2023年电力设备状态检修技术研究综述5篇.docx
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1、2023年电力设备状态检修技术研究综述5篇 第一篇:电力设备状态检修技术探讨综述 电力设备状态检修技术探讨综述 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6500 511 引言 目前电力系统中电力设备大多接受的支配检修体制存在着严峻缺陷,如临时性修理频繁、修理缺乏或修理过剩、盲目修理等,这使世界各国每年在设备修理方面耗资巨大。怎样合理支配电力设备的检修,节省检修费用、降低检修本钱,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、计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
2、基于设备状态监测和先进诊断技术的状态检修探讨得到进展,成为电力系统中的一个重要探讨领域。在电力系统中推行状态检修的干脆效益有:节省大量修理费用;提高电厂可用系数;延长设备运用寿命;增加发电实力;确保发供电牢靠性;降低检修本钱、削减检修风险。本文主要介绍检修体制的演化、状态检修的进展概况及状态检修面临的问题。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出现功能性故障为判据,
3、在设备发生故障且无法接着运转时才进行修理。明显,这种应急修理需付出很大的代价和修理费用,不但严峻威胁着设备或人身平安,而且修理缺乏。到其次次产业革命时期,起先推行预防性检修PM,prevention maintenance。预防性检修经过多年的进展,根据检修的技术条件、目标的不同而出现以下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,才被各国接连地参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年头从苏联引入的。直到80年头,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确实起到了干脆防止或延迟故障
4、的作用,但这种不根据设备的实际状况,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,不行避开地会产生“过剩修理,不但造成设备有效利用时间的损失和人力、物力、财力的奢侈,甚至会引发修理故障。据统计,1996年我国的100 MW、125 MW、200 MW火电机组非支配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的探讨始于20世纪
5、60年头后期,电力工业则是从1983年起先探讨,并于1984年由美国电力探讨院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的公司接受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的实际工作状况为根据,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推断,从而确定各机件的最正确修理时机。状态检修 始于1970年,由美国杜邦公司IDQuinn首先建议2。状态检修是当前
6、耗费最低、技术最先进的修理制度,它为设备平安、稳定、长周期、全性能、优质运行供应了牢靠的技术和管理保障。但由于状态检修需要监测的内容多,投资大,并存在确定的风险,要能娴熟地运用于设备修理还需要长时间的阅历积累。 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,觉察问题刚好解决,以提高备用设备的可用率。 5运用至损坏再修RTF,run to fault。接受该方式进行修理的设备不限制送修,通常用于对平安无干脆危害的3类故障:偶然故障;无规律性故障;故障损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认为状态检修应根据分析监控诊断资
7、料先估计设备寿命,再确定检修项目、频度与检修内容。 7主动修理PM,proactive maintenance4。从经济、寿命等多种因素考虑,重点在机械故障的识别和消退、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。状态检修技术进展概况 状态检修随着故障诊断技术的进展而慢慢进入好用化,并由于其巨大的效益而在工业界引起广泛重视,理论探讨和生产实践都在进一步深化。国外在状态检修技术探讨与实践应用方面都已取得了较胜利的阅历。美国、德国、日本、法国都有应用这项技术的报道。与状态检修亲热相关、能干脆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,即设备寿命管理与意料技术、设备牢靠性分析
8、技术、设备状态监测与故障诊断技术和信息管理与决策技术。 31 设备寿命管理与意料技术 大多数工业化国家的电力基础设施在20世纪60与70年头间得到极大扩充,因此,多数电力主设备的在役时间在2530年左右,且进入老化阶段的设备所占份额愈来愈大。这种状况迫使各电力公司考虑如何延长机组寿命并保证效益。状态检修中寿命意料与评估技术的应用,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,各国都把寿命意料和评估探讨的重点放在对锅炉、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探讨最多的国家。他们接受了3
9、种有代表性的寿命诊断技术:应力解析法、破坏试验法、非破坏损伤计测法5。其中,应力解析法能评价随便部位的材料,但若运行历史或材料数据不精确,将会导致计算误差,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伤的精度高,但对不能取样的部位不适用;为此,日本探讨出微小试样法、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伤计测法。这些方法可以在部件材料损伤进展的同时,非破坏性地检验材料的金属组织物理性能的转变。美国电力探讨院EPRI监测诊断中心MD也探讨出用于锅炉诊断系统的寿命管理分析软件。 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
10、子、轴系等部件。目前,美国电力探讨院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价系统SAFER,可以计算、推想叶片何处可能出现裂纹,以及产生裂纹后的寿命;并关心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管理系统框架7,并研制了200 MW汽轮发电机寿命管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个不同电厂阅历的基础上,制订了延长汽轮发电机定子运用寿命的主要原则和
11、根据6。罗马尼亚则胜利研制了一套用于75 MVA汽轮发电机监视诊断、数据记录及在线意料系统,其中在线意料部分,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,我国的寿命意料与评估技术有确定成果。上海交大电力系接受自己开发的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,胜利地评价了电网扰动对300MW汽轮发电机组轴系疲乏 9寿命的影响。同样,华北电力高校也对国产运行近30年的50MW汽轮机发电 机进行了扭振特性及其疲乏寿命探讨,接受了集中参数的机组轴系扭振分析模型,以现场事故状况为根据,模拟计算了几种典型事故大轴联轴结处轴颈和螺栓的应力
12、应变历程及疲乏寿命损耗,对该机组的剩余寿命能够较恰当地进行评估11。 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。现有的大多数估计变压器寿命方法,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实力。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,需要对变压器技术状况有更深化的了解。探讨及试验说明,变压器很少由于技术性或运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避开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
13、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限制和爱惜的双重任务,由于它关系着系统的平安运行以及检修工作量的大小,其电寿命始终为用户所关切。目前,国内已经提出根据触头和喷口在开断时的质量损耗及根据具有线性上升弧压降特性的电弧能量计算电寿命的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,因此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年头起先于美国的专业技术,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,完成规定功能的实力15。系统的牢
14、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型。设备牢靠性通常用牢靠度函数Rt来定 量描述。定义Ft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。 由于牢靠性特征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意料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,对意料锅炉部件的牢靠性做了有益的尝试16。另外,它还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
15、 17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。 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。从国内状况看,汽轮机等大型旋转机械的状态监测技术已经到达相当高的水平,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,如何精确推断电机状态,还需进一步工作阅历积累。从国外来看,美国电力探讨院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
16、备进行了在线监测和故障分析,了解设备的运行状况和健康水平,并据此制定设备维护和检修支配。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了解水电机组的状态。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,国内已探讨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年头初至今,故障诊断技术的探讨已经由单一地偏重故障机理与诊断方法的探讨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,还依靠于有阅历的专家进行推断,其主
17、要缘由是由于这些专家系统所包含的学问还缺乏以全面反映振动故障的征兆与其缘由之间的映射关系。 34 信息管理与决策技术 近30年来,管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,是与多方面的管理工作分不开的。图2为状态检修的一个简化决策流程。世界各国从不同的管理目标动身,形成了不同的管理系统。芬兰的IVO输电服务公司开发的变电站检修管理系统SOFIA是一建立在对一座变电站的长期检修支配的基础上,从寿命周期费用life cycle cost着手,运用设备的劣化模型的数学形式状态模型来估计设备将来状态的一种检修管理系统。SOFIA 在考虑预算及其设备状态的状况下,通过检修费
18、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状况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检修管理系统,其特点在19于引入了诊断专家系统,使牢靠性和平安性到达可接受的水平。德国提出将工 人或供货商的管理层全部功能融为一体,以削减中间环节的瘦型管理。此管理方法在德国的Weisweiller电厂检修管理中得到运用,使该厂48的工作任务流程得到优化,效果明显21。结束语 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,不会有大的变更,因此,电力设备检修技术的探讨将更具有经济效益和社
19、会效益,电力设备的修理由过去的支配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,围绕锅炉、汽轮机、发电机、变压器等大型电力设备绽开,在设备寿命管理与意料、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征矢量空间中对故障个体特征量抽取,提出了以效率为主要特征量,通过监测效率来意料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。不难意料,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
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- 2023 电力设备 状态 检修 技术研究 综述
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