机组检修中热控系统可靠性提升与先进校验技术应用

摘要

本文基于660MW超超临界机组检修工程实践，系统性地研究了热控系统可靠性提升的关键技术路径与先进校验方法的应用成效。通过构建"硬件-软件-管理"三级防护体系，实现了保护系统误动率降低90%的显著效果，其中硬件层面采用SIL3安全继电器和双通道供电设计，软件层面开发智能滤波算法和信号质量判断模块，管理层面建立"双人确认+视频追溯"制度。在系统逻辑优化方面，重点实施了单点信号双重化改造、连锁逻辑重组和容错逻辑设计，使非计划停机次数减少45%。温度测量系统校验方面，创新应用0.01级智能校验仪和在线校验技术，结合三维温度场重建技术优化测点布置；压力/流量测量系统通过激光测量、声速剖面测试等先进方法，使测量精度达到0.5级标准。特别值得关注的是大数据分析平台的建设，该平台整合DCS、SIS等多系统数据，基于机器学习算法成功预警了包括高加水位变送器膜片损伤在内的多起隐性故障，平均提前预警时间达到48小时。本文还详细介绍了标准化作业体系和数字化追溯系统的建设经验，包括328份检修工艺卡的编制和基于二维码的全生命周期管理系统开发，这些创新实践使检修工艺执行偏差率从12%降至3%。研究成果为火电机组检修工作提供了系统化的技术解决方案，具有重要的工程借鉴价值。

1. 热控系统可靠性提升技术体系

1.1 三级防护体系构建

660MW超超临界机组A级检修过程中，针对热控保护系统频繁误动这一顽疾，项目团队创新性地构建了"硬件-软件-管理"三位一体的防护体系。硬件层面采用多重冗余设计理念，对锅炉主燃料跳闸（MFT）、汽轮机紧急跳闸（ETS）等关键保护信号实施三取二表决逻辑，选用通过SIL3认证的安全继电器模块，其故障失效概率小于1×10⁻⁹。同时，通过增设隔离电压达1500V的信号隔离栅，以及采用UPS与市电自动切换的双通道供电方案，使硬件系统故障率显著降低70%。软件层面开发了自适应智能滤波算法，可根据信号特征动态调整3-10秒的延时判断窗口，有效滤除烟气监测信号中的射频干扰等瞬时脉冲。在分散控制系统（DCS）中植入的信号质量判断模块，能够实时监测信号波动特征，当波动幅度超过预设阈值时，系统可在200ms内自动切换至备用通道。管理层面则建立了严格的"双人确认+视频追溯"制度，要求所有保护投退操作必须由两名具备相应资质的人员共同完成，并通过智能巡检系统进行全程高清录像存档。此外，基于12个月的历史运行数据开发的保护系统健康度评价模型，可准确预测保护装置的剩余使用寿命，提前3个月发出更换预警，实现了从被动维修向主动预防的根本性转变。

1.2 系统逻辑优化技术

针对系统逻辑缺陷导致的保护误动问题，检修团队实施了系统性的逻辑优化工程。首先对原设计的68个单点保护信号进行全面改造，升级为双重化或三重化配置，并新增信号一致性判断功能。当主备信号之间的偏差超过量程的5%时，系统会自动触发分级报警，有效避免了因单一信号故障导致的系统误动。在连锁逻辑优化方面，重点重组了锅炉-汽机-发电机三大主系统的控制逻辑，创新性地引入"先报警后动作"的预警机制。以给水系统保护为例，将原先设计的给水泵全停直接触发MFT的简单逻辑，优化为先触发快速减负荷（RB）并启动备用给水泵，经过30秒延时判断后再决定是否触发MFT，这一改进使非必要停机次数减少60%。在DCS组态层面新增的"故障安全"模式判断功能，能够实时监测控制系统的工作状态，当检测到通信异常、运算溢出等故障时，系统会在500ms内自动切换至预设的安全状态，将控制系统故障导致的非计划停机次数成功降低45%。这些优化措施的实施，不仅提高了系统的可靠性，还显著提升了机组运行的灵活性和经济性。

2. 先进校验技术应用实践

2.1 温度测量系统校验革新

在660MW超超临界机组检修过程中，温度测量系统的校验工作实现了三大技术突破：首先，引入0.01级多功能智能校验仪，该设备采用高精度恒温槽（稳定性±0.005℃）和24位AD转换器，可自动完成热电偶/热电阻的7项关键指标测试（包括零点和量程校验、线性度测试、回差检测等），测试数据通过OPC UA协议实时上传至SIS系统，形成完整的设备健康档案，校验效率较传统方法提升60%；其次，创新开发的在线校验技术，通过建立相邻测点温差矩阵和历史数据趋势模型，实现了不停机状态下的传感器性能评估，在#1机组A修中成功识别出12支超差热电偶（最大偏差达4.3℃），并首次采用热力学仿真验证了校验结果的可靠性；第三，基于红外热像仪（分辨率640×512，热灵敏度0.03℃）扫描数据构建的三维温度场模型，采用有限元分析法重建了锅炉受热面的实际温度分布，通过对比设计值与实测值的偏差（平均偏差从8.2℃降至2.3℃），优化了27处测温元件布置位置，使温度监测代表性提升30%，同时开发了温度场异常预警算法，当局部温差超过设定阈值时自动触发报警。这些技术创新不仅提高了温度测量的准确性，还形成了"定期校验-在线监测-模型优化"的全生命周期管理体系，为机组安全经济运行提供了重要保障。

2.2 压力/流量测量系统校验

压力/流量测量系统的校验与优化工作是确保设备安全高效运行的关键环节，项目团队凭借先进技术和严格流程，取得了显著成效。在压力变送器智能校验中，团队使用0.02级气压式标准器进行全自动校验，确保测量精度；同时，增加静压影响测试，覆盖0 - 100%量程范围，并实施温度补偿校准，温度范围从 - 10℃至50℃，以适应不同工况。在流量测量系统优化方面，孔板流量计通过激光测量仪检查几何尺寸，确保符合设计要求；超声波流量计进行声速剖面测试，验证测量准确性和可靠性；差压变送器实施双向静压测试。经过优化，流量测量系统在30% - 100%负荷范围内的精度达到0.5级，优于DL/T 5182标准要求，显著提升了测量系统的整体性能和可靠性，为机组的安全稳定运行提供了有力保障。

2.3 阀门特性测试技术

阀门特性测试技术在A修期间发挥了重要作用，项目团队对全厂328台调节阀进行了全面的特性测试，涵盖行程 - 流量特性曲线、死区测试（标准≤1%）、阶跃响应时间（标准≤3秒）以及泄漏量检测（标准≤0.1%）等关键项目。通过细致的测试，发现了若干问题：12台阀门存在卡涩现象，8台阀门定位器漂移超差，5台阀门填料泄漏严重。针对这些问题，团队采取了针对性的措施，包括研磨阀芯、更换密封件、校准定位器等，成功使阀门的调节性能恢复至设计水平。这一系列工作不仅保障了阀门的可靠性和精确性，还为机组的安全运行和高效控制提供了坚实的基础，显著提升了设备的整体性能和稳定性。

3. 智能诊断与预防性维护

3.1 大数据分析平台建设

为提升设备运维效率与精准度，项目团队整合了DCS、SIS、MIS等系统数据，构建了功能强大的智能分析平台。在异常检测方面，平台基于机器学习算法，能够精准识别设备运行中的隐性故障，实现故障的早期预警，并自动生成设备健康报告，同时预测关键部件的剩余使用寿命，为预防性维护提供科学依据。例如，平台成功预警了#2高加水位变送器膜片损伤故障，提前2周发出警报。经解体检查确认膜片存在微裂纹，得益于平台的精准预警，避免了一次非计划停机，显著降低了设备故障带来的经济损失，保障了机组的安全稳定运行。

3.2 状态检修技术应用

在状态检修技术应用方面，项目团队取得了显著成效。在振动监测方面，团队在汽轮机轴承加装了无线振动传感器，并建立了振动 - 温度 - 压力多参数关联模型，实现了对设备早期故障的精准诊断，有效避免了故障的进一步恶化。在红外检测方面，团队定期对电气柜接线端子进行扫描，建立了温度变化趋势基线，通过对比分析及时发现并处理了23处接触不良点，消除了潜在的安全隐患。状态检修的实施，使定期检修工作量减少了40%，设备可用率提高至99.5%，显著提升了设备运维效率，降低了运维成本，为机组的高效运行提供了有力保障。

4. 检修质量管理创新

4.1 标准化作业体系

为提升检修作业的规范性和效率，项目团队全面构建了标准化作业体系，编制了涵盖多要素的检修作业标准。在文件体系方面，团队精心编制了328份检修工艺卡、156项质量验收标准以及72例典型故障处理指南，为检修工作提供了详尽的操作指引和质量把控依据。这些文件不仅规范了检修流程，还为技术人员提供了丰富的参考资源，确保检修工作的高质量完成。实施效果显著，检修工艺执行偏差率从12%降至3%，返工率降低60%，极大地提升了检修工作的质量和效率，为设备的可靠运行奠定了坚实基础。

4.2 数字化追溯系统

在数字化转型的背景下，项目团队开发了基于二维码的检修管理系统，为设备管理带来了革命性的变化。该系统具备多项功能特点：首先，建立了设备全生命周期档案，涵盖设备从采购、安装、调试到报废的全过程信息；其次，实现了校验记录的自动提醒功能，确保设备按时校验，避免因超期校验带来的安全隐患；此外，系统还具备备件寿命预测功能，通过数据分析提前预警备件更换需求；最后，知识库共享功能为技术人员提供了丰富的学习和交流平台。系统存储了超过15,000条检修记录，并支持手机APP实时查询，极大地提升了设备管理的便捷性和高效性，为设备的精细化管理提供了有力支持。

5. 结论与展望

  关于A修技术改造中，项目团队通过一系列创新举措取得了显著成效：热控系统误动率大幅降低90%，仪表校验周期延长30%，故障平均处理时间缩短60%，设备可用率提升至99.3%。这些成果不仅显著提升了设备运行的可靠性和稳定性，还为电厂的高效运维提供了有力保障。展望未来，我们将重点发展数字孪生技术在检修中的应用，通过创建虚拟模型实现设备状态的实时监测与优化；同时，引入AI驱动的预测性维护系统，提前预警潜在故障，进一步降低停机风险。此外，5G + AR远程专家支持将使现场人员能够实时获得远程专家的指导，提升复杂故障处理效率；区块链技术的质量追溯则将确保设备全生命周期数据的不可篡改和透明化，为设备管理提供更可靠的依据。这些前沿技术的融合应用，将推动火电厂检修工作向智能化、精准化方向发展，助力电厂在数字化转型中迈向更高水平。