葉林浩，王 冠，胡智頻，羅立權(quán)，趙俊杰

（1.國(guó)能浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江寧波 315800；2.國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100034）

隨著能源電力保供和全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)交易常態(tài)化，對(duì)煤電機(jī)組的運(yùn)行可靠性、兜底支撐調(diào)節(jié)作用提出了更高的要求[1-3]。國(guó)家和地方發(fā)改委、能源局均要求煤電企業(yè)加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)和管理，減少機(jī)組出力受阻，確保機(jī)組穩(wěn)發(fā)穩(wěn)供，并對(duì)非停、檢修超期、出力受阻嚴(yán)重的煤電機(jī)組加大考核力度[2-4]?；痣姀S發(fā)電量和收益逐漸由計(jì)劃型向統(tǒng)一開(kāi)放的電力中長(zhǎng)期、現(xiàn)貨、輔助服務(wù)市場(chǎng)交易轉(zhuǎn)型，機(jī)組可靠性直接影響現(xiàn)貨競(jìng)價(jià)得來(lái)的發(fā)電計(jì)劃履約完成[3-5]。由于機(jī)組非停、長(zhǎng)時(shí)間非計(jì)劃降出力以處理輔機(jī)重大缺陷等，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行發(fā)電長(zhǎng)期偏離計(jì)劃曲線，煤電企業(yè)面臨嚴(yán)重的考核和經(jīng)濟(jì)處罰[4-7]。利用數(shù)字化、人工智能等新技術(shù)，提高設(shè)備監(jiān)測(cè)能力，開(kāi)展預(yù)測(cè)性維護(hù)和狀態(tài)檢修，將有助于提高煤電機(jī)組可靠性[6-8]。因此，有必要深入分析適用于燃煤火電廠的設(shè)備可靠性智能監(jiān)控和安全提升技術(shù)路線，促進(jìn)煤電低碳、高效、靈活、安全、智能化發(fā)展，提升煤電機(jī)組的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

文章擬分析燃煤火電廠開(kāi)展設(shè)備可靠性提升和安全管控的智能化技術(shù)，為企業(yè)參與能源保供和電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)提供技術(shù)支撐和兜底保障。本研究有助于深入了解煤電企業(yè)提升設(shè)備運(yùn)行可靠性的智能化、精益化管理技術(shù)，以促進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)協(xié)同聯(lián)動(dòng)創(chuàng)效，實(shí)現(xiàn)電廠整體提質(zhì)增效，提高交易能力、運(yùn)營(yíng)效率和盈利水平。

1 智能化檢測(cè)監(jiān)測(cè)

2021年年底國(guó)家能源集團(tuán)煤電裝機(jī)容量為1.94億kW，占全國(guó)煤電總裝機(jī)的17.7 %。2020年煤電機(jī)組利用小時(shí)為4 447 h，2021年由于能源保供，煤電機(jī)組利用小時(shí)為4 972 h，大幅提升了525 h。面對(duì)能源保供壓力持續(xù)加大、機(jī)組運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)、機(jī)組平均負(fù)荷率更大、檢修周期縮短等局面，對(duì)設(shè)備可靠性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的設(shè)備檢修、維護(hù)模式以巡檢、點(diǎn)檢、大檢查、等級(jí)檢修為主，缺少智能主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、預(yù)測(cè)預(yù)警提醒等先進(jìn)功能，導(dǎo)致工作人員工作量較大，同時(shí)設(shè)備隱患、缺陷、事故等仍然頻發(fā)，對(duì)煤電企業(yè)安全穩(wěn)定生產(chǎn)造成了重大的風(fēng)險(xiǎn)。適用于燃煤電廠設(shè)備保障的智能檢測(cè)監(jiān)測(cè)技術(shù)包括：

（1）參與一次調(diào)頻系統(tǒng)的快速響應(yīng)高精度頻率測(cè)量裝置。對(duì)于頻率信號(hào)采樣不滿足一次調(diào)頻需要的響應(yīng)迅速及高精度的要求的機(jī)組，一次調(diào)頻采樣裝置建立于高性能32位處理器平臺(tái)的快速變送裝置，用于采集一次系統(tǒng)頻率49.8～50.2 Hz 和精度0.2 %等級(jí)，且不受諧波的影響。PT 三相電壓采用傅立葉算法實(shí)時(shí)計(jì)算頻率，在20 ms 內(nèi)精確測(cè)量頻率，精度為千分之一。

（2）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在線式防誤管理系統(tǒng)。利用微功耗無(wú)線通信技術(shù)，搭建實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)，采用較低的成本就能將原本離線式微機(jī)防誤系統(tǒng)改造成在線防誤綜合操作系統(tǒng)，解決現(xiàn)有離線五防系統(tǒng)的諸多問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)防誤主機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的一致性及邏輯判斷的實(shí)時(shí)性。該技術(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，實(shí)時(shí)邏輯判斷，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)遙信的閉鎖邏輯判斷、拓?fù)溟]鎖邏輯分析等，提高了防誤系統(tǒng)判斷時(shí)效，減輕工作人員工作強(qiáng)度。

（3）直流系統(tǒng)特殊故障絕緣監(jiān)測(cè)。直流絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)交流串直流、直流平衡接地、蓄電池接地、直流環(huán)網(wǎng)等特殊故障無(wú)法反映，通過(guò)增加特殊監(jiān)測(cè)手段，提高發(fā)電可靠性。該系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)直流蓄電池接地，適用于無(wú)法監(jiān)測(cè)特殊故障的直流絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，防止直流系統(tǒng)受到交流串入影響設(shè)備誤動(dòng)和拒動(dòng)。

（4）北斗對(duì)時(shí)系統(tǒng)改造。北斗二代對(duì)時(shí)系統(tǒng)以北斗為主，GPS 為輔，精確度高。加裝北斗二代對(duì)時(shí)系統(tǒng)后，可防止國(guó)外系統(tǒng)崩潰或故意誤導(dǎo)。采用雙重化時(shí)鐘源設(shè)計(jì)，即兩套對(duì)時(shí)系統(tǒng)，主、輔時(shí)鐘柜均有GPS 和CBD 雙信號(hào)源，對(duì)全廠電氣、熱工、調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備對(duì)時(shí)。

（5）給煤機(jī)控制回路優(yōu)化改造。改造方法包括3個(gè)部分。將給煤機(jī)變頻器轉(zhuǎn)速控制指令4～20 mA 擴(kuò)展，并傳輸?shù)紻CS 控制。將給煤機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)的電流信號(hào)傳輸?shù)紻CS 監(jiān)控。將變頻器更換為IP66高防護(hù)等級(jí)變頻器，防止灰塵和潮氣侵入變頻器電子板件造成各種不可預(yù)知的故障跳閘。改造的目的是將給煤機(jī)控制系統(tǒng)中不可監(jiān)控的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為可監(jiān)控的狀態(tài)，便于給煤機(jī)故障分析。

（6）鍋爐四管泄漏監(jiān)測(cè)與預(yù)防性治理技術(shù)。采用電站鍋爐受熱面壁溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示高溫管組爐內(nèi)汽溫、壁溫、爐膛出口煙溫差受熱面積灰、結(jié)渣情況、煙氣側(cè)吸熱偏差曲線，實(shí)現(xiàn)高溫管組各管段壽命管理和壁溫異常篩查。最先進(jìn)的四管泄漏技術(shù)監(jiān)督匯總鍋爐四管的規(guī)格、材質(zhì)、工況條件和無(wú)損檢測(cè)結(jié)果等多參數(shù)。附帶專家診斷系統(tǒng)，不僅可全面監(jiān)測(cè)鍋爐四管的高溫腐蝕、磨損、蠕變、超溫、氧化皮累積等，還能評(píng)估出剩余壽命，提前給出泄漏預(yù)警，有效輔助設(shè)備管理人員提前合理安排檢修工期，防止機(jī)組突然非停。

2 智能化控制保護(hù)

（1）直流雙路無(wú)擾切換電源技術(shù)。針對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，采用電子二極管隔離的熱工DCS（ETS、MFT）兩路直流電源（DC110、DC220）存在環(huán)并問(wèn)題，當(dāng)發(fā)生直流負(fù)載接地時(shí)，會(huì)發(fā)生兩段直流母線接地報(bào)警。采用雙路輸入、逆變隔離、切換時(shí)間小于10 ms的直流雙路無(wú)擾切換電源，解決DC100、DC220 直流Ⅰ、Ⅱ段電源在熱工DCS 直流負(fù)荷側(cè)環(huán)并問(wèn)題，保證兩路熱工電源無(wú)擾切換。該技術(shù)適用于機(jī)組采用電子二極管隔離的熱工DCS 的直流電源改造。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，保證DC110、DC220直流系統(tǒng)Ⅲ段電源分列運(yùn)行，無(wú)并環(huán)點(diǎn)。直流單段故障情況下，保證無(wú)擾切換。

（2）參與AGC、DEH 調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)智能功率變送裝置應(yīng)用。傳統(tǒng)的功率波動(dòng)會(huì)造成機(jī)組的不穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)電機(jī)智能變送裝置，滿足暫態(tài)特性和變送器精度要求。能確保發(fā)電機(jī)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和DCS可靠運(yùn)行。該技術(shù)適用于有功功率信號(hào)送至DEH、AGC 等控制系統(tǒng)存在跳變及暫態(tài)下失真隱患的機(jī)組。每一臺(tái)發(fā)電機(jī)智能變送裝置分別接入兩組獨(dú)立發(fā)電機(jī)端電壓PT 繞組、一組保護(hù)級(jí)機(jī)端電流CT 繞組、一組測(cè)量級(jí)機(jī)端電流CT 繞組，雙電源供電，要確保送控制系統(tǒng)的有功功率信號(hào)可靠。

（3）中壓母線開(kāi)關(guān)裝設(shè)快速滅弧裝置。中壓開(kāi)關(guān)發(fā)生弧光短路時(shí)，靠過(guò)流、速斷、或零序保護(hù)切斷上級(jí)開(kāi)關(guān)，弧光燃燒時(shí)間常大于100 ms，開(kāi)關(guān)和母線燒損嚴(yán)重，修復(fù)工期長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)外已有光電元件監(jiān)測(cè)電弧的發(fā)生，加上電流判斷，可靠地主動(dòng)將三相短路，降低弧光電壓，4 ms 內(nèi)快速熄滅電弧，觸發(fā)上級(jí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，大幅降低弧光短路造成的設(shè)備損害速斷停電修復(fù)時(shí)間。該技術(shù)適用于新安裝和在用的中壓開(kāi)關(guān)，可降低弧光短路損害程度，降低弧光燃燒產(chǎn)生的有害氣體，降低次生事故發(fā)生概率，縮短停電時(shí)間和修復(fù)工期。

（4）檢修作業(yè)安全隔離管理系統(tǒng)。對(duì)檢修設(shè)備周邊釋放能量（電、水、油、氣、汽等）的斷開(kāi)位置加裝鎖具，并確保安全措施，需工作負(fù)責(zé)人和工作許可人雙方控制。該系統(tǒng)利用共鎖技術(shù)、階段性強(qiáng)制閉鎖理念，實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢修作業(yè)時(shí)危險(xiǎn)源的可靠閉鎖隔離管理以及解除隔離閉鎖時(shí)的防誤操作。多個(gè)工作任務(wù)涉及的同一安措設(shè)備，可采用一把智能鎖具閉鎖管理。每個(gè)工作任務(wù)的工作負(fù)責(zé)人，通過(guò)授權(quán)方式管控閉鎖設(shè)備的操作權(quán)限。

（5）發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)加裝精準(zhǔn)調(diào)整裝置。將發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)補(bǔ)水方式變更為凝結(jié)水精處理出口母管加氨點(diǎn)前、后兩路水，通過(guò)程控自動(dòng)調(diào)節(jié)兩路補(bǔ)水比例進(jìn)行水質(zhì)pH 調(diào)節(jié)，以提高內(nèi)冷卻水水質(zhì)。該技術(shù)適用于水-氫-氫冷卻發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)定子繞組空心導(dǎo)線材質(zhì)為銅，凝結(jié)水精處理出口母管加氨運(yùn)行。

（6）熱力系統(tǒng)加裝強(qiáng)磁除鐵裝置。采用強(qiáng)磁材料NdFeB 制作的強(qiáng)磁除鐵裝置，以除去火電廠凝結(jié)水、生產(chǎn)返回水等中的鐵磁性腐蝕雜質(zhì)，以凈化水質(zhì)。強(qiáng)磁除鐵裝置適用于凝結(jié)水、中高溫生產(chǎn)返回水和高加疏水、熱網(wǎng)疏水等處理，尤其適用于空冷機(jī)組，可有效縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，顯著降低排水量。

（7）鍋爐智能吹灰系統(tǒng)。根據(jù)灰的黏結(jié)性和受熱面積灰情況，計(jì)算出鍋爐四管清潔因子，據(jù)此優(yōu)化吹灰汽源、方式、時(shí)間、部位和頻次，實(shí)現(xiàn)按“需”吹灰。

3 設(shè)備性能升級(jí)

用于燃煤電廠設(shè)備可靠性性能提升的技術(shù)包括：

（1）廠用油開(kāi)關(guān)更換改造。傳統(tǒng)的油開(kāi)關(guān)切斷3次短路電流須換油，否則影響可靠性。將3～10 kV 油開(kāi)關(guān)更換為真空開(kāi)關(guān)，可提高開(kāi)關(guān)長(zhǎng)周期運(yùn)行的可靠性。

（2）水冷壁噴涂高溫納米陶瓷涂層技術(shù)。采用新型納米涂層材料，結(jié)合超音速電弧噴涂工藝，有效抑制了硫、氯同時(shí)存在造成的水冷壁高溫腐蝕。該技術(shù)適用于治理鍋爐受熱面高溫腐蝕、沾污、結(jié)焦，吹灰器口吹損、管壁減薄等場(chǎng)景。

（3）對(duì)沖燃燒鍋爐貼壁風(fēng)技術(shù)。改善對(duì)沖旋流鍋爐側(cè)墻水冷壁貼壁附近的還原性氣氛，抑制水冷壁高溫腐蝕。

（4）蝦米曲線原煤斗。利用蝦米曲線顆?？焖傧陆翟?，解決原煤倉(cāng)棚堵煤，以方便燃煤機(jī)組摻燒更多高水分、黏度高的低成本煤泥。

（5）空預(yù)器在線高壓水清洗技術(shù)。適用于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，沖洗介質(zhì)采用高壓頭溫水，流量小，覆蓋范圍大。

（6）防磨彎頭改造技術(shù)。將現(xiàn)有的彎頭改造為碳化硅耐磨彎頭，應(yīng)用于鍋爐制粉和輸灰系統(tǒng)。

（7）煙囪防腐改造。對(duì)于采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝、不設(shè)置GGH 加熱裝置、無(wú)煙氣旁路的火電機(jī)組，可在原有煙囪鋼制排煙內(nèi)筒表面焊裝1.6 mm厚度純鈦板防腐內(nèi)襯，內(nèi)煙道及導(dǎo)流板焊裝純鈦板，排煙內(nèi)筒、內(nèi)接煙道外表面進(jìn)行防腐并采取保溫措施。

（8）中速磨煤機(jī)金屬陶瓷復(fù)合磨輥及磨盤(pán)。將預(yù)先鑄造好的與工件表面形狀相吻合的網(wǎng)格狀預(yù)制件固定在磨煤機(jī)磨輥或磨盤(pán)砂型的表面，將高鉻合金熔液澆鑄在砂型腔內(nèi)，冷卻成型，制備成金屬陶瓷復(fù)合磨輥及磨盤(pán)。該技術(shù)可解決磨煤機(jī)磨損嚴(yán)重，石子煤量大，中速磨制粉系統(tǒng)出力影響鍋爐出力，制粉電耗高等火電廠痛點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究分析了燃煤電廠采用智能化手段提升對(duì)主要設(shè)備的檢測(cè)監(jiān)測(cè)和控制保護(hù)能力，增強(qiáng)了電廠長(zhǎng)周期運(yùn)行的可靠性和安全穩(wěn)定保障。

（1）提升設(shè)備可靠性的智能監(jiān)測(cè)技術(shù)包括：一次調(diào)頻系統(tǒng)高精度頻率測(cè)量裝置、無(wú)線防誤管理、直流系統(tǒng)故障絕緣監(jiān)測(cè)、基于雙重化時(shí)鐘源設(shè)計(jì)的北斗對(duì)時(shí)系統(tǒng)、給煤機(jī)控制回路優(yōu)化、鍋爐四管泄漏監(jiān)測(cè)等。

（2）提升設(shè)備安全保障能力的智能控制保護(hù)技術(shù)包括：直流雙路無(wú)擾切換電源，基于AGC、DEH 調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)智能功率變送裝置、中壓母線開(kāi)關(guān)裝設(shè)快速滅弧裝置、檢修作業(yè)安全隔離管理系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)加裝精準(zhǔn)調(diào)整裝置、強(qiáng)磁除鐵裝置、鍋爐智能吹灰等。

（3）設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行可靠性能升級(jí)的技術(shù)包括：廠用油開(kāi)關(guān)更換為真空開(kāi)關(guān)、水冷壁噴涂納米涂層材料、鍋爐貼壁風(fēng)、蝦米煤斗、空預(yù)器在線高壓水清洗、碳化硅耐磨彎頭、煙囪防腐改造。