精密點檢在電廠設備狀態檢修中的應用研究

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

發電企業設備的可靠性及健康水平是保證安全、經濟運行的基礎，目前困擾發電企業生產成本的因素分別有煤炭、設備維護、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境制約、不太好控制，唯有設備維護是可有效控制的。因此，提升設備管理水平從而有效降低生產成本，提高設備可靠度、提高企業的競爭力，對發電企業有著重要意義。相較于預防性試驗易對供電可靠性造成不良影響的缺陷，定期檢修只參照規定要求到期檢修而忽略了兩個檢修間隔的設備狀態的缺陷，依托于狀態檢修開展設備管理水平提升勢在必行。

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

1 漿液循環泵故障診斷實例

1.1 漿液循環泵介紹

某發電企業每臺機組配套漿液循環泵5臺，其結構為單級減速臥式離心泵，介質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構的底座上，電機轉速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現，1E漿液循環泵減速機振動數值有明顯增大，且隨著時間的推移有持續上升趨勢。

1.2 故障診斷分析

利用振動采集分析儀對1E漿液循環泵進行振動數據采集，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，達到11.37mm/s，嚴重影響設備安全穩定運行。

圖1 1E漿液循環泵測點位置圖

表1 1E漿液循環泵振動通頻值表（mm/s）

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

1.3 解體驗證及處理

根據設備故障診斷結論，對1E漿液循環泵減速機進行解體檢修（圖2）。解體后發現減速機4點的軸承內圈磨損出2mm左右的臺階，同時伴有脫胎現象，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，對減速機軸承進行更換后試運，1E漿液循環泵運轉恢復正常，各點振動通頻值均處于合格范圍內。

圖2 1E漿液循環泵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

某發電企業每臺機組配套2臺定子冷卻水泵，其結構為單級懸臂臥式離心泵，其主要作用是向汽輪發電機的定子提供冷卻水。自機組投產以來，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，長期的非健康狀態運行導致聯軸器減震圈斷裂、軸承損壞等故障多次發生，嚴重影響機組的安全穩定生產。有鑒于此，設備維護部門先后對定子冷卻水泵采取更換主軸、葉輪車削節能改造、動平衡、復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定子冷卻水泵進行振動數據采集（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行分析。對2A定子冷卻水泵3點頻譜圖進行分析，可以看到特征頻率主要以1X頻為主，其他倍頻較干凈。與傳統的轉機不平衡故障相比較，在垂直、水平方向1X頻突出的基礎上，軸向1X頻幅值也較突出，且三個方向幅值基本一致，初步考慮基礎剛度不足引起結構局部共振，對轉機不平衡量、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

在測試過程中發現泵的底座附近有明顯振感，經緊固地腳螺栓，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（A）與底板（B）4個點進行振動測試，垂直方向振動數據如表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（A）與底板（B）分界面時相位差可達180°左右，判斷2A定冷水泵基礎剛度不足。

表2 2A定冷水泵混凝土基礎與底板振動速度表（mm/s）

2.3 技術改造和驗證

根據以上診斷結果，在對2A定子冷卻水泵基礎結構進行分析的基礎上提出針對定冷水泵原中空式基礎進行灌漿處理的技術改造方案（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14mm/s的振動通頻值，降低穩定在2.8mm/s振動通頻值以下，對其余定冷水泵進行分析，診斷結果類似，對其余幾臺定冷水泵進行基礎灌漿處理后運行過程中未發生任何故障停運。

圖4 2A定冷水泵基礎改造(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

某發電企業#1機組為裝機容量600MW的氫冷火電機組，于2007年投產發電，#1主變為戶外、雙繞組、油浸單相組式變壓器。#1主變為特變電工衡陽變壓器有限公司生產，型號為DFP—240000/220，一二次側額定電流1718/10909A，冷卻方式為強迫油循環風冷。

3.2 故障診斷分析

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

紅外熱成像診斷。#1主變A相本體北側紅外熱成像圖可見油污區域有輕微溫度異常情況，最大值溫度達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相本體北側焊縫處存在砂眼或裂紋；超聲診斷。#1主變A相本體北側滲油位置超聲圖譜測試時發現明顯的不同于#1主變B相、C相本體同位置的超聲狀態，現場超聲音頻呈非周期無規律特征，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。進一步判斷#1主變A相本體北側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相本體北側上部焊縫處存在砂眼或裂紋缺陷，且內外貫穿導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，進行處理需打磨焊接、會產生高溫及火花，變壓器內有大量的變壓器油，工作具有較大的安全風險，建議在#1機組停運時盡快安排探傷檢查處理。在#1機組進入小修后，利用有利時機及時對#1主變A相本體北側滲油位置進行檢修處理，將#1主變A相內變壓器油全部放凈后對滲油位置打磨，著色探傷后發現1處明顯砂眼及1處焊縫處裂紋。經研究后決定對砂眼及裂紋位置進行補焊處理。對修后的#1主變A相本體進行紅外熱成像檢測、對原滲油位置進行超聲檢測均未發現異常，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，在電廠設備的狀態檢修過程中精密點檢從五個層次上逐層深入發揮作用：一是應用精密診斷技術對設備劣化傾向進行趨勢預警；二是指導消除設備故障，為檢修工作提供技術指導；三是進行設備可靠性分析，從根源上消除設備故障；四是加強重要設備科學保養，使設備使用壽命延長；五是為設備精益化檢修提供科學依據，為優化運行提供決策。