2022年电力设备状态检修专业技术.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 电力设备状态检修技术讨论综述（许婧,王晶,高峰,束洪春昆明理工高校电力工程学院,云南省昆明市 650051）1 引言 目前电力系统中电力设备大多采纳的方案检修体制存在着严峻缺陷,如临 时性修理频繁、修理不足或修理过剩、盲目修理等,这使世界各国每年在设备 修理方面耗资庞大；怎样合理支配电力设备的检修,节约检修费用、降低检修 成本,同时保证系统有较高的牢靠性,对系统运行人员来说是一个重要课题；随着传感技术、微电子、运算机软硬件和数字信号处理技术、人工神经网络、专家系统、模糊集理论等综合智能系统在状态监测及故障诊断中应用,使基于 设备状态监测和先进诊断技术的状态检修讨论得到进展,成为电力系统中的一 个重要讨论领域；在电力系统中推行状态检修的直接效益有：节约大量修理 费用；提高电厂可用系数；延长设备使用寿命；增加发电才能；确保 发供电牢靠性；降低检修成本、削减检修风险；本文主要介绍检修体制的演 变、状态检修的进展简况及状态检修面临的问题；2 检修体制的演化修理观念的演化经过2 个阶段：事后修理故障修理（18 世纪第一次产业革命）和预防性修理（ 19 世纪其次次产业革命）；事后检修（ BM,break maintenance ）,也称故障检修（ CM,corrective maintenance ）,是最早的检修方式；这种检修方式以设备显现功能性故障为判 据,在设备发生故障且无法连续运转时才进行修理；明显,这种应急修理需付 出很大的代价和修理费用,不但严峻威逼着设备或人身安全,而且修理不足；到其次次产业革命时期,开头推行预防性检修（PM,prevention maintenance ）；预防性检修经过多年的进展,依据检修的技术条件、目标的不 同而显现以下 7 种检修方式；（1）定期检修（ TBM,time based maintenance）,期；定期检修制度直到二战后,才被各国间续地从军事工业移植到民用工业；中国电力工业的定期检修制度是 20 世纪 50 岁月从苏联引入的；直到80 岁月, TBM仍是主流的修理制度；定期检修在保证重大机械设备正常工作中的确起到了直接防止或推迟故 障的作用,但这种不依据设备的实际状况,单纯按规定的时间间隔对设备进行 相当程度解体的修理方法,不行防止地会产生” 过剩修理” ,不但造成设备有 效利用时间的缺失和人力、物力、财力的铺张,甚至会引发修理故障；据统 计, 1996 年我国的 100 MW、125 MW、200 MW火电机组非方案停运与出力降低 的责任缘由,分别有 36、31和 41是由于这种过剩检修造成的1；（2）以牢靠性为中心的检修（RCM,reliabilitycentered maintenance ）；RCM是一种以用最低的费用来实现机械设备固有牢靠性水平为目标的检修方式；该检修方式能比较合理地支配大修间隔,有效预防严峻故障的发生； RCM的讨论始于 20 世纪 60 岁月后期,电力工业就是从 1983 年开头研究,并于 1984 年由美国电力讨论院（ EPRI）将其用于核电厂的检修；到 1997年,在美国排名前 1000 家的大公司中,已有 68的公司采纳 RCM的检修方法；（3）状态检修（ CBM,condition based maintenance）或预知性修理（PDM,predictive diagnosticmaintenance）；这种修理方式以机械设备当前名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 的实际工作状况为依据,通过高科技状态监测手段,识别故障的早期征兆,对 故障部位、故障严峻程度及进展趋势作出判定,从而确定各机件的正确修理时机；状态检修始于 1970 年,由美国杜邦公司 I DQuinn 第一倡议2；状态 检修是当前耗费最低、技术最先进的修理制度,它为设备安全、稳固、长周 期、全性能、优质运行供应了牢靠的技术和治理保证；但由于状态检修需要监测的内容多,投资大,并存在肯定的风险,要能娴熟地运用于设备修理仍需要 长时间的体会积存；（4）故障查找（ FF,fault find）；这种修理方式主要针对紧急备用设备,在固定的时间后启动这些设备,发觉问题准时解决,以提高备用设备的可 用率；（5）使用至损坏再修（ RTF,run to fault 备不掌握送修,通常用于对安全无直接危害的）；采纳该方式进行修理的设 3 类故障：偶然故障；无规律性故障；故障缺失小于修理费用的耗损故障；（6）以寿命评估为基础的检修；文献3认为状态检修应依据分析监控 诊断资料先估量设备寿命,再确定检修工程、频度与检修内容；（7）主动修理（ PM,proactive maintenance）4；从经济、寿命等多种 因素考虑,重点在机械故障的识别和排除、故障缘由的分析,通过延长发电厂 机器寿命来获得最大的效益；3 状态检修技术进展简况 状态检修随着故障诊断技术的进展而逐步进入有用化,并由于其庞大的效 益而在工业界引起广泛重视,理论讨论和生产实践都在进一步深化；国外在状 态检修技术讨论与实践应用方面都已取得了较胜利的体会；美国、德国、日 本、法国都有应用这项技术的报道；与状态检修亲密相关、能直接提高状态检 修工作质量的理论与技术主要包括 4 个方面的内容,即设备寿命治理与猜测技 术、设备牢靠性分析技术、设备状态监测与故障诊断技术和信息治理与决策技 术；31 设备寿命治理与猜测技术大多数工业化国家的电力基础设施在 充,因此,多数电力主设备的在役时间在20 世纪 60 与 70 岁月间得到极大扩 2530 年左右,且进入老化阶段的设备所占份额愈来愈大；这种情形迫使各电力公司考虑如何延长机组寿命并保证 效益；状态检修中寿命猜测与评估技术的应用,有利于科学合理地支配检修和 提高设备的可用率；但电力公司可能获得的效益大部分来自于电厂主设备,因 此,各国都把寿命猜测和评估讨论的重点放在对锅炉、汽机、发电机、变压器 及高压开关等重要设备上；（1）锅炉方面 日本是近 10 年来对火电厂锅炉部件剩余寿命讨论最多的国家；他们采纳了 3 种有代表性的寿命诊断技术：应力解读法、破坏试验法、非破坏损耗计测法5；其中,应力解读法能评判任意部位的材料,但如运行历史或材料数据不准 确,将会导致运算误差,且没有考虑材料老化这一因素；破坏试验法比其它方 法计测损耗的精度高,但对不能取样的部位不适用；为此,日本讨论出微小试 样法、复型金相法、巴克好森噪声法、超声波噪声分析法等非破坏性损耗计测 法；这些方法可以在部件材料损耗进展的同时,非破坏性地检验材料的金属组织物理性能的变化；美国电力讨论院（EPRI）监测诊断中心（ MD）也讨论出用于锅炉诊断系统的寿命治理分析软件；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - （2）汽轮机发电机方面 对汽轮机发电机进行状态检修时必需重点考虑汽轮机轴瓦、叶片,发电机定子、转子、轴系等部件；目前,美国电力讨论院（EPRI）监测诊断中心（ MD）已研制出用于汽轮机诊断系统的叶片寿命动态分析系统（BLADE）和用于发电机诊断系统的转子裂纹评判系统（SAFER）,可以运算、估量叶片何处可能显现裂纹,以及产生裂纹后的寿命；并帮忙工程技术人员评估汽机、发电机转子的剩余寿命及随运行时间的故障发生概率；华中理工高校也提出了汽轮机转子的在线寿命治理系统框架7,并研制了 200MW汽轮发电机寿命治理及故障诊断专家系统6；对于转子寿命评估的方法,国内已有较为成熟的理论1,6；对于汽轮发电机的定子,俄罗斯的科研工作者在总结了俄罗斯 11 个不同电厂体会的基础上,制订了延长汽轮发电机定子使用寿命的主要原就和依据6；罗马尼亚就胜利研制了一套用于 75 MVA汽轮发电机监视诊断、数据记录及在线猜测系统,其中在线猜测部分,主要完成对定子绕组绝缘剩余寿命和轴系剩余寿命的评估7；在轴系方面,我国的寿命猜测与评估技术有肯定成果；上海交大电力系采用自己开发的 MANDISP程序8,对电气扰动下电力系统的暂态过程进行仿真并得出轴系的动态扭转力矩,胜利地评判了电网扰动对 系疲惫寿命的影响9；同样,华北电力高校对国产运行近300MW汽轮发电机组轴 30 年的 50MW汽轮机发电机进行了扭振特性及其疲惫寿命讨论,采纳了集中参数的机组轴系扭振 分析模型,以现场事故情形为依据,模拟运算了几种典型事故大轴联轴结处轴 颈和螺栓的应力应变历程及疲惫寿命损耗,对该机组的剩余寿命能够较恰当地 进行评估；（3）变压器方面 变压器剩余寿命的评估是当今监测与诊断工作的重要内容之一；现有的大 多数估量变压器寿命方法,仅简洁考虑负荷、温度、绝缘材料的现状,由于变 压器遭受到的短路次数、过电压次数、设计弱点、修理和现场运输等因素都会 影响变压器发挥功能的才能；要正确估算变压器的寿命,必需获得有关运行状 况和历史信息,需要对变压器技术情形有更深化的明白；讨论及试验说明,变 压器很少由于技术性或使用寿命的缘由退出运行,而主要受经济寿命的限制；因此, ABB公司和欧洲一些重要电业部门为防止对剩余寿命进行定量评估,开 发了一种变压器排列等级方法,为变压器的寿命评估作了大量工作12；（4）开关方面 高压断路器在电力系统中担负着掌握和爱护的双重任务,由于它关系着系 统的安全运行以及检修工作量的大小,其电寿命始终为用户所关怀；目前,国 内已经提出依据触头和喷口在开断时的质量损耗及依据具有线性上升弧压降特 性的电弧能量运算电寿命的 2 种方法14；但由于开关动作分散性很大,开关开 断电流的大小与电磨损量是非线性关系的,因而在寿命累计时需进行加权处 理；32 电力设备的牢靠性技术牢靠性技术是一门在40 岁月开头于美国的专业技术,其后苏联提出了牢靠性与修理性理论和统计方法；所谓牢靠性,一般认为是：机械设备和元件等在 规定的条件下和预定的时间内,完成规定功能的才能15；系统的牢靠性数学模型在很多文献中均有介绍,一般把可修系统归为马尔科夫模型和非马尔科夫模名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 型；设备牢靠性通常用牢靠度函数R（t ）来定量描述；定义F（t ）为不行靠度函数,它是产品在时传统的电力设备牢靠性评估基于威布尔得出的浴盆曲线（bathtub curve）法；由于牢靠性特点曲线形似浴盆而得名,如图 1 所示,但此法只适用于对有支配 性耗损故障的设备进行修理,且精确度不高；为此,华北电力高校将牢靠性预 测理论和强度及寿命理论结合起来,综合考虑影响锅炉部件故障的各种因素,对猜测锅炉部件的牢靠性做了有益的尝试16；另外,它仍运用多元统计方法中 因子分析和聚类分析,从反映火电大机组运行牢靠性的指标体系动身,对我国 火电 100MW及以上机组的运行牢靠性进行了分析,提出了企业综合牢靠性水平 的评估方法17；用它可以简洁分析我国不同地区火电大机组运行的牢靠性水 平；33 设备状态监测与故障诊断技术 设备状态监测是故障在线诊断和离线分析的基础；从国内情形看,汽轮机 等大型旋转机械的状态监测技术已经达到相当高的水平,我国科技工作者已开 发出了一系列状态监测系统,并胜利地应用于生产实践；另外,发电机状态监 测的技术手段也已很成熟,只是在实际应用时,如何精确判定电机状态,仍需进一步工作体会积存；从国外来看,美国电力讨论院（EPRI）下属的监测诊断中心（ MD）利用 40 多项先进的测量技术和分析软件,对美国 50 家最大的电力公司的电厂、电网中80的设备进行了在线监测和故障分析,明白设备的运行状况和健康水平,并据此制定设备爱护和检修方案；加拿大魁北克水电公司 也开发了一种在线状态监视系统,使机组修理和专业技术人员不停机就能明白 水电机组的状态；关于开关的状态检修及故障诊断,由于其故障机理较为清 楚,故障诊断原理与方法比较成熟,国内已讨论出检测装置和检测方法；对于 绝缘及电气参数的劣化与开关故障,机械参数与物理参数的诊断都已有较为成 熟的理论15；从 70 岁月初至今,故障诊断技术的讨论已经由单一地偏重故障 机理与诊断方法的讨论进展到故障诊断专家系统的研制开发；迄今为止,国内 外现有的专家系统尚不能对机组振动故障进行自动诊断,仍依靠于有体会的专 家进行判定,其主要缘由是由于这些专家系统所包含的学问仍不足以全面反映 振动故障的征兆与其缘由之间的映射关系；34 信息治理与决策技术名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 近 30 年来,治理决策作为一门独立学科,有了很大进展；状态检修作为一 种先进的检修体制,是与多方面的治理工作分不开的；图 2 为状态检修的一个简化决策流程；世界各国从不同的治理目标动身,形成了不同的治理系统；芬兰的 IVO 输电服务公司开发的变电站检修治理系统（变电站的长期检修方案的基础上,从寿命周期费用（SOFIA）是一建立在对一座 life cycle cost）着手,使用设备的劣化模型的数学形式（状态模型）来估量设备将来状态的一种检修 治理系统； SOFIA在考虑预算及其设备状态的情形下,通过检修费用的优选,降低总费用18；荷兰 BVKEMA与荷兰 Delft 技术高校在考虑市场情形及技 术条件的前提下,研制了一种包括状态检修在内的多种策略均衡应用的 main man检修治理系统,其特点在于引入了诊断专家系统,使牢靠性和安全性达到可接受的水平19；德国提出将工人或供货商的治理层全部功能融为一体,以减 少中间环节的瘦型治理；此治理方法在德国的 Weisweiller 电厂检修治理中得 到运用,使该厂 48的工作任务流程得到优化,成效明显21；4 终止语 专家预言,下个世纪电力工业将有更大的进展,但作为大型电力主设备的锅炉、汽机发电机组以及变压器,不会有大的转变,因此,电力设备检修技 术的讨论将更具有经济效益和社会效益,电力设备的修理由过去的方案检修向 状态检修进展势在必行；目前,国内外状态检修技术的开发和应用,环绕锅炉、汽轮机、发电机、变压器等大型电力设备绽开,在设备寿命治理与猜测、设备牢靠性技术、设备状态监测以及故障诊断技术等方面取得了一些可实际应 用的成果；近 3 年来,云南工业高校就水电机组在线监测及故障诊断与状态检修专家系统研制方面做了大量工作,通过在水轮机故障特点矢量空间中对故障 个体特点量抽取,提出了以效率为主要特点量,通过监测效率来猜测水轮机的 剩余寿命的新思路22,23；这一成果已应用于漫湾发电厂 5 号机组；不难猜测,它在系统投运后将得到很好的检验；电力设备状态检修技术的应用必需以对设备的全面监测为基础；但目前有 关电力设备运行状态在线监测系统仍旧存在监测点少、功能单一、缺乏系统性和综合性,特别缺乏监测的层次化和网络化等问题,阻碍了设备状态信息的集 中和综合；另外,设备寿命治理与猜测也需要解决一些诸如设备寿命运算中复 杂边界条件的提出、材料在不同温度和应力条件下的寿命损耗特性以及剩余寿命评判等问题；如何建立精确的设备牢靠性模型,以期实现设备状态的在线监 测,从而开发出可较好应用于设备故障诊断的专家系统,仍旧有很多问题需要解决；参考文献 ：1黄树红,胡扬,韩守木火电厂设备状态检修概论工高校能源科学与工程学院,1998M武汉：华中理名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2李常火喜电力设备诊断技术概论19963陈奕善采纳以牢靠性为中心的检修（M北京：水利电力出版社,RCM）编制发电设备检修方案的介绍 M19964李兵日本火电厂锅炉部件剩余寿命诊断技术J华北电力技术, 1997,（8） 5华中理工高校能源科学与工程学院单元机组状态监测与故障诊断技术讲义, 19986玛 M 康扬,等以状态监视及诊断为依据的汽轮发电机定子寿命治理J CIGRE会议 11202 报告, 19967 ZlatanoviciD,Velicu S , et al陈光译汽轮发电机的在线诊断、数据记录及预报技术 JCIGRE11204,19968Dechang S,Jiayu H The simulation of machinenetwork interaction in multi machine power systems J Proceedings of IEEE TENCON93,1993,5：2082119孙德昌,汪东升,骆远志,等电网扰动对外高桥发电厂 300MW汽轮发电机组轴系疲惫寿命的影响C全国高等学校电力系统及其自动化专业第十届学术年会论文集,上海,199410朱萍,付忠广,曹钟中,等国产50MW机组扭振特性及其疲惫寿命讨论C中国电机工程学会第五届青年学术会谈论文集,哈尔滨,11BengtssonC徐久荣译变压器监测的现状与进展趋势（3）1992J1996,1112Bognar A ,et alDiagnostic tests of high voltage oilpaper insu lating systems using DC dielectromerics CIGRE Paper 15 3308,1990 13 GafvertU, Nettelblad B Measurement techniques for dielectricresponse characterization at low frequencies NORD IS Confer ence,Paper,1990,7（1）14金立湘高压 SF6断路器的电寿命试验 J高压电器, 1999,（ 2）15邹积岩,胖质玲,尹承尚高压开关设备的状态检修技术J高压电器, 1999,（5）16马运义,徐秉权,孙恪章,等牢靠性技术的应用M北京：国防工业出版社, 1996 17 丁定 浩 牢靠 性与维 修性 工程 系统与 电路 结构 的分 析和设计M北京：电子工业出版社,199518田卫东以高阶累积量和高阶正交多项式级数绽开式为基础的电力生产随机概率模拟方法 J电网技术, 1995,（1）19吴龙,黄民翔电力系统机组方案检修新模型1998,（ 2）J电力系统自动化,20KiiveriT,Lahtinen M 陈光译变电站寿命周期费用及状态治理系统J CIGRE 1996,2310821亨利 E J ,等吕应中等译牢靠性工程与风险分析M北京：原子能出版社, 199822余涛,王晶,高峰,等水电机组在线监测技术的研制现状与进展前景名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - J云南电力技术, 1998,（4）名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页