刺图），通过对4M1E的分解，寻找可能造成潜在不良的因素，并依次列出来

12、，然后进行再调查和试验，排除无关因素，确定主要原因；（FMEA也可以）4M：人、机器、材料、方法，1E:环境 特别要注意4M变更是否发生了，变更的内容是什么？5.3 原因分析 核心提示：5WHY要点：对前一步骤所确定的主要原因，要依次问5个为什么（导致设备不良发生/流出），也许34个就够了。最终要归结到防呆、标准、教育或体制存在的不足或缺陷；5.4 临时对策 核心提示：防流出要点：采取永久对策前的防流出措施举例：新改造检修线路设备投运送电后跳闸；流出对策要求用“为什么”的方法查找具体原因；问来问去流出的可能性就是以下两点：检修完毕后工作人员未按检查要求顺序进行检查造成了该项目漏检；工作人员检查

13、中误把有缺陷问题的设备判断为优良合格设备；工作人员检查过程当中，用力过大误触部分设备造成了设备缺陷问题；针对这些问题因对应的检查顺序要求、设备状态区分等都是有明确的检查作业指导书，对策也就是培训教育；反问则认为没有将“为什么”问到底，有可能没有找到根本原因；按以上问题继续问下去感觉很难，比如：为什么漏检查，因为未按检查顺序进行检查 ；为什么未按顺序进行检查，一种可能是对顺序要求不了解，另一种是明知故犯； 其中对检查顺序不了解可以排除,因为有岗前培训及考核，检查顺序是上岗必须考核的项目； 那只剩下为什么明知故犯，因为工作人员不认真、态度不端正；5.5 永久对策 核心提示：防呆、标准化和培训要点：

14、针对第三步骤中分析出来的不足或缺陷，相应制定永久性的对策，对策要体现：防呆-技术和管理的改进、标准化-形成制度进行管理、培训-让作业者熟悉并遵照执行。6 举例6.1 定义FMEA的范围，定义配电设备特性、安装投运或运维检修的研究范围，确认运作前提，当前条件和约束。6.2 确认队伍成员、用户和专家，将成员集合，确认工厂用户、配电设备厂商并使他们参与进来。为了很好地理解配电设备特性、安装投运或运维检修，一些先前工作要做，如：先前的各种运行模式情况，已使小组集合起来。6.3 制定每个成员的任务和职责，谁做什么，清楚地定义每个成员的职责。这时，考虑每个人的长处很重要。例：队长 *协调队伍的活动，时时追

15、踪 * 充当鼓舞者与管理相结合 * 确保和大家一起做决定 工厂用户 * 定义和需求 * 参与等级制定，尤其是严重性 * 执行对责任产权设备的改善措施专家及设备厂商 * 作为顾问提供产品等信息6.4 研究设备特性、安装投运或运维检修，此步骤的目的是为了尽可能多的获取知识。高度建议所有成员都参与，因为没有其他的方式使你去熟悉配电设备特性、安装投运或运维检修。6.5 集体讨论已知的和潜在的失效模式* 失效模式应描述为物理量或技术术语，而不是简单的表面现象* 确认尽可能多的失效模式，使所有的成员都参与。使用适当的脑力震荡方法。所有的调节整理留给以后的会议。* 最大的风险是参与者会混淆失效模式、原因和影

16、响。建议会议领导者做个排练，使大家熟悉失效模式、原因和影响的差别。配电设备特性、安装投运或运维检修的规格，结果或需求会对此有所帮助。（如：降低了故障率）* 小纸贴是收集此种信息的有效途径，然后按逻辑分组。* 如果你将此写在工作纸上，要确保留出足够的空间填写影响和原因。6.6 集体讨论已知的和潜在的失效模式* 分开失效模式，影响和原因* 失效模式，影响和原因是多种多样的，效果及后果的分析* 失效模式：有共同的原因和影响* 原因： 不良的原因可以是一个或多个已有的失效模式的原因* 影响：不良的结果可以是一个或多个已有的失效模式的结果原因1原因2实效模式 1影响1失效模式 2影响26.7 列出影响、

17、原因和失效模式的当前控制情况* 专家、设备厂商及工厂用户在失效模式的影响、原因，和当前控制上尤其能提供帮助。 * 注意：许多成员由于打如意算盘而犯错误，尤其对当前的控制。我们应该关注当前的状况，而不是关注应该做的或可以做的。 * 现在开始做文件整理，要意识到失效模式有很多的影响和原因。列出相关部位外部最大承受能力外部受力临时控制计策气缸封闭不能进行停电倒闸操作SF6气体泄漏环网柜 RPN D当前控制 O原因 S影响失效模式配网设备安装投运或运维检修举例：6.8 给严重性、发生率、发现度评分* 这里我们将每个因素都转换成相对应的数值。根据质量等级标准，这个步骤可以很简单或有点烦人。* 对于任何一

18、个原因、影响或失效模式的等级划分，小组成员之间很多时候会意见相左，建议多收集数据，专家的意见也可以用以提高理解，达成共识。举例:设备失效严重度（S）、发生率（O）和探测度（D）进行评价，计算出RPN值（风险优先度，RPN= S*O*D） 6.9 计算风险度RPN, S,O,D 给严重性、发生率、发现度评分并不能将风险变为一个单一测量的数值，把三个分数乘起来填进RPN栏，注意三个单值的权重是一样的。6.10 制定采取行动的RPN界限值*确认你选择需要采取行动的失效模式。对所有的模式整改是不实际的，这个关键步骤需设备厂商工程师参与，如专变用户产权设备，还需用户参与*许多小组都会在这碰到困难，尤其是

19、当对所有的项目都要被讨论。风险总是会存在的。问题是：“什么程度的风险可以接受？” *一些不同的方法都已被用来定义界限：泊拉图分析，最高分等等*关于FMEA的讨论要写成文件，要在界限值上达成一致。6.11 制定采取行动的RPN界限值*决定RPN的临界点，不要忽略失效模式的高严重性（ 用帕累托 (Pareto)图表举例）80% 有关累积 RPN累积RPN曲线 累积RPN 原因6.12 优先性要根据RPN，严重性，或重要程度* 订出你对于失效模式和原因整改的顺序。虽然RPN和按先后次序的严重性很有逻辑性，你仍然要根据讨论的信息来决定。* 这个步骤根据数据分类可以很容易按降序完成，每一个失效模式都可以

20、这样做以保证数据的完整。* 相关的文件很重要，可以确保整个队伍工作的同步性。失效模式用RPN排序的例子：844临时控制计策3气缸封闭4488 在受力显眼处列出相关部位外部最大承受能力8外部受力7不能进行停电倒闸操作SF6气体泄漏 环网柜RPND当前控制O原因S影响失效模式配网设备安装投运或运维检修6.13 确认改善措施* 这个步骤你要确认消除/控制起因的整改方法，去降低风险等级或使之低于规定的界限。 * 很多时候你不能找出根本原因；这时最好的方法就是对未解决的不良进行额外的控制/足够的提醒装置。根据RPN计算结果，重新衡量S，O，D的等级划分。* 整改会牵涉到设备运维检修、设备厂家人员，因此和他们讨论很重要。专家也应提供有用的信息，提议什么样的整改最适合现存的问题。* 最后，对所有可能的改善行动，小组可以从安全可靠/成本效益分析，执行快慢，及新的风险等级选择其中一个行动计划6.14 确认整改6.15 执行并确认整改的有效性 * 确认整改方案应该象完成一个项目-有明确的开头和结尾。很多时候一个项目组都已形成已完