大型發(fā)電機(jī)低本高效的狀態(tài)檢修策略研究

華能武漢發(fā)電有限責(zé)任公司 吳永兵

0 前言

大型發(fā)電機(jī)以往采用定期預(yù)試、計(jì)劃?rùn)z修的固定模式,日益暴露出其缺陷,主要表現(xiàn)在:一是臨時(shí)性檢修頻繁，修后質(zhì)量無法保證;二是計(jì)劃性大修周期鎖定，各企業(yè)大、小修項(xiàng)目制定盲目，修理成本高居不下；三是定期預(yù)試和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的問題不能及時(shí)徹底處理解決；四是檢查、檢測(cè)技術(shù)落后，機(jī)組深層次的隱患不易發(fā)現(xiàn)。隨著電力工業(yè)的發(fā)展,適時(shí)提出了對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行狀態(tài)檢修(CBM),發(fā)電機(jī)狀態(tài)檢修是在發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)督領(lǐng)域中,從發(fā)電機(jī)故障案例出發(fā)，對(duì)各種易發(fā)故障現(xiàn)象進(jìn)行歸類總結(jié)的基礎(chǔ)上結(jié)合預(yù)防性試驗(yàn)的手段、從計(jì)劃?rùn)z修的模式下脫穎而出的一種新模式,它檢修的依據(jù)不局限于預(yù)防性試驗(yàn)的數(shù)據(jù),而是在收集、掌握、分析發(fā)電機(jī)的各種狀態(tài)信息的基礎(chǔ)上,進(jìn)行綜合判斷,評(píng)估發(fā)電機(jī)狀態(tài),從而指導(dǎo)發(fā)電機(jī)的檢修。

1 低本高效狀態(tài)檢修策略分析

（1）首先要摸清運(yùn)行中發(fā)電機(jī)異常狀態(tài)來源。各種異常發(fā)現(xiàn)的越早，對(duì)發(fā)電機(jī)的停機(jī)消缺、檢測(cè)或檢修就越具有指導(dǎo)意義，越能避免潛在的隱患演變成事故。

發(fā)電機(jī)狀態(tài),是一個(gè)連續(xù)的系統(tǒng)性概念,指發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、材料選用、組裝、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)施工、調(diào)試、運(yùn)行的狀況以及投運(yùn)以來發(fā)生過的異常情況，如發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程因故障產(chǎn)生過電流、過電壓、過負(fù)荷等,都會(huì)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)產(chǎn)生影響。影響發(fā)電機(jī)狀態(tài)的因素有很多,但以下幾個(gè)主要因素是需要高度重視：制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量、運(yùn)行工況、操作維護(hù)、檢修的工藝標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)電機(jī)本身的壽命周期。

（2）大型發(fā)電機(jī)不抽轉(zhuǎn)子故障診斷技術(shù)的應(yīng)用和局部微創(chuàng)檢修技術(shù)的開展，能較好地保證原機(jī)組良好運(yùn)行工況不變，發(fā)現(xiàn)和解決發(fā)電機(jī)組潛在的隱患和故障。有效的縮短了檢修工期，節(jié)約了大量檢修費(fèi)用，降低了抽轉(zhuǎn)子檢修的風(fēng)險(xiǎn)。積累了各種狀態(tài)檢修、檢查、檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)。

【案例1】華能石洞口二電廠采用ABB開發(fā)的鋼絲牽引沿發(fā)電機(jī)氣隙縱向移動(dòng)機(jī)械小車見圖1，即可目測(cè)發(fā)電機(jī)定，轉(zhuǎn)子鐵芯，槽楔表面和轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)內(nèi)側(cè)，又可在“小車”上裝一個(gè)可以發(fā)出一定振達(dá)力和頻率的“小錘”，通過振動(dòng)傳感器，將振打槽楔的振幅轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由光纜輸送到頻響分析儀作計(jì)算處理，判斷出槽楔松緊度。該方法明顯優(yōu)于抽轉(zhuǎn)子后的人工測(cè)量，規(guī)避了發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子檢測(cè)槽楔和鐵芯的盲目性，降低了大修風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)用這套裝置成功的發(fā)現(xiàn)該廠#1機(jī)轉(zhuǎn)子第E槽中部一塊槽楔斷裂。

應(yīng)用該裝置還可測(cè)量鐵芯層間絕緣，換上一個(gè)可測(cè)量磁通的探頭 ,沿定子鐵心齒面自動(dòng)移動(dòng) ,當(dāng)轉(zhuǎn)子本體作為一個(gè)單匝線圈通過一個(gè)外加約100A、50Hz的交流電時(shí) ,定子鐵心齒面即會(huì)感應(yīng)出一個(gè)漏磁通，見圖2。把采集到的漏磁通轉(zhuǎn)換成電信號(hào)數(shù)據(jù)處理。若鐵芯表面存在某點(diǎn)短路，則會(huì)在顯示器出現(xiàn)一個(gè)變化的脈沖。因ABB裝置采用該法激磁電流大，能使整個(gè)定子鐵芯都產(chǎn)生磁通，故探測(cè)范圍廣，反應(yīng)靈敏，不存在死角。該裝置還能檢測(cè)大軸絕緣，和分析轉(zhuǎn)子繞組匝間絕緣。

圖1 縱向移動(dòng)機(jī)械小車

圖2 裝置示意圖

結(jié)合上述故障狀態(tài)檢測(cè)的應(yīng)用，我們更應(yīng)倡導(dǎo)發(fā)電機(jī)在不抽轉(zhuǎn)子的情況下，對(duì)下列項(xiàng)目進(jìn)行微創(chuàng)檢修：端部線圈壓板松動(dòng)緊固或更換，轉(zhuǎn)子導(dǎo)電螺釘松動(dòng)密封件更換，絕緣引水管和溫度測(cè)點(diǎn)更換等微創(chuàng)檢修，并結(jié)合傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)絕緣試驗(yàn)等內(nèi)容，構(gòu)筑一套低本高效的狀態(tài)檢修模式。

（3）隨著發(fā)機(jī)組狀態(tài)檢修的深入開展，傳統(tǒng)的計(jì)劃性檢修次數(shù)會(huì)逐步減少，檢修周期開始延長(zhǎng)，對(duì)于無法回避又十分難得的發(fā)電機(jī)組大、小修機(jī)會(huì)，我們各企業(yè)更應(yīng)加大檢查范圍，檢測(cè)深度。對(duì)機(jī)組先天不足的構(gòu)件進(jìn)行改造，對(duì)機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行后容易磨損的軸承，端部線圈松動(dòng)，發(fā)電機(jī)上、下端蓋結(jié)合面漏氫，內(nèi)冷水系統(tǒng)中線棒容易堵塞，發(fā)電機(jī)各部位絕緣老化，鐵芯、線棒溫度測(cè)點(diǎn)失靈又無法更換等共性問題，應(yīng)借鑒它廠成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行歸類、總結(jié)、分析，提出合理切實(shí)可行的檢修方案，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)使用壽命，保證機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行。

（4）發(fā)電機(jī)組大、小修的過程控制是保證機(jī)組修后質(zhì)量的重要手段，現(xiàn)在許多發(fā)電公司的發(fā)電機(jī)大修工作已經(jīng)外包，過程控制的環(huán)節(jié)更顯得尤為重要，借鑒國(guó)外先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)管理理念，發(fā)電機(jī)檢修現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)視頻監(jiān)視裝置，對(duì)作業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)檢修加強(qiáng)過程控制。同時(shí)在發(fā)電機(jī)解體后的檢測(cè)，檢查階段聘請(qǐng)有關(guān)專家會(huì)診，對(duì)一些較難進(jìn)入的人孔門、發(fā)電機(jī)內(nèi)部通風(fēng)管、發(fā)電機(jī)背部風(fēng)區(qū)隔板和定子鐵芯固定大筋檢查，檢修。特聘請(qǐng)身材小巧專業(yè)技術(shù)工人，入內(nèi)查看，處理隱患，確保了機(jī)組修后質(zhì)量。

（5）發(fā)電機(jī)建立狀態(tài)采集、狀態(tài)分析，評(píng)估和對(duì)應(yīng)狀態(tài)檢修模塊,每個(gè)模塊的工作完成后才能向下一級(jí)模塊推進(jìn)，也是發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)低本高效狀態(tài)檢修的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，每個(gè)模塊之間是相互關(guān)聯(lián)，互為因果的關(guān)系。

2 發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)模塊狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的建立

通過對(duì)發(fā)電機(jī)油系統(tǒng)、內(nèi)冷水系統(tǒng)、開式循環(huán)水系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)本體外殼和外圍氫管道系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)和公式推導(dǎo)，運(yùn)用軟件專家分析系統(tǒng)，建立發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估模塊，并通過該模塊明確發(fā)出氫氣的泄露量、泄露的部位、危險(xiǎn)指數(shù)、應(yīng)采取的安全措施和檢修處理建議。

圖3 發(fā)電機(jī)氫系統(tǒng)狀態(tài)模塊

3 發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣壽命狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)模塊的建立

發(fā)電機(jī)絕緣材料的選擇、發(fā)電機(jī)繞組局部放電監(jiān)測(cè)（可定位發(fā)電機(jī)定子繞組系統(tǒng)內(nèi)的局部放電點(diǎn)）、絕緣電阻，極化指數(shù)及吸收比，交直流耐壓，發(fā)電機(jī)運(yùn)行中各冷卻介質(zhì)的參數(shù)（氫、水系統(tǒng)流量、流速、壓力檢測(cè)、氫氣濕度），近期受到的故障沖擊（過電壓，過電流）和運(yùn)行中各部位溫度的監(jiān)測(cè)，介損、鐵損，轉(zhuǎn)子風(fēng)速，定子流量檢修數(shù)據(jù)，建立發(fā)電機(jī)絕緣模塊狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)。

圖4 發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣壽命狀態(tài)評(píng)估模塊

4 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子狀態(tài)檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)與診斷模塊的建立

結(jié)合原動(dòng)機(jī)（汽輪機(jī)）機(jī)械動(dòng)力學(xué)行為、電力系統(tǒng)電氣行為、發(fā)電機(jī)軸系運(yùn)行狀態(tài)（轉(zhuǎn)速，振動(dòng)）及電磁行為監(jiān)測(cè)信息，由機(jī)電耦合參數(shù)模型分析發(fā)電機(jī)（包括軸承）動(dòng)態(tài)行為，實(shí)現(xiàn)軸系振動(dòng)故障報(bào)告，完成該評(píng)估報(bào)告還應(yīng)結(jié)合歷史檢修數(shù)據(jù)（如：汽發(fā)勵(lì)軸系的同軸數(shù)據(jù)、發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子間隙、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子配重螺釘?shù)臋z測(cè)，定、轉(zhuǎn)子通風(fēng)系統(tǒng)的檢查，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路絕緣的檢測(cè)，轉(zhuǎn)子匝間短路，軸接地故障的監(jiān)測(cè)，軸瓦絕緣座的檢查，軸電腐蝕和磨損的情況）。

圖5 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子狀態(tài)檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)與診斷模塊的建立

5 發(fā)電機(jī)外圍輔助系統(tǒng)狀態(tài)模塊的建立

圖6 發(fā)電機(jī)外圍輔助系統(tǒng)狀態(tài)模塊的建立

6 發(fā)電機(jī)多重保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)分析模塊的建立

圖7 發(fā)電機(jī)多重保護(hù)系統(tǒng)可靠性狀態(tài)分析

綜合以上5大狀態(tài)模塊信息系統(tǒng)分析結(jié)果可以對(duì)發(fā)電機(jī)狀態(tài)信息評(píng)估進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，現(xiàn)將其狀態(tài)分為四個(gè)等級(jí)：A級(jí)，正常狀態(tài)；B級(jí)，可疑狀態(tài)；C級(jí)，不良狀態(tài)；D級(jí)，危險(xiǎn)狀態(tài)。

同時(shí)對(duì)不同狀態(tài)分析結(jié)果可給出不同的三種檢修模式建議：1不修（繼續(xù)運(yùn)行）；2局部檢修（停機(jī)或不停機(jī)檢修）；3大修（停機(jī)抽轉(zhuǎn)子檢修）。

發(fā)電機(jī)正常狀態(tài)主要條件：

A、正常狀態(tài)：指運(yùn)行正常、試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常或其中個(gè)別試驗(yàn)參數(shù)可疑，但數(shù)據(jù)穩(wěn)定。正常狀態(tài)的發(fā)電機(jī)必須同時(shí)滿足如下條件：

(1)發(fā)電機(jī)制造、運(yùn)輸質(zhì)量良好,符合技術(shù)協(xié)議及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；在提高絕緣水平、抗短路能力及適應(yīng)調(diào)峰方面有措施,出廠試驗(yàn)、交接安裝試驗(yàn)一次性通過,發(fā)電機(jī)無任何薄弱環(huán)節(jié)和缺陷等。

(2)定子繞組的絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)在周期內(nèi)保持穩(wěn)定且符合標(biāo)準(zhǔn)。

(3)發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)正常,機(jī)組振動(dòng)、噪音及巡回檢查未發(fā)現(xiàn)異常,紅外測(cè)溫?zé)o局部過熱現(xiàn)象。

(4)發(fā)電機(jī)各部溫度正常,定冷水導(dǎo)電率、PH值、氫氣純度和濕度正常,漏氫量不超標(biāo),油系統(tǒng)運(yùn)行正常且油質(zhì)合格。

(5)空載特性、短路特性、鐵芯損耗試驗(yàn)、定子繞組及端部泄漏電流、耐壓試驗(yàn)、0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)合格。

B、發(fā)電機(jī)可疑狀態(tài)主要條件

可疑狀態(tài)：指在試驗(yàn)、檢修周期內(nèi),發(fā)現(xiàn)某些參數(shù)反映發(fā)電機(jī)內(nèi)部可能有異?，F(xiàn)象,但仍有很多不確定因素。凡有下列諸因素之一均屬此狀態(tài)：

(1)在試驗(yàn)周期內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)定子繞組絕緣下降到前次 70%以下,但絕對(duì)值(20℃時(shí))≥500M ,極化指數(shù)≥2,吸收比≥1.6。

(2)在試驗(yàn)周期內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組絕緣、軸承絕緣、密封支座及中間環(huán)絕緣、穿心螺桿絕緣、端部鐵芯及軸瓦熱電偶絕緣、電阻測(cè)溫元件絕緣等絕緣測(cè)試值較前次下降30%以上,但仍在標(biāo)準(zhǔn)限值以上。

(3)發(fā)電機(jī)各部溫度或者考核溫差不正常升高,但仍在報(bào)警限值以內(nèi)。

(4)定冷水導(dǎo)電率、PH值、氫氣純度和濕度等參數(shù)異常，超過期望值規(guī)定但仍小于報(bào)警值;額定壓力下的定子冷卻水流量明顯降低，但仍在報(bào)警值以上。

(5)定子繞組絕緣電腐蝕檢查發(fā)現(xiàn)異常但數(shù)值在允許范圍。

(6)定子繞組各相或各分支的直流電阻值，相互間差別以及與初次(出廠或交接時(shí))測(cè)量值比較，相對(duì)變化大于1%。

(7)定子鐵芯試驗(yàn)時(shí)，磁密在1T下齒的最高溫升明顯增大，但仍然＜25K，齒的最大溫差＜15K。

(8)空載特性、短路特性試驗(yàn)過程及記錄中發(fā)現(xiàn)空載特性和短路特性曲線較出廠或歷年的試驗(yàn)有下降現(xiàn)象,但仍在允許的范圍內(nèi)。

C、發(fā)電機(jī)不良狀態(tài)主要條件

不良狀態(tài)：指歷次周期性試驗(yàn)或跟蹤測(cè)試結(jié)果分析存在故障，且基本確定故障部位及故障原因，判斷這種故障在短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生事故。凡有下列因素之一,均屬此狀態(tài)：

(1)定子繞組絕緣、轉(zhuǎn)子繞組絕緣、軸承絕緣、密封支座及中間環(huán)絕緣、穿心螺桿絕緣、端部鐵芯及軸瓦熱電偶絕緣、電阻測(cè)溫元件絕緣等低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

(2)發(fā)電機(jī)各部溫度或者考核溫差超過報(bào)警限值但在跳閘值以下,如線圈層間電阻測(cè)溫元件最高與最低的溫差超過8℃但小于12℃。

(3)定冷水導(dǎo)電率、PH值、氫氣純度和濕度等超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；額定壓力下的定子冷卻水流量明顯降低至報(bào)警值。

(4)定子繞組絕緣電腐蝕檢查發(fā)現(xiàn)：線棒出槽口處表面絕緣電阻＞0.5M ；線棒表面電位＞100V；發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，測(cè)溫元件感應(yīng)電壓超過＞10V。

(5)定子繞組端部手包絕緣表面電位測(cè)量＞500V。

(6)反映發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行工況的保護(hù)動(dòng)作跳閘。

(7)空載特性、短路特性試驗(yàn)過程及記錄中發(fā)現(xiàn)空載特性和短路特性曲線較出廠或歷年的試驗(yàn)有明顯下降。

(8)轉(zhuǎn)子交流阻抗測(cè)量值比出廠值降低10%以上；單開口變壓器測(cè)轉(zhuǎn)子匝間短路發(fā)現(xiàn)，測(cè)量出的角度差超過90或電壓值小1/3平均值。

D、發(fā)電機(jī)危險(xiǎn)狀態(tài)主要條件

危險(xiǎn)狀態(tài)：指試驗(yàn)數(shù)據(jù)或運(yùn)行參數(shù)表明發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障已不能運(yùn)行或運(yùn)行中隨時(shí)有可能發(fā)生事故。凡有下列因素之一均屬此狀態(tài)：

(1)定子繞組絕緣、轉(zhuǎn)子繞組絕緣嚴(yán)重低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

(2)發(fā)電機(jī)軸振超過0.254mm跳閘，存在明顯雜音。

(3)漏氫量嚴(yán)重超標(biāo)，無法維持額定氫壓運(yùn)行。

(4)定冷水流量突然降低，斷水保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。

(5)發(fā)電機(jī)發(fā)生嚴(yán)重的非同期并列情況。

(6)反映發(fā)電機(jī)定子繞組三相/兩相短路、單相接地、匝間短路、轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地等嚴(yán)重故障的保護(hù)動(dòng)作。

(7)發(fā)電機(jī)運(yùn)行中各部溫度嚴(yán)重超過限值。

(8)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)部漏水現(xiàn)象，甚至伴有定子、轉(zhuǎn)子接地。

7 低耗高效狀態(tài)檢修策略

通過對(duì)發(fā)電機(jī)的狀態(tài)評(píng)估,確定其對(duì)應(yīng)狀態(tài),進(jìn)而針對(duì)處于不同狀態(tài)的發(fā)電機(jī),采取不同的檢修策略。

(1)正常狀態(tài)的檢修策略：持續(xù)運(yùn)行，勿需檢修，但應(yīng)保持正常在線監(jiān)測(cè)、離線的周期性試驗(yàn)以及值班員和專業(yè)維修人員定期的巡視檢查。

(2)可疑狀態(tài)的檢修策略：可繼續(xù)運(yùn)行，但應(yīng)縮短試驗(yàn)周期并加強(qiáng)跟蹤監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)期間沒有進(jìn)一步劣化趨勢(shì)并穩(wěn)定在某一合格值內(nèi)，發(fā)電機(jī)可不進(jìn)行維修。機(jī)組一旦停運(yùn)，按照發(fā)電機(jī)綜合分析模塊發(fā)出檢修指令可進(jìn)行深度的停機(jī)檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果決定發(fā)電機(jī)進(jìn)行局部或抽轉(zhuǎn)子大修。

(3)不良狀態(tài)的檢修策略：說明發(fā)電機(jī)的安全可靠性在下降，必須通過檢修才能恢復(fù)到正常狀態(tài)，依據(jù)綜合狀態(tài)模塊診斷診斷結(jié)果，抓緊安排停運(yùn)，進(jìn)行有針對(duì)性的檢修。

(4)危險(xiǎn)狀態(tài)的檢修策略：應(yīng)緊急停運(yùn)投入恢復(fù)性檢修，檢修后經(jīng)試驗(yàn)合格方可重新投入運(yùn)行。

8 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電機(jī)狀態(tài)評(píng)估、局部微創(chuàng)檢測(cè)、檢修技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)使基于狀態(tài)評(píng)估的狀態(tài)檢修技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用越來越廣泛，各發(fā)電企業(yè)適時(shí)開展發(fā)電機(jī)狀態(tài)檢修管理體制創(chuàng)新，建立發(fā)電機(jī)狀態(tài)信息管理專家系統(tǒng)，提高狀態(tài)分析水平，是狀態(tài)檢修決策的關(guān)鍵。同時(shí)開展發(fā)電機(jī)微創(chuàng)檢查，局部檢修技術(shù)的培訓(xùn)也是保證低本高質(zhì)狀態(tài)檢修的有效手段。

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