新一代大型調(diào)相機(jī)組輔機(jī)系統(tǒng)監(jiān)造過(guò)程中的質(zhì)量?jī)?yōu)化控制

張 明，余建飛，高宜宏，蔡萬(wàn)里，崔一鉑

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.湖北方源東力電力科學(xué)研究有限公司，湖北 武漢 430077）

0 引言

新一代大型調(diào)相機(jī)依靠其動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力及大容量雙向無(wú)功調(diào)節(jié)能力來(lái)提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。國(guó)網(wǎng)公司對(duì)這種大容量調(diào)相機(jī)組提出了“安全可靠性高、運(yùn)維檢修方便”的要求，這就需要調(diào)相機(jī)組整體具有極高的可靠性。輔機(jī)系統(tǒng)作為機(jī)組重要的支撐系統(tǒng)，其可靠性更應(yīng)超越主機(jī)[1]。然而，根據(jù)特高壓直流工程設(shè)備及常規(guī)火電機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，輔機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的頻率往往高于主設(shè)備，并且由于輔機(jī)系統(tǒng)零部件供應(yīng)商眾多，各分包、分供應(yīng)廠商制造工藝水平良莠不齊[2]，為確保電網(wǎng)設(shè)備“零缺陷”投入使用，“長(zhǎng)周期”可靠運(yùn)行，需要在輔機(jī)系統(tǒng)常規(guī)監(jiān)造的基礎(chǔ)上進(jìn)一步把控產(chǎn)品質(zhì)量，以降低設(shè)備后期運(yùn)行中發(fā)生事故的可能性。鑒于此，在輔機(jī)系統(tǒng)各主要部件的監(jiān)造工作中，根據(jù)輔機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成及特點(diǎn)，提出了具體的監(jiān)造優(yōu)化控制方法，并對(duì)方法應(yīng)用過(guò)程中的典型案例進(jìn)行了分析。

1 調(diào)相機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成及技術(shù)特點(diǎn)

目前特高壓直流換流站加裝的新一代大型調(diào)相機(jī)有兩種機(jī)型，即：哈爾濱電機(jī)廠的空冷調(diào)相機(jī)和上海電機(jī)廠的雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)。這兩種機(jī)型均為兩制造廠的首創(chuàng)產(chǎn)品，其所配套的輔機(jī)系統(tǒng)主要有除鹽水處理系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、外冷系統(tǒng)。另外，雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī)還有一套定、轉(zhuǎn)子冷卻水系統(tǒng)[3]。各分系統(tǒng)包含的主要裝置設(shè)備如表1所示。

表1 輔機(jī)分系統(tǒng)包含的主要裝置設(shè)備Tab.1 Main equipments in auxiliary system

這些設(shè)備的同類型產(chǎn)品在常規(guī)火電機(jī)組中均普遍采用。但由于調(diào)相機(jī)組自動(dòng)化程度較高，并且其自身穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的可靠性及暫態(tài)運(yùn)行的性能指標(biāo)也遠(yuǎn)高于常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組，因此輔機(jī)系統(tǒng)在具備長(zhǎng)期自動(dòng)可靠運(yùn)行能力的同時(shí)，又必須有較大的工作裕度，以便滿足機(jī)組在暫態(tài)過(guò)程中特殊的換熱需求。顯然，常規(guī)火電機(jī)組中采用的同類型產(chǎn)品無(wú)法滿足新一代大型調(diào)相機(jī)組運(yùn)行需要。為此，對(duì)輔機(jī)系統(tǒng)各設(shè)備的選型及運(yùn)行方式進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，采用優(yōu)質(zhì)零部件來(lái)提升設(shè)備性能。相應(yīng)地，為了適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的改變，在出廠質(zhì)量控制方面，也應(yīng)采取更為有效的措施來(lái)強(qiáng)化管控。

2 質(zhì)量控制重點(diǎn)和難點(diǎn)

2.1 監(jiān)造見證點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

調(diào)相機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)主要的工作介質(zhì)為水和油，承擔(dān)為機(jī)組換熱和潤(rùn)滑的工作，但帶來(lái)的隱患主要為因管路腐蝕、結(jié)垢導(dǎo)致的缺陷以及設(shè)備運(yùn)行故障。通常兩個(gè)主機(jī)制造廠針對(duì)常規(guī)發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)，依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的監(jiān)造見證項(xiàng)目[4]及設(shè)備生產(chǎn)工藝流程，編制了有針對(duì)性的質(zhì)量控制計(jì)劃。在每個(gè)生產(chǎn)階段完成時(shí)，主機(jī)廠會(huì)聯(lián)合業(yè)主方及相關(guān)調(diào)試單位以文件見證、現(xiàn)場(chǎng)見證、停工待檢3種方式依據(jù)計(jì)劃逐條對(duì)分供應(yīng)商的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢查，盡量避免后期的故障缺陷。然而，對(duì)于與常規(guī)發(fā)電機(jī)組差異較大的調(diào)相機(jī)組來(lái)說(shuō)，這些簡(jiǎn)單的報(bào)告審查和運(yùn)行試驗(yàn)不足以測(cè)試機(jī)組在極端工況下輔機(jī)的運(yùn)行可靠性，但由于單純地增加見證點(diǎn)會(huì)引發(fā)制造廠抵觸情緒，因此，提出在維持原有“材質(zhì)檢查”和“設(shè)備運(yùn)行試驗(yàn)”見證點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化監(jiān)造要求，增加部分檢查內(nèi)容。

2.2 原材料及裝配質(zhì)量抽查及復(fù)驗(yàn)

原材料質(zhì)量是產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)[5]，主機(jī)制造廠的質(zhì)量控制計(jì)劃中，對(duì)輔機(jī)設(shè)備的原材料及裝配質(zhì)量控制方式為產(chǎn)品質(zhì)量證明書審查。由于輔機(jī)設(shè)備種類眾多，單個(gè)設(shè)備不同部件的材料選用復(fù)雜，不同材料供應(yīng)商的質(zhì)保書內(nèi)容詳略不一，質(zhì)量控制計(jì)劃可以解決各供應(yīng)商質(zhì)保書有沒有的問(wèn)題，卻無(wú)法對(duì)其記錄內(nèi)容的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷。為加強(qiáng)質(zhì)量控制，應(yīng)隨機(jī)抽取部分原材料樣品進(jìn)行成分或者力學(xué)性能檢查，特別是對(duì)于質(zhì)保書上存有懷疑的部分應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)復(fù)驗(yàn)，以便復(fù)核質(zhì)保書準(zhǔn)確性。對(duì)于有焊接裝配工藝的結(jié)構(gòu)部件，在進(jìn)行常規(guī)焊接表面情況監(jiān)督檢查的同時(shí)，要求供應(yīng)商提供焊接工藝過(guò)程記錄及施焊方式適用性證明。同時(shí)，在焊接完畢后的無(wú)損檢測(cè)方面，則要求其提供檢測(cè)人員的原始記錄以及射線底片。

2.3 設(shè)備極端運(yùn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)

輔機(jī)各設(shè)備出廠前一般會(huì)進(jìn)行水壓試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)和運(yùn)行試驗(yàn)[4]，這些試驗(yàn)的內(nèi)容和監(jiān)督方法在以往常規(guī)監(jiān)造方案中均有體現(xiàn)。但對(duì)于新一代大型調(diào)相機(jī)組，單純通過(guò)監(jiān)督常規(guī)試驗(yàn)過(guò)程并不足以評(píng)估各設(shè)備在機(jī)組暫態(tài)以及設(shè)備事故工況下的工作能力。為此，監(jiān)造組多方了解每臺(tái)調(diào)相機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及具體安裝情況，針對(duì)每個(gè)站點(diǎn)輔機(jī)系統(tǒng)的廠內(nèi)試驗(yàn)，與各制造廠討論調(diào)整試驗(yàn)內(nèi)容和參數(shù)，在保證設(shè)備安全的前提下，最大限度地設(shè)計(jì)該站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)可能的突發(fā)工況，以測(cè)試復(fù)雜工況下設(shè)備工作能力及穩(wěn)定性。

3 質(zhì)量控制中的案例及分析

3.1 原材料材質(zhì)問(wèn)題

在對(duì)某臺(tái)調(diào)相機(jī)化學(xué)除鹽水處理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)造檢查的過(guò)程中，制造廠能夠提供水泵、膜元件、管道等主要設(shè)備詳細(xì)的材質(zhì)報(bào)告，但無(wú)法提供設(shè)備所用附件諸如螺栓、法蘭的材質(zhì)成分和力學(xué)報(bào)告，僅有其分供應(yīng)商出具的合格證。為保證設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，技術(shù)規(guī)范中曾要求除鹽水處理系統(tǒng)各主要金屬附件均應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)。分供應(yīng)商提供的合格證雖然可以滿足主機(jī)廠質(zhì)量控制計(jì)劃中對(duì)原材料的文件要求，但卻無(wú)法佐證其選用材質(zhì)的正確性。因此監(jiān)造組提出用自帶設(shè)備對(duì)個(gè)別螺栓的材質(zhì)成分進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)。采用砂紙對(duì)螺栓表面打磨后，用xSORT型便攜式光譜儀測(cè)試其成分，結(jié)果如表2所示?？梢?，螺栓中Cr元素含量遠(yuǎn)低于不銹鋼，表明其材質(zhì)僅為碳鋼，并不符合技術(shù)規(guī)范要求。監(jiān)造組據(jù)此向制造廠開具不合格監(jiān)造聯(lián)絡(luò)單，要求其更換所有不符合要求的螺栓，并認(rèn)真核查其他零部件的材質(zhì)，完畢后提供所有部件的材質(zhì)和力學(xué)試驗(yàn)報(bào)告給監(jiān)造組審核。相應(yīng)地，為防止此項(xiàng)問(wèn)題的再次發(fā)生，監(jiān)造組要求調(diào)相機(jī)組所有輔機(jī)系統(tǒng)制造廠加強(qiáng)對(duì)原材料的監(jiān)管，認(rèn)真自查自檢，收集齊所有原材料詳細(xì)資料后再向監(jiān)造組提出見證申請(qǐng)。

表2 螺栓的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（單位：%）Tab.2 Chemical composition of bolt(mass)（unit:%）

3.2 超負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)

外冷臥式離心泵負(fù)責(zé)整個(gè)外冷系統(tǒng)的水循環(huán)，技術(shù)規(guī)范中要求單臺(tái)離心泵額定循環(huán)水量為565 m3/h，揚(yáng)程32 m。通常情況下，在進(jìn)行出廠運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)，僅需要測(cè)試水泵在額定工況下各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足要求即可。然而，經(jīng)某臺(tái)調(diào)相機(jī)工程安裝現(xiàn)場(chǎng)反饋得知，離心泵揚(yáng)程達(dá)到28 m即可滿足實(shí)際運(yùn)行需要。所以，監(jiān)造組在進(jìn)行離心泵出廠運(yùn)行試驗(yàn)見證時(shí)，與制造廠協(xié)商，以28 m揚(yáng)程為邊界點(diǎn)來(lái)探索該站離心泵的最大循環(huán)水量。運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。測(cè)試點(diǎn)3為離心泵在額定工況下的數(shù)據(jù)，此時(shí)的水量為565.71 m3/h，揚(yáng)程為32 m，電機(jī)的電流為140 A，小于額定電流142 A，泵體運(yùn)行情況良好。通過(guò)調(diào)整出口閥門繼續(xù)增大循環(huán)水流量，泵的揚(yáng)程迅速減小，當(dāng)達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)要求的28 m揚(yáng)程后，對(duì)應(yīng)的循環(huán)水量達(dá)到700 m3/h，電機(jī)電流超負(fù)荷至165.9 A，并且穩(wěn)定運(yùn)行2 h后泵體未見明顯異常。這顯然已超出實(shí)際需要，表明該泵有較大的工作裕度，當(dāng)調(diào)相機(jī)組有突發(fā)的換熱要求時(shí)，離心泵可通過(guò)臨時(shí)增大循環(huán)水量來(lái)滿足需求，保障機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 離心泵廠內(nèi)運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Testing result of centrifugal pump

3.3 高溫承壓試驗(yàn)

調(diào)相機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)正常工作狀態(tài)為油溫45-50℃，低油溫環(huán)境下會(huì)啟動(dòng)加熱器將潤(rùn)滑油升溫至35℃，因此出廠試驗(yàn)過(guò)程中一般設(shè)定35℃和50℃兩個(gè)油溫點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行試驗(yàn)。在對(duì)某臺(tái)調(diào)相機(jī)潤(rùn)滑油集裝裝置開展50℃油溫下運(yùn)行試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分管道法蘭有輕微的滲油現(xiàn)象，由于該臺(tái)裝置已經(jīng)完成1.5倍工作壓力的常溫水壓試驗(yàn)，此工況下滲油則說(shuō)明緊固件安裝并不到位，高溫下潤(rùn)滑油受熱膨脹致使系統(tǒng)內(nèi)壓力增大，部分零件變形導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生漏點(diǎn)。潤(rùn)滑油系統(tǒng)是調(diào)相機(jī)組重要的輔助設(shè)備，緊急情況下為保證主機(jī)安全惰走，其油溫很可能達(dá)到80℃，此時(shí)若有緊固件熱變形致使?jié)櫥托孤?，后果將十分?yán)重。為避免此類情況發(fā)生，監(jiān)造組與制造廠協(xié)商，對(duì)所有潤(rùn)滑油集裝裝置增加80℃油溫工況下系統(tǒng)1.5倍額定壓力并保壓30 min的承壓試驗(yàn)，以考核裝置應(yīng)對(duì)事故工況的能力，并將滲油漏油問(wèn)題暴露在制造廠內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

新一代大型調(diào)相機(jī)組應(yīng)用場(chǎng)合特殊，性能指標(biāo)要求高，其輔機(jī)系統(tǒng)監(jiān)造是提升設(shè)備質(zhì)量、進(jìn)一步保障主機(jī)將來(lái)安全運(yùn)行的有效途徑，在工程建設(shè)中起著承上啟下的重要作用。監(jiān)造過(guò)程中優(yōu)化質(zhì)控策略的應(yīng)用，不僅可以協(xié)助監(jiān)造人員提早評(píng)估制造裝配缺陷帶來(lái)的影響，還可對(duì)設(shè)備的極端性能進(jìn)行全面掌握，這都有助于提升輔機(jī)產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，前移整套機(jī)組安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估關(guān)口，為調(diào)相機(jī)組順利投產(chǎn)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

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