趙 炎，鄭 楠

(1.華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462300；2.華北電力大學，河北 保定 071003)

隨著我國經濟的高速發(fā)展，電網容量快速提升，用戶對供電可靠性的需求不斷提高，許多國內電力公司越來越清晰地認識到，只有提升發(fā)電設備的可靠性才能滿足市場的需求，才能在市場化競爭中立足。設備的維護與檢修管理是設備綜合管理的重點，設備全過程管理是綜合管理水平提升的重要抓手和主要措施，將發(fā)電廠的檢修高效化、精細化、全過程管理落實到位，發(fā)電設備安全、經濟運行才能得到有效保障。

1 精密診斷概述

1.1 精密診斷的必要性

面對機、爐、電、環(huán)保4大主機及輔機等諸多昂貴設備，電廠設備檢修綜合管理水平的優(yōu)劣，對設備運行的可靠性、安全性產生影響，并進一步影響企業(yè)的競爭力和社會效益[1]。傳統(tǒng)的設備管理方法存在諸多不足，單憑眼看、手摸、耳聽、鼻嗅等感觀經驗來判斷設備故障已無法適應現(xiàn)代化生產的需要，沿用傳統(tǒng)的以周期為準則的檢修計劃制度，已經不能滿足“提質增效”的相關要求，已經不能適應現(xiàn)代企業(yè)高速發(fā)展的迫切需要[2]。如何利用計算機、大數據、人工智能等高科技手段和先進的精密診斷技術更科學地管理好設備，形成最佳檢修模式、提高設備的利用率和安全可靠性、降低檢修費用、延長設備及部件使用壽命，已成為電力企業(yè)不容回避的問題。

1.2 精密診斷技術

常用的精密診斷技術方法有設備振動分析診斷技術、超聲頻率診斷技術、紅外成像診斷技術、油液分析診斷技術以及電流頻譜診斷技術等[3-6]。

1.2.1 振動分析診斷技術

振動診斷技術是通過頻譜信號分析，對設備進行故障診斷和分析。利用振動頻譜分析技術可以對以下故障進行診斷：轉子不平衡、彎曲、裂紋；軸系不對中；動靜部件摩擦；共振；松動；流體引起的振動，滑動軸承的油膜渦動和油膜震蕩；齒輪嚙合故障等。

1.2.2 超聲診斷技術

超聲診斷技術是通過檢測特定的超聲頻率，從不同頻率源或噪音源中識別故障頻率特征，實現(xiàn)對設備早期故障的發(fā)現(xiàn)和原因分析，并預測故障發(fā)展趨勢。超聲診斷技術可以用來檢測電氣設備的局部放電、電廠熱力系統(tǒng)閥門內漏、汽輪機真空系統(tǒng)查漏、轉動機械軸承磨損轉動、機械潤滑等故障。

1.2.3 紅外溫度診斷技術

紅外溫度診斷技術是依靠紅外熱成像檢測設備運行的實際狀態(tài)，以此確定其整體或局部部件是否處于正常運作狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)設備故障及缺陷原因，并推演設備缺陷發(fā)展方向的技術。運行設備的零部件出現(xiàn)部件磨損、金屬疲勞、擠壓變形、表面腐蝕、間隙松動、表面熔融、材質劣化或異常振動等不正常狀態(tài)時，造成外表溫度場的變化，這些都可以利用紅外熱成像檢測。

1.2.4 油液診斷技術

油液診斷技術是通過對設備內部典型的油樣進行化學成分分析，以此判斷設備的運行狀態(tài)及缺陷問題，主要涉及潤滑劑分析和磨損微粒分析2大技術領域。前者通過監(jiān)測添加劑損耗和基礎油衰變引起的油品物理和化學性能指標的變化程度，來檢測機械設備的潤滑狀態(tài)和識別設備因潤滑不良引起的故障；后者通過對油中攜帶的磨損微粒的尺寸、形貌、顏色和濃度等性態(tài)的觀測，來實現(xiàn)對設備摩擦狀態(tài)的有效監(jiān)測和診斷。

1.2.5 電流頻譜診斷技術

電流頻譜診斷技術是通過提取電機電流頻譜中相關故障的特征量，判斷電機定子繞組匝間短路、轉子籠條斷裂、機械故障、軸承故障等，是電機故障診斷的重要手段。在工作中對電機電流進行檢測，運用先進的同步信號采集、數字濾波及校準、合理的數據處理算法，保證數據的可靠性與準確性。利用電流頻譜分析技術可以對以下故障進行診斷：電機電氣故障；滾動軸承故障；皮帶松動故障等。

2 設備精密診斷日常管理模式

對設備開展精密診斷，利用先進的儀器、檢測工具對設備的振動數據、溫度狀態(tài)、變形量、絕緣狀態(tài)、潤滑油液成分等狀態(tài)量進行全面的測試、對比，對測量的數據進行大數據分析、比較、判定，并結合故障診斷系統(tǒng)，找出設備故障規(guī)律，準確判定設備的技術狀況和劣化程度。同時，運用標準化的方法，建立詳盡的設備臺賬，形成機組、設備全壽命周期管理檔案，建立“日常點檢，定期體檢，精密診斷跟蹤”設備管理模式；真正解決“被動檢修”、“過檢修”和“欠檢修”導致維修費用過高，可用度偏低的問題。同時規(guī)范和加強設備精密診斷與設備遠程管理工作，達到提高設備壽命周期，降低設備維修費用，延長機組大修周期，真正實現(xiàn)狀態(tài)維修的目標，保證機組設備“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行[7-8]。

2.1 日常工作流程

漯河電廠開展日常精密診斷工作實行“八定”原則，即定責任、定人員、定設備、定檢測手段、定點、定標準、定流程、定周期。通過定責人明確設備精密診斷過程各級工作人員的職責。通過定人員，明確專業(yè)精密診斷技術人員，成立專業(yè)設備精密診斷中心。采取點檢、檢修共同推進的全方位設備管理模式，精密診斷技術人員負責設備的基礎管理、檢修規(guī)劃、備品備件采購計劃、技術改造等工作。為提升開展精密診斷工作實效，漯河電廠形成了設備管理“五層防護線”。五層防護是日常巡檢、專業(yè)定期點檢、精密診斷、技術診斷和劣化傾向管理防護，其關系是辯證統(tǒng)一、相互協(xié)調的。

2.2 設備分類管理

漯河電廠設備的缺陷處理采用華電集團統(tǒng)一配置的Oracle ERP(Enterprise Resource Planning)系統(tǒng)完成，精密診斷技術人員、運行人員將巡視檢查中發(fā)現(xiàn)的問題錄入系統(tǒng)，并及時通知檢修維護人員，經精密診斷技術人員檢測后，由設備維護人員組進行設備問題處理。最后由精密診斷技術人員和運行人員現(xiàn)場驗收后，進入系統(tǒng)回填，實現(xiàn)缺陷的閉環(huán)管理[9-11]。

漯河電廠根據現(xiàn)場設備運行實際情況，依據設備關鍵等級(根據安全環(huán)境健康、利用率、生產影響、可靠性、故障耗時、維修成本等評價)，篩選出約300臺重要的機、電、儀、控設備。同時對設備信息進行采集，設備信息包括設備的銘牌基礎數據、運行情況、圖紙資料、廠家技術要求、設備的檢修、重大缺陷及處理記錄等。實施點檢定修后，對設備進行劃分，分為A、B、C3類設備，精密診斷主要側重于A、B類設備。根據每種設備的工作原理和物化特性，結合精密診斷技術特點創(chuàng)建了與之匹配的技術檢測手段，形成技術矩陣表。漯河電廠設備技術矩陣表范例如表1所示。

表1 漯河電廠設備技術矩陣表范例

根據表1設備矩陣技術表中的主測設備，通過對設備全面考察，確定了設備的具體測點位置，安裝了振動測點墊片，以便技術人員定點進行設備數據采集。典型風機測點位置布置圖如圖1所示，其中HAV分別代表水平、軸向、垂直3個方向。

圖1 精密診斷典型風機測點布置圖

2.3 設備診斷管理

設備正常運行狀態(tài)下，按規(guī)定設備、項目和周期實施設備的狀態(tài)監(jiān)測，及時提供設備精密診斷分析報告和設備狀態(tài)監(jiān)測月報。采用精密診斷故障樹和技術矩陣表中所列的診斷分析技術手段，再次對設備進行綜合診斷分析，提出《設備監(jiān)測預警通知單》，維護部執(zhí)行任務單前通知精密診斷技術人員過程跟蹤，完成閉環(huán)工作。

對確有異常問題的設備，生產技術部組織相關專業(yè)人員根據設備運行記錄、點檢記錄、精密診斷的診斷結論及技術監(jiān)督結果等，對設備進行綜合診斷、分析，根據故障診斷專家系統(tǒng)提示缺陷嚴重程度性和建議，按照事前制定的縮短檢測周期計劃加強檢測，實現(xiàn)狀態(tài)維修。并按照先進維修理論和《點檢定修管理標準》制定維修優(yōu)化計劃和改善預案，故障消除后一周記錄設備運行狀態(tài)，做好該案例閉環(huán)工作。

3 精密診斷技術案例

3.1 設備概述

漯河電廠濕式球磨機為單進單出滾筒式鋼球濕式磨機，機器通過一級圓柱齒輪減速機拖動小牙輪旋轉，大小牙輪相互嚙合帶動滾筒旋轉，利用滾筒內鋼球落下來的沖擊力碾碎石灰石形成石灰石漿液。濕式球磨機結構如圖2所示。

圖2 濕式球磨機結構測點

3.2 故障現(xiàn)象

2018年9月15日，設備出現(xiàn)異常振動，精密診斷中心對設備振動圖譜進行采集、分析。

a.小牙輪自由端軸承在極低的頻率內出現(xiàn)了較高的峰值，解調譜內出現(xiàn)極高的G2(第二級齒輪嚙合頻率)成分，并在低頻內出現(xiàn)了較高的0.16XM(小牙輪轉動頻率)成分及其諧波，DW圖中沖擊值高達100 g。小牙輪自由端頻譜圖如圖3所示，小牙輪自由端解調譜圖如圖4所示。

圖3 小牙輪自由端頻譜圖

圖4 小牙輪自由端解調譜圖

圖5 小牙輪自由端DW圖

b.小牙輪兩側軸承，特別是驅動端軸承G2及其諧波附近出現(xiàn)了較為豐富的0.16XM(小牙輪轉動頻率)邊帶，并且其2次、3次諧波略高。小牙輪自由端DW圖如圖5所示。小牙輪驅動端頻譜圖如圖6所示。

圖6 小牙輪驅動端頻譜圖

c.減速機高速軸驅動端軸承出現(xiàn)了較高的4倍G1成分，解調譜中出現(xiàn)較為明顯的1XM成分及諧波，并出現(xiàn)較高的G2成分并伴隨著0.16XM(小牙輪轉動頻率)邊帶。減速機高速軸驅動端頻譜圖如圖7所示，減速機高速軸驅動端解調譜圖如圖8所示，減速機測點頻譜圖與小牙輪測點頻譜圖對比如圖9所示。

圖7 減速機高速軸驅動端頻譜圖

圖8 減速機高速軸驅動端解調譜圖

圖9 減速機測點頻譜圖與小牙輪測點頻譜圖對比

3.3 故障診斷與機理分析

根據機器表現(xiàn)出來的故障特征分析，球磨機主要有以下缺陷：小牙輪自由端軸承出現(xiàn)較嚴重的磨損或松動，或潤滑不良；大小牙輪嚙合異常，齒面磨損導致齒側間隙增大；減速機到小牙輪聯(lián)軸器(低速聯(lián)軸器)發(fā)生磨損，造成振動傳遞劇烈；減速機上軸承有磨損或松動，齒輪磨損。

a.小牙輪自由端軸承油脂因污染等原因已造成硬化，軸承出現(xiàn)潤滑不良。牙輪軸承依靠端蓋密封在軸承座內，端蓋與軸采用了間隙密封，軸在密封處裝有軸套。因長期運轉，會造成間隙密封的溝槽被油污等填充、密封間隙變大(密封磨損或軸套磨損)，造成密封效果變差，濕式球磨機現(xiàn)場環(huán)境較惡劣，石灰石漿液等容易進入軸承潤滑脂中，造成潤滑脂變質，軸承發(fā)生潤滑不良，出現(xiàn)較劇烈的磨損。牙輪軸承外圈有鐵銹色磨痕，軸承外圈有松動跡象?，F(xiàn)場解體后小牙輪自由端軸承磨損情況如圖10所示。

圖10 小牙輪自由端軸承磨損情況

b.大小牙齒輪在裝配過程中，由于箱體、軸等零件存在加工誤差、裝配不當等，可能造成齒輪傳動精度不高，進一步對齒輪的傳動平穩(wěn)性和載荷分布的均勻性產生不良影響，造成齒輪在傳動過程中產生旋轉頻率的振動和嚙合振動，如惡劣的運行工況、磨損、表面疲勞、塑性變形等均能引起齒輪嚙合異常而產生劇烈振動。解體后低速聯(lián)軸器磨損情況如圖11所示。

圖11 低速聯(lián)軸器磨損情況

c.低速聯(lián)軸器擋板變形、安裝不到位等原因造成了尼龍柱銷產生了擠壓變形，造成軸向補償能力變弱，小牙輪嚙合造成的沖擊振動不能很好被吸收；尼龍柱銷由于長期使用等原因材質發(fā)生硬化，韌性減弱，碎裂，或造成聯(lián)軸器補償能力變弱。解體后損壞的尼龍柱銷損壞情況如圖12所示。

圖12 尼龍柱銷損壞情況

d.濕式球磨機大牙輪通常為鑄鋼件，為了提高加工性能，一般進行正火處理。在正火狀態(tài)下，晶間組織通常以珠光體為主，還有少量的鐵素體，總體硬度偏低，而小牙輪通常經過了調質處理，硬度偏高。裝配誤差及不良的運行條件造成大牙輪磨損較快，產生壓痕、起皺、隆起和犁溝等塑性變形，齒側間隙變大，造成了牙輪嚙合異常。

3.4 改善效果評估

2018年10月18日，檢修人員對濕式球磨機小牙輪軸承和聯(lián)軸器進行了檢查，兩側軸承補加了潤滑脂，自由端軸承外圈調整了頂部墊片，對低速聯(lián)軸器磨損的尼龍柱銷予以更換，設備運行正常。

4 結束語

精密診斷技術的快速發(fā)展給電廠設備管理提供了一種新的思路和新的模式，其具有很廣泛的可操作性，對于提高發(fā)電企業(yè)的設備管理水平、提升設備運行可靠性及檢修模式具有重要作用。依照華電集團內的精密診斷技術實施的導向，結合漯河電廠實際情況，形成了基于精密診斷技術的漯河電廠設備日常管理模式及相關流程、制度。

運用振動分析技術對針對脫硫濕式球磨機齒輪嚙合頻率G2異常，通過對其沖擊頻譜、解調圖譜、紅外成像結果進行對比分析，結果表明是由小牙輪潤滑不良、尼龍柱銷失效、齒輪傳動間隙過大造成的大齒圈與小齒輪嚙合異常引起嚙合頻率G2異常，更換濕式球磨機潤滑油脂，調整軸承外圈頂部墊片，更換尼龍柱銷，設備異常消除。