1、火电厂辅机设备的状态检修技术开发 摘 要火电厂辅机设备的状态检修技术开发是电厂状态检修整体技术的重要部分，热工研究院开发采用的离线状态监测在线系统安全性监测在线系统经济性监测综合故障诊断与维修决策支持模式，是一个具有自主知识产权的新尝试。在福建电厂的成功实施表明，这种新模式比较适合中国电厂实际情况和需求，实现了创新性和实用性相结合的开发要求。一、背景随着电力体制改革的深入，发电厂对发电成本的控制越来越严格，如何合理的减少维修费用，同时有效提高运行安全性己是当务之急。汽轮机、锅炉等主机虽然是关键设备，但其制造技术已较成熟，监测技术也较完善，故其可靠性都比较高，由于火电厂系统复杂，而一些辅机设备往
2、往是火电厂设备状态监测的薄弱环节，是造成机组非计划停机的主要原因之一，保证辅机设备的安全运行是电厂日常维护和维修的重要内容。同时，任何一个系统或主要辅机设备的故障都会影响电厂的经济性，造成发电成本的增加。因此，开展火电厂辅机状态监测工作，保证火电机组主要辅机设备良好的运行状态，达到优化检修的目的，具有十分重要的意义。近年来，针对辅机部件的状态监测和诊断技术的发展十分迅速，辅机部件（电动机和转动部件等）的状态监测技术已经成熟。主要的技术包括：1. 振动诊断技术；2. 油液分析技术；3. 红外线设备诊断技术；4. 超声波泄漏监听技术。振动监测技术主要是应用在线和便携式振动监测仪器，对设备的振动频谱
3、进行连续或经常性检测，以分析设备的振动特性，判断运行状态变化趋势，为设备的运行和维修提供信息。油液分析主要是对润滑油的成分、污染度、机器磨损状况进行检测，以掌握润滑油的变质情况，判断磨损状态变化趋势，为设备的运行和维修提供信息。红外线设备诊断技术主要是使用便携式红外线检测仪，对电机设备的外壳超温状况进行检测，以发现设备的超温部位，采取及时维修措施。声波泄漏监听装置，也是利用超声波的特性，对设备发出的微小泄漏声音进行检测，以找出设备的泄漏部位，采取及时维修措施。国外辅机部件状态监测技术的发展已经成熟，监测装置和分析软件也比较先进，在国内电厂的应用越来越普遍。但在应用中发现，这些监测技术往往是独立
4、的，主要是针对具体部件点的状况，并不能够全面监测辅机系统的状况；一般不能够全面综合的分析设备变化趋势，即不具有综合诊断故障功能。如何给出设备的整体状态诊断结果，为维修决策提供更全面的支持依据，有必要进行进一步的研究。二、 辅机状态检修关键技术研究简介该研究项目是国家电力公司状态检修课题的子项目，并作为与福建省电力有限公司、福建省电力试验研究院和厦门华夏国际电力发展有限公司合作课题，列为福建省电力公司 2000 年研究课题。主要研究内容包括：? 辅机状态检修模式的探讨；? 辅机状态监测技术的选择与实施；? 系统安全性监测技术的开发；? 系统运行经济性监测技术的开发；? 辅机状态综合诊断系统的开发
5、；? 依托工程电厂实施；通过 3 年的努力。福建实施项目已经基本完成，并通过了福建省科委组织的鉴定。太仓电厂实施项目仍在进行中。1. 辅机状态检修基本模式的探讨研究表明，辅机的维修类型主要包括：设备故障导致功能下降而维修，系统安全性下降导致的维修，系统性能（经济性）下降导致的维修等三个方面。以往的监测技术，主要注重辅机部件点的状态变化，而在系统层面上的变化没有给以重视，显然是不合理的。目前在国内推行的辅机振动状态监测方式包括在线和离线两种，在线方式费用高，信息量大，已在山东等一些电厂采用。而离线监测方式实际上早已在电厂普遍采用，近年来随着监测仪器的性能提高，离线监测的准确性已相当高，完全可以满
6、足设备状态监测的需要，因而没有必要采用在线方式，同样可以达到满意效果。为此，热工研究院设计了辅机设备离线与在线相结合，安全性监测与经济性监测相结合，设备监测与系统监测相结合的新模式，即：离线设备状态监测 在线系统安全性监测 在线系统运行经济性监测 综合故障诊断与维修决策支持该模式充分考虑到中国电厂辅机运行状况和状态检修技术需求，力图提供一个完整的中国电厂辅机状态检修整体解决方案。2. 辅机状态监测技术的选择与应用该课题在厦门华夏国际电力公司 300MW 1、2 号机组主要辅机上进行试点。采用国外成熟的振动监测、油液分析、电机马达监测和红外热成像等多种监测技术，定期对电厂主要辅机（旋转机械设备）
7、的状态进行离线监测，包括有送、引风机、一次风机，给水泵、凝结水泵、循环水泵等。监测的主要内容包括辅机设备的振动、润滑油品质、电机的运行状况，转子笼条断裂、定子和转子间的机械偏心，设备的热像图（温度分布图）等。经过各方两年多的共同努力，监测工作己逐步走向规范，取得了阶段性成果。在振动监测方面，1A 引风机开始监测时，其 1 号瓦（电机外伸端） 、2 号瓦（电机联轴器端）的轴向振动逐步增大，超过合格值 4.5mm/s，最大分别为 10.13 mm/s 和 5.52 mm/s，尤其是 1 号瓦振动接近危险值，严重影响机组的安全运行。根据分析，1 号瓦轴承垂直和水平振动均在合格范围内，为 1.2 mm
8、/s 和 3.3 mm/s，说明引起轴向振动偏大的原因不是由于激振力大引起，分析其频谱图，主要是 3 倍频和 5 倍频的分量为主，而且 2 号瓦存在同样的问题，初步分析为风机转子止推轴承工作游隙过大引起的振动异常。由于 1A 引风机轴承自投用以来 5 年没有更换，决定在2002 年 4 月的小修中对 1、2 号轴承及风机的止推轴承解体检查，确认止推轴承工作游隙过大。经更换 1、2 号轴承并调整好止推轴承工作间隙后，故障消除，其振动均在合格范围内。2001 年 5 月，采用电机故障诊断仪对辅机设备进行监测，成功地诊断出2 号机组电动给水泵电机出现的笼条断裂故障，电厂据此对电机进行及时的检修，避免
9、事故的进一步恶化。2001 年 11 月 5 日和 12 月 10 日在电厂 1 号机辅机，包括引风机润滑和液压系统、一次风机、送风机、凝结水泵、汽动给水泵、电动给水泵、循环水泵共计 14 台设备的轴承润滑油系统进行取样分析时，发现1A、1B 引风机电机润滑油箱内存在大量可见的悬浮硬颗粒，1A、1B 循环水泵在推力轴承故障后没有进行彻底清理而残留大量的磨损颗粒，颗粒度检测结果均超过 NAS12 级。由于大量颗粒超过滤芯精度，将会引起滤芯失效和破损，同时滤芯的堵塞会造成供油不稳，影响轴承转动面油膜的厚度，引起润滑不良；另外大颗粒进入轴承转动面间，还会引起磨料切削磨损，加剧了轴承磨损，缩短使用寿命
10、，影响辅机运行稳定性。同时，由于颗粒度基数太大，不仅会掩盖轻度磨损的检测，而且还会堵塞传感器，损坏仪器。为此及时向电厂提出处理建议。进行油箱滤油处理，跟踪内部颗粒度变化情况。在红外监测方面，对主要辅机电机轴承进行监测。2001 年 5 月大修后不久发现 1A 引风机轴承温度偏高。经检查发现由于轴承方向放置不当引起轴的轴向位移导致导油环和甩油环之间严重的磨损，2002 年 4 月份机组小修时更换轴承，故障排除，截至 2002 年 11 月，1A 引风机的轴承温度有所下降。3. 系统安全性监测技术的开发辅机系统的安全时电厂关心的重要方面，为此开发了烟风系统、泵组的安全监测系统。如电站风机尤其是轴流
11、式风机，其本身具有较大的失速区，当风机运行在该区域时，风机内气流压力波动剧烈，当气流压力波动频率与叶片本身固有频率成整数倍时，容易引起风机叶片谐振、导致断裂，同时亦造成一次、二次风压及炉膛负压剧烈波动，影响燃烧、导致机组跳机。各种风机因其叶型不同，其失速区范围亦不同，我们通过冷态试验进行标定，同时建立实时失速报警系统，则当运行点接近失速区时，可提前采取措施。 图 1 轴流风机实时特性曲线4. 系统运行经济性监测技术的开发电站风机实际运行状况体现了锅炉运行的烟风阻力特性。而锅炉的烟风系统的阻力特性是随着机组的运行时间的延长而变化的，可通过电站风机的实际运行参数描绘锅炉不断变化的烟风阻力特性，同时
12、显示出风机运行效率的变化，检测表盘开度与实际开度的偏差，为锅炉大修和风机改造提供依据。图 2 送风延程阻力曲线图 3 空预器压差变化趋势历史曲线反映泵组性能的特征参数主要有温度、压力、流量、功率、电流、电压和转速等。对采集到的状态参数，通过分析计算给出泵组的性能参数，如效率、扬程等，并且与设计参数相比较，分析性能欠佳的主要原因，指出运行调整的方法和步骤。图 4 风机状态监测主界面图 5 泵组状态监测软件主界面5. 辅机状态综合诊断系统的开发包括电站风烟系统故障诊断系统和电站泵组故障诊断系统两部分。电站风机故障预测及诊断维修的关键在于当设备的振动水平超过设定的报警值后能快速、准确地诊断出振动原因
13、，并根据综合分析结果给出相应的处理方案。电站风机的振动故障主要表现在：轴承损坏、质量不平衡、弯轴、联轴器不对中、机械松动等问题。泵组故障诊断的主要内容有轴系振动、轴承温度、油液分析等，采用轴系振动、轴承温度和液力偶合器工作油温度等状态参数，分析评价泵组的运行水平，预测和诊断泵组故障，及时消除隐患，提高设备可用率。热工研究院开发了通用诊断平台，并在此基础上构建了辅机故障诊断软件，可实现包括振动在内的综合故障分析和诊断，并给出解决的措施。专家可以通过诊断平台建立诊断规则，并利用建立的规则模拟专家思维，对设备实现状态诊断，并可在电厂方便的进行规则修订。系统由知识获取、系统诊断和接口设计三部分构成。其
14、主要特点有：图 6 可视化的图形专家规则编辑器? 系统体现了电厂专用辅机设备监测的特点，弥补了电厂 DCS 和 MIS 系统中辅机运行状态监测的一些功能盲点，增加系统安全性、经济性监测功能，为维修和设备安全运行提供决策支持；? 根据电厂设备类别，内置了所需要的计算公式和分析模型，集成了电力专家的知识库，具有诊断功能，? 具有一定的组态功能；? 采用了当前比较先进的多层分布软件开发技术，提高软件的运行速度；? 系统实施方便，稳定可靠、操作方便、扩展性强、界面友好，维护量小。同时，开发的故障诊断和维修决策支持系统具有远程诊断功能，可采用就地管理远程管理的二级管理的模式，在电厂设立一级状态监测工作站
15、，根据不同设备和不同监测技术进行具体的监测工作，并将采集的离线数据输入到故障诊断和维修决策支持系统，这项工作由经过培训的电厂点检人员完成。远程设立设备状态监测中心，通过广域网远程访问发电厂侧的状态监测工作站，对辅机设备的运行状态进行远程监测，利用故障分析和诊断系统对设备的异常数据进行分析和诊断，判断设备状态的发展趋势，并向电厂定期提交短、中长期趋势分析和诊断报告。三、 结束语通过三年的研究开发，热工研究院在辅机状态检修关键技术方面取得突破，主要包括以下几个方面：1. 通过实际应用，提出并确定了中国电厂实施辅机状态检修的一种新模式；2. 将多种监测技术如振动监测、油液分析、电机马达监测和红外热成
16、像等集成在一起，实现对主要辅机的运行状态综合离线监测，效果比在线监测好，费用少。3. 开发的系统安全性监测系统在线监测辅机整体的安全性，开阔了监测的范围，弥补了单个设备监测的不足，实现了硬故障和软故障的同时监测，具有创新性；4. 开发的系统经济性监测系统在线监测辅机整体的性能，确立了监测经济性而完善维修决策的方法，实现了安全性和经济性综合监测以合理安排检修时间和检修周期新模式，具有创新性；5. 开发的通用诊断平台软件具有先进性，适合主机、辅机的诊断软件构建，满足预知性维修的需求，同时提供远程诊断功能；6. 设立远程诊断中心，建立辅机状态监测数据库，将多种监测数据集成在统一的数据库下，便于数据的管理和应用。实现电厂、研究院二级管理模式。
