汽輪發電機組的故障診斷與狀態維修

摘 要：文章是結合鶴崗發電廠實行狀態維修的實踐結果而寫的文章。實現狀態維修必須具備兩個條件：首先必須建立起科學的管理體系，即建立保證電廠設備可靠性高而維修成本又低的集約型管理體系；其次根據設備實際情況建立準確可靠的監測診斷系統，通過該系統，管理人員可以根據實際狀態進行狀態維修，又使設備在最佳工況下運行。

關鍵詞：汽輪發電機組；故障診斷；維修

1 按狀態維修方式建立管理體系

設備狀態維修是一種先進的新的管理方式，與定期檢修有很大差別，為了實現狀態維修必須建立起一套新的辦法，建立新的管理體系。

1.1 廠級狀態維修中心主要任務

由主管生產的副廠長或總工程師任主任，下設副主任1人。狀態維修中心主要任務：（1）制定本廠狀態維修目的：提高設備可靠性，使故障率下降75%～80%，按最優化方式維修減少維修費用40%～50%，先在主要轉機上實現狀態維修，逐漸擴大狀態維修的設備。（2）制定狀態維修制度：定人，定設備，定診斷時間，汽輪發電機組每周診斷兩次，送引風機每周診斷一次，發現異常的設備每天診斷一次。（3）建立狀態維修決策中心，由各專業專工組成：汽機專工2人，鍋爐專工2人，電氣專工2人，熱工專工2人，其中診斷組長一人。設若干點檢人員（點檢員根據離線監測設備而定）。（4）審批狀態維修方案，由狀態維修決策中心提出狀態維修方案召開專門會議審批，也可借助專家協助診斷。（5）評估狀態維修實施的效果，每次狀態維修后進行總結：哪些成功經驗，哪些教訓，同時找出改進辦法。

1.2 狀態維修決策中心主要任務

決策中心是狀態維修的技術參謀部，根據廠狀態維修中心總的目標與規劃，實時診斷設備狀態，提出狀態維修方案。

（1）對全廠設備進行評估：把全廠設備分成三大類：現在可以實現狀態維修設備有：兩臺汽輪機，送引風機及其電動機，循環水泵及其電動機，給水泵及其小汽機等。現在按定期大修設備有：磨煤機、灰漿泵及鍋爐，但是也要監測診斷。現在按故障后維修的設備有：小型生水泵，小型油泵等。（2）確定狀態維修設備的狀態監測參數：汽輪機發電機狀態監測參數：振動信號并形成六種特征曲線：頻譜圖、軸心軌跡圖、波德圖、瀑布圖、軸心位置圖與極座標圖。汽輪機熱力性能監測：汽輪機各效率，熱耗率，凝汽器清潔度，給水泵效率，各種換熱器損失。（3）主要輔機監測參數：振動信號及頻譜分析，軸瓦摩擦聲發射監測，電動機除了監測電流外，還要進行電流頻譜分析。

1.3 狀態分析與故障診斷

汽輪發電機組診斷：根據六種特征曲線可以診斷故障有：初始不平衡、動葉飛出、軸彎曲、軸承摩擦、軸承鎢金損壞、聯軸器不對中、軸瓦松動、軸承座變形或下沉、軸承箱松動、轉子熱不平衡與熱彎曲、發電機轉子熱不平衡、熱彎曲、密封摩擦等。

（1）根據汽輪機熱力系統狀態參數診斷：汽封間隙通流部分結垢，汽輪機缸內漏汽，凝汽器結垢，給水泵效率，換熱器損壞等。（2）主要輔機診斷故障：初始不平衡、不對中、軸承損壞、轉動部件松動、地腳螺栓松動，根據聲發射信號診斷摩擦情況，根據電動機頻譜特征診斷轉子斷條，端環損壞，氣隙間隙不均，靜子線圈松動。三相電流不平衡。

1.4 點檢制

電廠小型設備很多，這些設備采用離線檢查，即采用點檢制辦法，點檢制必須實行四定辦法：定設備、定人員、定時間、定指標。

1.5 數據網絡化管理

實現狀態維修要求調用很多數據及決策軟件，為了完成這個任務，必須實現網絡化管理，如遠程診斷：由中心計算機通過Modem用長途電話線或者Internet與遠程診斷中心相連，通過遠程診斷可以充分利用診斷中心積累的豐富診斷信息為電廠診斷特殊的故障原因，診斷中心根據電廠的要求及時將診斷結果傳給電廠。

1.6 狀態維修培訓制度

1.6.1 決策層領導人員培訓內容：狀態維修的基本概念，實現狀態維修是管理方式由粗放型管理向集約型管理的轉化，實現狀態維修要建立相應機構及制度，實現狀態維修可以提高電廠安全性與經濟性的理論根據及實例。

1.6.2 診斷人員培訓內容：狀態維修基本概念，狀態維修監測基本原理及辦法，故障診斷原理及辦法，數據采集、信號處理、故障診斷及遠程診斷。

1.6.3 操作人員培訓內容：狀態維修基本概念，傳感器及儀表使用辦法，計算機使用辦法，數據整理與分析。

根據設備的特點建立監測診斷系統實現狀態維修必須實時掌握設備的狀態，從而根據設備狀態決定維修辦法，不同的設備有不同的特征，要求有不同的監測診斷系統。

2 汽輪機組軸系監測診斷系統

2.1 振動監測診斷系統

振動監測系統組成：振動傳感器、數據采集、信號處理與故障診斷。

用電渦流傳感器監測軸振，兩個傳感器互相垂直，振動監測儀表及保護裝置同前一樣。數據采集系統用于采集正常穩定狀態和啟停機過程數據。這些信號和數據可以暫時存于采集器的存貯器中也可以周期地傳送到分析診斷系統中，計算機信號處理和故障診斷系統是本系統核心部分，它起到狀態監測、故障診斷、報警處理、數據分析作用。

通過信號處理形成六種特征曲線：幅值頻譜圖、軸心軌跡圖、軸心位置圖、波德圖、瀑布圖、極座標圖。由這些特征曲線診斷故障原因。

2.2 汽輪機熱力性能指標監測診斷系統

根據汽輪機通流部分熱力參數可以實時監測汽輪機三缸內效率，再根據熱力系統參數可以計算出熱耗率等性能指標，根據這些性能指標同樣可以診斷汽輪機狀態。例如：在額定功率下測得汽輪機效率下降，表明通流部分有故障，例如汽封間隙損壞、噴嘴與動葉結垢等。如果用一些參數判斷排除結垢原因，主要是由于汽封間隙增加引起效率下降，根據經驗積累，給出效率變化與汽封間隙變化之間關系。

3 軸振信號與效率的綜合診斷

以鶴崗發電有限責任公司#2機組，同時具有振動小、效率高的優點，根據電廠#2機安裝總結材料，安裝時嚴把質量關，軸系對中好。軸承間隙及緊力均符合制造廠標準，各汽缸軸端汽封間隙及隔板汽封間隙均很小，保證了軸系穩定，振幅很小，通過臨界轉速時振幅也很小，汽封沒有發生磨損。 對比實測值與設計值非常接近，雖有一些值不相等這可以理解，因為安裝時也會有誤差，根據檢修人員反應，根本看不到汽封有磨損情況，這個結果與頻譜圖所測結果相一致，即頻譜圖中沒有密封摩擦時亞頻成分。估算汽機內部汽封間隙變化很小，雖然是近似計算，但是這個結果與振動監測結果完全一致。

4 主要輔機狀態監測診斷系統

電廠輔機種類數量均很多，不可能也沒必要都采用在線監測，應根據輔機對生產影響程度決定是否在線監測。在大電廠送引風機、給水泵、循環水泵應用在線監測，其它輔機應用離線監測。

4.1 主要輔機狀態監測與故障診斷系統

a、監測診斷系統，多臺輔機進行集中監測，即用一臺工控機同時監測多臺輔機，對于大型機組可以在一個單元設置一臺工控機，對于小型機組可用一臺工控機同時監測兩個單元輔機，具體方案根據實際情況決定。b、故障診斷專家系統：根據頻譜分析、電流頻譜圖、聲響信號可以診斷以下故障：初始不平衡、不對中、軸承摩擦、機械松動、機座松動、滾珠損壞、滾架損壞、電機氣隙間隙不均，電機轉子籠條斷裂等。c、信號處理：

顯示棒形圖、時域波形圖、頻譜分析圖、歷史曲線、事故儲存、超限報警、打印。

4.2 振動監測與診斷

用速度型傳感器監測瓦振，由下位機采集信號并儲存，由一臺下位機同時監控多臺輔機，按指令送入上位機進行處理并進行故障診斷，故障診斷軟件存于上位機中。

參考文獻

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