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火电设备检修|发电厂机组状态检修现状及设想

北极星电力网技术频道    作者:3   2007/12/21 17:26:53   

  所属频道:  火力发电    关键词:  状态检修 检修

摘要:本文对目前流行的机组状态监测及状态检修的意义和云峰发电厂机组状态监测及状态检修情况做简要介绍,提出今后机组状态监测及状态检修设想,供同行参考。要害词:机组状态监测状态检修机组状态监测系统云峰发电厂在电力系统中的作用主要是担任调峰、调频、事故备用任务,要达到以上目的,要求机组必须具备良好的可靠性和可调性。根据东北公司对水电厂状态检修工作的要求,我厂开展了设备状态检修的前期工作,并与丰满发电厂一道,成为东北地区水电机组状态检修的试点单位。目前我厂已将四台机组的检修及运行历史资料,系统地进行了整理汇编,呈报水管部、电科院。几年来,云峰发电厂的机组检修已由传统的计划性逐步过渡到状态性,检修方式由原来的"到期必修、修必修好",逐步向"该修必修、修必修好"过渡。在设备的在线监测、状态检修方面初步有了成效。1 水轮机组状态监测系统概述近年来,水电厂设备的状态检修(亦即猜测性维修)工作已越来越受到普遍关注。设备状态检修的必要条件是要进行状态监测和故障诊断。对设备整体或局部在运行过程中的物理现象进行随机或定期检测,就是状态监测。而设备诊断技术则是一种了解和把握在用设备的状态,确定其整体或局部是否正常,早期发现故障及其原因,并能预告故障发展趋势的硬件或软件的综合技术。设备的状态监测和诊断技术作为一种基本手段,为状态监测提供切实依据,以便合理安排维修,确保设备的安全经济运行。设备状态监测和诊断的要害是在线监测技术,包括信息采集、数据处理与规律,避免突发性事故和控制渐发故障的发生。实践证实,实施在线监测可以减少设备不必要的停役、降低维修成本、增加可利用时间,从而提高设备的运行维修效益。1.1机组计划检修存在的弊病机组状态检修工作实施前,我厂的四台水轮发电机组的检修是按计划检修原则进行的,根据原水利电力部颁发的《发电厂检修规程》中规定的检修周期、检修工期、检修项目等指标,"到期必修、修必修好",其实部颁规程对机组检修周期、检修工期及检修项目的规定依据基本上是同类设备的检修经验,不具有普遍意义。经过多年的技术实践,我们熟悉到,这种规定带有较大的习惯性,是一种徒弟学师傅式的方法,比较保守、盲目,但也比较把握,除浪费一些人力、材力、物力、时间外,一般还不致出什么大差错。但从设备检修的目的是消除缺陷,保证设备健康运行这个角度讲,计划检修是不尽合理的。所谓的"到期必修"就是设备运行到某一规定的期限,不论处于什么样的技术状态、有无缺陷一律停机检修。由于我厂各台机组的设计制造、运行状况的不尽相同,即使是同类的设备在相同的运行周期内,也表现出很大的差异性。同时,"到期必修"经常带来不必要的大拆大装,不但造成人、材、物的大量浪费,有时还会把设备拆修坏了,造成"劳而有罪"。1.2设备状态检修的优势通过不断探索及实践,我们熟悉到,状态检修的核心是通过对设备的诊断,摸清设备的实际状况,并以此为依据制订切实可行的检修计划予以实施。状态检修的通俗说法是"该修必修、修必修好",它所强调的是在"该修必修"的"该"字上,这个"该"字反映了整个检修工作的科学性,它要求决定修与不修,小修还是大修要有充分的事实依据,要经过该与不该的反复论证,不能凭经验行事,不该修的果断不修,该修的果断修好,只有这样,才能恰到好处地完成检修任务。我们还熟悉到,状态检修比计划检修更符合"预防为主"的原则。计划检修的最大弊端是不能根据设备的实际技术状态决定检修内容,而让计划期限箍得过死,状态检修则不然,它是通过各种不同的诊断手段摸清了设备的技术现状后才决定检修内容的,它可以根据设备的技术状态及运行要求,提前或推迟检修周期,增加或删减检修项目,真正实现检修的目的,并具有最大的经济技术效益。显然,状态检修把握着消除设备缺陷的主动权,符合设备的运行的发展规律,符合防患于未然的原则。1.3我厂初期实施机组状态检修后带来的效益机组状态检修实施前,我厂对反映四台机组的运行状态的参数测定只停留在手工检测阶段,通过定期的试验观察,比照标准,分析设备的技术状况决定检修计划。由于缺乏可靠有效的诊断方法与诊断仪器,使得制订的检修计划不完全有效。1991年,我厂与华中理工大学电测教研室合作,共同研制了第一代BZJ1摆度振动监测仪,该仪器于1992年9月安装在我厂的四号水轮发电机组上。受当时技术条件所限,测点较少,同时电测数据与手工测得数据相差悬殊,没有受到现场工人的欢迎。1996年我厂与海南洲立科技公司共同开发了SZJ水电机组振动测试及数据分析处理系统。该系统由摆度振动监测仪(BZJ)、多路通讯控制器(DTC)、数据处理及分析软件包(SFC)三个部分组成,BZJ将采集的数据由RS232串口经DTC送往上位计算机,再由SFC进行分析及处理。该系统被安装在我厂的2、3、4号机组上。2000年末,我厂又与深圳洲立达公司合作,共同开发了一号机组机械状态分析及故障诊断系统(SZJ99),该系统自成一个系统,与计算机监控系统不相连。该系统的功能较前两代有较大的增强,监测通道由9个增加到17个,在进行巡回检测的同时进行信号波形采集,可录制机组的瞬态过程及波形。该系统在机组机械振动监测及实时分析仪(BZJ3)提供的机组振动数据及其特征的基础上,运用理论知识和实践经验,形成机组机械状态分析软件。以便进一步分析机组的机械状况特征和引起异常振动的原因。从而提供机组检修及故障分析的依据或参数。通过系统实际运行中的数据(非凡是特况数据)积累,帮助专职人员加强对机组机械特征的深入了解,提高状态检修的水平。通过接入网络系统(此项目前未进行实施),专职人员及有关领导可在远地了解机组的机械状况,以满足水电厂"无人值班"(少人值守)的要求。采用以设备状态监测为基础的状态检修治理模式后,由于摸清了设备的实际技术状况,我厂目前的机组大修周期已改为4年以上,机组扩大性大修周期已改为10年左右。过去,不管设备的状况,检修周期一到,马上就开始检修,对于设计、制造、安装、维护质量优秀的机组,检修过于频繁不但没有好处,大多数情况是拆下来擦擦油、抹抹灰而已。增加了机组的检修费用、停用时间,降低了机组的可调小时数。现在由于我厂注重了在设备的状态上下功夫,通过把握机组的状态来确定机组的检修时间和检修项目,最终达到延长检修间隔,缩短检修工期,降低维修成本的目的。按设备状态监测数据及运行情况并对照规程标准制定检修时间及项目,收到了显著的经济效益。如我厂二号机组,在各负荷工况下,从监测仪测得的各项数据来看,均不超过规定值,设备运行稳定,但已连续运行14年没有进行扩大性大修。由于该机组每次小修检查都发现发电机定子铁芯拉紧螺杆折断现象,同时存在水轮机导叶漏水严重的缺陷,需更换导叶轴套,因此根据状态检修的思想,决定对该机组进行扩大性大修,大修后提高了设备运行的可靠性。再如我厂四号机组,投产初期就存在着摆度、振动大的缺陷,而且机组振动区域较宽。实施机组状态监测后,对四号机组存在缺陷的原因进行了深入细致的研究及分析,确定了四号机振动摆度大主要是由于机组轴线引起。通过对该机组进行扩大性大修,取消了推力头与镜板间的绝缘垫,在推力头与镜板间增加了两道密封圈,有效地防止了两者接触面产生空蚀而引起的轴线恶化,同时将推力头及镜板返厂进行了处理,使其各部精度均达到图纸规定,机组投入运行后,各部振动、摆度明显减轻,达到了预期目的。再如我厂的一号机组,2001年进行过一般性大修,机组修后经振动摆度监测仪实测发现励磁机定子外壳的垂直振动达到0.17-0.20mm,水平振动达到0.18-0.20mm,强烈的振动对机组结构部件造成的危害是巨大的,根据该情况,我们及时向主管部门提出扩修申请,并到上级部门说明情况,得到批准。经分解检查发现,机组轴线已恶化,推力瓦(10块)严重磨损,个别瓦面有严重裂纹,推力抗重螺钉及托盘接触面磨损及变形严重,镜板工作面存在划痕,局部位置呈蓝色,系工作时温度过高所致,推力头底面、镜板背面空蚀严重。将推力头、镜板、推力抗重螺钉及托盘均进行了返厂处理,达到图纸规定要求,并对将全部推力瓦进行了更换。几年来,我们一是通过日常性的机组状态诊断把握设备的损坏状态与规律,加强每日的设备巡回检查,发现影响极大。不言而喻,如时值水电厂弃水期,机组事故检修造成的经济损失就更为严重。另一方面,随着水电厂双达标、创一流工作和技术改造的不断深入,设备健康水平和自动化程度均有显著的提高,设备治理水平也有长足的进步。这些都为我厂的机组状态检修打下了良好的基础。而且,水轮发电机组故障的发生和发展一般是有迹象的和渐变的,多数有磨损和疲惫特征,即有一个从量变到质变的渐进过程。这就使得利用状态跟踪和趋势分析技术来捕捉故障征兆、实现早期预警变得相对轻易,准确性也比较高。针对上述工程实践中的问题,要对水电机组实行在线监测和故障诊断,实现水电站运行设备监控、维护的高效治理。水电机组运行状态监测是充分发挥水电厂效益的重要因素。4我厂机组状态监测的现状4.1目前已安装的状态监测系统如下:要保证机组安全稳定运行,维持机组良好的运行状态,包含的技术指标非常广阔,光靠以上安装的测量及监测系统还是远远不够的。目前世界发达国家机组状态检修也没有太成功的经验,因为这究竟是一项相当复杂的系统工程,但机组的状态检修,是以后机组检修的必然趋势。我厂在机组状态检修工作中,只是迈出了一小步,要真正达到按机组的运行状态,有针对性的对机组实施状态检修,今后的要做工作还有很多。4.2建议建立完善的组织机构,真正把在线监测、状态检修管起来我厂对机组在线监测、状态检修十分重视,由厂长亲自挂帅,抽调厂各部门的技术骨干力量,由生技部主任、检修及运行主任、生技专工等人员兼职。成立了状态检修领导小组。小组成立后,立即开展了工作,制定了机组在线监测、状态检修治理办法,定期召集小组成员研究机组的运行的新情况,根据机组的实际状况,制定相应的检修周期及检修项目,并负责组织实施、协调及解释。实施中小组成员及时跟踪、吃住在现场,严格按照国家规定的各项规程、制度,把住设备检修的质量关,注重机组的检修工艺标准,各项作业均按本厂制定的标准化作业及规范化治理细则中的有关规定执行。对设备出现的任何问题,机组状态检修领导小组成员必须做到心中有数,以便制定行之有效的解决措施,检修项目、检修工期等的变更必须由领导小组决定,其他人员无权更改。尽管我们在机组状态检修上作了很多的工作,但还存在着一些治理上的弊病,如机组振动摆度监测装置没有专人治理,放在运行监控室无人管,显示数据是否正常也不知道,没有使装置真正发挥作用。手持式振动摆度测试仪放在班组没有有效地进行治理,使用的时候缺东少西,配件都找不到。5今后机组状态监测及状态检修设想5.1机组状态监测对象及目标总体而言:状态监测系统应包括如下几方面的内容:机组稳定性状态监测子系统、机组效率状态监测子系统、机组气蚀状态监测子系统、发电机运行状态监测子系统和其他系统传输的开关量、模拟量等。并且包括将这些系统整合起来进行数据治理、诊断及网络发布的状态诊断网络,通过这一网络,则可使电厂各生产单位及治理部门可随时灵活地治理机组状态信息,达到为生产和检修服务的目的,如图1所示:图15.2 各部分功能说明(1)稳定性状态监测子系统部分此部分系统我厂已经进行了具体实施,在此不再详述。(2)机组效率状态监测子系统部分水轮机效率因机型的不同,设计制造水平的不同而不同。在已投入运行的机组中,有的由于设计选造型不合理或在制造安装中存在着缺陷和遗留参考。因此水轮机效率在线监测一直是实现电厂经济技术指标考核和经济运行的一个重大科技攻关课题。随着计算机、通信、信息、测控等一系列新技术的迅速发展和在电厂的研究,虽说还不够充分,但比较成熟和一致的解释,除上述周期性的压力波动外,还有下列现象:当压力降低到饱和蒸气压时,水流不仅产生气泡,溶解在水中的气体也以气泡形式选出,这种空气泡会随着水流排出。当气泡的产生和消失发生在固体表面时,水流质点高速度的周期性冲击象锐利的刀尖一样剧烈地打击着固体表面,造成固体表面的机械破坏,称为剥蚀。假如固体表面粗糙,则剥蚀更严重。此外,气泡受压缩时,由于体积缩小而温度升高,再加上水流质点相互高速度的撞击和对固体的撞击也产生热量,实验证实,当气泡凝聚时,所引起的局部温升可达300℃左右,使得冷热固体形成了热电偶,彼此间产生了电流,这是固体表面遭受侵蚀的电化学原因。综上所述,气蚀是一个综合的物理现象的而非单一的物理量,因此它是不可能通过某一单一的物理量来描述和测量的,而只能通过综合的理论化和效果描述在目前还十分困难,很难用于推广和猜测。图2根据气蚀发生的条件,水轮机中的气蚀一般可分为3类:翼型(叶型)气蚀这是反击式水轮机普遍具有的气蚀现象。水流流经叶片时,在叶片表面形成压力差,使转轮旋转作功。通常叶片的正面是正压力,而背面是负压力,这种负压是转轮作功所必须的,但它又造成了气蚀条件。从理论上讲,这个气蚀条件可从水轮机安装高度上加以解决,所以翼型气蚀产生的主要原因是由于转轮叶片制造中不符合模型要求而引起的。在运行中由于运行工况不良也会引起翼型气蚀。当水轮机运行在低水头(低于设计水头,非凡是在转轮答应的最小工作水头四周)和低负荷运行时,水流经过叶片就会产生脱流和旋涡,转轮出口处每一个叶片形成一个旋涡,再加上整个转轮出口的旋转水流,就在转轮和尾水管进口处形成一个大旋涡(或大涡带)。其旋涡中心产生很大的真空,形成空腔气蚀,这种旋涡以一定的频率在尾水管内旋转,而其中的真空带周期性的扫射在尾水管的四面壁上,结果是一方面造成尾水管壁的气蚀破坏,另一方面产生周期性的压力波,形成强烈噪音,严重时可引起整个机组振动。在导叶下端面间隙处,导叶关闭时导叶与导叶立面间隙处,以及转轮止漏装置间隙处,当水流通过这些较小的间隙时,流速产生局部增高和压力降低因而产生气蚀,这种现象称为间隙气蚀。当机组在低负荷运行时,导叶开度较小,局部流速增高,压力降低,很轻易产生间隙气蚀。以上三种气蚀对效率和稳定性影响最大的当属空腔气蚀,目前,对空腔气蚀和间隙气蚀均可采用综合分析法准确的判定和监测,即通过测量尾水管压力脉动、尾水管振动、顶盖振动、水导轴承涡动、止漏装置水压脉动、导叶后水压脉动等等这些量的综合分析,可以评估空腔气蚀及间隙气蚀效应的强弱,对于翼型气蚀,其产生的效应频率宽广,必须用涵盖整个音频范围的分析设备和仪器来加以控制和分析,造价昂贵,而且因为翼型气蚀发生的位置对监测效果影响较大,所以对于翼型气蚀仅限于发现其产生,很难评估其破坏能力,因此可知绝大多数可以采用低廉的综合分析法,避免空腔气蚀和间隙气蚀,已经可以产生非常明显的经济效益。(4)发电机运行状态监测子系统水轮发电机定、转子空气间隙是一项重要的电磁参数,它对电机的其它参数、运行性能及技术经济指标有着直接的影响。设计选定的气隙值,由于种种原因,在机组安装、试运行以后会发生变化。这些原因包括制造、安装的诸因素和定、转子结构部件受电磁力及离心力的作用,其中尤其与发电机转子结构特征有较大关系。运行中的发电机气隙均匀性直接影响其电气特性和机械性能的稳定,有着不容忽视的作用。发电机运行状态在线监测系统在线监测发电机定、转子空气间隙,可以直接测量出经过长期运行后定子的变形趋势及大小;转子磁极的松动和结构变形;定转子同心度的定位偏差和改变倾向,以及在正常运行和电气事故冲击过程中动态气隙是否满足安全标准,对于评估发电机的稳定性有着不可替代的和十分重要的作用。具体的检测过程采用在定子内部贴装薄片状气隙传感器实现,目前已有标准的传感器可购买,效果轻易保证。磁通量测量:大量的定子绝缘故障及转子绕组故障都会伴随着对应空间位置的磁通量变化,正是基于这一原理,可以通过检测发电机定量间隙中的磁通量获得定转子电气状态的直接测量结果。例如:当某一磁极发生匝间短路,则当这个磁极擦过磁通量传感器位置会比其他磁极所产生的磁通量更小,从而明确地定位此故障。又如通过长期监测贴于定子某一位置的磁通量,通过分析其变化方法是通过检测局部放电脉冲的频率、幅值、极性和相位来评估绝缘系统的老化程度。以往发电机局部放电测试被高强度电子噪声干扰,使得测试结果很难分析,需要高度的专业水平才能做出正确的分析。但是,随着近期高新技术的不断发展,可以消除噪声干扰并将局部放电量化的仪器和传感器被开发出来,使得测试过程的进行和结果分析可以由电站的一般非专业工作人员在机组运行的情况下完成,增强了系统的实用性。致力于通过检测局部放电来诊断和测试绝缘质量和老化程度,有利于延长检修周期,降低检修和生产成本,保证设备的良好状态和提高设备的利用率。绝缘监测的实用技术基本上是基于对局部放电产生的放电脉冲的监测,比较廉价的方式可以直接监视和分析定子中性点的接地电流或者更完备的增加各相电流及转子电流的波形监测,可以定性的评估出绝缘老化的状态,对于典型的放电能够根据的绕组的电气长度精确定位,昂贵的方案是采用电容式检测法也能达到同样效果,其分析技术要求较低。(5)其它系统传输的开关量、模拟量等5.3其它在线监测系统包括主变在线监测、避雷器在线监测等,这些在线监测系统相对而言分析诊断的自动化水平还不是很高,其测量结果的综合应用也还不是很成熟,数据量也不大,所以可以使用机组状态监测系统的网络及数据治理功能统一规划,简化其系统结构,降低成本。它们和状态监测网络的联系均采用单向数据通讯,可以有效防止病毒及故障的相互影响,提高可靠性。5.4网络部分状态数据服务器提供整个网络访问的数据源,即所有用户均可以在网上实时查看状态监测的结果报告,专门的用户还可以实时的分析和诊断当前的机组状态,所以,此数据服务器为一全自动的冗余数据库,并且具有完全的开放性和扩张能力。WEB服务器提供整个网络的访问服务及防火墙,在用户规模和用户访问量较小时也可省略(但性能降低了),主要是完成状态监测网和用户局域网的物理连接,采用浏览服务和TCP-IP通道技术,阻止病毒和破坏性程序的迅速感染。工程师工作站:作为整个网络的维护、监视和培训设备,可以由专门的值守人员使用,实时的监视和分析整个系统的各类数据。数据交换站:完成其他扩展性在线监测系统向状态监测网络的开放性接入工作,并且完成计算机监控系统中已测物理量在状态监测网络中的共享使用,并通过单向获取数据方式从根本上杜绝病毒的传播,避免对监控系统的影响。综上所述,在云峰的状态监测系统实施计划中,还有许多的实际工作需要分批分期循序渐进的实施。由于机组稳定性、机组效率、机组气蚀及发电机运行状态监测等系统发展较早,可以较好的互相映证,达到倍增效应,所以先期完善这些系统其应用效果和经济效益更为明显。其次,状态监测网络在投资较少时可以先不考虑,但其构建将使一套监测系统变为多人多地点同时进行不同工作的全新状态监测模式,充分发挥了投资的效益和状态监测的实用性,使整个的性能倍增且可以根据实际情况选择与状态监测网络同步发展与规划,或者甚至优先实施以保证实用效果的构建方式。

来源:徐刚
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