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(xué)，河北 保定 071003)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電網(wǎng)容量快速提升，用戶(hù)對(duì)供電可靠性的需求不斷提高，許多國(guó)內(nèi)電力公司越來(lái)越清晰地認(rèn)識(shí)到，只有提升發(fā)電設(shè)備的可靠性才能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，才能在市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)中立足。設(shè)備的維護(hù)與檢修管理是設(shè)備綜合管理的重點(diǎn)，設(shè)備全過(guò)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(xì)化、全過(guò)程管理落實(shí)到位，發(fā)電設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(duì)機(jī)、爐、電、環(huán)保4大主機(jī)及輔機(jī)等諸多昂貴設(shè)備，電廠設(shè)備檢修綜合管理水平的優(yōu)劣，對(duì)設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性產(chǎn)生影響，并進(jìn)一步影響企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和社會(huì)效益[1]。傳統(tǒng)的設(shè)備管理方法存在諸多不足，單憑眼看、手摸、耳聽(tīng)、鼻嗅等感觀經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷設(shè)備故障已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，沿用傳統(tǒng)的以周期為準(zhǔn)則的檢修計(jì)劃制度，已經(jīng)不能滿(mǎn)足“提質(zhì)增效”的相關(guān)要求，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)高速發(fā)展的迫切需要[2]。如何利用計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、人工智能等高科技手段和先進(jìn)的精密診斷技術(shù)更科學(xué)地管理好設(shè)備，形成最佳檢修模式、提高設(shè)備的利用率和安全可靠性、降低檢修費(fèi)用、延長(zhǎng)設(shè)備及部件使用壽命，已成為電力企業(yè)不容回避的問(wèn)題。

1.2 精密診斷技術(shù)

常用的精密診斷技術(shù)方法有設(shè)備振動(dòng)分析診斷技術(shù)、超聲頻率診斷技術(shù)、紅外成像診斷技術(shù)、油液分析診斷技術(shù)以及電流頻譜診斷技術(shù)等[3-6]。

1.2.1 振動(dòng)分析診斷技術(shù)

振動(dòng)診斷技術(shù)是通過(guò)頻譜信號(hào)分析，對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷和分析。利用振動(dòng)頻譜分析技術(shù)可以對(duì)以下故障進(jìn)行診斷：轉(zhuǎn)子不平衡、彎曲、裂紋；軸系不對(duì)中；動(dòng)靜部件摩擦；共振；松動(dòng)；流體引起的振動(dòng)，滑動(dòng)軸承的油膜渦動(dòng)和油膜震蕩；齒輪嚙合故障等。

1.2.2 超聲診斷技術(shù)

超聲診斷技術(shù)是通過(guò)檢測(cè)特定的超聲頻率，從不同頻率源或噪音源中識(shí)別故障頻率特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備早期故障的發(fā)現(xiàn)和原因分析，并預(yù)測(cè)故障發(fā)展趨勢(shì)。超聲診斷技術(shù)可以用來(lái)檢測(cè)電氣設(shè)備的局部放電、電廠熱力系統(tǒng)閥門(mén)內(nèi)漏、汽輪機(jī)真空系統(tǒng)查漏、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械軸承磨損轉(zhuǎn)動(dòng)、機(jī)械潤(rùn)滑等故障。

1.2.3 紅外溫度診斷技術(shù)

紅外溫度診斷技術(shù)是依靠紅外熱成像檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)，以此確定其整體或局部部件是否處于正常運(yùn)作狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及缺陷原因，并推演設(shè)備缺陷發(fā)展方向的技術(shù)。運(yùn)行設(shè)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(dòng)、表面熔融、材質(zhì)劣化或異常振動(dòng)等不正常狀態(tài)時(shí)，造成外表溫度場(chǎng)的變化，這些都可以利用紅外熱成像檢測(cè)。

1.2.4 油液診斷技術(shù)

油液診斷技術(shù)是通過(guò)對(duì)設(shè)備內(nèi)部典型的油樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，以此判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及缺陷問(wèn)題，主要涉及潤(rùn)滑劑分析和磨損微粒分析2大技術(shù)領(lǐng)域。前者通過(guò)監(jiān)測(cè)添加劑損耗和基礎(chǔ)油衰變引起的油品物理和化學(xué)性能指標(biāo)的變化程度，來(lái)檢測(cè)機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑狀態(tài)和識(shí)別設(shè)備因潤(rùn)滑不良引起的故障；后者通過(guò)對(duì)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(cè)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備摩擦狀態(tài)的有效監(jiān)測(cè)和診斷。

1.2.5 電流頻譜診斷技術(shù)

電流頻譜診斷技術(shù)是通過(guò)提取電機(jī)電流頻譜中相關(guān)故障的特征量，判斷電機(jī)定子繞組匝間短路、轉(zhuǎn)子籠條斷裂、機(jī)械故障、軸承故障等，是電機(jī)故障診斷的重要手段。在工作中對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行檢測(cè)，運(yùn)用先進(jìn)的同步信號(hào)采集、數(shù)字濾波及校準(zhǔn)、合理的數(shù)據(jù)處理算法，保證數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性。利用電流頻譜分析技術(shù)可以對(duì)以下故障進(jìn)行診斷：電機(jī)電氣故障；滾動(dòng)軸承故障；皮帶松動(dòng)故障等。

2 設(shè)備精密診斷日常管理模式

對(duì)設(shè)備開(kāi)展精密診斷，利用先進(jìn)的儀器、檢測(cè)工具對(duì)設(shè)備的振動(dòng)數(shù)據(jù)、溫度狀態(tài)、變形量、絕緣狀態(tài)、潤(rùn)滑油液成分等狀態(tài)量進(jìn)行全面的測(cè)試、對(duì)比，對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析、比較、判定，并結(jié)合故障診斷系統(tǒng)，找出設(shè)備故障規(guī)律，準(zhǔn)確判定設(shè)備的技術(shù)狀況和劣化程度。同時(shí)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化的方法，建立詳盡的設(shè)備臺(tái)賬，形成機(jī)組、設(shè)備全壽命周期管理檔案，建立“日常點(diǎn)檢，定期體檢，精密診斷跟蹤”設(shè)備管理模式；真正解決“被動(dòng)檢修”、“過(guò)檢修”和“欠檢修”導(dǎo)致維修費(fèi)用過(guò)高，可用度偏低的問(wèn)題。同時(shí)規(guī)范和加強(qiáng)設(shè)備精密診斷與設(shè)備遠(yuǎn)程管理工作，達(dá)到提高設(shè)備壽命周期，降低設(shè)備維修費(fèi)用，延長(zhǎng)機(jī)組大修周期，真正實(shí)現(xiàn)狀態(tài)維修的目標(biāo)，保證機(jī)組設(shè)備“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿(mǎn)、優(yōu)”運(yùn)行[7-8]。

2.1 日常工作流程

漯河電廠開(kāi)展日常精密診斷工作實(shí)行“八定”原則，即定責(zé)任、定人員、定設(shè)備、定檢測(cè)手段、定點(diǎn)、定標(biāo)準(zhǔn)、定流程、定周期。通過(guò)定責(zé)人明確設(shè)備精密診斷過(guò)程各級(jí)工作人員的職責(zé)。通過(guò)定人員，明確專(zhuān)業(yè)精密診斷技術(shù)人員，成立專(zhuān)業(yè)設(shè)備精密診斷中心。采取點(diǎn)檢、檢修共同推進(jìn)的全方位設(shè)備管理模式，精密診斷技術(shù)人員負(fù)責(zé)設(shè)備的基礎(chǔ)管理、檢修規(guī)劃、備品備件采購(gòu)計(jì)劃、技術(shù)改造等工作。為提升開(kāi)展精密診斷工作實(shí)效，漯河電廠形成了設(shè)備管理“五層防護(hù)線”。五層防護(hù)是日常巡檢、專(zhuān)業(yè)定期點(diǎn)檢、精密診斷、技術(shù)診斷和劣化傾向管理防護(hù)，其關(guān)系是辯證統(tǒng)一、相互協(xié)調(diào)的。

2.2 設(shè)備分類(lèi)管理

漯河電廠設(shè)備的缺陷處理采用華電集團(tuán)統(tǒng)一配置的Oracle ERP(Enterprise Resource Planning)系統(tǒng)完成，精密診斷技術(shù)人員、運(yùn)行人員將巡視檢查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題錄入系統(tǒng)，并及時(shí)通知檢修維護(hù)人員，經(jīng)精密診斷技術(shù)人員檢測(cè)后，由設(shè)備維護(hù)人員組進(jìn)行設(shè)備問(wèn)題處理。最后由精密診斷技術(shù)人員和運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收后，進(jìn)入系統(tǒng)回填，實(shí)現(xiàn)缺陷的閉環(huán)管理[9-11]。

漯河電廠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況，依據(jù)設(shè)備關(guān)鍵等級(jí)(根據(jù)安全環(huán)境健康、利用率、生產(chǎn)影響、可靠性、故障耗時(shí)、維修成本等評(píng)價(jià))，篩選出約300臺(tái)重要的機(jī)、電、儀、控設(shè)備。同時(shí)對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行采集，設(shè)備信息包括設(shè)備的銘牌基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)行情況、圖紙資料、廠家技術(shù)要求、設(shè)備的檢修、重大缺陷及處理記錄等。實(shí)施點(diǎn)檢定修后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行劃分，分為A、B、C3類(lèi)設(shè)備，精密診斷主要側(cè)重于A、B類(lèi)設(shè)備。根據(jù)每種設(shè)備的工作原理和物化特性，結(jié)合精密診斷技術(shù)特點(diǎn)創(chuàng)建了與之匹配的技術(shù)檢測(cè)手段，形成技術(shù)矩陣表。漯河電廠設(shè)備技術(shù)矩陣表范例如表1所示。

表1 漯河電廠設(shè)備技術(shù)矩陣表范例

根據(jù)表1設(shè)備矩陣技術(shù)表中的主測(cè)設(shè)備，通過(guò)對(duì)設(shè)備全面考察，確定了設(shè)備的具體測(cè)點(diǎn)位置，安裝了振動(dòng)測(cè)點(diǎn)墊片，以便技術(shù)人員定點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)采集。典型風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)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(gè)方向。

圖1 精密診斷典型風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)布置圖

2.3 設(shè)備診斷管理

設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下，按規(guī)定設(shè)備、項(xiàng)目和周期實(shí)施設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)提供設(shè)備精密診斷分析報(bào)告和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)月報(bào)。采用精密診斷故障樹(shù)和技術(shù)矩陣表中所列的診斷分析技術(shù)手段，再次對(duì)設(shè)備進(jìn)行綜合診斷分析，提出《設(shè)備監(jiān)測(cè)預(yù)警通知單》，維護(hù)部執(zhí)行任務(wù)單前通知精密診斷技術(shù)人員過(guò)程跟蹤，完成閉環(huán)工作。

對(duì)確有異常問(wèn)題的設(shè)備，生產(chǎn)技術(shù)部組織相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員根據(jù)設(shè)備運(yùn)行記錄、點(diǎn)檢記錄、精密診斷的診斷結(jié)論及技術(shù)監(jiān)督結(jié)果等，對(duì)設(shè)備進(jìn)行綜合診斷、分析，根據(jù)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)提示缺陷嚴(yán)重程度性和建議，按照事前制定的縮短檢測(cè)周期計(jì)劃加強(qiáng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)維修。并按照先進(jìn)維修理論和《點(diǎn)檢定修管理標(biāo)準(zhǔn)》制定維修優(yōu)化計(jì)劃和改善預(yù)案，故障消除后一周記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，做好該案例閉環(huán)工作。

3 精密診斷技術(shù)案例

3.1 設(shè)備概述

漯河電廠濕式球磨機(jī)為單進(jìn)單出滾筒式鋼球濕式磨機(jī)，機(jī)器通過(guò)一級(jí)圓柱齒輪減速機(jī)拖動(dòng)小牙輪旋轉(zhuǎn)，大小牙輪相互嚙合帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，利用滾筒內(nèi)鋼球落下來(lái)的沖擊力碾碎石灰石形成石灰石漿液。濕式球磨機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 濕式球磨機(jī)結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)

3.2 故障現(xiàn)象

2018年9月15日，設(shè)備出現(xiàn)異常振動(dòng)，精密診斷中心對(duì)設(shè)備振動(dòng)圖譜進(jìn)行采集、分析。

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

圖5 小牙輪自由端DW圖

b.小牙輪兩側(cè)軸承，特別是驅(qū)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)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(qū)動(dòng)端頻譜圖如圖6所示。

圖6 小牙輪驅(qū)動(dòng)端頻譜圖

c.減速機(jī)高速軸驅(qū)動(dòng)端軸承出現(xiàn)了較高的4倍G1成分，解調(diào)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(zhuǎn)動(dòng)頻率)邊帶。減速機(jī)高速軸驅(qū)動(dòng)端頻譜圖如圖7所示，減速機(jī)高速軸驅(qū)動(dòng)端解調(diào)譜圖如圖8所示，減速機(jī)測(cè)點(diǎn)頻譜圖與小牙輪測(cè)點(diǎn)頻譜圖對(duì)比如圖9所示。

圖7 減速機(jī)高速軸驅(qū)動(dòng)端頻譜圖

圖8 減速機(jī)高速軸驅(qū)動(dòng)端解調(diào)譜圖

圖9 減速機(jī)測(cè)點(diǎn)頻譜圖與小牙輪測(cè)點(diǎn)頻譜圖對(duì)比

3.3 故障診斷與機(jī)理分析

根據(jù)機(jī)器表現(xiàn)出來(lái)的故障特征分析，球磨機(jī)主要有以下缺陷：小牙輪自由端軸承出現(xiàn)較嚴(yán)重的磨損或松動(dòng)，或潤(rùn)滑不良；大小牙輪嚙合異常，齒面磨損導(dǎo)致齒側(cè)間隙增大；減速機(jī)到小牙輪聯(lián)軸器(低速聯(lián)軸器)發(fā)生磨損，造成振動(dòng)傳遞劇烈；減速機(jī)上軸承有磨損或松動(dòng)，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(rùn)滑不良。牙輪軸承依靠端蓋密封在軸承座內(nèi)，端蓋與軸采用了間隙密封，軸在密封處裝有軸套。因長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)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(jī)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較惡劣，石灰石漿液等容易進(jìn)入軸承潤(rùn)滑脂中，造成潤(rùn)滑脂變質(zhì)，軸承發(fā)生潤(rùn)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(dòng)跡象。現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程中，由于箱體、軸等零件存在加工誤差、裝配不當(dāng)?shù)?，可能造成齒輪傳動(dòng)精度不高，進(jìn)一步對(duì)齒輪的傳動(dòng)平穩(wěn)性和載荷分布的均勻性產(chǎn)生不良影響，造成齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)頻率的振動(dòng)和嚙合振動(dòng)，如惡劣的運(yùn)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(chǎn)生劇烈振動(dòng)。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(xiāo)產(chǎn)生了擠壓變形，造成軸向補(bǔ)償能力變?nèi)?，小牙輪嚙合造成的沖擊振動(dòng)不能很好被吸收；尼龍柱銷(xiāo)由于長(zhǎng)期使用等原因材質(zhì)發(fā)生硬化，韌性減弱，碎裂，或造成聯(lián)軸器補(bǔ)償能力變?nèi)?。解體后損壞的尼龍柱銷(xiāo)損壞情況如圖12所示。

圖12 尼龍柱銷(xiāo)損壞情況

d.濕式球磨機(jī)大牙輪通常為鑄鋼件，為了提高加工性能，一般進(jìn)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(jīng)過(guò)了調(diào)質(zhì)處理，硬度偏高。裝配誤差及不良的運(yùn)行條件造成大牙輪磨損較快，產(chǎn)生壓痕、起皺、隆起和犁溝等塑性變形，齒側(cè)間隙變大，造成了牙輪嚙合異常。

3.4 改善效果評(píng)估

2018年10月18日，檢修人員對(duì)濕式球磨機(jī)小牙輪軸承和聯(lián)軸器進(jìn)行了檢查，兩側(cè)軸承補(bǔ)加了潤(rùn)滑脂，自由端軸承外圈調(diào)整了頂部墊片，對(duì)低速聯(lián)軸器磨損的尼龍柱銷(xiāo)予以更換，設(shè)備運(yùn)行正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

精密診斷技術(shù)的快速發(fā)展給電廠設(shè)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(duì)于提高發(fā)電企業(yè)的設(shè)備管理水平、提升設(shè)備運(yùn)行可靠性及檢修模式具有重要作用。依照華電集團(tuán)內(nèi)的精密診斷技術(shù)實(shí)施的導(dǎo)向，結(jié)合漯河電廠實(shí)際情況，形成了基于精密診斷技術(shù)的漯河電廠設(shè)備日常管理模式及相關(guān)流程、制度。

運(yùn)用振動(dòng)分析技術(shù)對(duì)針對(duì)脫硫濕式球磨機(jī)齒輪嚙合頻率G2異常，通過(guò)對(duì)其沖擊頻譜、解調(diào)圖譜、紅外成像結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明是由小牙輪潤(rùn)滑不良、尼龍柱銷(xiāo)失效、齒輪傳動(dòng)間隙過(guò)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(jī)潤(rùn)滑油脂，調(diào)整軸承外圈頂部墊片，更換尼龍柱銷(xiāo)，設(shè)備異常消除。