基于狀態監測與狀態檢修的發電設備優化檢修管理

劉永濤

（大唐國際發電股份有限公司張家口發電廠，河北 張家口 075133）

一、概述

大唐國際張家口發電廠共安裝8臺國產320MW火力發電機組，總裝機容量為2560MW，是向北京供電的重要電源點。我廠于2003年底正式實施點檢定修的設備管理體制，作為一種精簡高效的發電設備管理體制，在不斷推進點檢深化管理基礎上，我廠大力推行以精密點檢為基礎的狀態檢測與技術診斷，實現設備在線診斷和離線檢測相結合的優化檢修管理，以信息化手段不斷提高劣化分析與技術診斷水平，研究設備劣化傾向性以及設備故障規律，推行基于狀態監測和狀態檢修為主的優化檢修管理，基本實現了設備的科學、規范管理，設備風險的可控、在控，使全廠安全性和經濟性整體得到了根本性提升，機組運行性能持續改進，在機組長周期管理等方面成果顯著，多臺機組在大機組競賽中獲得金牌機組，其中#1機組連續在網運行時間創紀錄實現1006天，為全廠8臺320MW機組的安全穩定經濟運行提供可靠保證。

二、狀態管理體系建設

從我廠成立點檢以來，逐步加大以精密點檢為主的狀態檢修管理力度，改變原基于缺陷維修的點檢方式。我廠將精密點檢作為一項綜合的系統性工作，通過精密點檢對生產全過程進行安全因素控制，并確定了從在線監測、故障診斷、性能測試、劣化分析等幾方面全面開展精密點檢的管理思路，分別采取和制定不同的管理策略進行管理，實施基于日常點檢、全員參與的精密點檢管理模式。針對振動、紅外成像等檢測項目，分別制定了《張家口發電廠旋轉設備振動技術管理標準》、《電氣設備紅外檢測管理標準》等規范管理文件，并成立狀態監測小組，由技術負責人牽頭進行監督管理。并將在線監測系統按一類生產設備全部納入點檢日常管理，形成常態化的檢查管理機制。

另一方面，通過設備管理體制創新，不斷拓寬精密點檢管理范疇。尤其隨著大容量和高參數火力發電機組對水汽質量要求越來越高，我廠于2009年6月正式實施在線化學儀表點檢，積極開展水汽系統在線化學儀表的性能檢驗和狀態診斷，通過對儀表系統的綜合性測試、對照標準進行分析、比較、判定，定量地確定我廠在線化學儀表系統設備的技術狀況和劣化程度，根據狀態評價結果科學安排檢修時間和檢修項目，有效提高化學管理水平，杜絕出現熱力系統結垢、腐蝕和積鹽等問題。2012年我廠又在系統內首創成立了自動化點檢，整合了熱控和繼電保護兩個專業，實現了設備專業點檢的全覆蓋。

三、狀態監測技術與系統應用

1.應用在線監測系統加強在役設備狀態監測

為了更好地檢測設備的工作情況，及時獲得在役設備運行狀態，將全廠設備進行分類和篩選，著重加強主機以及重點和關鍵設備在線監測系統管理。汽機主機振動依靠TN8000系統監測、鍋爐配備聲波泄漏裝置檢側鍋爐內的管壁泄漏、發電機通過絕緣過熱監測、局部放電在線射頻監測儀、轉子動態匝間短路以及漏氫漏水監測等系統進行綜合監測，對可能產生故障給予早期預報。

同時不斷豐富在線監測系統種類，電纜隧道加裝溫度在線監測系統及自動防火門系統，做到所有高壓電纜中間頭加裝防爆盒并內置測溫點，有效發現和消除了多起電纜接頭過熱放炮故障。從2009年開始，8臺爐安裝了FWD-2000型飛灰含碳量在線監測系統，通過飛灰含碳量的在線監測，及時進行燃燒調整，有效降低制粉單耗，單臺爐年節標煤約600噸，進一步提高鍋爐效率及機組經濟運行水平。

在線監測系統通過嚴格規范管理，加強對設備的運行監控、巡視檢查、試驗分析等，及時發現設備存在問題并予以處理，成為對生產設備動態監測的主要手段。

2.應用先進儀器進行狀態監測與故障分析、診斷

除配備點檢儀、測溫儀、測振儀及紅外成像儀、鹵素檢漏儀、振動分析儀等常規檢測儀器外，我廠無損檢測及探傷技術配備渦流儀、射線機、超聲波探傷儀等，用于檢測汽輪機主軸、管道、彎頭、三通表面、聯箱、管道的焊縫質量等。鍋爐防磨防爆配備了HandScan手持式水冷壁腐蝕快速檢測掃查系統，用于檢查爐內受熱面管子的內部缺陷進行檢測，應用BJ引進型電機狀態監測裝置進行電機及軸承故障檢測。應用超聲波檢測儀對升壓站瓷瓶進行探傷，有效發現瓷瓶根部存在裂紋、氣泡等隱性缺陷。

2007年5月我廠500/220KV聯絡變壓器運行中油中檢測含有乙炔并增長較快，超過注意值，判斷變壓器身內部存在放電現象。為判斷故障放電部位，采用超聲波帶電測局放方式，測定高壓側引線處局放量較大。停電檢修時重點進行檢查，高壓側引線接頭有明顯放電痕跡。有效縮短故障檢查與處理時間。

3.應用性能檢測與性能診斷，全面掌握設備運行狀況

近幾年我廠加大設備節能檢測與性能分析，如通過對送風機風量、風壓測試，對風機阻力特性、調節特性進行分析計算，了解風機性能，為提效改造提供依據。針對#3、#4機一次風機運行工作點偏低，風機耗電量高，對風機葉輪進行改造，并加裝變頻器，使風機運行效率達到75%以上。針對汽輪機通流改造后再熱汽溫偏低，通過機爐熱力試驗，分析爐膛溫度場及過熱和再熱受熱面布置，對再熱器進行改造，增加受熱面，提高再熱汽溫15-20℃。針對#2機組煤耗偏高，通過對熱力系統、廠用電系統、設備性能進行全面診斷分析，通過優化運行、檢修維護及技術改造，機組煤耗降低6g/KWh。為進一步提高機組經濟運行提供依據。

4.結合自身特點開發配備狀態管理軟件

隨著點檢工作開展，信息化管理與點檢定修的聯系越來越緊密，生產信息化為提高設備可靠性、降低故障發生率和維修費用，實現設備的動態管理和點檢動態評價提供了依據。我廠充分利用SIS系統及輔機可靠性、質量控制圖系統，積極開展設備狀態監測工作。并通過管理分析軟件的應用，為檢修決策提供數據。

質量控制系統主要是利用數理統計知識，對過程質量加以測定、記錄從而進行評估和監察過程是否處于控制狀態的一種統計方法。根據樣本數值可以得到偏差值、平均值等統計數值?，F主要開發和應用的控制圖有：單個項目質量控制、項目與項目之間的關系控制、不同項目之間的組合關系控制。通過這三個質量控制圖進行比較，跟蹤設備各種參數的變化趨勢，并對三點連續上升或下降進行報警。

四、狀態診斷案例分析

1.振動分析在汽輪機異常診斷中的應用

我廠#3機組于2011年5月檢修開機運行后，出現了3號、4號瓦振動突增的現象，持續大約半小時左右后振動逐漸恢復，振幅值基本保持不變，但瓦振仍略有增大。利用Bently公司208P數據采集系統及分析軟件ADRE for Windows對3號機組軸系振動進行了振動監測和數據采集。軸系監測數據表明，汽機低壓轉子3號、4號瓦振的頻率成份主要為工頻分量，相位相對穩定，表明低壓轉子有動不平衡的因素存在，見圖一、圖二；從圖三可以看出3號瓦振出現了不同程度的不穩定波動信號。

圖一 3號瓦振、4號瓦振測點極坐標圖

圖二 3號瓦振頻率分布瀑布圖

圖三 3號瓦振隨時間變化趨勢圖

圖四 3號軸心軌跡

從圖四的3號軸心軌跡分析，3號軸承側存在明顯的典型動靜摩擦，摩擦點集中在水平面下方；現場對軸封溫度、壓力進行了調整實驗，但3號瓦振基本不受影響；現場進行改變凝汽器真空實驗，3號軸振受其影響較大，真空高時振動大，反之振動小。通過分析，判斷3號瓦振大的原因為低壓轉子存在著不平衡，對3號、4號瓦產生激振力引起瓦振大。申請停機后對低壓轉子進行現場動平衡，并重新加了平衡塊，開機后3號瓦振最高0.025mm，軸振最高 0.06mm，恢復正常。

2.電機狀態診斷裝置在送風機電機的應用

#6機#1送風機電機運行中振動值較大，使用BJ型電機軸承狀態監測裝置分別對軸承和振動進行檢測、分析：

監測設備狀態包括dBm值（軸承損傷）和dBc值（軸承潤滑脂狀況）。驅動端趨勢圖如下：

從趨勢圖可以看出，代表軸承損傷的dBm值進入黃區，而代表軸承潤滑狀態的dBc值在綠色區域，說明軸承潤滑良好而軸承開始有一定的損傷，需要定期監測，縮短監測周期。

水平方向振動頻譜圖如下：

該電機額定轉速為：1480 RPM左右，因此該電機的旋轉基頻是20Hz左右，從頻譜圖上可以看出，造成水平方向振動超標的主要因素就是來之20 Hz、40 Hz、80 Hz處的振動，建議檢查。

垂直方向振動頻譜圖如下：

該電機額定轉速為：1200 RPM左右，因此該電機的旋轉基頻是20Hz左右，從頻譜圖上可以看出，造成垂直方向振動超標的主要因素就是來之20 Hz以及它的各階倍頻的振動，建議檢查。

從振動分析，造成電機振動主要是二倍頻振頻，初步判斷原因為電機和水泵的對中問題，及電機松動和平衡問題。停機檢查后發現電機和泵體連接對輪損壞，是造成二倍頻振頻的主要原因。

五、取得效果

1.狀態檢測為設備劣化傾向管理提供依據

我廠通過加強設備狀態管理和點檢數據分析，研究設備劣化傾向性以及設備故障規律，不斷提高設備安全運行水平。比如通過對給水泵運行中機械密封的失效故障分析、治理，機械密封的失效故障由2006年的11次，到2008年基本杜絕鍋爐主給水泵機械密封泄漏事故。通過高壓電機運行檢測和綜合治理，軸承燒損故障由06年以前年均10次，減少到至今未發生一例主要輔機電機軸承燒損故障。通過開展以設備狀態監測與分析技術為核心的精密點檢工作，為我廠解決了一些長期存在的設備缺陷，如凝升泵長期振動問題，及時發現設備隱患，避免缺陷的進一步擴大而影響機組安全和穩定運行。

2.通過精密點檢促進技術監督水平的提高

技術監督中的試驗數據有效反應了設備的狀態，通過引入精密點檢方法，不斷積累周期測試數據形成劣化趨勢分析，基層技術監督人員將設備技術參數由從前只提供單個測試數據，過渡到提供數據形成的劣化曲線。使專業點檢人員能夠更準確、全過程的掌握設備健康狀況，為進行綜合的設備檢修決策提供服務。

3.通過狀態檢修與安全評估實現優化檢修管理

機組檢修周期優化是建立在機組性能的全面評估基礎上，以#1機為例，通過結合對日常點檢和先進的在線、離線監測儀器獲取的設備運行信息進行分析和判斷，及歷次檢修和機組實際運行情況對機組運行性能進行全面評估，對常見性給水泵機械密封泄漏、高壓疏水系統閥門泄漏、制粉系統磨損、測溫元件引線故障、傳感器和執行機構異常等典型缺陷進行機理分析，研究制定檢修維護對策。對可能影響機組長周期安全運行的汽輪機軸瓦溫度高、振動大、EH油系統泄漏、加熱器泄漏、機爐外管焊接質量、凝汽器真空下降、儀控保護邏輯可靠性及高負荷階段發電機線棒溫度高等問題，進行了專項評估，制定相應的應急預案。對存在的較大安全隱患，制定有效防范措施。綜合各項評估結果，做到機組運行狀態心中有數，點檢管理有的放矢，保證長周期運行目標實現。

通過優化檢修，直接減少了計劃檢修的實際發生次數，降低了企業的檢修成本，檢修項目的確定更有針對性，避免了部分設備、部件出現過修、欠修的情況，從而節省了檢修成本和人力消耗。

六、工作規劃與展望

1.加強精密點檢技術管理人才培養，培養一支能掌握狀態檢修監測和故障分析的手段，能綜合評價設備的健康狀況，并參與檢修決策，有高超的檢修技術和很強的事故處理能力的設備管理隊伍。

2.加大新技術應用，如發電機不抽轉子狀態下轉子匝間短路檢測、設備不解體表面檢測技術、應力應變檢測技術等，提高檢測準確性和設備檢修效率。

3.提高精密點檢的信息化管理水平，推進在線故障專家診斷系統及遠程故障預警診斷系統的推廣應用。

4.技術監控與精密點檢做到有機結合，加強日常監督管理和指標劣化控制管理，重點對機組的油、水介質的品質指標分析，系統控制品質變化分析和設備性能指標、功能指標的劣化分析。