新型电力系统背景下发电设备可靠性提升关键技术研究项目创新及应用纪实

我们 做了一件什么事


在“碳达峰、碳中和”的总体目标下,电力行业面临“构建以新能源为主体的新型电力系统”的深刻变革,如果用一句话来形象地介绍我们做的事,那就是针对新型电力系统的特点,给发电机组进行体检。以火电机组为例,从燃烧室的火焰到涡轮叶片的旋转,从蒸汽系统的汽流到控制系统的电流,每一个过程都涉及复杂的物理和化学原理,每一次转换都是对能量的精妙利用,这些设备不仅体积庞大,而且要求极高的稳定性和可靠性,我们做的事情的意义就是检测评估发电机组每个部件、设备,保证机组的平稳高效运行。


我们的研发团队有一个最大的特点,那就是“一半一半。”与以往我们印象中身穿白大褂在实验室的科研人员不同,我们团队的研发人员一半的时间在现场,亲身体验了解实际问题;一半的时间在实验室,进行创新研究和技术开发,而这种独特的工作模式,使我们的研发团队能够紧密联系实际,高效转化理论成果。

 

挑战 设备检测的困境

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6月的郑州,没有空调的晚上非常难熬。一家火电厂锅炉受热面管发生泄漏造成机组非停,由于泄漏位置空间狭小,常规射线检测无法完成,凌晨两点,项目组成员魏烁带着项目团队自主研发的火电机组关键部件相控阵检测设备匆匆赶往电厂。


此行有两个任务,一是要快速检查是否还有缺陷,另一个是要配合焊接人员,对于修复后的焊缝进行快速检测。通过一晚上的检测,排查出8处缺陷,处理后又对新焊的焊缝进行了检查,任务完成,天边已经泛白。那几年,团队研究的火电机组关键部件相控阵检测技术越来越收到客户的认可,然而伴随而来的一个问题却越来越突出。


相控阵检测技术复杂并且需要丰富的现场经验,当前的人员配置难以满足市场需求,团队成员往往是高负荷不停歇的工作,虽然通过技术培训和管理创新缓解了人员压力,但问题的根本没有解决。


针对这个问题项目团队围绕两个方案发生过激烈的讨论,方案一是大量招收拥有成熟相控阵技术的人员,方案二是开发一款可以快速上手的相控阵智能化检测设备。最终大家一致决定,选择方案2。大家都知道这条路是艰难的,摆在团队面前的主要有三个难题:如何将复杂的参数设置和工艺简化?检测数据有效性如何保证?检测结果评定如何实现自动化?


项目负责人李世涛快速制定了技术路线,多年的并肩战斗已经让这个团队形成了一种默契,大家快速成立了攻关小组,针对发电机组汽轮机叶片等设备,研究了检测工艺自动生成技术,开发了一系列智能相控阵检测系统,实现了检测过程的标准化,开发了相控阵检测过程耦合状态监测及评价系统,通过建立固有信号和检测灵敏度之间的关系,实现了耦合状态的实时评价,保证检测数据的有效性;通过采用判定区域编辑技术,以及焊缝区域自动识别技术实现了检测结果的自动评判,保证检测结果的准确性。

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>检测结果远程诊断

突破 智能监测的创新


华润电厂的集控大屏上有一个模块是其他发电厂所不具备的,那就是锅炉受热面管高温过热器的寿命评估模块,这个系统可以在线预测设备的剩余寿命,一方面可以对设备状态动态评价和实时预警,另一方面可以指导电厂制定检修计划。然而这个系统的研究开发却不是一帆风顺的。


项目团队研究了频繁调峰运行状态下高温、高压材料蠕变及疲劳损伤规律,建立了寿命预测模型,然而由于现有传感器无法在炉膛内长期监测,导致无法得到精确的温度数据,而温度作为寿命预测模型的关键参数,严重影响模型的计算精度。


由于锅炉内环境恶劣,传感器和部件的结合位置特别容易脱落,造成测点失效。“如果我们给传感器加装一套铠甲呢?”团队成员蒋豹说道。通过一遍遍的现场试验和改进,终于成功研发了一种锅炉高温受热面壁温测量装置,解决了因锅炉内部工况条件恶劣,传统热电偶易松脱或变形问题,实现了受热面壁温长周期连续可靠监测。


随着智能监测系统的不断完善,高温过热器的运行变得更加透明和可控。每一次数据分析都在提醒操作人员注意潜在的风险,每一次预警都在避免可能发生的事故。团队成员们的努力终于得到了回报,他们为发电机组的安全运行筑起了一道坚固的防线。

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转型 管理决策的数字化


2021年的一天,技术研究院材料技术部材料安全评价实验室内灯火通明,马东方站在实验室的前端,目光坚定地扫视着团队成员:“我们的使命除了确保每一台发电机组都能稳定、安全地运行之外,还要追求极致的低成本,包括时间成本和资金成本,我们现在所面临的材料安全问题,在航空航天领域都已经有解决方案,但电力行业无法做到不计成本的投入,客户不会给我们几个月的时间去检测,更不会投入大量的人力财力去支持,为了能让市场接受我们的技术,提高我们的竞争力,必须要实现差异化的竞争,我们必须要探索出一套低成本、高效率的检测技术路线。”


而这个问题也开启了新的研究课题,发电机组全寿命周期管理数字化技术,每个人都开始激烈地讨论起来,白板上密密麻麻地写满了案例和流程图,经过近一年的技术攻关,技术团队针对发电机组设备种类多、检修项目繁杂的情况,建立了发电机组金属检修管理数字化系统,为发电企业提供检修策略。


随着系统的正式启动,一条条数据开始汇聚成流,形成了一个完整的信息链。从基建、运行、检修,每一个环节都被精确记录和管理。这是团队努力下,数字化管理迈出的一大步。


然而,转型的过程并非一帆风顺。用户培训成了一项艰巨的任务,许多老员工对新技术的接受度并不高。马东方决定亲自带队进行培训,他耐心地向每一位员工解释数字化管理的好处,鼓励他们积极学习新技能,他们用自己的经验告诉员工们,技术的进步是为了让他们的工作更安全、更高效。


随着时间推移,员工们开始逐渐适应新的管理模式,他们开始主动查询系统中的信息,提前预防潜在的问题。数字化转型带来的效益逐渐显现,发电机组的管理变得更加科学和高效。

 

这不是结束 这是新的开始

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成功没有捷径可走,在过去近5年时间里,技术团队围绕发电机组关键部件设备健康,搭建发电设备全寿命周期监督管理体系,采用数字化、智能化监督手段,以防为主、防治并举,为发电企业提供关键设备的健康状态评价支撑,实现精准检修,减少机组非停,保障电网安全稳定运行,项目推广应用11家企业,产生直接经济效益约3.38亿元,利润约9577万元。尽管项目已经圆满结束,但他们的使命永远不会停止,在未来的日子里,也将继续致力于技术的创新和服务的完善,为电力行业的安全保驾护航。

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