火電廠輔機(jī)設(shè)備的狀態(tài)檢修

1、火電廠輔機(jī)設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)開發(fā) 摘要：火電廠輔機(jī)設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)開發(fā)是電廠狀態(tài)檢修整體技術(shù)的重要部分，熱工研究院開發(fā)采用的離線狀態(tài)監(jiān)測在線系統(tǒng)安全性監(jiān)測在線系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性監(jiān)測綜合故障診斷與維修決策支持模式，是一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新嘗試。在福建電廠的成功實(shí)施表明，這種新模式比較適合中國電廠實(shí)際情況和需求，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新性和實(shí)用性相結(jié)合的開發(fā)要求。一、 背景隨著電力體制改革的深入，發(fā)電廠對發(fā)電成本的控制越來越嚴(yán)格，如何合理的減少維修費(fèi)用，同時(shí)有效提高運(yùn)行安全性己是當(dāng)務(wù)之急。汽輪機(jī)、鍋爐等主機(jī)雖然是關(guān)鍵設(shè)備，但其制造技術(shù)已較成熟，監(jiān)測技術(shù)也較完善，故其可靠性都比較高，由于火電廠系統(tǒng)復(fù)雜，而一些輔機(jī)設(shè)備

2、往往是火電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的薄弱環(huán)節(jié)，是造成機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)的主要原因之一，保證輔機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行是電廠日常維護(hù)和維修的重要內(nèi)容。同時(shí)，任何一個(gè)系統(tǒng)或主要輔機(jī)設(shè)備的故障都會(huì)影響電廠的經(jīng)濟(jì)性，造成發(fā)電成本的增加。因此，開展火電廠輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測工作，保證火電機(jī)組主要輔機(jī)設(shè)備良好的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到優(yōu)化檢修的目的，具有十分重要的意義。近年來，針對輔機(jī)部件的狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)的發(fā)展十分迅速，輔機(jī)部件（電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)部件等）的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)成熟。主要的技術(shù)包括：1. 振動(dòng)診斷技術(shù)；2. 油液分析技術(shù)；3. 紅外線設(shè)備診斷技術(shù)；4. 超聲波泄漏監(jiān)聽技術(shù)。振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)主要是應(yīng)用在線和便攜式振動(dòng)監(jiān)測儀器，對設(shè)備的振動(dòng)頻

3、譜進(jìn)行連續(xù)或經(jīng)常性檢測，以分析設(shè)備的振動(dòng)特性，判斷運(yùn)行狀態(tài)變化趨勢，為設(shè)備的運(yùn)行和維修提供信息。油液分析主要是對潤滑油的成分、污染度、機(jī)器磨損狀況進(jìn)行檢測，以掌握潤滑油的變質(zhì)情況，判斷磨損狀態(tài)變化趨勢，為設(shè)備的運(yùn)行和維修提供信息。紅外線設(shè)備診斷技術(shù)主要是使用便攜式紅外線檢測儀，對電機(jī)設(shè)備的外殼超溫狀況進(jìn)行檢測，以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的超溫部位，采取及時(shí)維修措施。聲波泄漏監(jiān)聽裝置，也是利用超聲波的特性，對設(shè)備發(fā)出的微小泄漏聲音進(jìn)行檢測，以找出設(shè)備的泄漏部位，采取及時(shí)維修措施。國外輔機(jī)部件狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成熟，監(jiān)測裝置和分析軟件也比較先進(jìn)，在國內(nèi)電廠的應(yīng)用越來越普遍。但在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，這些監(jiān)測技術(shù)往往是獨(dú)

4、立的，主要是針對具體部件點(diǎn)的狀況，并不能夠全面監(jiān)測輔機(jī)系統(tǒng)的狀況；一般不能夠全面綜合的分析設(shè)備變化趨勢，即不具有綜合診斷故障功能。如何給出設(shè)備的整體狀態(tài)診斷結(jié)果，為維修決策提供更全面的支持依據(jù)，有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。二、 輔機(jī)狀態(tài)檢修關(guān)鍵技術(shù)研究簡介該研究項(xiàng)目是國家電力公司狀態(tài)檢修課題的子項(xiàng)目，并作為與福建省電力有限公司、福建省電力試驗(yàn)研究院和廈門華夏國際電力發(fā)展有限公司合作課題，列為福建省電力公司2000年研究課題。主要研究內(nèi)容包括：Ø 輔機(jī)狀態(tài)檢修模式的探討；Ø 輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的選擇與實(shí)施；Ø 系統(tǒng)安全性監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)；Ø 系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性監(jiān)測技術(shù)

5、的開發(fā)；Ø 輔機(jī)狀態(tài)綜合診斷系統(tǒng)的開發(fā)；Ø 依托工程電廠實(shí)施；通過3年的努力。福建實(shí)施項(xiàng)目已經(jīng)基本完成，并通過了福建省科委組織的鑒定。太倉電廠實(shí)施項(xiàng)目仍在進(jìn)行中。1. 輔機(jī)狀態(tài)檢修基本模式的探討研究表明，輔機(jī)的維修類型主要包括：設(shè)備故障導(dǎo)致功能下降而維修，系統(tǒng)安全性下降導(dǎo)致的維修，系統(tǒng)性能（經(jīng)濟(jì)性）下降導(dǎo)致的維修等三個(gè)方面。以往的監(jiān)測技術(shù)，主要注重輔機(jī)部件點(diǎn)的狀態(tài)變化，而在系統(tǒng)層面上的變化沒有給以重視，顯然是不合理的。目前在國內(nèi)推行的輔機(jī)振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測方式包括在線和離線兩種，在線方式費(fèi)用高，信息量大，已在山東等一些電廠采用。而離線監(jiān)測方式實(shí)際上早已在電廠普遍采用，近年來隨著監(jiān)

6、測儀器的性能提高，離線監(jiān)測的準(zhǔn)確性已相當(dāng)高，完全可以滿足設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的需要，因而沒有必要采用在線方式，同樣可以達(dá)到滿意效果。為此，熱工研究院設(shè)計(jì)了輔機(jī)設(shè)備離線與在線相結(jié)合，安全性監(jiān)測與經(jīng)濟(jì)性監(jiān)測相結(jié)合，設(shè)備監(jiān)測與系統(tǒng)監(jiān)測相結(jié)合的新模式，即：離線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測 在線系統(tǒng)安全性監(jiān)測 在線系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性監(jiān)測 綜合故障診斷與維修決策支持該模式充分考慮到中國電廠輔機(jī)運(yùn)行狀況和狀態(tài)檢修技術(shù)需求，力圖提供一個(gè)完整的中國電廠輔機(jī)狀態(tài)檢修整體解決方案。2. 輔機(jī)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的選擇與應(yīng)用該課題在廈門華夏國際電力公司300MW 1、2號(hào)機(jī)組主要輔機(jī)上進(jìn)行試點(diǎn)。采用國外成熟的振動(dòng)監(jiān)測、油液分析、電機(jī)馬達(dá)監(jiān)測和紅外熱成像

7、等多種監(jiān)測技術(shù)，定期對電廠主要輔機(jī)（旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備）的狀態(tài)進(jìn)行離線監(jiān)測，包括有送、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)，給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等。監(jiān)測的主要內(nèi)容包括輔機(jī)設(shè)備的振動(dòng)、潤滑油品質(zhì)、電機(jī)的運(yùn)行狀況，轉(zhuǎn)子籠條斷裂、定子和轉(zhuǎn)于間的機(jī)械偏心，設(shè)備的熱像圖（溫度分布圖）等。經(jīng)過各方兩年多的共同努力，監(jiān)測工作己逐步走向規(guī)范，取得了階段性成果。在振動(dòng)監(jiān)測方面，1A引風(fēng)機(jī)開始監(jiān)測時(shí)，其1號(hào)瓦（電機(jī)外伸端）、2號(hào)瓦（電機(jī)聯(lián)軸器端）的軸向振動(dòng)逐步增大，超過合格值4.5mm/s，最大分別為10.13 mm/s和5.52 mm/s，尤其是1號(hào)瓦振動(dòng)接近危險(xiǎn)值，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。根據(jù)分析，1號(hào)瓦軸承垂直和水平振動(dòng)均在合

8、格范圍內(nèi)，為 1.2 mm/s和 3.3 mm/s，說明引起軸向振動(dòng)偏大的原因不是由于激振力大引起，分析其頻譜圖，主要是3倍頻和5倍頻的分量為主，而且2號(hào)瓦存在同樣的問題，初步分析為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子止推軸承工作游隙過大引起的振動(dòng)異常。由于1A引風(fēng)機(jī)軸承自投用以來5年沒有更換，決定在2002年4月的小修中對1、2號(hào)軸承及風(fēng)機(jī)的止推軸承解體檢查，確認(rèn)止推軸承工作游隙過大。經(jīng)更換1、2號(hào)軸承并調(diào)整好止推軸承工作間隙后，故障消除，其振動(dòng)均在合格范圍內(nèi)，2001年5月，采用電機(jī)故障診斷儀對輔機(jī)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，成功地診斷出2號(hào)機(jī)組電動(dòng)給水泵電機(jī)出現(xiàn)的籠條斷裂故障，電廠據(jù)此對電機(jī)進(jìn)行及時(shí)的檢修，避免事故的進(jìn)一步惡化。

9、2001年11月 5日和 12月 10日在電廠 1號(hào)機(jī)輔機(jī)，包括引風(fēng)機(jī)潤滑和液壓系統(tǒng)、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵、汽動(dòng)給水泵、電動(dòng)給水泵、循環(huán)水泵共計(jì)14臺(tái)設(shè)備的軸承潤滑油系統(tǒng)進(jìn)行取樣分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)1A、1B引風(fēng)機(jī)電機(jī)潤滑油箱內(nèi)存在大量可見的懸浮硬顆粒，1A、1B循環(huán)水泵在推力軸承故障后沒有進(jìn)行徹底清理而殘留大量的磨損顆粒，顆粒度檢測結(jié)果均超過NAS12級(jí)。由于大量顆粒超過濾芯精度，將會(huì)引起濾芯失效和破損，同時(shí)濾芯的堵塞會(huì)造成供油不穩(wěn)，影響軸承轉(zhuǎn)動(dòng)面油膜的厚度，引起潤滑不良；另外大顆粒進(jìn)入軸承轉(zhuǎn)動(dòng)面間，還會(huì)引起磨料切削磨損，加劇了軸承磨損，縮短使用壽命，影響輔機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。同時(shí)，由于顆粒度基數(shù)太

10、大，不僅會(huì)掩蓋輕度磨損的檢測，而且還會(huì)堵塞傳感器，損壞儀器。為此及時(shí)向電廠提出處理建議。進(jìn)行油箱濾油處理，跟蹤內(nèi)部顆粒度變化情況。在紅外監(jiān)測方面，對主要輔機(jī)電機(jī)軸承進(jìn)行監(jiān)測。2001年5月大修后不久發(fā)現(xiàn)1A引風(fēng)機(jī)軸承溫度偏高。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)由于軸承方向放置不當(dāng)引起軸的軸向位移導(dǎo)致導(dǎo)油環(huán)和甩油環(huán)之間嚴(yán)重的磨損，2002年4月份機(jī)組小修時(shí)更換軸承，故障排除，截至 2002年11月，1A引風(fēng)機(jī)的軸承溫度有所下降。3. 系統(tǒng)安全性監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)輔機(jī)系統(tǒng)的安全時(shí)電廠關(guān)心的重要方面，為此開發(fā)了煙風(fēng)系統(tǒng)、泵組的安全監(jiān)測系統(tǒng)。如電站風(fēng)機(jī)尤其是軸流式風(fēng)機(jī)，其本身具有較大的失速區(qū)，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行在該區(qū)域時(shí)，風(fēng)機(jī)內(nèi)氣流壓力

11、波動(dòng)劇烈，當(dāng)氣流壓力波動(dòng)頻率與葉片本身固有頻率成整數(shù)倍時(shí)，容易引起風(fēng)機(jī)葉片諧振、導(dǎo)致斷裂，同時(shí)亦造成一次、二次風(fēng)壓及爐膛負(fù)壓劇烈波動(dòng)，影響燃燒、導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)。各種風(fēng)機(jī)因其葉型不同，其失速區(qū)范圍亦不同，我們通過冷態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)建立實(shí)時(shí)失速報(bào)警系統(tǒng)，則當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)接近失速區(qū)時(shí)，可提前采取措施。 圖1 軸流風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)特性曲線4. 系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)電站風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況體現(xiàn)了鍋爐運(yùn)行的煙風(fēng)阻力特性。而鍋爐的煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力特性是隨著機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間的延長而變化的，可通過電站風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)描繪鍋爐不斷變化的煙風(fēng)阻力特性，同時(shí)顯示出風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率的變化，檢測表盤開度與實(shí)際開度的偏差，為鍋爐大修和風(fēng)

12、機(jī)改造提供依據(jù)。 圖2 送風(fēng)延程阻力曲線圖3 空預(yù)器壓差變化趨勢歷史曲線反映泵組性能的特征參數(shù)主要有溫度、壓力、流量、功率、電流、電壓和轉(zhuǎn)速等。對采集到的狀態(tài)參數(shù)，通過分析計(jì)算給出泵組的性能參數(shù)，如效率、揚(yáng)程等，并且與設(shè)計(jì)參數(shù)相比較，分析性能欠佳的主要原因，指出運(yùn)行調(diào)整的方法和步驟。圖4 風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測主界面圖5 泵組狀態(tài)監(jiān)測軟件主界面5. 輔機(jī)狀態(tài)綜合診斷系統(tǒng)的開發(fā)包括電站風(fēng)煙系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)和電站泵組故障診斷系統(tǒng)兩部分。電站風(fēng)機(jī)故障預(yù)測及診斷維修的關(guān)鍵在于當(dāng)設(shè)備的振動(dòng)水平超過設(shè)定的報(bào)警值后能快速、準(zhǔn)確地診斷出振動(dòng)原因，并根據(jù)綜合分析結(jié)果給出相應(yīng)的處理方案。電站風(fēng)機(jī)的振動(dòng)故障主要表現(xiàn)在：軸承損

13、壞、質(zhì)量不平衡、彎軸、聯(lián)軸器不對中、機(jī)械松動(dòng)等問題。泵組故障診斷的主要內(nèi)容有軸系振動(dòng)、軸承溫度、油液分析等，采用軸系振動(dòng)、軸承溫度和液力偶合器工作油溫度等狀態(tài)參數(shù)，分析評價(jià)泵組的運(yùn)行水平，預(yù)測和診斷泵組故障，及時(shí)消除隱患，提高設(shè)備可用率。熱工研究院開發(fā)了通用診斷平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了輔機(jī)故障診斷軟件，可實(shí)現(xiàn)包括振動(dòng)在內(nèi)的綜合故障分析和診斷，并給出解決的措施。專家可以通過診斷平臺(tái)建立診斷規(guī)則，并利用建立的規(guī)則模擬專家思維，對設(shè)備實(shí)現(xiàn)狀態(tài)診斷，并可在電廠方便的進(jìn)行規(guī)則修訂。系統(tǒng)由知識(shí)獲取、系統(tǒng)診斷和接口設(shè)計(jì)三部分構(gòu)成。其主要特點(diǎn)有：圖6 可視化的圖形專家規(guī)則編輯器Ø 系統(tǒng)體現(xiàn)了電廠專用

14、輔機(jī)設(shè)備監(jiān)測的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了電廠DCS和MIS系統(tǒng)中輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測的一些功能盲點(diǎn)，增加系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟(jì)性監(jiān)測功能，為維修和設(shè)備安全運(yùn)行提供決策支持；Ø 根據(jù)電廠設(shè)備類別，內(nèi)置了所需要的計(jì)算公式和分析模型，集成了電力專家的知識(shí)庫，具有診斷功能，Ø 具有一定的組態(tài)功能；Ø 采用了當(dāng)前比較先進(jìn)的多層分布軟件開發(fā)技術(shù)，提高軟件的運(yùn)行速度；Ø 系統(tǒng)實(shí)施方便，穩(wěn)定可靠、操作方便、擴(kuò)展性強(qiáng)、界面友好，維護(hù)量小。同時(shí)，開發(fā)的故障診斷和維修決策支持系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程診斷功能，可采用就地管理遠(yuǎn)程管理的二級(jí)管理的模式，在電廠設(shè)立一級(jí)狀態(tài)監(jiān)測工作站，根據(jù)不同設(shè)備和不同監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行具體

15、的監(jiān)測工作，并將采集的離線數(shù)據(jù)輸入到故障診斷和維修決策支持系統(tǒng)，這項(xiàng)工作由經(jīng)過培訓(xùn)的電廠點(diǎn)檢人員完成。遠(yuǎn)程設(shè)立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中心，通過廣域網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問發(fā)電廠側(cè)的狀態(tài)監(jiān)測工作站，對輔機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，利用故障分析和診斷系統(tǒng)對設(shè)備的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和診斷，判斷設(shè)備狀態(tài)的發(fā)展趨勢，并向電廠定期提交短、中長期趨勢分析和診斷報(bào)告。三、 小結(jié)通過三年的研究開發(fā)，熱工研究院在輔機(jī)狀態(tài)檢修關(guān)鍵技術(shù)方面取得突破，主要包括以下幾個(gè)方面：1. 通過實(shí)際應(yīng)用，提出并確定了中國電廠實(shí)施輔機(jī)狀態(tài)檢修的一種新模式；2. 將多種監(jiān)測技術(shù)如振動(dòng)監(jiān)測、油液分析、電機(jī)馬達(dá)監(jiān)測和紅外熱成像等集成在一起，實(shí)現(xiàn)對主要輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)綜合離線監(jiān)測，效果比在線監(jiān)測好，費(fèi)用少。3. 開發(fā)的系統(tǒng)安全性監(jiān)測系統(tǒng)在線監(jiān)測輔機(jī)整體的安全性，開闊了監(jiān)測的范圍，彌補(bǔ)了單個(gè)設(shè)備監(jiān)測的不足，實(shí)