精密点检在电厂设备状态检修中的应用研究

华电电力科学研究院有限公司 张 帅 邴汉昆 庞 乐 马光耀 华电江苏能源有限公司句容发电分公司 叶亚坤

发电企业设备的可靠性及健康水平是保证安全、经济运行的基础，目前困扰发电企业生产成本的因素分别有煤炭、设备维护、税金和工资。其中税金和工资是固定的，煤炭的成本也多受外部环境制约、不太好控制，唯有设备维护是可有效控制的。因此，提升设备管理水平从而有效降低生产成本，提高设备可靠度、提高企业的竞争力，对发电企业有着重要意义。相较于预防性试验易对供电可靠性造成不良影响的缺陷，定期检修只参照规定要求到期检修而忽略了两个检修间隔的设备状态的缺陷，依托于状态检修开展设备管理水平提升势在必行。

但当前火电企业状态检修由于技术及模式方面的局限，提升空间仍然较大。为寻找更好的设备状态监测技术和设备管理模式，提出一种精密点检模式，是建立在对设备各种信息全面掌握的基础上，并对其进行评估后采取的一种效益最大化的设备检修管理模式，包含但不限于振动、电流频谱、红外、超声、油液分析等技术，精密点检针对不同设备、不同运行状态提出不同的技术矩阵。

1 浆液循环泵故障诊断实例

1.1 浆液循环泵介绍

某发电企业每台机组配套浆液循环泵5台，其结构为单级减速卧式离心泵，介质为含高浓度氯离子的碱性腐蚀石灰石-石膏浆液。泵壳及叶轮材料为合金钢，泵本体与电机共同安装在一个刚性结构的底座上，电机转速1488r/min、减速机传动比为2.97。在完成机组超净排放改造后首次测试过程中发现，1E浆液循环泵减速机振动数值有明显增大，且随着时间的推移有持续上升趋势。

1.2 故障诊断分析

利用振动采集分析仪对1E浆液循环泵进行振动数据采集，其振动测量点位置如图1所示，测点由右向左、由上向下依次为1、2、3、4、5、6。1E浆液循环泵减速机振动通频值如表1，可得齿轮箱3、4、5三个测点的振动通频值均已超过危急值水平7.1mm/s，最大值为4点轴向，达到11.37mm/s，严重影响设备安全稳定运行。

图1 1E浆液循环泵测点位置图

表1 1E浆液循环泵振动通频值表（mm/s）

对1E浆液循环泵4点的频谱图进行分析，可看到明显的轴承内圈故障特征频率（BPI），最大轴向幅值达3.66mm/s，同时伴随有明显的转速边频带，高频区域无明显故障特征频率。对1E浆液循环泵4点的解调频谱图进行分析，可看到明显的轴承内圈冲击特征频率（BPI），最大轴向幅值达1.69g，同时伴随有明显的转速边频带。继续对1E浆液循环泵4点解调波形图进行分析，可看到明显的周期性冲击，且最大轴向冲击值达27.61g。综上判断4点位置轴承内圈严重磨损，对1E浆液循环泵的减速机3点及5点进行分析诊断，均存在类似情况。

1.3 解体验证及处理

根据设备故障诊断结论，对1E浆液循环泵减速机进行解体检修（图2）。解体后发现减速机4点的轴承内圈磨损出2mm左右的台阶，同时伴有脱胎现象，轴承滚珠也有不同程度的磨损。同时3点及5点轴承也存在一定程度的磨损，对减速机轴承进行更换后试运，1E浆液循环泵运转恢复正常，各点振动通频值均处于合格范围内。

图2 1E浆液循环泵4点轴承解体图

2 定子冷却水泵故障诊断实例

2.1 定子冷却水泵介绍

某发电企业每台机组配套2台定子冷却水泵，其结构为单级悬臂卧式离心泵，其主要作用是向汽轮发电机的定子提供冷却水。自机组投产以来，2台机组合计4台定子冷却水泵一直处在振动偏大的运行工况下，长期的非健康状态运行导致联轴器减震圈断裂、轴承损坏等故障多次发生，严重影响机组的安全稳定生产。有鉴于此，设备维护部门先后对定子冷却水泵采取更换主轴、叶轮车削节能改造、动平衡、复校中心及更换靠背轮等处理措施，但改善效果甚微。

2.2 故障诊断分析

利用振动采集分析仪对2A定子冷却水泵进行振动数据采集（图3），测点由右向左依次为2、3。选取2A定子冷却水泵典型振动故障案例进行分析。对2A定子冷却水泵3点频谱图进行分析，可以看到特征频率主要以1X频为主，其他倍频较干净。与传统的转机不平衡故障相比较，在垂直、水平方向1X频突出的基础上，轴向1X频幅值也较突出，且三个方向幅值基本一致，初步考虑基础刚度不足引起结构局部共振，对转机不平衡量、松动等故障存在放大作用。

图3 2A定子冷却水泵测点位置图

在测试过程中发现泵的底座附近有明显振感，经紧固地脚螺栓，振动无明显变化，排除地脚螺栓松动问题。对2A定冷水泵混凝土基础（A）与底板（B）4个点进行振动测试，垂直方向振动数据如表2所示，各点A、B位置振动速度差值明显。同时，跨越混凝土基础（A）与底板（B）分界面时相位差可达180°左右，判断2A定冷水泵基础刚度不足。

表2 2A定冷水泵混凝土基础与底板振动速度表（mm/s）

2.3 技术改造和验证

根据以上诊断结果，在对2A定子冷却水泵基础结构进行分析的基础上提出针对定冷水泵原中空式基础进行灌浆处理的技术改造方案（图4）。本次改造完成后，2A定子冷却水泵的振动情况得到明显改善，由原来的最高达14mm/s的振动通频值，降低稳定在2.8mm/s振动通频值以下，对其余定冷水泵进行分析，诊断结果类似，对其余几台定冷水泵进行基础灌浆处理后运行过程中未发生任何故障停运。

图4 2A定冷水泵基础改造(灌浆前、灌浆后）前后对比

3 主变A相故障诊断实例

3.1 主变A相介绍

某发电企业#1机组为装机容量600MW的氢冷火电机组，于2007年投产发电，#1主变为户外、双绕组、油浸单相组式变压器。#1主变为特变电工衡阳变压器有限公司生产，型号为DFP—240000/220，一二次侧额定电流1718/10909A，冷却方式为强迫油循环风冷。

3.2 故障诊断分析

#1主变A相在日常巡检中发现本体北侧上部一焊缝区域有少量油污，进行清理后，在#1机组启动后进行观察发现原焊缝位置又出现少量渗油，且油污面积缓慢增大。因出现油污位置靠近变压器顶部、距离地面超过3m，且设备为220kV高压运行设备，很难采取合适的可接触的方法进行检测，决定采用红外结合超声测试方法进行诊断。

红外热成像诊断。#1主变A相本体北侧红外热成像图可见油污区域有轻微温度异常情况，最大值温度达60.9℃，与同位置测量B相55.2℃、C相53.8℃比较存在明显温差，初步判断#1主变A相本体北侧焊缝处存在砂眼或裂纹；超声诊断。#1主变A相本体北侧渗油位置超声图谱测试时发现明显的不同于#1主变B相、C相本体同位置的超声状态，现场超声音频呈非周期无规律特征，图谱显示该位置超声RMS值为-5dBμV，与#1主变B相、C相本体同位置超声RMS值-10.6dBμV、-10.8dBμV相比均明显增大。进一步判断#1主变A相本体北侧焊缝处存在砂眼或裂纹缺陷。

综合上述红外及超声诊断分析，判断#1主变A相本体北侧上部焊缝处存在砂眼或裂纹缺陷，且内外贯穿导致变压器油渗至壳体外部。

3.3 验证及改善处理

因该处缺陷在变压器本体上，进行处理需打磨焊接、会产生高温及火花，变压器内有大量的变压器油，工作具有较大的安全风险，建议在#1机组停运时尽快安排探伤检查处理。在#1机组进入小修后，利用有利时机及时对#1主变A相本体北侧渗油位置进行检修处理，将#1主变A相内变压器油全部放净后对渗油位置打磨，着色探伤后发现1处明显砂眼及1处焊缝处裂纹。经研究后决定对砂眼及裂纹位置进行补焊处理。对修后的#1主变A相本体进行红外热成像检测、对原渗油位置进行超声检测均未发现异常，整体运行状况良好，红外图中未见超温情况，超声图谱波形均匀，RMS值为-10.6dBμV。

综上，在电厂设备的状态检修过程中精密点检从五个层次上逐层深入发挥作用：一是应用精密诊断技术对设备劣化倾向进行趋势预警；二是指导消除设备故障，为检修工作提供技术指导；三是进行设备可靠性分析，从根源上消除设备故障；四是加强重要设备科学保养，使设备使用寿命延长；五是为设备精益化检修提供科学依据，为优化运行提供决策。