火力发电厂电气设备状态检修实例分析.pdf

产 品与解 决方案 火力发电厂电气设备状态检修实例分析 陈 剑 常州市新港热电有限公司，江苏 常州 2 1 3 0 3 3 摘要 对发电厂电气设备进行状态检修是在设备状态监测基础上根据检 测评估结论合理地安 排检修时间和项 目。电气设备的状态检修可以大大提高设备的利用率，降低维护成本 ，延迟设备 的使用寿命 。本文在分析 电气设备故障形成规律 的基础上阐述．_ 了电气设备状态检修的工作流程和 设备监测框架，并探讨了新技术在电气设备状态检修中的应用。 关键词 火电厂；电气设备；故障；状态检修；设备利用率 设备状态检修是指根据设备状态信息检测与诊 断的先进技术，来判断和预测设备故障，在故障发 生前对 设备 进行科 学维 护 的维 修模 式 。通 过现 代维 修管理技术的应用，以先进的设备状态检测和诊断 技 术 ，实时 了解设 备 的健康状 况和运 行情 况 ，及时 对设备的寿命评估，然后根据设备的健康状态 ，合 理安排维修时间，最大限度地 降低维护成本和发电 成本 ，提高 设备 的利 用率 。 状态检 修涉及 的 电气设 备 ，主 要是 针对 需要经 过时效考验并随着负载变化而出现的工况和寿命发 生变 化 的电气一 次设 备 ，包括 发 电机 、断路器 、 高 低压 电动机 、大型变压器、中小型变压器、高压开 关 、 隔离 闸刀 、C T 电流 互感 器 、C VT 电容 式 电压 互感器 、P T 电压互感 器 、避 雷器 、母线及 连接 、中压开关、配 电变压器、高压套管、电力 电 缆、变频器、整流组件、绝缘子、电力电容器等『 1 】 。 2 0世纪 9 0年代初，美国现有 1 ／ 3的电厂采用状态 维修，例如根据美国电力研究院 E P R I 和工业设 备维修公司 C S I 统计，发 电设备状态监测和故障诊 断指导下维修的实施 ， 发 电设备利用率增加了 2 ％～ 5 ％， 维 护 成 本 降 低 了 2 5 ％ ～ 3 0 ％ ， 设 备 寿 命 延 长 了 1 0 ％～ 1 5 ％。例如，当时美国对艾迪斯发电厂采用 4 0 种 在线监测装置的定期监测和故障诊断，以评估和论证 设备的工作状态，电厂的运行能力增加 1 0 ％～3 0 ％。 为了降低运行成本、提高设备的利用率，迫切 需要由原来的计划检修向状态检修发展，发电厂电 气设备实行状态检修势在必行。 1 电气设备故障的形成规律 火 电厂 电气 设 备 状 态 检 修 是 基 于 设 备 状 态 监 1 3 4 l 毫 技 擞 2 0 1 4 t g 1 o 期 测，根据诊断结果科学制定保养维修时问和项 目的 检修模式，主要包括设备状态监测 、故障诊断和维 修决 策 。状 态监测 是状 态检 修 的基础 ， 电气 设备 的 故 障诊断 是基于 状态 监测 的 ，再 综合 设备 的历史 信 息，利用神经网络和专家系统技术来确定设备的健 康状况，进而指导电厂 电气设备的运行维护 。 与传统的检修模式相 比，状态检修更加强调单 设备的状态。而一台设备是否需要检修往往是 由于 某些部件故障所引起 的。也就是对一 台设备的检修 往往 是针 对某 些部件 进行 的 。一 台设 备 由许多 零部 件组成，由于每个零部件的结构、材料、在实际运 行中所处的状态、承受的作用 如电的、热的、机 械的等 各不相同，因此所呈现的损耗和磨损规律 不可能相 同，针对不同的故障规律采取不同检修方 式 才是 比较合 理的[ 0 】 。 电气设备故障的形成规律如图 1 所示。电气设 备 的主要故障一般不会在瞬间发生，在功能退化的 潜在故障点后逐渐发展成可以检测到的故障。P 点 之后会 加速 恶化 ，当发展 到 F点时会 发生 事故 。P F 间 隔 是 电气 设 备 由潜 在 故 障 发 展 到 功 能故 障 的 时 问。如想实现状态检修 ，必须在功能失效前，也就 是时 间间隔 P ． F内完成 故障检 测 。 对应 不 同的设备 ， 不 同的失效 形式 P F 间隔时 间不是确 定值 。定期 维 修通常不能满足时间 P ． F间隔要求，导致设备故障 的发生。 在线监测可以捕获的 P ． F间隔的整个过程， 并采取措施 ，可以实现在功能故障发生之前选择合 理 时间进行 维护处 理 。 润 丁 图 1 电气设备故障形成规律 2 电气设备的现代故障诊断技术 1 基于信号变换的诊断方法 是通过现代数学变换的方法可以将所监测的电 气信号或故障信号解调出来，从而获取电气设备的 故障信息。小波变换是该种方法中最常用 的方法。 例如在分析诊断电机故障时，可以通过小波变换的 奇异点在多尺度下检测信号的局部突变 点，从而提 取电机定子绕组的故障信息。这样可 以对定子电流 的变化进行监测，分析 出由于外部负载突变或负载 不对称引起的异常变化 。基于小波变换 的诊断方法 对 负载不会产生任何影响，并且可 以可靠地进行 电 机故障的分析和诊断。 2 基于人工神经网络 AN N的诊断方法 具有 自动获取诊断信息和 自适应的特点， 可 以对 复杂故障诊断模式进行识别， 并能够对电气设备故障 的严重性进行评估， 对电气设备可能出现的故障进行 预测。B P网络方法是其中广泛应用的方法。在 B P 网络对 电气设备进行故障诊断时， 通过相应的传感器 获取 电气设备故障的信号特征，比如电压、电流、噪 声， 等待。 再通过傅里叶变换对 电气设备故障特征信 号加以处理，将特征信号频谱中的峰值能量值作为 B P网络的输入样本，通过神经网络将故障类型作为 输 出。由于 B P网络具有 自主学 习的能力和联 想记忆 的能力， 从而可以对输入特征信号和输出故障类型进 行映射 ，达到对 电气设备故 障进 行诊 断的 目的。 3 基于状态监测的电气设备状态检修及实 例 分析 3 ． 1 电气设备状态检修工作流程 状态检修是根据先进的状态监测和分析诊断技 术提供的设备状态信息，来判断设备异常，预测设 备故障， 根据设备的健康状态来适时安排检修计划， 实施设备不定期检修及确定检修项 目。状态检修能 有效地克服定期检修造成设备过修或失修的问题， 产 品与解决方案 提 高设 备 的安全 性和可 用性 。状态检 修是 一个 系统 的工程，其核心部分电气设备的状态检测、故障诊 断 以及状态 预测 。 发 电厂 电气设备状态检修工作流程如图 2所 示。基于 电气设备在线、离线监测系统，通过设备 性能分析系统监测相关检测数据有没有超过 阀值 。 如果检测数据超过设定的阀值，就由诊断中心进行 处理；如果没有超过阀值，就将数据送到电气设备 故障预测中心。故障诊断中心在接收到超阀值数据 后，就设备的健康状态进行评估。在诊断中心和预 测中心评估的基础上，对电气设备的状态检修进行 决策，动态修正维修质量标准和检修周期，形成状 态检修工作单，实现状态检修的目的。 图 2 电气设备状态检修流程 3 ． 2电气设备状态监测系统 发电厂电气设备 以主变压器为例状态监测 系统如 图 3所示。该系统主要包括信息检测单元、 数据传输部分、监测和诊断、预报决策等部分。根 据发 电厂 电气设 备及 检测 项 目，选择 出对应 的传 感 器 ，从 而 获取所 需要 的运 行状态 特征 量 。如 果是集 中监控 或远 程在 线监测 诊 断系统 ，还 需要通 过通信 电缆或光纤将信息传递给数据处理中心。在通过 电 气设备的现代故障检测和诊断方法，提取出真实反 映电气设备故障的特征量。数据处理单元会根据数 据映射规则、历史信息、经验等专家知识分析出故 障类型、位置 、严重程度等结论。最后 电气设备故 障诊断单元会通过决策支持系统根据设定好的故障 报警上限等条件对 电气设备安全运行状态进行在线 评估和预测，实现电气设备的状态维修。 2 0 1 4 年 第 1 o 期嘲 技 臻l 1 3 5