火力发电设备状态检修技术及其应用
靳东来
中国电力投资集团公司安生部，北京100053
摘要： 文章介绍了国内外火电设备开展状态检修的情况，阐述了火电厂实施状态检修的基本方法和基本思路，并提出了开展这项工作的几点建议。 关键词： 火力发电;设备;状态检修 0 前言
20世纪80年代初期，西方国家开始研究适用于火电厂设备状态检修的方式，以有效提高发电设备的可靠性，延长机组寿命，降低检修费用，提高发电企业的市场竞争力。随着现代计算机网络技术和现代诊断技术的发展，设备状态检修技术已经逐步得到国内外众多发电公司的认可和广泛应用，并且逐步形成了一套完善的管理体系。我国从1997年开始在发电设备检修管理中引进这一技术，已经取得了较好的效果，并逐步得到推广和应用。
1 概述
1.1 火电厂设备状态检修概况
80年代初期，以美国为代表的西方国家开始将在民航领域应用的以可靠性为中心的维修技术（RCM）用于火电厂发电设备检修工作中，并针对发电设备的实际情况进行了改进和完善，形成了根据火电设备状态实施检修的检修方式，称为设备状态检修（Condition Based Maintenance，CBM）或预知性检修（Predictive Maintenance，PDM），主要研究单位为美国电力研究协会（EPRI）的检测与诊断中心（M&D Center）和美国西屋电气公司，其最早的试点电厂为宾西法尼亚动力公司的Eddystone发电厂。之后，在巴尔的摩煤气和电力公司、南方电力公司等开始推广应用。进入90年代，德国斯蒂亚克电力公司、汉堡电力公司以及英国国家电力公司等电力公司在其管理的火电厂也开始设备状态检修工作。现在，美国有50%以上的电力公司应用设备状态检修技术对发电设备实施状态检修。
在我国，北仑电厂起步较早，以推行“点检定修”为基础，加强设备的状态监测和评估，逐步推进状态检修，又引进了RCM软件，对设备进行评估，引入优化的检修策略。近年来，北仑电厂机组的健康水平明显提高，等效可用系数逐年提高，检修费用逐年下降。上海外高桥电厂相继引进一些管理软件和设备状态监测仪器，以企业信息化推进状态检修，也取得很好的效果，将国产300MW机组检修间隔延长到6年。
设备状态检修是根据先进的状态监测和诊断技术提供的设备状态信息，判断设备的异常，预知设备的故障，在故障发生前进行检修的方式，即根据设备的健康状态来安排检修计划，实施设备的检修，以最大限度地防止设备过修或失修。状态监测是状态检修的基础，而对监测结果的有效管理和科学应用则是状态检修得以实现的保证。
目前，火电厂实施状态检修是根据不同设备的重要性、可控性和可维修性，科学合理地选择不同的检修方式，形成一套融故障检修、定期检修、状态检修和主动检修为一体的、优化的综合检修模式，以提高设备可靠性、降低发电成本。火电厂实施状态检修不是以状态检修完全取代现有的定期检修方式，而是根据设备的重要性和在现行定期检修为主的检修体制基础上，逐步增大实施状态检修设备的比重。 1.2 国外发电设备状态检修的实例
1.2.1 美国巴尔的摩煤气与电力公司的火电设备状态检修情况
巴尔的摩煤气与电力公司的4座火力发电厂，共9台汽轮发电机组和30台燃气轮机发电机组，建立了比较完善的状态检修体制和机制，所有发电设备的状态检修工作由公司工程部的监测中心统一管理，监测中心有5人，分别负责油质分析、红外热成像分析、辅机振动分析、汽机振动分析、机组性能试验、金属试验及马达状态监测等。另配有3名技术员分片负责现场数据采集工作。从1991年到1996年开始实施状态检修工作，收到明显效果。在电机检修方面，费用减少了70%。汽机每5年揭缸大修一次，机组小修1～1.5年一次。机组辅机基本实现了状态检修。 1.2.2 英国、德国一些电厂状态检修的实施情况
英国国家电力公司的Didcot A和B发电厂分别安装有4×500MW燃煤（燃气）机组和2×680MW燃气联合循环机组，建立了覆盖运行过程管理、检修管理、财务管理、人力资源管理等方面的电厂管理网络系统，以及安装了设备信息管理集成系统软件包和监测仪器。电厂对主要辅机如风机、磨煤机、泵组等进行在线或离线状态监测，通过监测诊断信息制定预知性维修项目和计划，实现了辅机状态检修。2台500MW机组，通过实施状态检修一年可节约费用160万美元。
在英国苏格兰电力公司拥有20～30个技术人员从事设备状态监测、材料分析和检验，公司根据监测诊断信息和分析经过制定设备状态检修计划和措施下达给电厂进行实施。
在德国也有不少电力公司在发电厂实施状态检修工作，并取得了较好效果，如STEAG电力公司采用Benchmarking方法对设备进行优化分析，检修技术措施优化，备品配件采购储存优化，效果明显。 2 火电厂设备状态检修的基本程序
火电厂设备状态检修工作是一个非常复杂的系统工程，各种监测技术和方法都得到应用。综合目前国内外火电厂设备状态检修的实践经验，设备状态检修可概括地分为初级状态检修（或称为点检定修）和状态检修。目前，美国等西方国家的电力公司推行的设备状态检修，实际上是根据不同设备的重要性、可控性和可维修性，科学合理地选择不同的检修方式，形成一套融故障检修、定期检修、状态检修和改进性检修为一体的优化检修。实施状态检修是根据电网安全稳定优质运行的要求，按照电网制定的发电机组检修计划，在定期检修基础上，逐步扩大状态检修的比例。 2.1 设备初级状态检修———点检定修制
它是在设备使用阶段以点检为核心的设备检修管理体制，是日本在引进美国的预防维修制（状态检修）基础上发展起来的一种设备管理制度。设备点检是利用人的感官或简单的仪表工具，按照标准，定点定期地对设备进行检查，发现设备的异常和隐患，掌握故障的初期信息，及时采取对策，将故障消灭在萌芽阶段的一种管理办法，是设备实施状态检修的初级形式。通过点检人员对设备进行点检作业，准确掌握设备的状态，采取早期防范设备劣化的措施，实行有效的预防计划检修，提高了设备的可用率，降低检修成本。 2.1.1 点检定修管理的特点
（1）实行全员管理。全员管理是点检工作的基础，是点检制的基本特征。实行运行人员的日常点 检、专业点检员的定期点检和专业技术人员的精密点检“三位一体”的点检作业，三个方面的人员对同一设备进行检查、诊断和管理。
（2）专职点检员按区域分工进行管理。汽轮机、锅炉、电气、热控等专业的专职点检员，按工作量实行区域分工负责制，这是点检制的实体、核心和点检活动主体。
（3）点检员是管理者。点检制的精髓是管理职能下移，设备管理的全部职能按区域分工的原则落实到点检员。点检员是设备检修的责任者、组织者和管理者。点检员负责点检计划、点检标准的编制和修订、检修计划编制、检修工程管理、预算管理等。
（4）点检是一整套科学的管理工程，是按照严密的规程标准进行管理的。
（5）点检制把传统的静态管理办法推进到动态管理办法。点检发现的问题，随时根据经济性、可能性安排到定期检修计划中加以处理，减少检修的盲目性。 2.1.2 点检内容
点检基本内容可归纳为12个环节，见图1。
图1 点检的基本内容
点检定修制是状态检修的初级阶段。它是一种在设备定期检修基础上，更加重视设备状态的一种检修模式。点检定修制是从管理制度上入手，在设备管理上打破运行和检修的界限，使全体人员参与设备的维修;加强设备状态的分析和诊断，明确设备检查的项目、标准、手段方法，并量化了检查结果，从而有效监督设备的状态，指导设备的检修，减少计划检修的盲目性。点检定修制在日本应用十分普遍，上海宝钢率先将其引入国内，并在冶金系统推广，1987年我国冶金系统十个推行点检制试点企业，主要设备的事故率平均下降40%，维修费用降低20%～30%。1994年浙江北仑电厂率先在电力系统引进点检制，也取得较好的效果。 2.2 设备状态检修
设备状态检修主要是采用先进的状态监测技术和系统，利用计算机网络手段，根据检测的数据、频谱、图像，通过比较、分析，利用其变化的大小和变化趋势提出设备检修的建议。然后，再结合设备的重要性、检修的费用以及停机所造成的损失综合分析来决定检修计划。发电设备状态检修主要程序如下:（1）对设备进行评估，确定设备采取何种检修方式。设备评估的主要方法:美国EPRI基于RCM研究的系统设备可靠性优先技术（SERP）。确定需要实施状态检修的设备，一般依据如下原则:
1）安全性，首先考虑对机组、系统的安全和对人身的安全影响大的设备;
2）可靠性，对机组运行可靠性影响大的设备;
3）运行效率，对机组运行效率影响大的系统或设备;
4）费用考虑，对设备价值量高、作用重大的设备;
5）环保要求，由于设备可靠性低引发废物排放增加而影响机组正常运行或处罚严重的设备。此外，还要考虑如下几个因素:
1）设备损坏的模式（机理）;
2）设备损坏的频率;
3）设备损坏后的检修费用。
根据以上影响因素，依据一定规则进行打分评估。根据评估结果，确定设备的检修方式。
（2）确定需要开展状态检修设备的监测手段。根据设备特点和损坏模式，确定监测方式和仪器。可以是在线（高速在线、普通在线、网络化在线）、巡回检测系统等，也可以是离线、定期的检测分析仪器或系统。监测方式不同，其费用也不相同，要进行综合技术经济性比较后确定。
（3）建立开展状态检修设备的状态信息分析平台，对不同监测系统采集的信息进行汇总、分析和诊断，提出检修建议。也可由经验丰富的专业工程师完成信息的分析和诊断，提出设备的检修建议。
（4）状态检修实施。根据信息集成分析诊断系统提供的各种诊断信息和检修建议，进行检修决策，并通过计算机检修管理系统（CMMS）付诸实施。
（5）过程改进。经过一段时间实施后会发现有些部分还不够完善，因此需要再进行评估，通过再评估后进行改进和完善。
对某一设备实施状态检修的步骤见图2。
图2 设备实施状态检修的步骤
根据国外火力发电设备实施状态检修的经验，由于电厂生产是连续性的，很难根据汽轮机、发电机与锅炉的各自特点安排各自的检修计划，而且，电力自身产、供、销瞬时完成的特点也决定了机组的检修计划必须配合电网的生产计划，而主设备实施状态检修又受监测手段、成本效益因素的制约，汽轮机、发电机、锅炉虽然是关键设备，但仍采用定期检修。开展状态检修的设备主要是辅机和重要电气设备，主要是由于一些辅机往往是状态监测的薄弱环节，而多数的机组非计划停机或降出力运行又是由于辅机故障造成的，通过实施设备优化检修，定期检修的设备数量逐步减少，应用状态检修的设备逐步增加，提高机组可靠性，降低检修成本。图3是火力发电设备开展优化检修前后各种检修方式实施比例的变化情况。
图3 设备实施优化检修前后各种检修方式的变化情况
根据国外状态检修情况和国内发电设备的实际，火电厂主机的状态检测手段已比较完备，这些数据可直接从分散控制系统中获取。因此，目前火电厂开展设备状态检修一般是对主要辅机开展状态检修，这些辅机设备主要包括:锅炉送风机、引风机、一次风机及其电机;磨煤机、排粉机、输煤皮带及其电机;粗粉分离器、细粉分离器;电除尘器;炉水泵、给水泵组、循环水泵、凝结水泵;加药泵、除盐水泵及其驱动装置;高压加热器、低压加热器、凝汽器;主变压器、高备变、高厂变;500kV、220kV、110kV高压开关、厂用高压开关等。
2.3 实施状态检修采用的主要检测技术和设备
根据当今检测技术的发展水平和火电设备的实际情况，目前火电设备状态检测应用的检测技术和设备主要有以下几种类型:
（1）便携式振动监测设备。用于对旋转机械（如各类泵、风机等）进行定期检测。
（2）油液分析设备。用于对油的品质、污染度、污染物质的分析测试。
（3）红外热像仪。用于对各种电气、机械部件的表面温度场分布的测试。
（4）马达监测设备。用于对马达电流、磁通量、振动的测试，诊断转子的相关问题及电气故障。
（5）超声波检漏仪。用于检测各种管道、阀门的泄漏。 3 国内火电设备状态检修试点情况
随着科学技术的发展，发电设备单机容量越来越大，制造越来越精密，自动化程度也越来越高，尤其是现代计算机网络技术和现代诊断技术不断应用生产实践，现行的定期检修制度的问题也日益显露。1997年国家电力公司开始组织火力发电设备开展状态检修研究和试点工作，先后组织专家赴美国、欧洲对状态检修实施情况进行考察，并在北仑、外高桥、石横、邹县等电厂进行试点。
北仑电厂开展状态检修工作起步较早，其具体的作法是以推行设备点检定修制为基础，推进开展设备状态检修。1994年10月北仑电厂开始向宝钢学习设备点检定修管理模式，1995年在输煤系统设备得到成功应用，1997年1月开始在全厂范围推广实施，1998年11月成立设备管理部，从体制上对策划层和作业层进行分离。通过实施点检制，建立了以点检员为核心的全员设备管理体制，点检员对其管理的设备状态负全责;建立起了由运行人员日常检查维护、点检人员的日常点检、设备定期检修和专业性点检、倾向性管理和趋势分析、设备状态监测故障诊断和技术监督相结合的保证设备健康状态的五层防护体系;完善检修的技术基础管理工作，编写了设备润滑标准、设备点检标准、设备定修标准等一系列点检的配套标准;配合点检定修制的实施，成立状态监测小组，加快了设备监测和诊断技术的研究;点检制的实施有力推动了计算机检修管理系统的应用，引进计算机检修管理软件，实现检修管理的规范化、标准化、程序化。同时又采用以可靠性为中心的检修思想，将状态监测和计算机管理系统有机集成，综合考虑设备状态、设备在系统中的地位和检修经济有效性，优化资源配置，优化检修策略，实现从状态监测向状态检修的跨跃，以推进状态检修工作。近年来，北仑电厂机组的健康水平明显提高，等效可用系数逐年提高，检修费用逐年下降，1999年1号机组全年未发生非计划停运，连续运行时间155天，2号机组有2个连续运行超百天，最长连续运行时间143天。
外高桥电厂思路与北仑电厂相似，具体作法上与北仑略有不同。北仑电厂是在推行点检定修制基础上，逐步引进新的管理技术、手段，形成适应开展设备状态检修的管理体制、管理方法，外高桥电厂是在对国内外实施状态检修的基础上，对电厂实施状态检修工作进行整体规划，短时间内相继引入SAP管理软件、美国电力科学协会SRCM软件、CSI公司的离线状态监测仪器及RBMWARE软件、中国电科院发电机故障专家诊断系统和电厂主设备寿命管理系统，其软件的流程关系见图4。通过这些软件的 实施，以信息管理全面促进企业管理水平的现代化，从而形成开展设备状态检修的体系。目前，上述软件已基本完成实施。
图4 外高桥发电厂状态检修软件流程
山东石横、邹县电厂在其成功引入点检定修制的基础上，在检修工作中引入优化检修思想，将设备根据重要程度分成三类:①必须停主机或主要辅机才能隔离，或虽在主机运行期间可以隔离，但隔离后一旦发生其他问题将会有可能造成严重后果的系统.设备;②系统.设备隔离后，虽不影响主机，但影响机组出力的系统.设备;③系统.设备有后备运行方式，隔离后降低关联系统.设备的安全系数或只影响机组经济性的设备。对于
一、二类设备优先纳入状态检修范围，对三类设备主要采用定期检修和故障检修模式。其选定实施状态检修的设备主要集中在辅机。同时，山东电力集团公司在全省也创造一个实施状态检修的良好氛围，机组的小修申请必须包括主要辅机的状态数据和状态诊断分析结论，说明检修的必要性，否则不予安排，也取得很好的效果。通过对国外发电设备开展状态检修情况研究和国内试点工作，初步掌握了火电厂设备开展状态检修工作思路和组织形式以及主要技术内容，并在总结发电设备状态检修试点的经验和教训的基础上，原国家电力公司组织制定了“火电厂设备实施状态检修的指导意见”，推动了火力发电设备状态检修工作的开展。 4 实施设备状态检修的基本认识
4.1 状态检修是设备检修的方式之一
实施设备状态检修并不是所有设备都要进行状态检修，实施状态检修的机组，也要根据电网中发电机组的检修计划实施计划检修。设备的检修可以采取故障检修、定期检修、状态检修和改进性检修四种方式。状态检修虽然有最大限度发挥设备的能力的优点，但是也受状态监测手段、监测成本等因素的限制。发电厂开展状态检修的目的是为了以合理的成本，维持或改善设备的可靠性、经济性、可调性及可控性，使发电成本在电网中具有竞争力。火力发电厂是由各种设备和系统组成的，设备和系统的重要程度不同，对其可靠性的要求程度也就不同，这就决定了对电厂中的所有设备实施单一检修方式是不合理的、不经济的，必须针对不同设备和不同的运行方式，采用不同的检修方式。因此，火力发电厂开展状态检修是根据不同设备的重要性、可控性和可维修性，科学合理地选择不同的检修方式，形成一套融故障检修、定期检修、状态检修和改进性检修为一体的、优化的综合检修模式。不是以状态检修完全取代现有的定期检修方式，而是根据设备的重要性和在现行定期检修为主的检修体制基础上，逐步增大实施状态检修设备的比重。 4.2 开展状态检修是对检修管理体制的变革
开展状态检修不仅仅是设备的监测、诊断系统的问题，而是一项复杂的系统工程，必须对现行的设备管理思想、方式、手段进行相应的变革。
首先要改革检修管理方式，由电厂自主进行设备检修决策。目前，我国实行的是定期检修方式，只要检修周期到了，不管设备状态好坏，电厂必须按照主管部门规定的项目都要进行设备检修。随着电力体制改革的深入，电厂将作为参与市场竞争的主体，设备检修必将纳入企业内部经营活动中，应该在保证人身、电网安全的前提下，由企业自主进行检修决策，并承担相应的风险和收益。
其次是建立适应状态检修管理机制。从设备管理方式来看，缺少对设备状态进行分析、诊断的组织。运行人员是设备的主人，其职责按照规程对机组运行状况进行监视和调整，定期对设备进行巡回检查，发现缺陷及时通报检修处理，检修人员的职责是根据定期检修计划或来自运行部门报告的事故缺陷进行定期或事故检修，但是运行和检修方面对设备的状况分析不够，无人进行故障的早期预防、诊断。因此，必须建立适应状态检修的管理机制，对设备状态检修有专门的部门负责。
第三要完善管理手段，引进计算机化的检修管理系统。
5 对我国开展发电设备状态检修工作的几点建议
推行状态检修是一项复杂的系统工程，涉及设备管理的各方面，不可能一蹴而就。我国推行状态检修的改革也尚处于探索阶段，因此，坚持“总体规划、分步实施、先行试点、逐步推进”的原则，才能确保检修管理改革顺利实施。
结合我国火力发电厂实际，提出如下几点建议: 5.1 开展状态检修必须对状态检修予以科
学的定位实施发电设备状态检修，实际上是集设备故障检修、定期检修、状态检修、改进性检修等多种检修方式的优化组合。状态检修只是在设备状态检测、分析、诊断技术发展后兴起的一种检修方式，而且也 仅适用于部分设备，所以不能以偏盖全，用状态检修来替代其他检修方式。 5.2 开展发电设备状态检修是对目前实行的定期检修管理体制的重大变革
要做好发电设备状态检修工作，必须改变原有的检修管理模式，变革原来的检修管理体制，建立负责设备状态检修的单独组织，明确职责，有效运转，利用开放、计算机化的电厂运行与检修管理信息集成分析诊断系统，真正做好设备状态参数检测和趋势分析工作，定期提出设备状态报告，为设备的检修决策提供条件。
对于刚开始开展设备状态检修的火电厂要全面推行点检定修制，进入状态检修的初级阶段，从建立设备点检班组，全面落实设备责任制，建立起全员参加的设备状态监测和管理体系，完善基础管理工作开始，利用现有的技术监测和监督手段，加强对设备状态的分析和诊断，以指导设备的检修。对于条件比较好、管理比较先进的火电厂可高标准、高起点，全面开展设备状态检修工作。 5.3 选择可靠、实用的状态监测方式和状态信息集成分析诊断系统
这是取得状态检修成效的重要条件。根据被监测设备的特点、重要性和损坏模式等，通过综合技术经济性比较，选择合适的监测方法。对于部分拥有运行时间较长的老火电机组和管理上正在转型的发电厂，在开始开展设备状态检修工作时，可先从设备点检定修制开始，先采用一般的、自动化程度不太高的设备状态检测分析方式，通过不断完善，形成机制，再跨越到以利用先进仪器检测设备为主、在线和离线相结合、高度计算机化的设备状态检修机制。对于信息集成分析诊断软件系统要具备开放式、集成性和兼容性的特点，应将设备状态的各种分析诊断结果以最直观的信息方式提供给决策者，以便做出状态检修决策判断。
5.4 采用先进的计算机检修管理系统，提高检修管理水平
计算机检修管理系统是一个应用管理软件，引进后需要进行客户化，做大量细致的技术基础工作，如设计和历史数据收集整理，设备编码、检修标准作业文件包等等，同时由于它体现先进的管理模式，与传统管理模式有很多不相适应的地方，要有一个适应过程。重要的是一把手和主管领导要重视这项工作。 5.5 对状态检修的策略要再评估，进行改进，不断完善
状态检修工作是一项逐步发展和完善的过程。状态检修策略在经过一个阶段实施后，必然会发现一些不足和有待改进的环节。另外，设备的各种边界条件也会随着时间有所变化。因此需要定期对以前的评估准则、评估结果，监测诊断系统以及决策系统等再评估，进行修正和改进，使之不断得到优化。
6 结论
随着现代计算机网络技术、现代诊断技术的发展，设备状态检修技术已在国内外被广泛认可和应用，取得了明显的效益。设备状态检修主要是采用先进的状态监测技术和系统，利用计算机网络手段，根据检测的电量与非电量数据、频谱、图像，通过比 较、分析，鉴别其变化的大小和变化趋势，提出设备检修的建议;结合设备的重要性、检修费用及停机所造成的损失，综合分析来决定检修计划。推行状态检修是一项复杂的系统工程，关键在认识，转变观念。需要对实行状态检修的设备进行科学定位，对现行定期检修管理机制实行重大变革，从推行点检定修管理入手，选择可靠、实用的状态监测方式和状态信息集成分析、诊断系统，逐步完善状态检修策略，提高检修管理水平。坚持实践，一定会取得重大经济效益。
