基于精密診斷技術(shù)的檢修管理模式在漯河電廠的應(yīng)用

趙 炎，鄭 楠

(1.華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462300；2.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003)

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，電網(wǎng)容量快速提升，用戶對供電可靠性的需求不斷提高，許多國內(nèi)電力公司越來越清晰地認識到，只有提升發(fā)電設(shè)備的可靠性才能滿足市場的需求，才能在市場化競爭中立足。設(shè)備的維護與檢修管理是設(shè)備綜合管理的重點，設(shè)備全過程管理是綜合管理水平提升的重要抓手和主要措施，將發(fā)電廠的檢修高效化、精細化、全過程管理落實到位，發(fā)電設(shè)備安全、經(jīng)濟運行才能得到有效保障。

1 精密診斷概述

1.1 精密診斷的必要性

面對機、爐、電、環(huán)保4大主機及輔機等諸多昂貴設(shè)備，電廠設(shè)備檢修綜合管理水平的優(yōu)劣，對設(shè)備運行的可靠性、安全性產(chǎn)生影響，并進一步影響企業(yè)的競爭力和社會效益[1]。傳統(tǒng)的設(shè)備管理方法存在諸多不足，單憑眼看、手摸、耳聽、鼻嗅等感觀經(jīng)驗來判斷設(shè)備故障已無法適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，沿用傳統(tǒng)的以周期為準(zhǔn)則的檢修計劃制度，已經(jīng)不能滿足“提質(zhì)增效”的相關(guān)要求，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)高速發(fā)展的迫切需要[2]。如何利用計算機、大數(shù)據(jù)、人工智能等高科技手段和先進的精密診斷技術(shù)更科學(xué)地管理好設(shè)備，形成最佳檢修模式、提高設(shè)備的利用率和安全可靠性、降低檢修費用、延長設(shè)備及部件使用壽命，已成為電力企業(yè)不容回避的問題。

1.2 精密診斷技術(shù)

常用的精密診斷技術(shù)方法有設(shè)備振動分析診斷技術(shù)、超聲頻率診斷技術(shù)、紅外成像診斷技術(shù)、油液分析診斷技術(shù)以及電流頻譜診斷技術(shù)等[3-6]。

1.2.1 振動分析診斷技術(shù)

振動診斷技術(shù)是通過頻譜信號分析，對設(shè)備進行故障診斷和分析。利用振動頻譜分析技術(shù)可以對以下故障進行診斷：轉(zhuǎn)子不平衡、彎曲、裂紋；軸系不對中；動靜部件摩擦；共振；松動；流體引起的振動，滑動軸承的油膜渦動和油膜震蕩；齒輪嚙合故障等。

1.2.2 超聲診斷技術(shù)

超聲診斷技術(shù)是通過檢測特定的超聲頻率，從不同頻率源或噪音源中識別故障頻率特征，實現(xiàn)對設(shè)備早期故障的發(fā)現(xiàn)和原因分析，并預(yù)測故障發(fā)展趨勢。超聲診斷技術(shù)可以用來檢測電氣設(shè)備的局部放電、電廠熱力系統(tǒng)閥門內(nèi)漏、汽輪機真空系統(tǒng)查漏、轉(zhuǎn)動機械軸承磨損轉(zhuǎn)動、機械潤滑等故障。

1.2.3 紅外溫度診斷技術(shù)

紅外溫度診斷技術(shù)是依靠紅外熱成像檢測設(shè)備運行的實際狀態(tài)，以此確定其整體或局部部件是否處于正常運作狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及缺陷原因，并推演設(shè)備缺陷發(fā)展方向的技術(shù)。運行設(shè)備的零部件出現(xiàn)部件磨損、金屬疲勞、擠壓變形、表面腐蝕、間隙松動、表面熔融、材質(zhì)劣化或異常振動等不正常狀態(tài)時，造成外表溫度場的變化，這些都可以利用紅外熱成像檢測。

1.2.4 油液診斷技術(shù)

油液診斷技術(shù)是通過對設(shè)備內(nèi)部典型的油樣進行化學(xué)成分分析，以此判斷設(shè)備的運行狀態(tài)及缺陷問題，主要涉及潤滑劑分析和磨損微粒分析2大技術(shù)領(lǐng)域。前者通過監(jiān)測添加劑損耗和基礎(chǔ)油衰變引起的油品物理和化學(xué)性能指標(biāo)的變化程度，來檢測機械設(shè)備的潤滑狀態(tài)和識別設(shè)備因潤滑不良引起的故障；后者通過對油中攜帶的磨損微粒的尺寸、形貌、顏色和濃度等性態(tài)的觀測，來實現(xiàn)對設(shè)備摩擦狀態(tài)的有效監(jiān)測和診斷。

1.2.5 電流頻譜診斷技術(shù)

電流頻譜診斷技術(shù)是通過提取電機電流頻譜中相關(guān)故障的特征量，判斷電機定子繞組匝間短路、轉(zhuǎn)子籠條斷裂、機械故障、軸承故障等，是電機故障診斷的重要手段。在工作中對電機電流進行檢測，運用先進的同步信號采集、數(shù)字濾波及校準(zhǔn)、合理的數(shù)據(jù)處理算法，保證數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性。利用電流頻譜分析技術(shù)可以對以下故障進行診斷：電機電氣故障；滾動軸承故障；皮帶松動故障等。

2 設(shè)備精密診斷日常管理模式

對設(shè)備開展精密診斷，利用先進的儀器、檢測工具對設(shè)備的振動數(shù)據(jù)、溫度狀態(tài)、變形量、絕緣狀態(tài)、潤滑油液成分等狀態(tài)量進行全面的測試、對比，對測量的數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析、比較、判定，并結(jié)合故障診斷系統(tǒng)，找出設(shè)備故障規(guī)律，準(zhǔn)確判定設(shè)備的技術(shù)狀況和劣化程度。同時，運用標(biāo)準(zhǔn)化的方法，建立詳盡的設(shè)備臺賬，形成機組、設(shè)備全壽命周期管理檔案，建立“日常點檢，定期體檢，精密診斷跟蹤”設(shè)備管理模式；真正解決“被動檢修”、“過檢修”和“欠檢修”導(dǎo)致維修費用過高，可用度偏低的問題。同時規(guī)范和加強設(shè)備精密診斷與設(shè)備遠程管理工作，達到提高設(shè)備壽命周期，降低設(shè)備維修費用，延長機組大修周期，真正實現(xiàn)狀態(tài)維修的目標(biāo)，保證機組設(shè)備“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行[7-8]。

2.1 日常工作流程

漯河電廠開展日常精密診斷工作實行“八定”原則，即定責(zé)任、定人員、定設(shè)備、定檢測手段、定點、定標(biāo)準(zhǔn)、定流程、定周期。通過定責(zé)人明確設(shè)備精密診斷過程各級工作人員的職責(zé)。通過定人員，明確專業(yè)精密診斷技術(shù)人員，成立專業(yè)設(shè)備精密診斷中心。采取點檢、檢修共同推進的全方位設(shè)備管理模式，精密診斷技術(shù)人員負責(zé)設(shè)備的基礎(chǔ)管理、檢修規(guī)劃、備品備件采購計劃、技術(shù)改造等工作。為提升開展精密診斷工作實效，漯河電廠形成了設(shè)備管理“五層防護線”。五層防護是日常巡檢、專業(yè)定期點檢、精密診斷、技術(shù)診斷和劣化傾向管理防護，其關(guān)系是辯證統(tǒng)一、相互協(xié)調(diào)的。

2.2 設(shè)備分類管理

漯河電廠設(shè)備的缺陷處理采用華電集團統(tǒng)一配置的Oracle ERP(Enterprise Resource Planning)系統(tǒng)完成，精密診斷技術(shù)人員、運行人員將巡視檢查中發(fā)現(xiàn)的問題錄入系統(tǒng)，并及時通知檢修維護人員，經(jīng)精密診斷技術(shù)人員檢測后，由設(shè)備維護人員組進行設(shè)備問題處理。最后由精密診斷技術(shù)人員和運行人員現(xiàn)場驗收后，進入系統(tǒng)回填，實現(xiàn)缺陷的閉環(huán)管理[9-11]。

漯河電廠根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備運行實際情況，依據(jù)設(shè)備關(guān)鍵等級(根據(jù)安全環(huán)境健康、利用率、生產(chǎn)影響、可靠性、故障耗時、維修成本等評價)，篩選出約300臺重要的機、電、儀、控設(shè)備。同時對設(shè)備信息進行采集，設(shè)備信息包括設(shè)備的銘牌基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運行情況、圖紙資料、廠家技術(shù)要求、設(shè)備的檢修、重大缺陷及處理記錄等。實施點檢定修后，對設(shè)備進行劃分，分為A、B、C3類設(shè)備，精密診斷主要側(cè)重于A、B類設(shè)備。根據(jù)每種設(shè)備的工作原理和物化特性，結(jié)合精密診斷技術(shù)特點創(chuàng)建了與之匹配的技術(shù)檢測手段，形成技術(shù)矩陣表。漯河電廠設(shè)備技術(shù)矩陣表范例如表1所示。

表1 漯河電廠設(shè)備技術(shù)矩陣表范例

根據(jù)表1設(shè)備矩陣技術(shù)表中的主測設(shè)備，通過對設(shè)備全面考察，確定了設(shè)備的具體測點位置，安裝了振動測點墊片，以便技術(shù)人員定點進行設(shè)備數(shù)據(jù)采集。典型風(fēng)機測點位置布置圖如圖1所示，其中HAV分別代表水平、軸向、垂直3個方向。

圖1 精密診斷典型風(fēng)機測點布置圖

2.3 設(shè)備診斷管理

設(shè)備正常運行狀態(tài)下，按規(guī)定設(shè)備、項目和周期實施設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，及時提供設(shè)備精密診斷分析報告和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測月報。采用精密診斷故障樹和技術(shù)矩陣表中所列的診斷分析技術(shù)手段，再次對設(shè)備進行綜合診斷分析，提出《設(shè)備監(jiān)測預(yù)警通知單》，維護部執(zhí)行任務(wù)單前通知精密診斷技術(shù)人員過程跟蹤，完成閉環(huán)工作。

對確有異常問題的設(shè)備，生產(chǎn)技術(shù)部組織相關(guān)專業(yè)人員根據(jù)設(shè)備運行記錄、點檢記錄、精密診斷的診斷結(jié)論及技術(shù)監(jiān)督結(jié)果等，對設(shè)備進行綜合診斷、分析，根據(jù)故障診斷專家系統(tǒng)提示缺陷嚴(yán)重程度性和建議，按照事前制定的縮短檢測周期計劃加強檢測，實現(xiàn)狀態(tài)維修。并按照先進維修理論和《點檢定修管理標(biāo)準(zhǔn)》制定維修優(yōu)化計劃和改善預(yù)案，故障消除后一周記錄設(shè)備運行狀態(tài)，做好該案例閉環(huán)工作。

3 精密診斷技術(shù)案例

3.1 設(shè)備概述

漯河電廠濕式球磨機為單進單出滾筒式鋼球濕式磨機，機器通過一級圓柱齒輪減速機拖動小牙輪旋轉(zhuǎn)，大小牙輪相互嚙合帶動滾筒旋轉(zhuǎn)，利用滾筒內(nèi)鋼球落下來的沖擊力碾碎石灰石形成石灰石漿液。濕式球磨機結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 濕式球磨機結(jié)構(gòu)測點

3.2 故障現(xiàn)象

2018年9月15日，設(shè)備出現(xiàn)異常振動，精密診斷中心對設(shè)備振動圖譜進行采集、分析。

a.小牙輪自由端軸承在極低的頻率內(nèi)出現(xiàn)了較高的峰值，解調(diào)譜內(nèi)出現(xiàn)極高的G2(第二級齒輪嚙合頻率)成分，并在低頻內(nèi)出現(xiàn)了較高的0.16XM(小牙輪轉(zhuǎn)動頻率)成分及其諧波，DW圖中沖擊值高達100 g。小牙輪自由端頻譜圖如圖3所示，小牙輪自由端解調(diào)譜圖如圖4所示。

圖3 小牙輪自由端頻譜圖

圖4 小牙輪自由端解調(diào)譜圖

圖5 小牙輪自由端DW圖

b.小牙輪兩側(cè)軸承，特別是驅(qū)動端軸承G2及其諧波附近出現(xiàn)了較為豐富的0.16XM(小牙輪轉(zhuǎn)動頻率)邊帶，并且其2次、3次諧波略高。小牙輪自由端DW圖如圖5所示。小牙輪驅(qū)動端頻譜圖如圖6所示。

圖6 小牙輪驅(qū)動端頻譜圖

c.減速機高速軸驅(qū)動端軸承出現(xiàn)了較高的4倍G1成分，解調(diào)譜中出現(xiàn)較為明顯的1XM成分及諧波，并出現(xiàn)較高的G2成分并伴隨著0.16XM(小牙輪轉(zhuǎn)動頻率)邊帶。減速機高速軸驅(qū)動端頻譜圖如圖7所示，減速機高速軸驅(qū)動端解調(diào)譜圖如圖8所示，減速機測點頻譜圖與小牙輪測點頻譜圖對比如圖9所示。

圖7 減速機高速軸驅(qū)動端頻譜圖

圖8 減速機高速軸驅(qū)動端解調(diào)譜圖

圖9 減速機測點頻譜圖與小牙輪測點頻譜圖對比

3.3 故障診斷與機理分析

根據(jù)機器表現(xiàn)出來的故障特征分析，球磨機主要有以下缺陷：小牙輪自由端軸承出現(xiàn)較嚴(yán)重的磨損或松動，或潤滑不良；大小牙輪嚙合異常，齒面磨損導(dǎo)致齒側(cè)間隙增大；減速機到小牙輪聯(lián)軸器(低速聯(lián)軸器)發(fā)生磨損，造成振動傳遞劇烈；減速機上軸承有磨損或松動，齒輪磨損。

a.小牙輪自由端軸承油脂因污染等原因已造成硬化，軸承出現(xiàn)潤滑不良。牙輪軸承依靠端蓋密封在軸承座內(nèi)，端蓋與軸采用了間隙密封，軸在密封處裝有軸套。因長期運轉(zhuǎn)，會造成間隙密封的溝槽被油污等填充、密封間隙變大(密封磨損或軸套磨損)，造成密封效果變差，濕式球磨機現(xiàn)場環(huán)境較惡劣，石灰石漿液等容易進入軸承潤滑脂中，造成潤滑脂變質(zhì)，軸承發(fā)生潤滑不良，出現(xiàn)較劇烈的磨損。牙輪軸承外圈有鐵銹色磨痕，軸承外圈有松動跡象?，F(xiàn)場解體后小牙輪自由端軸承磨損情況如圖10所示。

圖10 小牙輪自由端軸承磨損情況

b.大小牙齒輪在裝配過程中，由于箱體、軸等零件存在加工誤差、裝配不當(dāng)?shù)?，可能造成齒輪傳動精度不高，進一步對齒輪的傳動平穩(wěn)性和載荷分布的均勻性產(chǎn)生不良影響，造成齒輪在傳動過程中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)頻率的振動和嚙合振動，如惡劣的運行工況、磨損、表面疲勞、塑性變形等均能引起齒輪嚙合異常而產(chǎn)生劇烈振動。解體后低速聯(lián)軸器磨損情況如圖11所示。

圖11 低速聯(lián)軸器磨損情況

c.低速聯(lián)軸器擋板變形、安裝不到位等原因造成了尼龍柱銷產(chǎn)生了擠壓變形，造成軸向補償能力變?nèi)?，小牙輪嚙合造成的沖擊振動不能很好被吸收；尼龍柱銷由于長期使用等原因材質(zhì)發(fā)生硬化，韌性減弱，碎裂，或造成聯(lián)軸器補償能力變?nèi)酢＝怏w后損壞的尼龍柱銷損壞情況如圖12所示。

圖12 尼龍柱銷損壞情況

d.濕式球磨機大牙輪通常為鑄鋼件，為了提高加工性能，一般進行正火處理。在正火狀態(tài)下，晶間組織通常以珠光體為主，還有少量的鐵素體，總體硬度偏低，而小牙輪通常經(jīng)過了調(diào)質(zhì)處理，硬度偏高。裝配誤差及不良的運行條件造成大牙輪磨損較快，產(chǎn)生壓痕、起皺、隆起和犁溝等塑性變形，齒側(cè)間隙變大，造成了牙輪嚙合異常。

3.4 改善效果評估

2018年10月18日，檢修人員對濕式球磨機小牙輪軸承和聯(lián)軸器進行了檢查，兩側(cè)軸承補加了潤滑脂，自由端軸承外圈調(diào)整了頂部墊片，對低速聯(lián)軸器磨損的尼龍柱銷予以更換，設(shè)備運行正常。

4 結(jié)束語

精密診斷技術(shù)的快速發(fā)展給電廠設(shè)備管理提供了一種新的思路和新的模式，其具有很廣泛的可操作性，對于提高發(fā)電企業(yè)的設(shè)備管理水平、提升設(shè)備運行可靠性及檢修模式具有重要作用。依照華電集團內(nèi)的精密診斷技術(shù)實施的導(dǎo)向，結(jié)合漯河電廠實際情況，形成了基于精密診斷技術(shù)的漯河電廠設(shè)備日常管理模式及相關(guān)流程、制度。

運用振動分析技術(shù)對針對脫硫濕式球磨機齒輪嚙合頻率G2異常，通過對其沖擊頻譜、解調(diào)圖譜、紅外成像結(jié)果進行對比分析，結(jié)果表明是由小牙輪潤滑不良、尼龍柱銷失效、齒輪傳動間隙過大造成的大齒圈與小齒輪嚙合異常引起嚙合頻率G2異常，更換濕式球磨機潤滑油脂，調(diào)整軸承外圈頂部墊片，更換尼龍柱銷，設(shè)備異常消除。