汽轮发电机组的故障诊断与状态维修

摘 要：文章是结合鹤岗发电厂实行状态维修的实践结果而写的文章。实现状态维修必须具备两个条件：首先必须建立起科学的管理体系，即建立保证电厂设备可靠性高而维修成本又低的集约型管理体系；其次根据设备实际情况建立准确可靠的监测诊断系统，通过该系统，管理人员可以根据实际状态进行状态维修，又使设备在最佳工况下运行。

关键词：汽轮发电机组；故障诊断；维修

1 按状态维修方式建立管理体系

设备状态维修是一种先进的新的管理方式，与定期检修有很大差别，为了实现状态维修必须建立起一套新的办法，建立新的管理体系。

1.1 厂级状态维修中心主要任务

由主管生产的副厂长或总工程师任主任，下设副主任1人。状态维修中心主要任务：（1）制定本厂状态维修目的：提高设备可靠性，使故障率下降75%～80%，按最优化方式维修减少维修费用40%～50%，先在主要转机上实现状态维修，逐渐扩大状态维修的设备。（2）制定状态维修制度：定人，定设备，定诊断时间，汽轮发电机组每周诊断两次，送引风机每周诊断一次，发现异常的设备每天诊断一次。（3）建立状态维修决策中心，由各专业专工组成：汽机专工2人，锅炉专工2人，电气专工2人，热工专工2人，其中诊断组长一人。设若干点检人员（点检员根据离线监测设备而定）。（4）审批状态维修方案，由状态维修决策中心提出状态维修方案召开专门会议审批，也可借助专家协助诊断。（5）评估状态维修实施的效果，每次状态维修后进行总结：哪些成功经验，哪些教训，同时找出改进办法。

1.2 状态维修决策中心主要任务

决策中心是状态维修的技术参谋部，根据厂状态维修中心总的目标与规划，实时诊断设备状态，提出状态维修方案。

（1）对全厂设备进行评估：把全厂设备分成三大类：现在可以实现状态维修设备有：两台汽轮机，送引风机及其电动机，循环水泵及其电动机，给水泵及其小汽机等。现在按定期大修设备有：磨煤机、灰浆泵及锅炉，但是也要监测诊断。现在按故障后维修的设备有：小型生水泵，小型油泵等。（2）确定状态维修设备的状态监测参数：汽轮机发电机状态监测参数：振动信号并形成六种特征曲线：频谱图、轴心轨迹图、波德图、瀑布图、轴心位置图与极座标图。汽轮机热力性能监测：汽轮机各效率，热耗率，凝汽器清洁度，给水泵效率，各种换热器损失。（3）主要辅机监测参数：振动信号及频谱分析，轴瓦摩擦声发射监测，电动机除了监测电流外，还要进行电流频谱分析。

1.3 状态分析与故障诊断

汽轮发电机组诊断：根据六种特征曲线可以诊断故障有：初始不平衡、动叶飞出、轴弯曲、轴承摩擦、轴承钨金损坏、联轴器不对中、轴瓦松动、轴承座变形或下沉、轴承箱松动、转子热不平衡与热弯曲、发电机转子热不平衡、热弯曲、密封摩擦等。

（1）根据汽轮机热力系统状态参数诊断：汽封间隙通流部分结垢，汽轮机缸内漏汽，凝汽器结垢，给水泵效率，换热器损坏等。（2）主要辅机诊断故障：初始不平衡、不对中、轴承损坏、转动部件松动、地脚螺栓松动，根据声发射信号诊断摩擦情况，根据电动机频谱特征诊断转子断条，端环损坏，气隙间隙不均，静子线圈松动。三相电流不平衡。

1.4 点检制

电厂小型设备很多，这些设备采用离线检查，即采用点检制办法，点检制必须实行四定办法：定设备、定人员、定时间、定指标。

1.5 数据网络化管理

实现状态维修要求调用很多数据及决策软件，为了完成这个任务，必须实现网络化管理，如远程诊断：由中心计算机通过Modem用长途电话线或者Internet与远程诊断中心相连，通过远程诊断可以充分利用诊断中心积累的丰富诊断信息为电厂诊断特殊的故障原因，诊断中心根据电厂的要求及时将诊断结果传给电厂。

1.6 状态维修培训制度

1.6.1 决策层领导人员培训内容：状态维修的基本概念，实现状态维修是管理方式由粗放型管理向集约型管理的转化，实现状态维修要建立相应机构及制度，实现状态维修可以提高电厂安全性与经济性的理论根据及实例。

1.6.2 诊断人员培训内容：状态维修基本概念，状态维修监测基本原理及办法，故障诊断原理及办法，数据采集、信号处理、故障诊断及远程诊断。

1.6.3 操作人员培训内容：状态维修基本概念，传感器及仪表使用办法，计算机使用办法，数据整理与分析。

根据设备的特点建立监测诊断系统实现状态维修必须实时掌握设备的状态，从而根据设备状态决定维修办法，不同的设备有不同的特征，要求有不同的监测诊断系统。

2 汽轮机组轴系监测诊断系统

2.1 振动监测诊断系统

振动监测系统组成：振动传感器、数据采集、信号处理与故障诊断。

用电涡流传感器监测轴振，两个传感器互相垂直，振动监测仪表及保护装置同前一样。数据采集系统用于采集正常稳定状态和启停机过程数据。这些信号和数据可以暂时存于采集器的存贮器中也可以周期地传送到分析诊断系统中，计算机信号处理和故障诊断系统是本系统核心部分，它起到状态监测、故障诊断、报警处理、数据分析作用。

通过信号处理形成六种特征曲线：幅值频谱图、轴心轨迹图、轴心位置图、波德图、瀑布图、极座标图。由这些特征曲线诊断故障原因。

2.2 汽轮机热力性能指标监测诊断系统

根据汽轮机通流部分热力参数可以实时监测汽轮机三缸内效率，再根据热力系统参数可以计算出热耗率等性能指标，根据这些性能指标同样可以诊断汽轮机状态。例如：在额定功率下测得汽轮机效率下降，表明通流部分有故障，例如汽封间隙损坏、喷嘴与动叶结垢等。如果用一些参数判断排除结垢原因，主要是由于汽封间隙增加引起效率下降，根据经验积累，给出效率变化与汽封间隙变化之间关系。

3 轴振信号与效率的综合诊断

以鹤岗发电有限责任公司#2机组，同时具有振动小、效率高的优点，根据电厂#2机安装总结材料，安装时严把质量关，轴系对中好。轴承间隙及紧力均符合制造厂标准，各汽缸轴端汽封间隙及隔板汽封间隙均很小，保证了轴系稳定，振幅很小，通过临界转速时振幅也很小，汽封没有发生磨损。 对比实测值与设计值非常接近，虽有一些值不相等这可以理解，因为安装时也会有误差，根据检修人员反应，根本看不到汽封有磨损情况，这个结果与频谱图所测结果相一致，即频谱图中没有密封摩擦时亚频成分。估算汽机内部汽封间隙变化很小，虽然是近似计算，但是这个结果与振动监测结果完全一致。

4 主要辅机状态监测诊断系统

电厂辅机种类数量均很多，不可能也没必要都采用在线监测，应根据辅机对生产影响程度决定是否在线监测。在大电厂送引风机、给水泵、循环水泵应用在线监测，其它辅机应用离线监测。

4.1 主要辅机状态监测与故障诊断系统

a、监测诊断系统，多台辅机进行集中监测，即用一台工控机同时监测多台辅机，对于大型机组可以在一个单元设置一台工控机，对于小型机组可用一台工控机同时监测两个单元辅机，具体方案根据实际情况决定。b、故障诊断专家系统：根据频谱分析、电流频谱图、声响信号可以诊断以下故障：初始不平衡、不对中、轴承摩擦、机械松动、机座松动、滚珠损坏、滚架损坏、电机气隙间隙不均，电机转子笼条断裂等。c、信号处理：

显示棒形图、时域波形图、频谱分析图、历史曲线、事故储存、超限报警、打印。

4.2 振动监测与诊断

用速度型传感器监测瓦振，由下位机采集信号并储存，由一台下位机同时监控多台辅机，按指令送入上位机进行处理并进行故障诊断，故障诊断软件存于上位机中。

参考文献

[1]J·莫布雷.石磊，等译.以可靠性为中心的维修[M].北京：机械工业出版社，1995.

[2]韩捷，张瑞标.旋转机械故障机理及诊断技术[M].北京：机械工业出版社，1997.

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