火電廠輔機設(shè)備

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[摘要]火電廠輔機設(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)濟性監(jiān)測＋綜合故障診斷與維修決策支持模式，是一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新嘗試。在福建電廠的成功實施表明，這種新模式比較適合中國電廠實際情況和需求，實現(xiàn)了創(chuàng)新性和實用性相結(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格，如何合理的減少維修費用，同時有效提高運行安全性己是當務(wù)之急。汽輪機、鍋爐等主機雖然是關(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，而一些輔機設(shè)備往往是火電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的薄弱環(huán)節(jié)，是造成機組非計劃停機的主要原因之一，保證輔機設(shè)備的安全運行是電廠日常維護和維修的重要內(nèi)容。同時，任何一個系統(tǒng)或主要輔機設(shè)備的故障都會影響電廠的經(jīng)濟性，造成發(fā)電成本的增加。因此，開展火電廠輔機狀態(tài)監(jiān)測工作，保證火電機組主要輔機設(shè)備良好的運行狀態(tài)，達到優(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，輔機部件（電動機和轉(zhuǎn)動部件等）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)。

振動監(jiān)測技術(shù)主要是應(yīng)用在線和便攜式振動監(jiān)測儀器，對設(shè)備的振動頻譜進行連續(xù)或經(jīng)常性檢測，以分析設(shè)備的振動特性，判斷運行狀態(tài)變化趨勢，為設(shè)備的運行和維修提供信息。

油液分析主要是對潤滑油的成分、污染度、機器磨損狀況進行檢測，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，對電機設(shè)備的外殼超溫狀況進行檢測，以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的超溫部位，采取及時維修措施。

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行檢測，以找出設(shè)備的泄漏部位，采取及時維修措施。

國外輔機部件狀態(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，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)往往是獨立的，主要是針對具體部件點的狀況，并不能夠全面監(jiān)測輔機系統(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)，有必要進行進一步的研究。

二、輔機狀態(tài)檢修關(guān)鍵技術(shù)研究簡介

該研究項目是國家電力公司狀態(tài)檢修課題的子項目，并作為與福建省電力有限公司、福建省電力試驗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：

?輔機狀態(tài)檢修模式的探討；

?輔機狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的選擇與實施；

?系統(tǒng)安全性監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)；

?系統(tǒng)運行經(jīng)濟性監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)；

?輔機狀態(tài)綜合診斷系統(tǒng)的開發(fā)；

?依托工程電廠實施；

通過3年的努力。福建實施項目已經(jīng)基本完成，并通過了福建省科委組織的鑒定。太倉電廠實施項目仍在進行中。

1.輔機狀態(tài)檢修基本模式的探討

研究表明，輔機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)濟性）下降導(dǎo)致的維修等三個方面。以往的監(jiān)測技術(shù)，主要注重輔機部件點的狀態(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)推行的輔機振動狀態(tài)監(jiān)測方式包括在線和離線兩種，在線方式費用高，信息量大，已在山東等一些電廠采用。而離線監(jiān)測方式實際上早已在電廠普遍采用，近年來隨著監(jiān)測儀器的性能提高，離線監(jiān)測的準確性已相當高，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，同樣可以達到滿意效果。

為此，熱工研究院設(shè)計了輔機設(shè)備離線與在線相結(jié)合，安全性監(jiān)測與經(jīng)濟性監(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)運行經(jīng)濟性監(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運行狀況和狀態(tài)檢修技術(shù)需求，力圖提供一個完整的中國電廠輔機狀態(tài)檢修整體解決方案。

2.輔機狀態(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300mw1、2號機組主要輔機上進行試點。采用國外成熟的振動監(jiān)測、油液分析、電機馬達監(jiān)測和紅外熱成像等多種監(jiān)測技術(shù)，定期對電廠主要輔機（旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備）的狀態(tài)進行離線監(jiān)測，包括有送、引風(fēng)機、一次風(fēng)機，給水泵、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等。監(jiān)測的主要內(nèi)容包括輔機設(shè)備的振動、潤滑油品質(zhì)、電機的運行狀況，轉(zhuǎn)子籠條斷裂、定子和轉(zhuǎn)子間的機械偏心，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。

在振動監(jiān)測方面，1a引風(fēng)機開始監(jiān)測時，其1號瓦（電機外伸端）、2號瓦（電機聯(lián)軸器端）的軸向振動逐步增大，超過合格值4.5mm/s，最大分別為10.13mm/s和5.52mm/s，尤其是1號瓦振動接近危險值，嚴重影響機組的安全運行。根據(jù)分析，1號瓦軸承垂直和水平振動均在合格范圍內(nèi)，為1.2mm/s和3.3mm/s，說明引起軸向振動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號瓦存在同樣的問題，初步分析為風(fēng)機轉(zhuǎn)子止推軸承工作游隙過大引起的振動異常。由于1a引風(fēng)機軸承自投用以來5年沒有更換，決定在2002年4月的小修中對1、2號軸承及風(fēng)機的止推軸承解體檢查，確認止推軸承工作游隙過大。經(jīng)更換1、2號軸承并調(diào)整好止推軸承工作間隙后，故障消除，其振動均在合格范圍內(nèi)。

2001年5月，采用電機故障診斷儀對輔機設(shè)備進行監(jiān)測，成功地診斷出2號機組電動給水泵電機出現(xiàn)的籠條斷裂故障，電廠據(jù)此對電機進行及時的檢修，避免事故的進一步惡化。

2001年11月5日和12月10日在電廠1號機輔機，包括引風(fēng)機潤滑和液壓系統(tǒng)、一次風(fēng)機、送風(fēng)機、凝結(jié)水泵、汽動給水泵、電動給水泵、循環(huán)水泵共計14臺設(shè)備的軸承潤滑油系統(tǒng)進行取樣分析時，發(fā)現(xiàn)1a、1b引風(fēng)機電機潤滑油箱內(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。由于大量顆粒超過濾芯精度，將會引起濾芯失效和破損，同時濾芯的堵塞會造成供油不穩(wěn)，影響軸承轉(zhuǎn)動面油膜的厚度，引起潤滑不良；另外大顆粒進入軸承轉(zhuǎn)動面間，還會引起磨料切削磨損，加劇了軸承磨損，縮短使用壽命，影響輔機運行穩(wěn)定性。同時，由于顆粒度基數(shù)太大，不僅會掩蓋輕度磨損的檢測，而且還會堵塞傳感器，損壞儀器。為此及時向電廠提出處理建議。進行油箱濾油處理，跟蹤內(nèi)部顆粒度變化情況。

在紅外監(jiān)測方面，對主要輔機電機軸承進行監(jiān)測。2001年5月大修后不久發(fā)現(xiàn)1a引風(fēng)機軸承溫度偏高。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)由于軸承方向放置不當引起軸的軸向位移導(dǎo)致導(dǎo)油環(huán)和甩油環(huán)之間嚴重的磨損，2002年4月份機組小修時更換軸承，故障排除，截至2002年11月，1a引風(fēng)機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)

輔機系統(tǒng)的安全時電廠關(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)機尤其是軸流式風(fēng)機，其本身具有較大的失速區(qū)，當風(fēng)機運行在該區(qū)域時，風(fēng)機內(nèi)氣流壓力波動劇烈，當氣流壓力波動頻率與葉片本身固有頻率成整數(shù)倍時，容易引起風(fēng)機葉片諧振、導(dǎo)致斷裂，同時亦造成一次、二次風(fēng)壓及爐膛負壓劇烈波動，影響燃燒、導(dǎo)致機組跳機。

各種風(fēng)機因其葉型不同，其失速區(qū)范圍亦不同，我們通過冷態(tài)試驗進行標定，同時建立實時失速報警系統(tǒng)，則當運行點接近失速區(qū)時，可提前采取措施。

4.系統(tǒng)運行經(jīng)濟性監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)

電站風(fēng)機實際運行狀況體現(xiàn)了鍋爐運行的煙風(fēng)阻力特性。而鍋爐的煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力特性是隨著機組的運行時間的延長而變化的，可通過電站風(fēng)機的實際運行參數(shù)描繪鍋爐不斷變化的煙風(fēng)阻力特性，同時顯示出風(fēng)機運行效率的變化，檢測表盤開度與實際開度的偏差，為鍋爐大修和風(fēng)機改造提供依據(jù)。

可視化的圖形專家規(guī)則編輯器

?系統(tǒng)體現(xiàn)了電廠專用輔機設(shè)備監(jiān)測的特點，彌補了電廠dcs和mis系統(tǒng)中輔機運行狀態(tài)監(jiān)測的一些功能盲點，增加系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟性監(jiān)測功能，為維修和設(shè)備安全運行提供決策支持；

?根據(jù)電廠設(shè)備類別，內(nèi)置了所需要的計算公式和分析模型，集成了電力專家的知識庫，具有診斷功能，

?具有一定的組態(tài)功能；

?采用了當前比較先進的多層分布軟件開發(fā)技術(shù)，提高軟件的運行速度；

?系統(tǒng)實施方便，穩(wěn)定可靠、操作方便、擴展性強、界面友好，維護量小。

同時，開發(fā)的故障診斷和維修決策支持系統(tǒng)具有遠程診斷功能，可采用就地管理＋遠程管理的二級管理的模式，在電廠設(shè)立一級狀態(tài)監(jiān)測工作站，根據(jù)不同設(shè)備和不同監(jiān)測技術(shù)進行具體的監(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)，這項工作由經(jīng)過培訓(xùn)的電廠點檢人員完成。遠程設(shè)立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中心，通過廣域網(wǎng)遠程訪問發(fā)電廠側(cè)的狀態(tài)監(jiān)測工作站，對輔機設(shè)備的運行狀態(tài)進行遠程監(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告。

三、結(jié)束語

通過三年的研究開發(fā)，熱工研究院在輔機狀態(tài)檢修關(guān)鍵技術(shù)方面取得突破，主要包括以下幾個方面：

1.通過實際應(yīng)用，提出并確定了中國電廠實施輔機狀態(tài)檢修的一種新模式；

2.將多種監(jiān)測技術(shù)如振動監(jiān)測、油液分析、電機馬達監(jiān)測和紅外熱成像等集成在一起，實現(xiàn)對主要輔機的運行狀態(tài)綜合離線監(jiān)測，效果比在線監(jiān)測好，費用少。

3.開發(fā)的系統(tǒng)安全性監(jiān)測系統(tǒng)在線監(jiān)測輔機整體的安全性，開闊了監(jiān)測的范圍，彌補了單個設(shè)備監(jiān)測的不足，實現(xiàn)了硬故障和軟故障的同時監(jiān)測，具有創(chuàng)新性；

4.開發(fā)的系統(tǒng)經(jīng)濟性監(jiān)測系統(tǒng)在線監(jiān)測輔機整體的性能，確立了監(jiān)測經(jīng)濟性而完善維修決策的方法，實現(xiàn)了安全性和經(jīng)濟性綜合監(jiān)測以合理安排檢修時間和檢修周期新模式，具有創(chuàng)新性；

5.開發(fā)的通用診斷平臺軟件具有先進性，適合主機、輔機的診斷軟件構(gòu)建，滿足預(yù)知性維修的需求，同時提供遠程診斷功能；

6.設(shè)立遠程診斷中心，建立輔機狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，將多種監(jiān)測數(shù)據(jù)集成在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫下，便于數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用。實現(xiàn)電廠、研究院二級管理模式。