水电厂机械主设备可靠性管理技术研究

重庆大学硕士学位论文水电厂机械主设备可靠性管理技术研究姓名：幸绍凯申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：张根保20050901中文摘要I摘要加强水电厂机械主设备的管理，提高其利用率和可靠性，是水力发电企业设备管理的核心。上个世纪20年代，美国在设备维修领域首先实行了预防性的定时维修，即在设备运行、使用到某时间之后，就对设备进行拆卸检查，更换部分零部件，以此预防设备故障的发生。这种防患于未然的定时维修方法，减少了设备故障和生产中事故的发生，提高了企业的生产效益。这种设备管理方法与“不坏不修、坏了才修”的事后维修管理办法相比，具有明显的优势。因此该方法迅速被世界各地的各行各业所采用，并在各种制造业的设备维修管理中占据了主导地位。这种设备管理方式，在我国的电力生产企业，更是主要的安全生产管理方式。新中国成立以来，我国发电企业依据“安全第一，预防为主”的安全生产方针，制定的各种发供电设备检修规程，就是用预防为主、计划检修的原则对设备的可靠性进行管理。在水电厂，不论机械设备还是电器设备，几乎都是采用固定周期的检修或更换的处理方法预防事故的发生，完成发电企业确定的可靠性生产指标：提高机组的等效可用系数，降低强迫停运次数，减少机组的非计划停运次数（次/台年）等，从而提高企业的经济效益。本论文运用可靠性技术中的有关方法，依据《发电设备可靠性评价规程》对机组的可靠性状态进行分类,系统地分析了水轮机、发电机、调速器等三大机械主设备中可能或经常出现的故障，产生这些故障的原因及其影响因素；同时，使用故障树分析方法，研究了ZZ500-LH-1020轴流转浆式水轮机转轮的故障模式及其影响，同时也分析了预防处理这些故障的措施；通过危害度分析，找出了ZZ500-LH-1020轴流转浆式转轮中各个部件的危害性大小与危害性最大的部件。本论文在水电厂长期最佳等效可用系数与最佳维修周期确定方法的基础上，分析了大型水电厂机械主设备可靠性管理的技术方法，以及最小可靠度分配的原则，为大型水电厂开展建立以可靠性为中心的设备检修管理体制奠定了基础。本文概括了水电厂机械设备可靠性管理的内容与方法，在总结长江电力机械主设备管理的基础上认为：用可靠性的基本原理和手段，分析水电厂的各个系统的故障模式及其影响，对提高水电厂设备的可靠性，预防或者杜绝障碍、事故、重庆大学硕士学位论文II重大事故，减少非计划停机和强迫停机次数等具有实际的指导意义，也是水电厂在设备管理与检修中，如何有效的贯彻落实ISO9000质量体系、科学地应用可靠性系统工程的一种行之有效的手段与方法。关键词：机械主设备，可靠性，故障树，结构树，故障模式影响分析，危害度，可靠性维修英文摘要IIIABSTRACTManagementthatenhancesthemainmachineequipments,increasesitsutilizationandreliability,isthecoreofequipmentsmanagementinthehydraulicandelectricpowerstation.Lastcentury20'sintheUnitedStates,thewayofmaintainingequipmentswasputinpracticefirstly.Thatistosay,theequipmentsmustbedisassembledtochecktheequipments,replacesomepartsandpreventtheequipmentfaultaftertheequipmentsworksafixedperiod,whichwasnamedastheplannedmaintenance.Theplannedmaintenancenotonlycanreducetheequipmentsfault,butalsoincreasestheproductionperformanceofthebusinessenterprise.Thiskindofequipmentsmaintenancemethodisobvioussuperiortothemethodofnofaultwithoutmaintenance.Sothatmethodisquicklyadoptedbyvariedindustriesallovertheworld,andoccupiedthepredominantpositionintheequipmentsmaintenanceofallkindsofmanufacturingindustry.Itisalsoprimarilymethodfortheelectricitybusinessenterprisetocontrolproduction-safeinourcountry.SincethenewChinawasestablished,theelectricitybusinessenterpriseatalltimeshasmadevariedregulationsofequipmentmaintenanceaccordingtotheprincipleofSafetyFirstandMainPrevention.Inotherwords,itadoptstheprincipleofMainPreventionandPlannedExaminationtoenhancetheequipmentreliability.Inthewaterpowerstation,whethermechanicalequipmentsmaintenanceorelectricequipmentsmaintenance,theplannedmaintenanceisadoptedinthewholeofmaintenanceinordertoaccomplishtheproduction-reliabilitytargetforincreasingeconomybenefit.Theproduction-reliabilitytargetincludesFOF(forcedoutagefactor),EAF(Equivalentavailabilityfactor),PO(timesofplannedoutage),UO(timesofunplannedoutage)etc.Byapplyingthemethodofreliabilitytechnique,accordingtotheeletricequipmentsreliabilityevaluaterules,thispapersystematicallyanalyzesfaultswhichpossibilityorusuallyappearinturbine,generator,speed-adjustingcontrollerinwaterpowerstationandtheirreasonsandeffectfactors.MeanwhileitalsousesthemethodofFATtostudytheFMEAandpreventivefaultmeasuresofturbineofZZ500-LH-1020andfindoutthebiggestriskfromallpartsriskinturbineofZZ500-LH-1020.Thispaperanalysesthetechniqueofreliabilitymanagementofmainequipments重庆大学硕士学位论文IVandtheleastreliabity-allocationprincipletobuildtheequipments’managementsystemofreliabilitybasedonthecertainmethodoflong-optimalEAFandtheoptimalMP(MaintenancePeriod)inlargehydraulicandelectricpowerstation.ThispapergeneralizesthecontentandmethodsofreliabilitymanagementofthemainmechanicalequipmentsinthewaterpowerstationandgetstheconclusionthatthebasicprincipleandmeansofRCM(ReliabilityCenteredMaintenance)haspracticalguidancesignificancetopreventoreradicatethefaultsandaccidents,reduceFOFandincreaseEAFetc.,andisavalidwaytocarryoutISO9000qualitysysteminthewaterpowerstation.keywords:themainmachineequipments,Reliability,Faults-Tree,Construction-Tree,FMEA(failuremodeeffectsanalysis),Risk,RCM(reliabilitycenteredmaintenance)1绪论1发电厂用户的用电设备1绪论1.1动力系统及其可靠性概述在研究水电厂机械主设备可靠性问题之前，我们分析一个用电容量小于发电容量、可自动调节的动力系统的组成。如图1.1所示，它由能源、原动机、发电机、用电设备以及控制设备调速器和励磁装置等构成。图1.1最小的自动调节的动力系统Fig1.1MinimalSelf-adjustingpowersystem能源可以是煤、油、天然气、或水；原动机可以是汽轮机、水轮机、内燃机等；发电机将原动机输出的机械能转换为电能；调速器就是在负载（用电设备）有变化的情况下，调整能源的输入，以便维持原动机转速的稳定不变（其实质就是保持电压的工频不变）；励磁装置则在负载（用电设备）变化的情况下，将发电机的输出电压控制在规定的范围内[6]。在这个系统中，用电设备的负荷与发电机的输出功率始终都能保持平衡，发电机的电压与频率始终都能满足用电设备的需要。发电设备与负载之间始终都能保持的这种动态平衡关系，就是电力系统稳定性的内涵。在电力工业发展的初期，发电厂的地点一般都选在用户附近，发电厂发出的电能没有调整装置，电压为直流，直接供给给用户的用电设备，各个发电厂孤立运行[6]。这种一对一的供电方式是极不可靠的，当发电厂或者任何一个用电设备出现接地故障，系统立即瓦解，发电机停机，用户停电。图1.2表示了一对一的供电方式。这种供电方式肯定不能满足现代工农业生产的需要。图1.2早期的一对一供电方式Fig1.2Formeronetoonepowersupply能源原动机发电机励磁装置用电设备调速器重庆大学硕士学位论文2随着工农业和城市的发展，电能需求量日益增长。我们只能通过开发各种能源资源，满足人们日益增长的电能需求。在能源资源与用户互相分散的情况下，我们只能将这些分散的发电厂，通过送电线路、变电所与分散的用电设备有机的结合起来，构成一个网络，由调度统一指挥，来保证发电、供电、用电之间的动态平衡。图1.3表示了多电厂与多用户并联联网的供电方式示意图。采用联网的供电方式，不仅可以提高用户用电的可靠性，而且也可以提高各种能源资源的综合利用率。在联网运行的供电方式中，电力系统的稳定性和可靠性问题，一直是世界各国电力生产部门高度关注的焦点。通常，普通用户能接触到的主要是反映供电能力和供电水平的供电可靠性指标（如：用户年平均停电时间），即供电企业提供的电能产品质量（供电持续性和稳定性）。对电能产品这一特殊商品深层次的可靠性管理工作，知之甚少。图1.3多电厂与多用户联网的供电方式示意图Fig1.3Thepowersupplymannerofmuti-electricitystat