基于故障原因分析的水泵水輪機(jī)狀態(tài)評(píng)估

程超

哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 黑龍江哈爾濱 150000

抽水蓄能裝置具有高速、大容量、工作條件頻繁的特點(diǎn)。它通常執(zhí)行電網(wǎng)中的峰值調(diào)節(jié)，頻率調(diào)節(jié)，相位調(diào)制和事故備用的任務(wù)。其狀況直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全，可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。從1990年代中期開(kāi)始，建造了許多高速和大容量存儲(chǔ)單元。隨著單元使用壽命的不斷延長(zhǎng)，水泵水輪機(jī)部件可能會(huì)遭受氣蝕、腐蝕，從而導(dǎo)致單元性能下降，在嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致單元故障，并為安全，穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行帶來(lái)更大的隱患。

1 水泵水輪機(jī)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 水泵水輪機(jī)系統(tǒng)

作為一個(gè)系統(tǒng)的水泵水輪機(jī)，其主要組件包括埋設(shè)部件（座環(huán)、蝸殼、機(jī)坑里襯、尾水管、基礎(chǔ)環(huán)），轉(zhuǎn)動(dòng)部分（轉(zhuǎn)輪、主軸、主軸密封、導(dǎo)軸承），導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（底環(huán)、導(dǎo)葉、頂蓋、導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)、導(dǎo)葉接力器）[1]。

1.2 水泵水輪機(jī)系統(tǒng)額定指標(biāo)

水泵水輪機(jī)系統(tǒng)的健康評(píng)估應(yīng)從安全性（風(fēng)險(xiǎn)），可靠性和性能的三個(gè)維度分析主要組件對(duì)系統(tǒng)的影響。其中，安全指數(shù)表示水泵水輪機(jī)主要部件故障的后果以及水泵水輪機(jī)系統(tǒng)可能發(fā)生故障的影響；可靠性指標(biāo)表示可用性，無(wú)故障的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，總體維修時(shí)間和使用壽命（使用壽命）。水泵水輪機(jī)的性能指標(biāo)包括水頭，功率，效率，流量，飛逸轉(zhuǎn)速，漏水量，振動(dòng)，噪聲，壓力脈動(dòng)，軸向推力和軸承溫度[2]。

1.3 建立用于水泵水輪機(jī)系統(tǒng)的評(píng)估指標(biāo)系統(tǒng)

水泵水輪機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)指標(biāo)系統(tǒng)主要包括目標(biāo)層，量規(guī)層，指標(biāo)層和圖表層。目標(biāo)類別是我們?cè)谘芯恐行枰_(dá)到的目標(biāo)，即評(píng)估水泵水輪機(jī)系統(tǒng)的狀況?；鶞?zhǔn)測(cè)試是達(dá)到目標(biāo)水平所定義的標(biāo)準(zhǔn)，即評(píng)估水泵水輪機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)維度，包括安全性，可靠性和性能。索引層是安全性，可靠性和性能的有形指標(biāo)。層圖是水泵水輪機(jī)系統(tǒng)的主要組件，包括埋設(shè)部件（座環(huán)、蝸殼、機(jī)坑里襯、尾水管、基礎(chǔ)環(huán)），轉(zhuǎn)動(dòng)部分（轉(zhuǎn)輪、主軸、主軸密封、導(dǎo)軸承），導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（底環(huán)、導(dǎo)葉、頂蓋、導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)、導(dǎo)葉接力器）。為了評(píng)估每個(gè)主要部件對(duì)水泵水輪機(jī)系統(tǒng)重量的影響，使用專家經(jīng)驗(yàn)方法確定重量分布，然后與每個(gè)主要部件的狀態(tài)評(píng)估結(jié)果相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)水泵水輪機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)評(píng)估[3]。

2 評(píng)估水泵水輪機(jī)主要部件的說(shuō)明

2.1 典型故障的統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)典型設(shè)備故障的統(tǒng)計(jì)分析，水泵水輪機(jī)系統(tǒng)中共有65個(gè)組件（不包括調(diào)速器和球閥）。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備，共有30個(gè)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（包括6個(gè)頂蓋，1個(gè)底環(huán)，3個(gè)導(dǎo)葉，20個(gè)套筒，導(dǎo)葉臂和連桿），7個(gè)水導(dǎo)軸承，8個(gè)主軸密封，其他14個(gè)（主要是控制閥，電動(dòng)閥等）。

2.2 水泵水輪機(jī)主要部件評(píng)價(jià)指標(biāo)

分析根據(jù)主要部件評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇原則，以轉(zhuǎn)輪為例，分析故障原因和可能的后果，并對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析。

3 水泵水輪機(jī)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

（1）主要組成部分狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)的判斷依據(jù)目前的國(guó)際和地方參考標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范全部或部分包括設(shè)備狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，但仍然存在不合理的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，例如評(píng)估指標(biāo)的依據(jù)不合理，工程實(shí)踐和擴(kuò)展中缺乏可操作性等。無(wú)法為設(shè)備狀態(tài)維護(hù)提供理論依據(jù)本文以額定電壓指標(biāo)為例，對(duì)其判斷依據(jù)進(jìn)行了修改。

（2）主要部件的狀態(tài)評(píng)估方法“ IEC62256-2017水輪機(jī)，水泵和水輪機(jī)性能的恢復(fù)和提高”規(guī)定了記錄水輪機(jī)物理狀態(tài)檢查結(jié)果的記錄要求。但是，家用變速箱和變速箱設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)相似，例如“國(guó)家電網(wǎng)公司的《主要輸配電設(shè)備狀態(tài)評(píng)估準(zhǔn)則》和南方電網(wǎng)公司的《設(shè)備健康與危害評(píng)估準(zhǔn)則》將設(shè)備的狀況歸類為正常。狀況，異常和嚴(yán)重情況。鑒于國(guó)際分類法與國(guó)內(nèi)分類法之間沒(méi)有根本區(qū)別，本文還將對(duì)水泵水輪機(jī)狀態(tài)的評(píng)估分為正常狀態(tài)，注意狀態(tài)，異常狀態(tài)和危險(xiǎn)狀態(tài)。

（3）在IEC62256-2017中，水泵水輪機(jī)系統(tǒng)狀況的評(píng)估方法未指定每個(gè)主要組件對(duì)水泵水輪機(jī)系統(tǒng)的影響，當(dāng)然也沒(méi)有建議相應(yīng)的權(quán)重。但是，類似的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在工程實(shí)踐中考慮了可靠性問(wèn)題，并采用類似于桶效應(yīng)的概念，即系統(tǒng)狀態(tài)取決于主要部件的最壞情況，因此本文也采用這種方法。當(dāng)將主要部件評(píng)估為“正常狀態(tài)”時(shí)，將整個(gè)設(shè)備評(píng)估為“正常狀態(tài)”；當(dāng)任何主要組成部分是“注意狀態(tài)”，“異常狀態(tài)”或“緊急狀態(tài)”時(shí)，總體評(píng)估是最嚴(yán)重的狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，抽水蓄能裝置具有高速、大容量、工作條件頻繁的特點(diǎn)。它通常在電網(wǎng)中執(zhí)行峰值調(diào)節(jié)，頻率調(diào)節(jié)，相位調(diào)節(jié)和事故備用的任務(wù)。其狀況直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全，可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。隨著設(shè)備使用壽命的不斷增加，水泵和水輪機(jī)的組件中可能會(huì)發(fā)生氣蝕、腐蝕，這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備性能下降，甚至在嚴(yán)重的情況下導(dǎo)致故障，并為設(shè)備安全，穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行帶來(lái)更大的隱患。目前尚未制定評(píng)估泵和水輪機(jī)狀態(tài)的現(xiàn)行規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)，并且存在諸如狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系不夠系統(tǒng)化，等級(jí)指標(biāo)及其權(quán)重不合理之類的問(wèn)題。本文分析，總結(jié)了運(yùn)行超過(guò)10年的150MW或以上的單體機(jī)組水輪機(jī)主要部件的故障，并建立了基于故障原因評(píng)估主要部件狀況的指標(biāo)體系。對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，以重量為單位對(duì)與主要成分有關(guān)的錯(cuò)誤的發(fā)生頻率進(jìn)行分析，然后結(jié)合該單元的在線監(jiān)控參數(shù)，基于“故障原因的主要成分狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)”的組合生成主要成分安全評(píng)估表。