新一代大型调相机组辅机系统监造过程中的质量优化控制

张 明，余建飞，高宜宏，蔡万里，崔一铂

（1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.湖北方源东力电力科学研究有限公司，湖北 武汉 430077）

0 引言

新一代大型调相机依靠其动态无功支撑能力及大容量双向无功调节能力来提高电网的安全稳定运行水平。国网公司对这种大容量调相机组提出了“安全可靠性高、运维检修方便”的要求，这就需要调相机组整体具有极高的可靠性。辅机系统作为机组重要的支撑系统，其可靠性更应超越主机[1]。然而，根据特高压直流工程设备及常规火电机组的运行经验，辅机系统出现故障的频率往往高于主设备，并且由于辅机系统零部件供应商众多，各分包、分供应厂商制造工艺水平良莠不齐[2]，为确保电网设备“零缺陷”投入使用，“长周期”可靠运行，需要在辅机系统常规监造的基础上进一步把控产品质量，以降低设备后期运行中发生事故的可能性。鉴于此，在辅机系统各主要部件的监造工作中，根据辅机系统构成及特点，提出了具体的监造优化控制方法，并对方法应用过程中的典型案例进行了分析。

1 调相机辅机系统构成及技术特点

目前特高压直流换流站加装的新一代大型调相机有两种机型，即：哈尔滨电机厂的空冷调相机和上海电机厂的双水内冷调相机。这两种机型均为两制造厂的首创产品，其所配套的辅机系统主要有除盐水处理系统、润滑油系统、外冷系统。另外，双水内冷调相机还有一套定、转子冷却水系统[3]。各分系统包含的主要装置设备如表1所示。

表1 辅机分系统包含的主要装置设备Tab.1 Main equipments in auxiliary system

这些设备的同类型产品在常规火电机组中均普遍采用。但由于调相机组自动化程度较高，并且其自身稳态运行的可靠性及暂态运行的性能指标也远高于常规火力发电机组，因此辅机系统在具备长期自动可靠运行能力的同时，又必须有较大的工作裕度，以便满足机组在暂态过程中特殊的换热需求。显然，常规火电机组中采用的同类型产品无法满足新一代大型调相机组运行需要。为此，对辅机系统各设备的选型及运行方式进行了重新设计，采用优质零部件来提升设备性能。相应地，为了适应产品设计方面的改变，在出厂质量控制方面，也应采取更为有效的措施来强化管控。

2 质量控制重点和难点

2.1 监造见证点的优化设计

调相机辅机系统主要的工作介质为水和油，承担为机组换热和润滑的工作，但带来的隐患主要为因管路腐蚀、结垢导致的缺陷以及设备运行故障。通常两个主机制造厂针对常规发电机组特点，依据行业标准中的监造见证项目[4]及设备生产工艺流程，编制了有针对性的质量控制计划。在每个生产阶段完成时，主机厂会联合业主方及相关调试单位以文件见证、现场见证、停工待检3种方式依据计划逐条对分供应商的产品质量进行检查，尽量避免后期的故障缺陷。然而，对于与常规发电机组差异较大的调相机组来说，这些简单的报告审查和运行试验不足以测试机组在极端工况下辅机的运行可靠性，但由于单纯地增加见证点会引发制造厂抵触情绪，因此，提出在维持原有“材质检查”和“设备运行试验”见证点的基础上进一步深化监造要求，增加部分检查内容。

2.2 原材料及装配质量抽查及复验

原材料质量是产品质量的基础[5]，主机制造厂的质量控制计划中，对辅机设备的原材料及装配质量控制方式为产品质量证明书审查。由于辅机设备种类众多，单个设备不同部件的材料选用复杂，不同材料供应商的质保书内容详略不一，质量控制计划可以解决各供应商质保书有没有的问题，却无法对其记录内容的准确性进行判断。为加强质量控制，应随机抽取部分原材料样品进行成分或者力学性能检查，特别是对于质保书上存有怀疑的部分应进行仔细复验，以便复核质保书准确性。对于有焊接装配工艺的结构部件，在进行常规焊接表面情况监督检查的同时，要求供应商提供焊接工艺过程记录及施焊方式适用性证明。同时，在焊接完毕后的无损检测方面，则要求其提供检测人员的原始记录以及射线底片。

2.3 设备极端运行试验设计

辅机各设备出厂前一般会进行水压试验、气密性试验和运行试验[4]，这些试验的内容和监督方法在以往常规监造方案中均有体现。但对于新一代大型调相机组，单纯通过监督常规试验过程并不足以评估各设备在机组暂态以及设备事故工况下的工作能力。为此，监造组多方了解每台调相机组现场环境及具体安装情况，针对每个站点辅机系统的厂内试验，与各制造厂讨论调整试验内容和参数，在保证设备安全的前提下，最大限度地设计该站点现场可能的突发工况，以测试复杂工况下设备工作能力及稳定性。

3 质量控制中的案例及分析

3.1 原材料材质问题

在对某台调相机化学除盐水处理系统进行监造检查的过程中，制造厂能够提供水泵、膜元件、管道等主要设备详细的材质报告，但无法提供设备所用附件诸如螺栓、法兰的材质成分和力学报告，仅有其分供应商出具的合格证。为保证设备长期稳定运行，技术规范中曾要求除盐水处理系统各主要金属附件均应采用不锈钢材质。分供应商提供的合格证虽然可以满足主机厂质量控制计划中对原材料的文件要求，但却无法佐证其选用材质的正确性。因此监造组提出用自带设备对个别螺栓的材质成分进行现场复验。采用砂纸对螺栓表面打磨后，用xSORT型便携式光谱仪测试其成分，结果如表2所示。可见，螺栓中Cr元素含量远低于不锈钢，表明其材质仅为碳钢，并不符合技术规范要求。监造组据此向制造厂开具不合格监造联络单，要求其更换所有不符合要求的螺栓，并认真核查其他零部件的材质，完毕后提供所有部件的材质和力学试验报告给监造组审核。相应地，为防止此项问题的再次发生，监造组要求调相机组所有辅机系统制造厂加强对原材料的监管，认真自查自检，收集齐所有原材料详细资料后再向监造组提出见证申请。

表2 螺栓的化学成分（质量分数）（单位：%）Tab.2 Chemical composition of bolt(mass)（unit:%）

3.2 超负荷运行试验

外冷卧式离心泵负责整个外冷系统的水循环，技术规范中要求单台离心泵额定循环水量为565 m3/h，扬程32 m。通常情况下，在进行出厂运行试验时，仅需要测试水泵在额定工况下各项指标是否满足要求即可。然而，经某台调相机工程安装现场反馈得知，离心泵扬程达到28 m即可满足实际运行需要。所以，监造组在进行离心泵出厂运行试验见证时，与制造厂协商，以28 m扬程为边界点来探索该站离心泵的最大循环水量。运行试验结果如图1所示。测试点3为离心泵在额定工况下的数据，此时的水量为565.71 m3/h，扬程为32 m，电机的电流为140 A，小于额定电流142 A，泵体运行情况良好。通过调整出口阀门继续增大循环水流量，泵的扬程迅速减小，当达到现场要求的28 m扬程后，对应的循环水量达到700 m3/h，电机电流超负荷至165.9 A，并且稳定运行2 h后泵体未见明显异常。这显然已超出实际需要，表明该泵有较大的工作裕度，当调相机组有突发的换热要求时，离心泵可通过临时增大循环水量来满足需求，保障机组稳定运行。

图1 离心泵厂内运行试验结果Fig.1 Testing result of centrifugal pump

3.3 高温承压试验

调相机组润滑油系统正常工作状态为油温45-50℃，低油温环境下会启动加热器将润滑油升温至35℃，因此出厂试验过程中一般设定35℃和50℃两个油温点进行系统运行试验。在对某台调相机润滑油集装装置开展50℃油温下运行试验时，发现部分管道法兰有轻微的渗油现象，由于该台装置已经完成1.5倍工作压力的常温水压试验，此工况下渗油则说明紧固件安装并不到位，高温下润滑油受热膨胀致使系统内压力增大，部分零件变形导致系统产生漏点。润滑油系统是调相机组重要的辅助设备，紧急情况下为保证主机安全惰走，其油温很可能达到80℃，此时若有紧固件热变形致使润滑油泄露，后果将十分严重。为避免此类情况发生，监造组与制造厂协商，对所有润滑油集装装置增加80℃油温工况下系统1.5倍额定压力并保压30 min的承压试验，以考核装置应对事故工况的能力，并将渗油漏油问题暴露在制造厂内。

4 结语

新一代大型调相机组应用场合特殊，性能指标要求高，其辅机系统监造是提升设备质量、进一步保障主机将来安全运行的有效途径，在工程建设中起着承上启下的重要作用。监造过程中优化质控策略的应用，不仅可以协助监造人员提早评估制造装配缺陷带来的影响，还可对设备的极端性能进行全面掌握，这都有助于提升辅机产品的出厂质量，前移整套机组安全风险评估关口，为调相机组顺利投产运行奠定基础。

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