華電電力科學(xué)研究院有限公司 張 帥 邴漢昆 龐 樂 馬光耀 華電江蘇能源有限公司句容發(fā)電分公司 葉亞坤

發(fā)電企業(yè)設(shè)備的可靠性及健康水平是保證安全、經(jīng)濟運行的基礎(chǔ)，目前困擾發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)成本的因素分別有煤炭、設(shè)備維護(hù)、稅金和工資。其中稅金和工資是固定的，煤炭的成本也多受外部環(huán)境制約、不太好控制，唯有設(shè)備維護(hù)是可有效控制的。因此，提升設(shè)備管理水平從而有效降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)備可靠度、提高企業(yè)的競爭力，對發(fā)電企業(yè)有著重要意義。相較于預(yù)防性試驗易對供電可靠性造成不良影響的缺陷，定期檢修只參照規(guī)定要求到期檢修而忽略了兩個檢修間隔的設(shè)備狀態(tài)的缺陷，依托于狀態(tài)檢修開展設(shè)備管理水平提升勢在必行。

但當(dāng)前火電企業(yè)狀態(tài)檢修由于技術(shù)及模式方面的局限，提升空間仍然較大。為尋找更好的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備管理模式，提出一種精密點檢模式，是建立在對設(shè)備各種信息全面掌握的基礎(chǔ)上，并對其進(jìn)行評估后采取的一種效益最大化的設(shè)備檢修管理模式，包含但不限于振動、電流頻譜、紅外、超聲、油液分析等技術(shù)，精密點檢針對不同設(shè)備、不同運行狀態(tài)提出不同的技術(shù)矩陣。

1 漿液循環(huán)泵故障診斷實例

1.1 漿液循環(huán)泵介紹

某發(fā)電企業(yè)每臺機組配套漿液循環(huán)泵5臺，其結(jié)構(gòu)為單級減速臥式離心泵，介質(zhì)為含高濃度氯離子的堿性腐蝕石灰石-石膏漿液。泵殼及葉輪材料為合金鋼，泵本體與電機共同安裝在一個剛性結(jié)構(gòu)的底座上，電機轉(zhuǎn)速1488r/min、減速機傳動比為2.97。在完成機組超凈排放改造后首次測試過程中發(fā)現(xiàn)，1E漿液循環(huán)泵減速機振動數(shù)值有明顯增大，且隨著時間的推移有持續(xù)上升趨勢。

1.2 故障診斷分析

利用振動采集分析儀對1E漿液循環(huán)泵進(jìn)行振動數(shù)據(jù)采集，其振動測量點位置如圖1所示，測點由右向左、由上向下依次為1、2、3、4、5、6。1E漿液循環(huán)泵減速機振動通頻值如表1，可得齒輪箱3、4、5三個測點的振動通頻值均已超過危急值水平7.1mm/s，最大值為4點軸向，達(dá)到11.37mm/s，嚴(yán)重影響設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

圖1 1E漿液循環(huán)泵測點位置圖

表1 1E漿液循環(huán)泵振動通頻值表（mm/s）

對1E漿液循環(huán)泵4點的頻譜圖進(jìn)行分析，可看到明顯的軸承內(nèi)圈故障特征頻率（BPI），最大軸向幅值達(dá)3.66mm/s，同時伴隨有明顯的轉(zhuǎn)速邊頻帶，高頻區(qū)域無明顯故障特征頻率。對1E漿液循環(huán)泵4點的解調(diào)頻譜圖進(jìn)行分析，可看到明顯的軸承內(nèi)圈沖擊特征頻率（BPI），最大軸向幅值達(dá)1.69g，同時伴隨有明顯的轉(zhuǎn)速邊頻帶。繼續(xù)對1E漿液循環(huán)泵4點解調(diào)波形圖進(jìn)行分析，可看到明顯的周期性沖擊，且最大軸向沖擊值達(dá)27.61g。綜上判斷4點位置軸承內(nèi)圈嚴(yán)重磨損，對1E漿液循環(huán)泵的減速機3點及5點進(jìn)行分析診斷，均存在類似情況。

1.3 解體驗證及處理

根據(jù)設(shè)備故障診斷結(jié)論，對1E漿液循環(huán)泵減速機進(jìn)行解體檢修（圖2）。解體后發(fā)現(xiàn)減速機4點的軸承內(nèi)圈磨損出2mm左右的臺階，同時伴有脫胎現(xiàn)象，軸承滾珠也有不同程度的磨損。同時3點及5點軸承也存在一定程度的磨損，對減速機軸承進(jìn)行更換后試運，1E漿液循環(huán)泵運轉(zhuǎn)恢復(fù)正常，各點振動通頻值均處于合格范圍內(nèi)。

圖2 1E漿液循環(huán)泵4點軸承解體圖

2 定子冷卻水泵故障診斷實例

2.1 定子冷卻水泵介紹

某發(fā)電企業(yè)每臺機組配套2臺定子冷卻水泵，其結(jié)構(gòu)為單級懸臂臥式離心泵，其主要作用是向汽輪發(fā)電機的定子提供冷卻水。自機組投產(chǎn)以來，2臺機組合計4臺定子冷卻水泵一直處在振動偏大的運行工況下，長期的非健康狀態(tài)運行導(dǎo)致聯(lián)軸器減震圈斷裂、軸承損壞等故障多次發(fā)生，嚴(yán)重影響機組的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。有鑒于此，設(shè)備維護(hù)部門先后對定子冷卻水泵采取更換主軸、葉輪車削節(jié)能改造、動平衡、復(fù)校中心及更換靠背輪等處理措施，但改善效果甚微。

2.2 故障診斷分析

利用振動采集分析儀對2A定子冷卻水泵進(jìn)行振動數(shù)據(jù)采集（圖3），測點由右向左依次為2、3。選取2A定子冷卻水泵典型振動故障案例進(jìn)行分析。對2A定子冷卻水泵3點頻譜圖進(jìn)行分析，可以看到特征頻率主要以1X頻為主，其他倍頻較干凈。與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)機不平衡故障相比較，在垂直、水平方向1X頻突出的基礎(chǔ)上，軸向1X頻幅值也較突出，且三個方向幅值基本一致，初步考慮基礎(chǔ)剛度不足引起結(jié)構(gòu)局部共振，對轉(zhuǎn)機不平衡量、松動等故障存在放大作用。

圖3 2A定子冷卻水泵測點位置圖

在測試過程中發(fā)現(xiàn)泵的底座附近有明顯振感，經(jīng)緊固地腳螺栓，振動無明顯變化，排除地腳螺栓松動問題。對2A定冷水泵混凝土基礎(chǔ)（A）與底板（B）4個點進(jìn)行振動測試，垂直方向振動數(shù)據(jù)如表2所示，各點A、B位置振動速度差值明顯。同時，跨越混凝土基礎(chǔ)（A）與底板（B）分界面時相位差可達(dá)180°左右，判斷2A定冷水泵基礎(chǔ)剛度不足。

表2 2A定冷水泵混凝土基礎(chǔ)與底板振動速度表（mm/s）

2.3 技術(shù)改造和驗證

根據(jù)以上診斷結(jié)果，在對2A定子冷卻水泵基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上提出針對定冷水泵原中空式基礎(chǔ)進(jìn)行灌漿處理的技術(shù)改造方案（圖4）。本次改造完成后，2A定子冷卻水泵的振動情況得到明顯改善，由原來的最高達(dá)14mm/s的振動通頻值，降低穩(wěn)定在2.8mm/s振動通頻值以下，對其余定冷水泵進(jìn)行分析，診斷結(jié)果類似，對其余幾臺定冷水泵進(jìn)行基礎(chǔ)灌漿處理后運行過程中未發(fā)生任何故障停運。

圖4 2A定冷水泵基礎(chǔ)改造(灌漿前、灌漿后）前后對比

3 主變A相故障診斷實例

3.1 主變A相介紹

某發(fā)電企業(yè)#1機組為裝機容量600MW的氫冷火電機組，于2007年投產(chǎn)發(fā)電，#1主變?yōu)閼敉?、雙繞組、油浸單相組式變壓器。#1主變?yōu)樘刈冸姽ず怅栕儔浩饔邢薰旧a(chǎn)，型號為DFP—240000/220，一二次側(cè)額定電流1718/10909A，冷卻方式為強迫油循環(huán)風(fēng)冷。

3.2 故障診斷分析

#1主變A相在日常巡檢中發(fā)現(xiàn)本體北側(cè)上部一焊縫區(qū)域有少量油污，進(jìn)行清理后，在#1機組啟動后進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)原焊縫位置又出現(xiàn)少量滲油，且油污面積緩慢增大。因出現(xiàn)油污位置靠近變壓器頂部、距離地面超過3m，且設(shè)備為220kV高壓運行設(shè)備，很難采取合適的可接觸的方法進(jìn)行檢測，決定采用紅外結(jié)合超聲測試方法進(jìn)行診斷。

紅外熱成像診斷。#1主變A相本體北側(cè)紅外熱成像圖可見油污區(qū)域有輕微溫度異常情況，最大值溫度達(dá)60.9℃，與同位置測量B相55.2℃、C相53.8℃比較存在明顯溫差，初步判斷#1主變A相本體北側(cè)焊縫處存在砂眼或裂紋；超聲診斷。#1主變A相本體北側(cè)滲油位置超聲圖譜測試時發(fā)現(xiàn)明顯的不同于#1主變B相、C相本體同位置的超聲狀態(tài)，現(xiàn)場超聲音頻呈非周期無規(guī)律特征，圖譜顯示該位置超聲RMS值為-5dBμV，與#1主變B相、C相本體同位置超聲RMS值-10.6dBμV、-10.8dBμV相比均明顯增大。進(jìn)一步判斷#1主變A相本體北側(cè)焊縫處存在砂眼或裂紋缺陷。

綜合上述紅外及超聲診斷分析，判斷#1主變A相本體北側(cè)上部焊縫處存在砂眼或裂紋缺陷，且內(nèi)外貫穿導(dǎo)致變壓器油滲至殼體外部。

3.3 驗證及改善處理

因該處缺陷在變壓器本體上，進(jìn)行處理需打磨焊接、會產(chǎn)生高溫及火花，變壓器內(nèi)有大量的變壓器油，工作具有較大的安全風(fēng)險，建議在#1機組停運時盡快安排探傷檢查處理。在#1機組進(jìn)入小修后，利用有利時機及時對#1主變A相本體北側(cè)滲油位置進(jìn)行檢修處理，將#1主變A相內(nèi)變壓器油全部放凈后對滲油位置打磨，著色探傷后發(fā)現(xiàn)1處明顯砂眼及1處焊縫處裂紋。經(jīng)研究后決定對砂眼及裂紋位置進(jìn)行補焊處理。對修后的#1主變A相本體進(jìn)行紅外熱成像檢測、對原滲油位置進(jìn)行超聲檢測均未發(fā)現(xiàn)異常，整體運行狀況良好，紅外圖中未見超溫情況，超聲圖譜波形均勻，RMS值為-10.6dBμV。

綜上，在電廠設(shè)備的狀態(tài)檢修過程中精密點檢從五個層次上逐層深入發(fā)揮作用：一是應(yīng)用精密診斷技術(shù)對設(shè)備劣化傾向進(jìn)行趨勢預(yù)警；二是指導(dǎo)消除設(shè)備故障，為檢修工作提供技術(shù)指導(dǎo)；三是進(jìn)行設(shè)備可靠性分析，從根源上消除設(shè)備故障；四是加強重要設(shè)備科學(xué)保養(yǎng)，使設(shè)備使用壽命延長；五是為設(shè)備精益化檢修提供科學(xué)依據(jù)，為優(yōu)化運行提供決策。