火电厂设备精密点检及故障诊断案例分析

前言

第1部分 重要辅机设备精密点检研究

1 绪论

1.1 电力设备点检管理概述

1.1.1 点检定修制

1.1.2 精密点检

1.1.3 点检与精密点检状态检修的关系

1.2 国内外电力设备点检管理发展状况

1.2.1 点检及精密点检

1.2.2 设备状态检修

2 重要辅机精密点检模式

2.1 点检的实施模式

2.2 状态监测位置和监测内容

2.3 状态监测评价标准探索

2.3.1 振动监测细化及评价标准制定

2.3.2 温度监测细化及评价标准制定

2.3.3 温升速度细化及评价标准制定

3 重要辅机精密点检实施

3.1 重要辅机故障诊断

3.1.1 重要辅机故障诊断理论

3.1.2 重要辅机故障诊断实践

3.1.3 设备故障诊断处理经济性比较分析

3.2 开发火电厂重要转机故障诊断系统

3.3 探索重要辅机以可靠性为中心的维修(RCM)

3.3.1 以可靠性为中心的维修(RCM)理论

3.3.2 以可靠性为中心的维修(RCM)应用

3.4 重要辅机寿命管理与检修策略优化

第2部分 振动故障诊断实例分析

4 振动故障诊断理论基础

4.1 转子振动的概述

4.1.1 简谐振动的基本概念和方法

4.1.2 单自由度振动

4.1.3 转子振动

4.2 转子系统振动故障诊断技术

4.2.1 转子系统异常振动的类型

4.2.2 转子系统异常振动的原因

4.3 转子平衡

4.3.1 刚(柔)性转子概念和划分依据

4.3.2 刚性转子动平衡

4.3.3 转子平衡时的注意事项

5 转动设备故障诊断实例分析

5.1 基础不良引起的振动

5.1.1 200MW汽轮发电机组过临界振动分析与处理

5.1.2 华能淮阴电厂排粉机电机振动及消除

5.1.3 给水泵50CHTA/5电机径向振动

5.1.4 凝结水泵NL180电机水平振动

5.1.5 引风机Y4－73－11 11D轴承座振动

5.2 转机轴向振动

5.2.1 转动设备轴向振动原因分析与处理(一)

5.2.2 转动设备轴向振动原因分析与处理(二)

5.3 流体诱导振动

5.3.1 磨煤机出口管道振动原因分析及处理

5.3.2 给水泵前置泵YNKN300/200－20B轴承振动

5.3.3 凝结水泵NL-180电机水平振动

5.4 设备机械缺陷

5.4.1 DTM380/720－Ⅲ电机固定端轴瓦座振动

5.4.2 DTM380/720－Ⅲ钢球磨煤机大小牙轮振动

5.4.3 凝结水泵NLT350-400×6电机振动

5.4.4 排粉机M5-36-11NO.21D轴承座振动漂移

5.4.5 循环水泵1200HLQ－16中间水导轴承水平方向振动

5.4.6 循环水泵1200HLQ－16下导叶体水平方向振动异音

5.4.7 循环水泵64LKXA－24.5电机水平方向振动(一)

5.4.8 循环水泵64IKXA－24.5电机水平方向振动(二)

5.5 综合

5.5.1 电厂辅机振动故障诊断与处理

5.5.2 振动故障诊断技术及在华能淮阴电厂的应用

5.6 设备管理技术开发

5.6.1 火电厂重要转机故障诊断系统应用开发

5.6.2 火电厂重要辅机振动标准理解与探索

5.6.3 电厂设备点检定修制管理模式的探索

5.6.4 折寿法评估滚动轴承寿命分析探讨

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献2100433B

《火电厂设备精密点检及故障诊断案例分析》主要面向广大机械设备技术人员和管理人员，希望通过通俗易懂的语言和大量的工程实例将复杂的问题讲述清楚，帮助建立设备精密点检体系，解决精密点检的难点。

《火电厂设备精密点检及故障诊断案例分析》可供电力、石化、冶金等行业，从事机械设备检修与维护管理的技术人员和管理人员阅读，也可供动力机械和流体机械等相关专业师生阅读。

精密点检是设备点检管理中需要解决的重要内容，特别是转动设备的故障诊断技术，它是开展好精密点检的关键。《火电厂设备精密点检及故障诊断案例分析》在点检定修制的基础上，重点介绍精密点检需解决的几大问题：设备故障诊断技术、以可靠性为中心的状态检修、设备寿命管理。特别是对转动设备振动这一故障难题进行了进一步描述和分析，并结合实际案例，从预知性检修的角度进行了评价。

案例一：广东沙角A电厂的设备精密点检管理

投产二十多年的广东沙角A电厂总装机容量1230MW,全厂共有五台燃煤发电机组,Ⅰ期三台210MW,II期两台300MW机组。在设备日趋老化的情况下,沙角A电厂成立了转动设备精密点检小组,通过对设备的状态监测与分析,精确诊断设备故障或隐患,预测设备运行周期和寿命,提高设备及系统的安全可靠性,并大大降低维修费用,有效防止设备“过维修”或“欠维修”现象。

1．精密点检管理的开展

精密点检是运用更多、更先进的检测设备工具等仪器测定设备的某一特征参数(如振动、温度)等,并通过先进的数据采集手段、方法、软件对采集后的数据进行综合处理,提取设备故障信息,将故障机理与实际相结合进行综合分析诊断,精确了解和掌握设备运行过程中的健康状态,发现设备早期故障征兆及其原因,并预测故障发展趋势,为实施设备的状态检修及管理提供准确的依据。

①状态监测与故障诊断方案确定

状态监测与故障诊断系统分为在线与离线两大类型,在线监测与诊断有反映及时、实时多通道、功能全面等优点,但其投资相对昂贵,监测与诊断功能的实现受被诊断对象的构造成本及运行方式的制约,致使运用有一定的局限性。对于有二十多年历史的沙角A电厂,由于现场、设备多不具备装设在线监测系统的条件,现设置的设备管理人员数量少但对设备检修维护经验丰富,所以选用离线状态监测系统可实现精密点检的要求并节省投资。

②仪器设备配置

设备状态监测仪器的选择对于能否有效实施状态监测非常重要。在确定使用仪器时结合我厂设备特点,分析各种类型状态监测仪器的性能和应用情况,配制一台艾默生CSI2130机械状态分析仪,以及相关的MHM(Machinery Health Manager)软件应用平台,该系统包括现场数据采集仪、MHM振动分析软件平台、专家数据库、数据管理平台,再加上本厂原先购买的4台红外热像仪、二台本特利TK81振动仪、一台超声波流量计和其他常规效率试验仪器,配合利用设备的(Openplant/SIS)生产实时监测系统,组成了基本的状态监测系统。

③人员配置

我厂在原设备点检的基础上,以设备部副部长兼任精密点检小组组长,在机、炉、电专业各抽调三名生产骨干兼任该小组成员。

④精密点检监测设备范围及周期

设备监测范围主要是针对电厂运行的转动设备:在汽机方面,列入状态监测数据库的有汽轮机本体、给水泵、循环水泵、凝结水泵、工业水泵、共63台设备；在锅炉方面,列入状态监测的有送风机、一次风机、引风机、密封风机、磨煤机共61台设备；另外还包括相应配套电气124台电机。其测量周期根据设备的重要程度以及健康状况从2周到1个月不等。

2．应用成果

推行精密点检系统两年以来,振动监测分析共提供振动异常信息20多例,及时成功消除多次重要设备潜在故障十余多次,如:3号机A给水泵轴承振动大故障的诊断与处理；3号汽轮发电机组#8瓦振动故障的诊断与处理。具体案例应用过程如下:

①3号机A给水泵轴承振动大的故障诊断及处理

2010年7月,3号机A给水泵大修后振动严重超标,满负荷时用本特利VK81手持式测振仪测得的该泵驱动端轴承水平振动值为120μm,该泵的轴承垂直、轴向振动都不大；用CSI2130便携式频谱分析仪测量后显示振动频谱1倍工频幅值偏大且无边带,表明转子存在质量不平衡。诊断人员对监测报告进行分析后,需立即对该泵进行现场动平衡试验处理。经过对该泵联轴器加螺栓配重方法消除了水泵存在质量不平衡,该泵轴承最大振动值不大于30μm。因此可以看出具有高级诊断技术合成的CSI2130机械分析仪能够对运转设备故障判断精准,大幅缩短故障查找及处理时间,提高了检修效率,提高了机组安全可靠性。

②3号汽轮发电机组#8瓦振动故障的诊断与处理

2011年1月18日,#3机组由160MW加负荷至200MW过程中,#8瓦瓦振突然升至74μm,运行人员减负荷至160MW后,振动跟随下降至正常值,随即用精密点检仪对整机振动进行测量,并查阅以前数据,发现#8瓦水平振动1月7日测量1倍频24.3μm,1月18日机组已限负荷至160MW,此时测量水平1倍频28.9μm,两次测量均伴随有1、2倍,但本次测量3倍频比上次更明显。时域波形两次相差不大,均近似周期性正弦波。对比故障频谱图,此类现象同时存在1、2、3倍频的振动,应为不对中引起,综合机组上次修后在联轴器间加垫片进行校正联轴器变形量,多少会对联轴器间刚度有一定影响,即联轴器刚度会下降；对于机组瞬间加负荷,联轴器间扭矩突然增加后,联轴器间对中角度会有变化,导致振动突然增加,并提出如下的措施:

(1)控制机组负荷变化率,避免造成励-发联轴器扭矩突然增加后振动突然增加。

(2)机组尽量维持160MW运行,待停机机会,检查励-发联轴器短接螺栓松紧程度或联轴器短接变形情况。

2011年2月1日春节3号机组调峰停机前,测1倍频11μm(此时机组已限负荷运行),2月2日02:13分,#3机组调峰停机。2月4日,揭开#8瓦检查,发现上瓦前端顶部钨金碎裂；检查励磁机转子靠背轮,发现靠背轮与轴配合不太紧密,其交界处有一定的缝隙现象,定位键与靠背轮之间也有明显间隙。经讨论分析,为了提高短轴两侧对轮的稳定性,决定重新铰孔配准短轴与发电机转子之间的8条定位销,安装短轴以及复测各种数据。并对励磁机转子靠背轮在前端与轴交界处对称点焊三点进行加固处理后,测得励发对轮总瓢偏最大10～11丝,最终安排加装不锈钢垫片处理后复装,复校总瓢偏合格的同时安排对#8上瓦钨金进行挖补处理。开机测得#8瓦振动正常。观察运行约20天后测1倍频2.8μm,效果理想。

3．应用效益分析

通过对转动设备开展精密点检管理以来,大大节约维修成本和提高了设备及系统的安全可靠性,经济及社会效益显著,对以上两个案例的所取得的经济效益核算如下:

(1)三台机组每台各配备2台100%容量的锅炉给水泵,若出现备用泵故障处理,需报中调批准,且泵组解列时间至少12小时,缺陷处理恢复时间一般为20小时左右,对整机及电网系统安全性和稳定性均造成极大的威协,严重时会导致整机强迫停运,减少发电量为:210MW×(12 20)h=6720MW.h=672万度电量。

(2)处理3号机汽轮发电机组8号瓦振动大时,由于对故障判断准确,按缺陷处理周期缩短一天,机组提前一天并网发电,本次理论可多发电量为:210MW×24h=5040MW.h=504万度电量。另外,通过分析诊断、准确掌握设备故障原因及其影响程度,正确决策对故障机组的消缺时机,从而避免了在社会用电高峰时段停机给用户造成的损失和不良影响,取得了良好的社会效益。

电厂设备管理推行精密点检管理,利用现代先进的诊断仪器结合电厂原有的设备管理管理平台,将设备的运行健康状态做到了可控、在控,避免设备的突发性事故,确保设备安全可靠,能让我们不断探索和实现设备“定修”管理向“状态”管理过渡。2100433B

精密点检和专业点检并没有严格的界限，精密点检是在运行巡检和专业点检发现设备问题需要增加点检内容、缩短点检周期的点检，也可设置一些关键点、危险点进行定期监测、诊断和分析，作为精密点检内容。运行巡检和专业点检发现设备问题需要进一步分析原因的，应进入精密点检环节。首先由点检员按照工序服从原则，组织相关专业人员进行分析、制订预防和解决方案等，此项工作由专业点检员来完成。需要外部资源进行诊断的，由专业主管负责联系有能力的技术服务单位进行或进入公司问题库管理流程。

精密点检定位为对设备的“近期”负责。要做好精密点检应重点做好以下工作。

1．建立一支专业从事设备状态监测和分析诊断的技术队伍

无论是振动频谱分析技术、红外热成像技术、超声波检漏技术，还是油色谱分析技术等，都有非常强的专业性，对使用人员的业务素质和技术水平提出了很高的要求。根据有经验的电厂介绍，一般需要3～5年时间的研究和实践才能掌握和应用这些高科技检测技术。因此，首先要建立一支专业的状态监测和分析诊断队伍，原则上宜独立设状态检测中心或诊断小组，而不宜以兼职的形式把状态监测的职能分解到机、电、炉、仪各专业中，或由各专业的点检员(工程师)兼管。同时，要注意人员的相对稳定，否则容易发生人员培训困难、监测工作不规范、数据得不到有效积累等情况。

2．精密点检工作的标准化、制度化和科学化

(1)要根据电厂人员、设备的实际情况建章立制。如制订《设备状态监测管理标准》、《状态监测设备分工管理制度》、《设备定期检测项目和周期标准》、《状态监测仪器操作规范》、《设备状态信息交流管理办法》、《设备状态监测技术标准》等管理办法和制度，以确保精密点检或状态监测工作有条不紊地进行。

(2)要严格按照已经制订的标准和制度执行。根据分工，状态监测人员按照标准定期开展状态检测和故障诊断，掌握其发展趋势和规律。

(3)要注重典型案例的分析与积累。作为精密点检的状态监测人员，通过定期和不定期监测得到所需要的数据，只是一个基础；更重要的是对大量数据和谱图的分析，找出故障信息，甚至分析出故障原因及故障部位。因此，积极分析案例、积累案例，把案例作为故障判断的辅助手段才是精密点检的最终目的。

(4)状态监测技术标准的研究与建立。建立状态监测技术标准是非常有意义和非常必要的，但又是一件十分困难的事情。在现有的监测技术中，油品和红外监测技术标准的建立和执行相对容易做到，而振动、电流、磁通等监测技术标准的建立比较复杂。国内一般的做法是先收集国际、国内的有关标准，制订出企业的初始标准；然后再根据实际案例对标准进行修正，逐步建立一套适合于本企业的状态监测技术标准。

(5)要掌握循序渐进，有所为、有所不为的原则，科学地开展状态监测、分析和诊断工作。

精密点检由专职点检员提出要求在技术人员的协助下完成，根据设备状态或异常情况，以及劣化倾向管理的需要提出计划，因此，它是不固定周期，也不固定设备对象，随机进行的。其内容有如下几方面：

(一)定期精密点检

定期精密点检是点检员根据设备劣化倾向管理项目的需要提出精密点检计划表，在技术部门专业技术人员的协助下完成。有关检查或测定的数据由点检员随机记录，并记入设备档案资料，点检进行自身比较，对劣化倾向性作出判定，以便制定出合理的设备维修计划和劣化零部件的更换计划。

对于使用的精密点检仪器也需进行定期标定，以保持其完成可靠测量精度的稳定，不因仪器精度而影响被测部位数据的正确性。例如齿轮箱齿轮磨损摩擦的铁谱分析，高功率风机轴承的振动测定等等。

(二)不定期精密点检

不定期精密点检是指设备在异常或潜在故障苗头时所进行的异常诊断。这种点检也是由点检员在平时观察信息和点检作业活动发现设备有异常情况时随机提出的，必要时陪同技术部门专业技术人员共同测定。例如振动异常的精密测振，预测故障采用识别技术找出原因，观察其发展；采用精密诊断技术进行精确的定量检测和分析，找出故障位置、原因和数据，以确定相应的对策措施，解决定期点检中疑难杂症。

(三)设备故障(事故)调查

主作业线设备或其他重要设备发生故障(事故)时，对设备进行全面调查，了解情况，寻找造成故障(事故)的原因，并进行分析研究，提出防范措施和恢复对策，决定故障(事故)的修复方案。

因调查故障(事故)的需要，必要时可以对故障(事故)设备进行解体检查，测定故障部位和故障机件的损坏情况，做进一步分析。

(四)设备综合性调查

由于维修方面的需要，为获得问题设备的解决方案以及判断更新时间，而进行的综合性调查。特别对故障多发性的设备，重复性故障的部位，劣化倾向性很严重的设备以及有些已无修复价值的设备，都可以采用这种综合性调查，包括设备的性能测定、精度校验等等。

(五)检修施工(记录)试运转会合

设备在经过重大或综合性修理后，为确保全面的施工实绩记录以及在完工后的试动转情况，在试运转中进行的精密测定。或由于合同规定的需要(包括检修或新设备投入使用等)，而进行的试运转精密测定。

(六)购入零部件的管理检查

对于新购入的备用品设备或零部件备品，以及在改进设备更新中订购的设备，特别是在提运或入库时以及使用前，必须进行质量的验收检查。对于有精度要求的整机设备要进行精度合格与否的验证判断，必要时要进行设备的性能、功能考核，以使设备及零部件在投用前具有良好的本机体质量。