PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 47

監(jiān)理要點

Supervision Points

煤礦立井冷彎方鋼罐道設(shè)備監(jiān)理

李漢舉 劉連興

( 中煤設(shè)備工程咨詢有限公司 北京 100011）

摘 要：煤礦立井冷彎方鋼罐道是煤礦立井的咽喉設(shè)備，其加工質(zhì)量和精度關(guān)系到煤礦的運營安全與生產(chǎn)。

本文著重介紹了設(shè)備監(jiān)理在罐道制造過程中的質(zhì)量控制，特別是把技術(shù)細節(jié)融入設(shè)備監(jiān)理的全過程，發(fā)現(xiàn)了

罐道具有方向性問題，保證了加工質(zhì)量和精度，圓滿完成了罐道制造的設(shè)備監(jiān)理工作，給煤礦立井井筒的罐

道加工制造和設(shè)備監(jiān)理工作提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：煤礦罐道 設(shè)備監(jiān)理 技術(shù)細節(jié)

Equipment Supervision of Cold-bent Square Steel Tank Channel

in Coal Mine Shaft

Li Hanju Liu Lianxing

(China Coal Equipment Engineering Consulting Co., Ltd. Beijing 100011)

Abstract Coal mine shaft cold bending square steel tank road is the throat equipment of coal mine shaft, its

processing quality and precision are related to the safety and production of coal mine. This paper introduces the quality

control of equipment supervision in the tank manufacturing process, especially the technical details into the whole

process of equipment supervision, finds that the tank has directional problems, ensures the processing quality and

accuracy, the successful completion of the tank production equipment supervision work, and provides reference for the

processing, manufacturing and equipment supervision of coal mine shaft tank.

Keywords Coal mine tank channel Supervision Technical details

中圖分類號：TB497 文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-2465(2022)12-0047-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2022.12.009

作者簡介：李漢舉（1975 ～ )，男，本科，高級工程師，從

事煤炭行業(yè)設(shè)備咨詢監(jiān)造經(jīng)營管理工作。

通訊作者：劉連興，E-mail: llx8118@126.com。

（收稿日期：2022-08-01）

煤礦立井井筒冷彎方鋼罐道是立井提升系統(tǒng)中的

導(dǎo)向軌道，是煤礦立井井筒咽喉工程中的重要構(gòu)件，

要承受超大載荷、高速運行、高使用率，以及橫向縱

向的沖擊。其加工質(zhì)量以及加工精度，關(guān)系到煤礦的

運營安全和生產(chǎn)。罐道實際上是煤礦立井井筒中的裝

配構(gòu)件，按技術(shù)協(xié)議加工精度的要求，設(shè)備監(jiān)理從技

術(shù)細節(jié)上控制好加工精度是關(guān)鍵。

1 項目簡介

1.1 項目概況

某煤礦主井深 692.3 m，主井安裝 2 臺摩擦輪提升

機，雙提升系統(tǒng)，兩對箕斗，箕斗自重 57.5 t，提升載

荷50 t，提升速度10 m/s；副井深657.7 m，雙提升系統(tǒng)，

分寬、窄罐籠、交通罐籠和平衡錘，寬罐籠自重 85 t，

最大提升載荷 78.5 t。主、副井罐道需用鋼材 (Q390-B/

Q355-B) 總重量 1036151 kg。

1.2 監(jiān)理范圍

● 1.2.1 煤礦主、副井井筒方鋼罐道

1）主立井箕斗罐道規(guī)格：250 mm×250 mm×

13 mm 的方型空心型鋼，鋼材牌號 Q390B；防腐為熱

浸鍍鋅；罐道 496 根（罐道頭 16 根；罐道 480 根，每

根長 11997 mm）。

2）副立井寬窄罐籠罐道規(guī)格：250 mm×

250 mm×13 mm 的方型空心型鋼，鋼材牌號 Q390B；

防腐為熱浸鍍鋅；罐道 222 根（罐道頭 8 根；罐道

214 根，每根長 11 997 mm）。

3）副立井交通罐道和平衡錘罐道規(guī)格：

180 mm×180 mm×10 mm 的方型空心型鋼，鋼材牌

48 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

監(jiān)理要點

Supervision Points

號 Q355B；防腐為熱浸鍍鋅；罐道 222 根（罐道頭 8 根；

罐道 214 根，每根長 11997 mm）。

● 1.2.2 技術(shù)協(xié)議質(zhì)量要求

1）長度偏差≤ ±2 mm；2）端面垂直度偏差≤

2 mm；3）彎曲度小于總長度的 0.12%；4）扭曲度≤

2 mm，保證安裝時 2 支罐道無錯位連接；5）螺栓孔

與罐道中心線對角線偏差≤ 0.5 mm；6）螺栓孔間距

偏差≤1 mm；7）罐道端部外緣均要進行圓角鈍化處理；

8) 熱浸鍍鋅層厚度不低于 60 ～ 80 μm。

1.3 監(jiān)理依據(jù)

罐道加工制造的監(jiān)理工作依據(jù)：

1）GB/T 26429—2010《設(shè)備工程監(jiān)理規(guī)范》。

2）《煤礦安全規(guī)程》( 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總

局令第 87 號 )。

3）大海則煤礦與承制方公司簽訂的罐道制作合同、

技術(shù)協(xié)議、圖紙、加工工藝。

4）GB 50384—2016《煤礦立井井筒及硐室設(shè)計

規(guī)范》。

5）GB 50661—2011《 鋼 結(jié) 構(gòu) 焊 接 規(guī) 范》 、

GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準》、 MT/T 5017—

2011《煤礦井筒裝備防腐蝕技術(shù)規(guī)范》、GB 50205—

2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》、GB 50215—

2015《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》、GB/T 1591—2018《低

合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》、GB/T 6728—2017《結(jié)構(gòu)用冷

彎空心型鋼》。

2 監(jiān)理過程

監(jiān)理工程師把罐道在煤礦安全生產(chǎn)中的重要性以

及加工質(zhì)量精度要求，向承制方的生產(chǎn)、技術(shù)人員進

行了宣傳和溝通，罐道是煤礦立井咽喉中的重點裝備，

關(guān)系到安全運營和生產(chǎn)，容不得半點馬虎。

監(jiān)理人員將進行全過程監(jiān)造，制定監(jiān)理實施細則，

對監(jiān)理工作的停止見證點、現(xiàn)場見證點、文件見證點、

巡視見證點等進行編制 [1]，要求加工制造單位積極響

應(yīng)配合。

監(jiān)理考察了廠房、生產(chǎn)設(shè)備、檢驗設(shè)備，基本滿

足要求。但是，試生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)工作人員制造經(jīng)驗嚴重

不足，立即出具《監(jiān)理工作通知單》，限期整改。生

產(chǎn)單位積極響應(yīng)，調(diào)整了人員，并加強了培訓(xùn)，滿足

了基本要求。

2.1 尺寸精度的控制

冷彎方管的長度需要精確定尺，采用雙向銑頭機，

保證了罐道的精確長度，以及罐道端頭的垂直度。生

產(chǎn)初期，罐道長度的下料和銑頭容易出現(xiàn)問題，監(jiān)理

嚴格把關(guān)，緊盯現(xiàn)場，保證了罐道的加工質(zhì)量和精度。

罐道是由連接板和方型鋼管組成的鋼結(jié)構(gòu)件，連

接板尺寸的精確與否，直接影響罐道質(zhì)量的好壞。最

初外協(xié)廠家生產(chǎn)的連接板，連接板厚 20 mm，Q355B

鋼材，等離子切割機功率不夠，外形尺寸、孔距等無

法滿足用戶對罐道的質(zhì)量要求。監(jiān)理要求重新選擇了

外協(xié)廠，應(yīng)用大功率等離子切割機，保證了連接板的

尺寸和質(zhì)量。

2.2 焊接質(zhì)量的控制

焊接是罐道質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵所在，監(jiān)理在制作罐

道時發(fā)現(xiàn)焊道的厚度不夠，特別是存在焊道的包角不

飽滿等問題，這會嚴重影響罐道的抗拉強度。包角處

起焊終焊形成的漏焊，造成連接板與方管之間出現(xiàn)縫

隙，酸洗除銹時容易灌進酸液，持續(xù)腐蝕罐道，存在

安全隱患。

罐道不是普通的鋼構(gòu)件，必須精益求精，達到質(zhì)

量要求。監(jiān)理組協(xié)同相關(guān)部門技術(shù)人員、一線焊工師

傅們，共同學(xué)習(xí)，召開技術(shù)分析會，探討焊接技能，

把焊接質(zhì)量提高到滿足罐道設(shè)計要求的水平。

2.3 鍍鋅質(zhì)量的控制

鍍鋅工序是罐道生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不僅是簡單的

鋼構(gòu)件防腐，更是建設(shè)百年礦井的基礎(chǔ)。最初生產(chǎn)廠

家選擇的熱浸鍍鋅廠，其加工生產(chǎn)的罐道鍍鋅件，表

面有嚴重的鋅渣、鋅瘤，無法保證罐道的表面光潔度，

罐道內(nèi)壁漏鍍現(xiàn)象嚴重，與罐道設(shè)計要求嚴重不符，

監(jiān)理再次出具《監(jiān)理工作聯(lián)系單》，承制公司及時更

換了熱鍍鋅廠。

由于熱浸鍍鋅采用近 500 ℃的高溫，熱鍍鋅使罐

道焊件應(yīng)力快速釋放，在罐道的非工作面，焊接連接

板一側(cè)，容易產(chǎn)生背彎等變形，彎曲度超過技術(shù)協(xié)議

質(zhì)量要求，監(jiān)理要求鍍鋅廠必須上校直設(shè)備，鍍鋅后

校直整形，達到技術(shù)協(xié)議質(zhì)量要求。同時，監(jiān)理對罐

道出熱浸鋅池子的方式和方向，也給予了指導(dǎo)確定，

罐道出熱鋅池時連接板對面的工作面在上方，可以很

好地避免罐道側(cè)彎和扭曲。

筆者單位駐廠監(jiān)理組，堅持原則，對發(fā)現(xiàn)的問題

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 49

監(jiān)理要點

Supervision Points

不妥協(xié)、不姑息。出具《監(jiān)理工作通知單》，停止了

不熟練工人的工作；出具《監(jiān)理工作聯(lián)系單》，更換

連接板加工外協(xié)廠，更換不合格的熱浸鍍鋅廠，保證

加工生產(chǎn)按質(zhì)量要求進行。

3 技術(shù)細節(jié)控制

為確保加工質(zhì)量和精度，監(jiān)理組成員對技術(shù)協(xié)議

的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)進行深入細致的研究和探討。

3.1 技術(shù)指標(biāo)

1）罐道的長度偏差≤ ±2mm[2]。標(biāo)準罐道的長度

精確到毫米，罐道作為裝配鋼構(gòu)件，在煤礦立井井筒中，

罐道要運行平穩(wěn)，精度是關(guān)鍵。

首先，監(jiān)理要求精確定尺，測量用鋼尺必須經(jīng)過

計量局的校驗。最后承制方購買了激光定位設(shè)備，解

決了尺寸精度問題。

其次，罐道的加工制造，經(jīng)歷秋、冬、春 3 個季節(jié)，

特別是冬季，考慮冷彎方管的特性，鋼管在冬季會有

一定的收縮量，因此，監(jiān)理要求罐道長度要控制在上

公差，即罐道長度控制在 11 997 mm +2 mm，避免罐

道安裝時出現(xiàn)過大縫隙，對滾輪罐耳的運行造成沖擊。

2）罐道兩端面垂直度偏差≤ 2 mm[2]。罐道的端

頭垂直度如果出現(xiàn)偏差過大，超過 2 mm，會造成 2 根

罐道對接時出現(xiàn)喇叭口縫隙，給滾輪罐耳運行帶來沖

擊。監(jiān)理要求，采用雙頭銑床激光定位后，端面垂直

度偏差可以控制在 1 mm 以下，確保 2 個罐道對接時，

不出現(xiàn)喇叭口等不平整縫隙。

3）罐道彎曲度小于總長度的 0.12%，扭曲度＜

2 mm。罐道連接板焊接后，產(chǎn)生應(yīng)力比較大。一是罐

道非工作面焊接 3 個連接板，使罐道產(chǎn)生背彎，彎曲

度超過技術(shù)協(xié)議要求；二是連接板也產(chǎn)生較大應(yīng)力，

翹起，整形困難。

開始是 2 根罐道背對背，后來是制作了工裝，時

效去應(yīng)力，解決了焊接應(yīng)力問題。罐道熱浸鍍鋅防腐后，

焊接應(yīng)力再次釋放，容易再次產(chǎn)生背彎。

監(jiān)理要求罐道吊出熱浸鍍鋅池時，一頭緩慢吊出，

罐道的正工作面向上，嚴禁側(cè)工作面在上下的位置，

減緩了背彎，避免了側(cè)彎和扭曲。

罐道出熱浸鍍鋅池后，再產(chǎn)生的彎曲，用校直機

進行校直，保證了技術(shù)協(xié)議要求的質(zhì)量指標(biāo)。

4）螺栓孔與罐道中心線對角線偏差為 0.5 mm，

螺栓孔間距偏差為 1 mm[2]。為確保加工精度，監(jiān)理堅

持更換外協(xié)廠家，使用大功率等離子切割機，保證了

連接板的加工精度。

3.2 端部倒角

罐道加工后，對鋒利的罐道端部邊緣，以及焊接

產(chǎn)生的焊渣，都進行了倒角打磨處理。監(jiān)理巡視過程中，

發(fā)現(xiàn)罐道端部鋒利，倒角的問題沒有引起重視，要求

現(xiàn)場及時整改，做好打磨倒角處理，確保罐道安裝時

不對工人產(chǎn)生傷害。

3.3 罐道方向

設(shè)備監(jiān)理人員在檢驗到廠原材料時，發(fā)現(xiàn)新采購

的冷彎方管，產(chǎn)品合格，符合標(biāo)準規(guī)范。但是，同一批

次的冷彎方管，碼放在一起，方型鋼管 4 個圓弧角 [3]，

有 1 個角存在細微的差異，見圖 1。這樣，在罐道安

裝對接時，會產(chǎn)生 1 ～ 2 mm 的錯碴，出現(xiàn)臺階，對

滾輪罐耳的高速運行，產(chǎn)生沖擊。經(jīng)過反復(fù)探討和咨詢，

確認冷彎方管生產(chǎn)時，有方向性。同一批次的冷彎方管，

由于下料和調(diào)滾的原因，方管的 4 個角會出現(xiàn)圓弧角

不一致的現(xiàn)象，其中一個角的圓弧度會略小或略大。

罐道如果按照冷彎方管的同一個方向安裝，更確保了

罐道對接處的平滑。

圖 1 冷彎方管左上角圓弧角微差

設(shè)備監(jiān)理和承制公司及生產(chǎn)的相關(guān)人員，集思廣

益，最后決定在罐道的內(nèi)壁點焊疤標(biāo)記方向 ( 主井罐

道點 2 個焊疤，副井罐道點 1 個焊疤，加以區(qū)分 )。罐

道安裝時，焊疤朝同一個方向。標(biāo)記焊疤解決了罐道

方向一致性問題，為罐籠、箕斗平穩(wěn)運行奠定了堅實

的基礎(chǔ)。圖 2 為冷彎方管圓弧角及焊疤標(biāo)記方向。

3.4 防腐要求

技術(shù)協(xié)議要求熱浸鍍鋅層厚度不低于 60 ～

50 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

監(jiān)理要點

Supervision Points

圖 2 冷彎方管焊縫一側(cè)做焊疤方向標(biāo)記

80 μm[4]，由于鋼板的厚度都在 10 mm 以上，鍍鋅工藝

本身使鍍鋅層的厚度平均超過 100 μm，滿足了技術(shù)協(xié)

議要求。但是，對邊角部位及罐道內(nèi)壁部分，容易產(chǎn)生漏

鍍鋅的地方，監(jiān)理加強巡視檢查，發(fā)現(xiàn)有問題的，要求及

時補鋅處理，保證了煤礦環(huán)境下的罐道的防腐要求。

針對技術(shù)協(xié)議的質(zhì)量要求，設(shè)備監(jiān)理組人員逐字

逐句的反復(fù)研讀，深入理解每個要求的含義，并且與

生產(chǎn)加工單位、安裝單位、原材料供應(yīng)單位深入探討，

發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，確保罐道的加工質(zhì)量達到精細

化的程度，滿足煤礦的安全生產(chǎn)。

如果把煤礦立井井筒罐道當(dāng)成普通的鋼構(gòu)件，一

根 12 m 的冷彎方管上焊接 3 塊連接板，每根罐道超過

1 t 重，如果加工制作粗放，存在彎曲、扭曲、端頭斜碴、

熱鍍鋅漏鍍等一系列問題，會給煤礦的安全生產(chǎn)帶來

隱患。設(shè)備監(jiān)理人員必須進行深入細致的研究，把握

好每個細節(jié)，特別要在技術(shù)上控制到位。

4 結(jié)束語

本次監(jiān)造的某煤礦主、副立井井筒冷彎方鋼罐道

安裝調(diào)試運行后，罐道運行平穩(wěn)，無刮擦、撞擊等異響，

減少了罐籠、箕斗超大載荷高速運行帶來的橫縱向的

沖擊，在煤礦立井井筒的咽喉部位，保證了煤礦立井

提升的安全和生產(chǎn)，得到了業(yè)主方的好評。

設(shè)備監(jiān)理是為最終用戶服務(wù)的，一定要與用戶方

的實際應(yīng)用結(jié)合起來，研讀掌握技術(shù)協(xié)議，理解特殊

要求，掌握每個技術(shù)指標(biāo)的意義和重要性。這樣，在

實際工作中才能不停留在一般質(zhì)量監(jiān)理上，才能有的

放矢，做好設(shè)備監(jiān)理服務(wù)，為承制方提供更好的工作

建議，為應(yīng)用方提供高質(zhì)量、高價值的服務(wù)。

參考文獻

[1] 設(shè)備工程 監(jiān) 理規(guī)范 [J].中國質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督，

2011(08) ：18-21.

[2] GB 50205—2020 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[3] GB/T 6728—2017 結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼 [S].

[4] MT/T 5017—2011 煤礦井筒裝備防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].

4 個方面：1）從質(zhì)量效益角度上講，主泵關(guān)鍵部件機

加工合格率提高，主泵產(chǎn)品質(zhì)量得到了進一步的保障；

2）從進度效益角度上講，降低了主泵零部件機加工不

符合項的發(fā)生率，減少了不符合項的處理時間，加快

了主泵的制造進度；3）從經(jīng)濟效益角度上講，減少主

泵零部件由于機加工問題產(chǎn)生的報廢率，減少了各方

的經(jīng)濟損失；4）從社會效益角度上講，通過工藝改進

的活動，提高了主泵的產(chǎn)品質(zhì)量，得到各方的一致認可，

為后續(xù)制造廠的其他項目主泵產(chǎn)品的制造提供了參考。 ??????0??0???

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圖 6 工步核查法實施前后主泵機加工不符合項發(fā)生率

4 結(jié)束語

在核電主泵零部件機加工工序上應(yīng)用的工步核查

法是設(shè)備監(jiān)理工程師采用根本原因分析的方法，從多

個原因要素中梳理出主泵零部件機加工的潛在風(fēng)險，

并有針對性地制定的工藝改進措施。通過一年多的效

果檢查，事實證明制定的管控手段是可行的，對策是

有效的，主泵零部件的機加工質(zhì)量得到了充分的保障，

為其他類似設(shè)備質(zhì)量的提升提供了一種借鑒。

參考文獻

[1] 林誠格 .非能動安全先進核電廠 AP1000[M].北京：

原子能出版社，2008.

[2] 顧健，郭鵬 .AP1000主泵制造工藝及監(jiān)造 [J].科技

創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（17）：1-3.

[3] 米靜 . 核電站的人因失誤與預(yù)防管理 [D].武漢 ：華

中科技大學(xué)，2008.

（上接第 46 頁）

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 51

監(jiān)理要點

Supervision Points

塔器制造過程中典型質(zhì)量問題

監(jiān)理案例分析

陳 真 趙文強

（南京三方化工設(shè)備監(jiān)理有限公司 南京 210036）

摘 要：本文以常壓塔為例，針對塔器生產(chǎn)制造監(jiān)理過程中發(fā)現(xiàn)的主要質(zhì)量問題，即制造過程中筒體合

攏縫焊接后復(fù)查合攏縫處兩側(cè)基準圓間距偏差大于 3 mm 和筒體出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，從發(fā)現(xiàn)問題、如何解決問題、

提出預(yù)防措施等幾個方面進行了闡述，確保了設(shè)備最終制造質(zhì)量，并針對塔器制造的監(jiān)理工作，提出改進意

見和措施，為類似的項目監(jiān)理檢驗及質(zhì)量管理提供了一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：塔器 質(zhì)量 監(jiān)理 案例

Case Analysis of Typical Quality Problem Supervision

in the Manufacturing Process of Columns

Chen Zhen Zhao Wenqiang

(Nanjing Sanfang Chemical Equipment Supervision Co., Ltd. Nanjing 210036)

Abstract This article is aimed at the main quality problems found during the supervision of the production

and manufacture of columns. Taking the atmospheric tower as an example, after the welding of the closing seam of the

cylinder body during the manufacturing process, the deviation of the distance between the reference circles on both

sides of the closing seam is rechecked more than 3 mm and the cylinder body becomes unstable. This paper describes

the problem discovery, problem solving, preventive measures and so on, to ensure the final manufacturing quality

of the equipment. And in view of the supervision of the column manufacturing, the improvement suggestions and

measures are put forward, which provides a certain reference for the quality management and supervision of similar

projects.

Keywords Columns Quality Supervision Case

中圖分類號：TB497 文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-2465(2022)12-0051-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2022.12.010

作者簡介：陳真（1990 ～ )，男，本科，工程師，從事化工

設(shè)備的監(jiān)理和項目管理工作。

通訊作者：陳真，E-mail: chenzhen@qscce.com。

（收稿日期：2022-04-06)

1 項目背景

塔設(shè)備是指化工生產(chǎn)過程中可提供氣液或液液兩

相之間直接接觸機會，達到相際傳質(zhì)及傳熱目的，又

能使接觸之后的兩相及時分開、互不夾帶的設(shè)備。按

操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔。按塔的內(nèi)件

的結(jié)構(gòu)形式分為板式塔和填料塔。按化工操作單元的

特性（用途），可將塔設(shè)備分為精餾塔、吸收塔、解

吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔、再生塔、干燥塔、洗滌塔等。

本 案 例 中 的 設(shè) 備 為 常 壓 塔 ，是 某 制 造 廠 在

2018 ～ 2019 年為某公司 1 000 萬 t/a 常減壓裝置中

制造的核心設(shè)備，屬于大型板式塔器，其設(shè)計和制造

要求符合 NB/T 47041—2014《塔式容器》、GB/T

150.1 ～ 4—2011《壓力容器》、JB/T 1205—2001《塔

盤技術(shù)條件》等標(biāo)準要求。

筆者單位受業(yè)主方委托對常壓塔進行全程駐廠

監(jiān)理，駐廠監(jiān)理時間段從 2018 年 10 月制造廠投料

開始，至 2019 年 9 月設(shè)備制造完成后整體裝船發(fā)

貨。該制造廠質(zhì)量管理體系運行基本正常，制造能

52 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

監(jiān)理要點

Supervision Points

力方面基本符合該項目要求，有較多的類似業(yè)績支

撐，是業(yè)主方評價合格的供應(yīng)商成員，但因行車噸

位受限，設(shè)備共分 10 段進行分段制造，后續(xù)合攏。

制造過程因塔器本身結(jié)構(gòu)的“長度長、直徑大、壁

厚薄、重量重、尺寸要求高”等特點，塔器的制造

難度較高，監(jiān)理方在項目執(zhí)行過程中，充分發(fā)揮監(jiān)

理職能，結(jié)合以往項目經(jīng)驗，針對性地采取相應(yīng)措

施，發(fā)現(xiàn)了較多的質(zhì)量問題，經(jīng)最終整改問題得到

處理，使得設(shè)備最終質(zhì)量符合設(shè)備采購技術(shù)條件和

NB/T 47041—2014 的要求。

本項目常壓塔為 III 類塔式容器，類型為板式塔結(jié)

構(gòu)，規(guī)格為φ7800 mm×78368 mm×（3+18/20/26/

30/32）mm，主要由上、下橢圓封頭及筒體組成，上

段封頭、筒體的材料為 N08367+Q345R，鍛件的材料

為 N08367 III；中段筒體的材料為 S11306+Q345R，

鍛件的材料為 S30403 III；下段封頭、筒體的材料為

S30403+Q345R，鍛件的材料為 S30403 III；設(shè)備筒

體及封頭上設(shè)有各個工藝管口、人孔、塔頂?shù)踔?、?/p>

臺 / 爬梯 / 管道預(yù)焊件 [1]；塔器內(nèi)部設(shè)有 56 層塔盤

內(nèi)件、分布管、集油箱、桁架梁等組件；設(shè)備的支座

形式為裙式支座。關(guān)于內(nèi)件的水平度制造技術(shù)要求為

主梁、支梁以及支撐圈上表面必須在同一個平面內(nèi)，

水平度≤ 3 mm。

2 監(jiān)理要求

監(jiān)理方受業(yè)主方（又稱甲方）的委托，從制造廠

的轉(zhuǎn)化圖紙審查開始到設(shè)備最終交付的全過程進行質(zhì)

量監(jiān)督、抽查和進度控制。

監(jiān)造依據(jù)設(shè)備買賣合同及其相關(guān)技術(shù)文件、設(shè)備

的施工圖和施工圖所采用的標(biāo)準、規(guī)范、甲方與制造

廠達成的書面技術(shù)文件及技術(shù)問題的答復(fù)和變更通知、

經(jīng)甲方認可的設(shè)備監(jiān)造大綱和監(jiān)理實施細則。

設(shè)備監(jiān)造質(zhì)量控制點分為停工檢驗點、現(xiàn)場見證

點、文件見證點 3 種。停工檢驗點必須有監(jiān)造工程師

參加，現(xiàn)場見證后，才能轉(zhuǎn)入下道工序?，F(xiàn)場見證點

應(yīng)由監(jiān)造工程師在場。文件見證點由監(jiān)造工程師查閱

制造廠的檢驗、試驗記錄。停工檢驗點、現(xiàn)場見證點、

文件見證點在設(shè)備監(jiān)造大綱中由雙方商定。

監(jiān)理方必須參加下列監(jiān)造工作：1）參加制造廠的

監(jiān)造設(shè)備的協(xié)調(diào)會；2）審查監(jiān)造設(shè)備的制造生產(chǎn)計

劃及執(zhí)行情況；3）審查焊接工藝評定、焊工資格文

件、焊接工藝程序、無損檢測程序、原始材料質(zhì)量證

明書等；4）審查主要零部件的材質(zhì)復(fù)驗報告及外協(xié)主

要零部件的材質(zhì)質(zhì)量證明書，并審查代用材料的變更

手續(xù)是否齊全；5）審查（檢查）監(jiān)造設(shè)備的主要零

部件的尺寸、公差與配合和表面粗糙度等檢驗報告；

6）根據(jù)質(zhì)量計劃，按設(shè)備進度到制造廠實行駐廠監(jiān)造；

7）制造現(xiàn)場進行監(jiān)檢，對于設(shè)備在制造過程中存在的

問題和處理結(jié)果，定期向甲方報告；8）在設(shè)備監(jiān)造過

程中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題時，監(jiān)造工程師應(yīng)立即與制造廠質(zhì)

量檢驗部門聯(lián)系解決，如雙方對質(zhì)量問題有爭議時，

應(yīng)依據(jù)有關(guān)標(biāo)準規(guī)范、圖紙等要求協(xié)商解決，協(xié)商不

了時，應(yīng)立即以專題的形式向甲方報告；9）在監(jiān)造

過程中，如遇到重大質(zhì)量問題時，監(jiān)理方有必要向制

造廠簽發(fā)監(jiān)造工作聯(lián)系單或監(jiān)理工程師通知單時，應(yīng)

同時傳真甲方，同時督促制造廠采取措施加以解決，

同時跟蹤報告問題處理措施和結(jié)果情況；10）監(jiān)造完

成后，設(shè)備監(jiān)造工程師對質(zhì)量合格的設(shè)備材料需簽

發(fā)檢驗放行單；11）監(jiān)造工程師應(yīng)對買賣雙方的技術(shù)

資料、圖紙給予保密，不得向第三方泄露。

監(jiān)理方必須對設(shè)備制造的質(zhì)保體系運行情況、管

理制度貫徹實施情況進行監(jiān)督，對制造過程中有關(guān)規(guī)

范、標(biāo)準、施工圖、技術(shù)條件的執(zhí)行情況等進行監(jiān)督；

監(jiān)理方每周向甲方提交監(jiān)造周報，周報中應(yīng)包括設(shè)備

制造進度狀態(tài)和質(zhì)量情況。

監(jiān)理方在監(jiān)造工作結(jié)束后 30 d 內(nèi)向甲方提交最終

產(chǎn)品監(jiān)造報告，監(jiān)造報告要求：監(jiān)造報告簽章、監(jiān)造

報告證明書、監(jiān)造報告（過程介紹、主要監(jiān)造工作，

重點是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、協(xié)調(diào)問題的內(nèi)容，結(jié)論）、

簡圖、檢查表格、見證簽字文件、監(jiān)造工作聯(lián)系單或

監(jiān)理工程師通知單（要形成閉合）、專題報告、設(shè)備

放行通知單、監(jiān)造周報。

3 監(jiān)理過程中遇到的主要問題分析和解決

方法

3.1 筒體失穩(wěn)

監(jiān)理方車間巡檢，發(fā)現(xiàn)設(shè)備筒體存在多處不規(guī)則

的凹陷變形，實測最深約 13 mm，分別位于筒節(jié) 11、

環(huán)縫 B7 區(qū)域附近，變形位置位于輥輪架位置。針對

上述問題，監(jiān)理方向制造廠簽發(fā)監(jiān)理工程師通知單，

要求盡快出具處理方案并進行處理，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

同時在后續(xù)其他設(shè)備的制造過程中，對薄壁塔器合理

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 53

監(jiān)理要點

Supervision Points

采用工裝，避免此問題的再次出現(xiàn)。同時于當(dāng)天匯報

委托方和業(yè)主，提出預(yù)警。相關(guān)質(zhì)量問題照片見圖 1、

圖 2。

圖 1 筒體存在多處不規(guī)則的凹陷變形照片

圖 2 筒體存在多處不規(guī)則的凹陷變形照片

● 3.1.1 問題產(chǎn)生原因分析

經(jīng)判斷變形原因為設(shè)備合攏后重量過重，同時筒

體壁厚較薄，未施加加強護板，筒體置于滾胎上轉(zhuǎn)動時，

因滾胎數(shù)量不足、筒體自重過重、合攏縫焊接時應(yīng)力大，

位于滾胎處的筒體易產(chǎn)生筒體局部失穩(wěn)現(xiàn)象。

● 3.1.2 問題解決方法

1）在托輥與筒體接觸部分各點焊一圈護板，護板

壁厚 30 mm，寬度 600 ～ 700 mm，在切割處測量一下

橢圓度，在端口需打好支撐，避免發(fā)生變形導(dǎo)致圓度

超標(biāo)。

2）對變形超標(biāo)處，在環(huán)縫B11、B17兩側(cè)進行劃線、

切割，最短筒節(jié)不小于 500 mm，切割時避開環(huán)縫、熱

影響區(qū)、塔盤支撐圈及接管位置。

3）保證切割線在同一平面內(nèi)，留下的部分環(huán)口按

工藝卡制備坡口，并打磨露出金屬光澤。

4）新板材按工藝卡下料、切割、制備坡口、卷圓、

組焊縱縫、校圓、無損檢測、撐圓、檢驗、劃線，工

藝要求按原工藝卡。

5）將切割的筒體上的接管切割取下，切割時不應(yīng)

傷到接管母材本體，打磨露出金屬光澤。

6) 按圖紙重新預(yù)制內(nèi)件（塔盤支撐圈、受液盤支

撐圈、降液連接板、受液槽、支座等）。

7）組對各筒體，順序為：2 節(jié)新制作的筒節(jié)先與

中間的塔體組對后焊接，再與上段塔體組對后焊接，

最后再與下段塔體組對后焊接，組對時需確保錯邊量、

排版、直線度、對口筒體原有兩支撐圈間距符合工藝

卡要求，每次組對均需交檢合格后方可進行焊接，環(huán)

縫按圖紙要求進行 100% 射線檢測和 100% 磁粉檢測，

合格級別符合 NB/T 47013.2/4—2015《承壓設(shè)備無損

檢測》標(biāo)準 II 級 /I 級合格。

8）更換筒節(jié)處的內(nèi)件和接管按圖紙要求進行劃線、

組對、檢驗、焊接、無損檢測、驗收；最后拆除支撐，

打磨與母材齊平，并進行表面無損檢測，100% 磁粉檢

測，結(jié)果符合 NB/T 47013.4—2015 標(biāo)準 I 級合格。

9）設(shè)備發(fā)運前將護板拆除，點焊處打磨至與母材

齊平并進行表面無損檢測，100% 磁粉檢測，結(jié)果符合

NB/T 47013.4—2015 標(biāo)準 I 級合格。

10）后續(xù)制造廠按上述返修方案進行整改，監(jiān)理

方全程見證檢驗，按返修方案全部整改完成，檢查符

合要求，問題關(guān)閉。

3.2 基準圓間距超差

監(jiān)理方對設(shè)備第 3 段與第 4 段合攏環(huán)縫焊后進行

復(fù)查，其中合攏縫處兩側(cè)基準圓間距理論要求值為

200 mm，實測 195 ～ 202 mm，偏差最大 7 mm，超出

工藝≤ 3 mm 的要求，以致立塔后勢必導(dǎo)致塔內(nèi)件水

平度無法保證，如果不處理，現(xiàn)場內(nèi)件水平度超標(biāo)勢

必造成高額的返修費用和對項目整體工期造成延誤。

示意圖如圖 3 所示。

?4 ?5

????? 7 mm?????

圖 3 相鄰 2 段筒體合攏縫處兩側(cè)基準圓偏差較大示意圖

● 3.2.1 問題產(chǎn)生原因分析

在設(shè)備第 3 段與第 4 段合攏環(huán)縫組對時，監(jiān)理方

和制造廠檢驗人員已經(jīng)測量合攏縫處兩側(cè)基準圓間距

為 200 ～ 202 mm，偏差 2 mm，滿足工藝要求；環(huán)縫

焊接后測量基準圓間距局部超標(biāo)，經(jīng)分析為環(huán)縫焊接

時未采取對稱均勻焊接和未采取防收縮定位工裝，焊

接時產(chǎn)生收縮應(yīng)力，導(dǎo)致環(huán)縫局部收縮不均，造成偏

差過大 [2]。

54 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

監(jiān)理要點

Supervision Points

● 3.2.2 問題解決方法

1）對此區(qū)域基準圓間距為 198 ～ 202 mm 的環(huán)縫

（弧長約 8 m）進行劃線、切割、打磨、重新制備坡口，

露出金屬光澤。

2) 采用千斤頂及吊車的輔助，對此區(qū)域內(nèi)的基準

圓間距進行調(diào)整至 198 ～ 199 mm。

3) 對切割處的環(huán)縫進行焊接，焊接按工藝卡

要求執(zhí)行，焊接后測量合攏縫處的基準圓間距為

197 ～ 198 mm。

4) 對環(huán)縫按圖紙要求進行 100% 射線和 100% 磁粉

檢測，符合NB/T 47013.2/4—2015標(biāo)準II級/I級合格。

5) 監(jiān)理方全程見證檢驗，截至 2021 年 2 月 23 日，

按返修方案全部整改完成，檢查基準圓間距偏差≤

3 mm，符合要求，問題關(guān)閉。

4 改進意見

針對發(fā)現(xiàn)的問題，從監(jiān)理服務(wù)的策劃、提供、控

制角度提出改進意見。

4.1 筒體失穩(wěn)

筒體失穩(wěn)一般發(fā)生在塔器分段合攏后，因塔體壁

厚較薄，合攏縫埋弧焊焊接或是整體轉(zhuǎn)動，極易造成

筒體局部失穩(wěn)，造成變形。故塔器制造前，設(shè)計或工

藝就要通過計算給出滾胎的放置位置及數(shù)量，同時在

滾胎處的筒體外部加裝弧板，增加強度以防止變形 [2]；

在制造過程中隨時進行觀察，避免問題出現(xiàn)后未察覺

造成大的變形而無法挽回，造成大的質(zhì)量事故。

4.2 合攏縫處兩側(cè)基準圓間距偏差控制

塔內(nèi)件的水平度是塔器最難以控制的尺寸，為確

保塔器在現(xiàn)場立塔后內(nèi)件的水平度，在筒體分段制造

劃線時，就要劃出基準圓，并應(yīng)將此基準圓在塔壁內(nèi)、

外做出永久的明顯標(biāo)記 [3]，作為環(huán)縫合攏和內(nèi)件劃線

的基準，即確保所有內(nèi)件支撐圈相對于基準圓是平行

狀態(tài)，因基準圓相對于設(shè)備軸線是垂直的，以確保塔

器現(xiàn)場立塔后的內(nèi)件支撐圈的水平度。

每段筒體進行環(huán)縫合攏組對時，應(yīng)著重保證直線

度和 2 段筒體間基準圓間距的偏差值，2 段筒體間基

準圓間距需測量一圓周，一般要求偏差值≤ 3 mm，直

線度、錯邊量、方位仍需滿足圖紙及 GB/T 150.1～ 4—

2011 標(biāo)準要求。環(huán)縫焊接后應(yīng)復(fù)查筒體直線度、2 段筒

體間基準圓間距偏差、端口圓度。

4.3 改進意見

在編制監(jiān)造大綱時，需重點明確對制造廠的分段

制造方案、基準圓劃線方案、滾輪架的布置和擺放、

筒體外部的加強護板及內(nèi)部支撐工裝布置進行重點審

查和檢查，制造前組織制造廠對制造方案進行預(yù)評估，

方案確定后再進行制造。在監(jiān)造大綱和檢驗計劃中將

基準圓的檢查設(shè)置為停止見證點。制造前的好的技術(shù)

方案的確定，是后續(xù)制造過程中避免問題出現(xiàn)的關(guān)鍵，

監(jiān)理方對制造技術(shù)方案可以提出審核意見，根據(jù)以往

項目的經(jīng)驗和存在的問題，在新方案的基礎(chǔ)上優(yōu)化方

案和避免老生問題的再次出現(xiàn)，不僅可以很大程度地

減少制造過程中的問題出現(xiàn)概率，而且對制造成本、

工期均是受益的。堅持策劃在先，預(yù)控在前，做到防

患于未然。

監(jiān)理方可會同項目有關(guān)單位及部門，在工序前適

時召開專題會議，關(guān)鍵工序前需進行技術(shù)交底，工序

進行過程中質(zhì)量管理需要落實到位，提高現(xiàn)場人員的

質(zhì)量意識和技術(shù)底蘊。

5 結(jié)束語

本文以常壓塔為例，重點闡述了塔器設(shè)備制造過

程中出現(xiàn)的典型問題，重點就筒體合攏縫焊接后復(fù)查

合攏縫處兩側(cè)基準圓間距偏差＞ 3 mm 和筒體出現(xiàn)失

穩(wěn)現(xiàn)象進行了闡述，旨在有效避免塔器直線度超標(biāo)、

立塔后出現(xiàn)內(nèi)件水平度超標(biāo)等一系列質(zhì)量問題，保證

設(shè)備的質(zhì)量。同時在監(jiān)理過程中，監(jiān)理工程師更應(yīng)著

重于制造廠質(zhì)量管理體系全面推進的過程，對事前策

劃不落實、事中控制不到位、只事后追究不合格責(zé)任

予以杜絕，把問題消滅在源頭。同時作為監(jiān)理人員，

只有堅持不懈地用新知識、新的經(jīng)驗充實自己，理論

聯(lián)系實踐，才能真正提高自身綜合素質(zhì)和監(jiān)理水平，

做到一專多能，成為復(fù)合型人才，才能有效駕馭設(shè)備

監(jiān)理工作，為業(yè)主提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

參考文獻

[1] NB/T 47041—2014 塔式容器 [S].

[2] 陳真 ,吳曉俁 . 大型塔器的制造質(zhì)量控制 [J]. 設(shè)

備監(jiān)理 ,2021(03) ：44-46+55.

[3] SH/T 3088—2012 石油化工塔盤技術(shù)規(guī)范 [S].

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 55

監(jiān)理要點

Supervision Points

某長輸天然氣管道工程埋弧焊管監(jiān)造實踐

盧衛(wèi)卓

（北京隆盛泰科石油管科技有限公司 西安 710065）

摘 要：長輸天然氣管道作為跨區(qū)域遠距離天然氣輸送主要載體，在國家能源戰(zhàn)略中承擔(dān)著不可替代的

作用，其管道主材大口徑螺旋 / 直縫埋弧焊鋼管質(zhì)量是確保管道運行安全的基礎(chǔ)，為此引入駐廠監(jiān)造，以提

高管材質(zhì)量。本文通過監(jiān)造項目實例，結(jié)合監(jiān)造產(chǎn)品的特點，簡述監(jiān)造服務(wù)的策劃、輸出、控制等，同時總

結(jié)項目監(jiān)造過程中發(fā)現(xiàn)的鋼管質(zhì)量問題，并進行了統(tǒng)計歸類，著重列舉了 2 個質(zhì)量案例進行分析，對同類鋼

管監(jiān)造質(zhì)量提升具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：天然氣管道 埋弧鋼管 質(zhì)量問題 監(jiān)造

Supervision Case of Buried Arc Welding Pipe

in a Long Natural Gas Pipeline Project

Lu Weizhuo

(Beijing Longshine Oil Tubular Technology Co. Ltd Xi'an 710065)

Abstract As the main carrier of cross-regional long-distance natural gas transmission, the long-distance gas

pipeline plays an irreplaceable role in the national energy strategy. The main material of pipeline is SAWL or SAWH,

its quality is the basis to ensure the safety of pipeline operation. In order to improve the quality of steel pipe, the plant

supervision was set up. Through the example of the supervision project, combined with the characteristics of the

supervision products, this article briefly describes the planning, output and control of supervision service to ensure

the quality of supervision service. At the same time, the steel pipe quality problems found in the project supervision

process are summarized and statistical classification is performed. Two quality cases are listed and analyzed, which has

certain guidance and reference significance for the quality improvement of steel pipe supervision.

Keywords Natural gas pipeline Buried arc welding pipe Quality problem Supervision

中圖分類號：TB497 文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-2465(2022)12-0055-06 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2022.12.011

作者簡介：盧衛(wèi)卓（1984 ～ )，男，本科，工程師，高級設(shè)

備監(jiān)理師，從事油氣輸送管線、油氣開采用鋼管、彎管、玻璃鋼

管、管件及設(shè)備的監(jiān)造工作。

通訊作者：盧衛(wèi)卓，E-mail: 565486360@qq.com。

（收稿日期：2022-04-01）

1 項目背景

1.1 項目概況

某長輸天然氣管道工程，沿途經(jīng)過 4 個地級市 17

個縣區(qū)。管徑為 DN1 000 mm，設(shè)計壓力為 10 MPa，

線路長 102 km；管徑為 DN1 200 mm，設(shè)計壓力為

10 MPa，線路長 388 km，本項目統(tǒng)籌沿海 LNG （液

化天然氣）接收站外輸、陸上天然氣入魯通道建設(shè)，

進一步完善區(qū)域天然氣管網(wǎng)，聯(lián)通中原儲氣庫群，實

現(xiàn)多資源及管道的互聯(lián)互通，提高天然氣供氣的可靠性

和靈活性，對保障華北地區(qū)天然氣供應(yīng)具有重要意義。

鋼管制造應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的單位監(jiān)制 [1]，筆者

單位承擔(dān)本項目近 500 km 埋弧焊鋼管駐廠監(jiān)造任務(wù)。

1.2 監(jiān)造內(nèi)容

監(jiān)造項目產(chǎn)品有：直縫埋弧焊鋼管 D1 219 mm×

22 mm/18.4 mm-L555M，螺旋埋弧焊鋼管D1219 mm ×

18.4 mm-L555M、D1 016 mm×26.2 mm/17.5 mmL485M，共計約 28 萬 t。

56 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

監(jiān)理要點

Supervision Points

2 監(jiān)造項目策劃

2.1 組建監(jiān)造機構(gòu)

筆者單位針對項目成立了專門的監(jiān)造機構(gòu)，配置

經(jīng)驗豐富的監(jiān)造人員：總監(jiān)及技術(shù)組組長為高級工程

師、注冊設(shè)備監(jiān)理師，擁有 10 年以上且至少擔(dān)任 5 個

大于 300 km 同級別管線工程的總監(jiān)或技術(shù)支持經(jīng)歷，

GB/T 26429—2010《設(shè)備工程監(jiān)理規(guī)范》中要求總監(jiān)

理工程師應(yīng)由具有 3 年以上設(shè)備監(jiān)理工作經(jīng)驗的注冊

設(shè)備監(jiān)理師擔(dān)任 [2]；項目經(jīng)理為高級設(shè)備監(jiān)理師或注

冊設(shè)備監(jiān)理師，擁有 10 年以上同類管線監(jiān)造經(jīng)歷并有

5 年以上項目管理經(jīng)歷；其他人員均需有專業(yè)設(shè)備監(jiān)

理師資質(zhì)，且有同類管線 3 年以上監(jiān)造經(jīng)歷。同時建

立完善的工作制度和考勤制度，項目監(jiān)造機構(gòu)實行總

監(jiān)造工程師負責(zé)制及項目經(jīng)理監(jiān)督管理執(zhí)行的雙保險

制度。本項目駐廠監(jiān)造組織機構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1 駐廠監(jiān)造組織機構(gòu)

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2.2 細化監(jiān)造工作的實現(xiàn)要求

監(jiān)造服務(wù)策劃實現(xiàn)的輸入信息應(yīng)全面、完整、正確，

輸入至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：

1）委托監(jiān)造合同、設(shè)備采購合同；

2）適用的法律、法規(guī)；

3）GB/T 26429—2010《設(shè)備工程監(jiān)理規(guī)范》；

4）技術(shù)規(guī)格書、數(shù)據(jù)單等；

5）被監(jiān)造單位的信息；

6）被監(jiān)造產(chǎn)品信息；

7）設(shè)備監(jiān)造單位的資源（人力資源、設(shè)施或裝備

及技術(shù)狀況）；

8）設(shè)備監(jiān)造單位的項目要求。

2.3 加強設(shè)備監(jiān)造服務(wù)策劃實現(xiàn)的輸出管理

1）輸出文件齊全、審批流程合規(guī)、簽字完整。監(jiān)

造服務(wù)策劃實現(xiàn)的輸出文件至少包括質(zhì)量計劃、監(jiān)造

細則等。質(zhì)量計劃、監(jiān)造細則可采用文字描述、圖表或

手冊等形式，本項目使用文字、圖表等相結(jié)合形式。

2）監(jiān)造細則在相應(yīng)監(jiān)造工作開始前編制完成，并

在執(zhí)行過程中根據(jù)實際情況進行科學(xué)、嚴謹、合規(guī)的

修訂和補充。

3）輸出內(nèi)容應(yīng)完整、具體、全面符合項目監(jiān)造規(guī)

范，如監(jiān)造周報至少要包括如下內(nèi)容：

（1）本周主要工作內(nèi)容；

（2）進度分析、工作完成量與計劃工作量比較；

（3）質(zhì)量狀況分析、不符合項的處理及跟蹤；

（4）存在的主要問題及相應(yīng)措施的效果分析；

（5）需要委托方協(xié)調(diào)事宜；

（6）下周項目計劃等。

2.4 優(yōu)化監(jiān)造產(chǎn)品關(guān)鍵的設(shè)定

在滿足業(yè)主監(jiān)造合同要求的基礎(chǔ)上，全面分析產(chǎn)

品特點，結(jié)合國內(nèi)行業(yè)實際情況，科學(xué)確定監(jiān)造產(chǎn)品

質(zhì)量控制點等級，監(jiān)造要點和內(nèi)容見表 1、表 2，確保

監(jiān)造控制點實際操作性強，并能充分控制產(chǎn)品質(zhì)量，

同時符合 GB/T 31185—2014《石油天然氣管道工程用

管材制造監(jiān)理技術(shù)要求》。

序

號 檢查要點 檢查內(nèi)容 控制等級

P R W I H

1 生產(chǎn)前檢查 工廠資質(zhì)、設(shè)備校驗校準、關(guān)鍵人員資

質(zhì)、生產(chǎn)工藝等的文件審查 √

2 板卷 / 鋼板 標(biāo)記、材質(zhì)、幾何尺寸、外觀質(zhì)量 √ √

3 板卷 / 鋼板探傷 符合工藝文件 √ √

4 成形 符合工藝文件 √

5 焊接

焊接材料的規(guī)格、型號與工藝一致 √ √

焊接工藝參數(shù)符合工藝文件要求 √

6 缺陷修補 記錄跟蹤缺陷類型、補焊材料、補焊數(shù)

據(jù)，確保符合工藝 √ √

7 擴徑或管端擴徑 測量擴徑量（周長法）、橢圓度 √

8 超聲波檢驗（連

探、手探）

設(shè)備靈敏度校驗、報警狀態(tài)、檢測工藝

執(zhí)行 √ √

9 X 射線檢驗 設(shè)備動態(tài)、靜態(tài)靈敏度校驗情況 √ √

10 水壓試驗 壓力表是否在有效期內(nèi)，壓力值、保壓

時間 √

11 成品檢驗 外觀幾何尺寸：外徑、壁厚、橢圓度、

直線度等 √ √ √

12 力學(xué)性能檢驗 試樣加工精度，試驗結(jié)果，拉伸、彎曲、

沖擊、落錘、硬度 √ √

13 標(biāo)記、入庫 標(biāo)識內(nèi)容是否齊全 √

14 吊裝、儲存 管端保護、堆放 √

15 放行單簽發(fā) 對合格發(fā)運鋼管，簽發(fā)監(jiān)造產(chǎn)品放行單 √

16 發(fā)運產(chǎn)品交付 裝運保護情況檢查、發(fā)貨清單審核、產(chǎn)

品質(zhì)量保證書審核簽字等 √

表 1 埋弧焊鋼管監(jiān)造要點和內(nèi)容

注：P- 日常巡檢； R- 文件見證；W- 現(xiàn)場見證；I-抽檢

驗證；H- 停止見證

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 57

監(jiān)理要點

Supervision Points

序

號 控制點名稱 檢查內(nèi)容

控制等級

P R W I H

1 原材料復(fù)驗與質(zhì)

證文件核查

原材料質(zhì)量證明書齊全，第三方復(fù)檢

報告齊全，第三方復(fù)檢批次是否符合標(biāo)準

要求

√

2 鋼管接收 鋼管質(zhì)量證明文件齊全并符合標(biāo)準要求 √

3 鋼管除銹

鋼管表面質(zhì)量無缺陷、無油污，鋼管表

面溫度應(yīng)高于露點 3 ℃；檢查錨紋深度、

除銹等級、鹽分、灰塵度；符合工藝文件

√ √

4 鋼管涂覆

鋼管線速度，預(yù)熱溫度，PE（聚乙烯）、

AD（膠黏劑）溫度檢查；粉末厚度、膠粘

劑厚度以及涂層厚度檢查

√ √

5 性能檢驗

電火花檢漏、剝離強度檢查、附著力試驗、

粉末涂層固化度、陰極剝離試驗等應(yīng)符合

技術(shù)規(guī)格書要求

√ √

6 防腐層外觀及尺

寸檢查

防腐鋼管管端預(yù)留長度，防腐層外觀應(yīng)

無氣泡、劃傷、翹邊等缺陷，防腐層厚度

應(yīng)符合技術(shù)要求

√ √ √

7 修補檢查 監(jiān)督鋼管防腐缺陷修補符合工藝 √ √

8 標(biāo)記、入庫 標(biāo)識內(nèi)容是否齊全 √

9 吊裝、儲存 管端保護器、堆放符合要求 √

10 放行單簽發(fā) 對合格發(fā)運鋼管，簽發(fā)監(jiān)造產(chǎn)品放行單 √

11 吊裝發(fā)運 審核發(fā)運清單、審核質(zhì)量證明書 √

表 2 鋼管三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐的監(jiān)造要點和內(nèi)容

2.5 加強不合格品管控及處理

在工廠已有的不合格品控制基礎(chǔ)上，建立監(jiān)造組

不合格品控制臺賬，全面、完整地登記不合格品，翔

實記錄不合格品原因、處理措施（如返工、返修、切除、

降廢 / 拒收）、處理結(jié)果等，并與工廠不合格信息進

行共享，確保不合格產(chǎn)品 100% 受控，并建立完善的

不合格處理合格后的入庫審批程序。

3 主要問題分析及解決方法

3.1 鋼管內(nèi)壁有壓坑、劃傷及系統(tǒng)性漏檢問題

本項目 D1 219 mm×18.4 mm-L555M 螺旋埋弧焊

鋼管在某工廠暫停生產(chǎn) 1 個月后恢復(fù)生產(chǎn)，監(jiān)造組在

成品庫檢查本次合格入庫鋼管時，抽查 20 根發(fā)現(xiàn) 4 根

鋼管內(nèi)壁存在壓坑、劃傷缺陷（見圖 2 ～圖 5），影

響最小允許壁厚的缺欠應(yīng)判為缺陷 [3]，結(jié)合內(nèi)壁缺陷

位置及缺陷形貌，監(jiān)造組初步判定批量鋼管生產(chǎn)存在

系統(tǒng)性漏檢風(fēng)險，監(jiān)造組將本批次生產(chǎn)的 278 根鋼管

全部封鎖，并與被監(jiān)造單位負責(zé)人及時溝通，表明監(jiān)

造組觀點，被監(jiān)造方無異議，并積極表態(tài) 100% 響應(yīng)

監(jiān)造組的整改要求。

圖 2 A# 鋼管焊縫邊沿 40 mm 壓坑

圖 3 B# 鋼管離焊縫 50 mm 處 9 mm 壓坑

圖 4 C# 鋼管焊縫邊沿 120 mm 劃傷

圖 5 D# 鋼管焊縫邊沿 10 mm 壓坑

監(jiān)造組以糾正通知單形式向工廠提出了具體整改

要求：

1）此類壓坑、劃傷屬于嚴重的產(chǎn)品缺陷，同時存

在批量質(zhì)量問題，立即臨時暫停生產(chǎn)，對生產(chǎn)線進行

異常排查，避免產(chǎn)生新的批量不合格產(chǎn)品。

58 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

監(jiān)理要點

Supervision Points

2）將本次恢復(fù)生產(chǎn)以來的 278 根鋼管封鎖，暫停

進入下道鋼管3PE（三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層）防腐工序。

3）工廠組織人員對監(jiān)造組封鎖的 278 根逐根排查，

同時對車間未入合格庫的鋼管逐根檢查。

4）工廠對鋼管產(chǎn)生缺陷原因進行分析，并對此次

漏檢進行認真分析，報監(jiān)造組，監(jiān)造組根據(jù)排查結(jié)果，

與工廠商定進一步處理方案及制定預(yù)防措施。

● 3.1.1 工廠排查及問題分析

1）工廠積極按照監(jiān)造組要求 100% 執(zhí)行，臨時暫

停生產(chǎn)，在監(jiān)造組監(jiān)督下排查 379 根鋼管（入庫 278 根、

車間流程中 101 根），累計發(fā)現(xiàn)存在上述問題的鋼管

26 根。

2）工廠對鋼管產(chǎn)生壓坑、劃傷進行原因分析，主

要原因有 3 方面：

（1）鋼板生產(chǎn)過程中異物壓入及鋼管成形過程中

壓入異物，在后續(xù)鋼管加工、倒運過程，異物掉落。

（2）鋼管生產(chǎn)過程中鋼卷拆卷過程中，散卷產(chǎn)生

搓傷。

（3）成形前銑邊機調(diào)整不到位，銑邊鐵削堆積被

鋼板邊沿帶動入穩(wěn)定輥，壓入鋼板產(chǎn)生壓坑（與生產(chǎn)

線實際排查結(jié)果吻合）。

3）對工廠批量漏檢的原因分析有以下 3 方面：

（1）拆卷后鋼板外觀檢查崗位人員失職，未按照

工藝文件進行檢查。

（2）鋼管粗檢崗位未按照工藝文件對鋼管內(nèi)壁灰

塵、焊渣、焊劑進行徹底清除就開始外觀檢查。

（3）鋼管成品檢驗鋼管內(nèi)壁檢查未按照工藝文件

認真檢查，導(dǎo)致不合格產(chǎn)品入庫。

● 3.1.2 工廠整改

工廠按照監(jiān)造組要求完成排查及原因分析，監(jiān)造

組對工廠鋼管排查結(jié)果及鋼管產(chǎn)生壓坑、劃傷的原因

分析認可，但對工廠漏檢分析原因不認可，監(jiān)造質(zhì)疑

如下：針對焊縫邊沿的壓坑缺陷檢驗，人員按照檢驗

流程利用 RT 射線檢測及焊縫 UT 超聲檢測（個別缺陷）

乃至焊縫邊沿母材分層檢測，應(yīng)發(fā)現(xiàn)但未發(fā)現(xiàn)缺陷，

而工廠僅從外觀檢查分析，其分析不全面。工廠對監(jiān)

造組的分析表示完全認可，與監(jiān)造組達成一致整改意

見，并落實整改：

1）本次恢復(fù)生產(chǎn)以來已通過 RT 檢驗的 338 根

鋼管（入庫 278 根、車間 60 根）全部重新進行二次

RT、UT 及成品檢測，檢測前對 RT 及 UT 設(shè)備進行排

查，徹底找到原因并解決后在監(jiān)造組見證下進行。

經(jīng)核查，RT 漏檢應(yīng)發(fā)現(xiàn)但未發(fā)現(xiàn)的焊縫邊沿缺陷

鋼管，均為同一檢驗人員夜班檢測，設(shè)備無異常；UT

超聲檢測設(shè)備調(diào)校閘門報警出故障，分析原始檢測存

儲數(shù)據(jù)圖譜有缺陷信號。在排查上述原因后工廠完成

338 根鋼管二次 RT 及 UT 檢測，發(fā)現(xiàn)了 2 根焊縫內(nèi)部

超標(biāo)缺欠，焊縫邊沿應(yīng)發(fā)現(xiàn)壓坑均檢測到并標(biāo)識。

2）對發(fā)現(xiàn)的 26 根壓坑、劃傷鋼管及后續(xù)返車間

二次檢查發(fā)現(xiàn)的不合格鋼管嚴格按照工藝文件，該判

廢的判廢、可返修的進行返修，確保符合標(biāo)準要求。

最終判廢 4 根，修磨、測量剩余壁厚合格入庫 20 根，

切除缺陷后合格入庫 4 根（包括焊縫二次無損檢測發(fā)

現(xiàn)的焊縫內(nèi)部缺陷 2 根）。

● 3.1.3 預(yù)防措施

1）生產(chǎn)車間全員重新學(xué)習(xí)工藝文件，并對重點人

員進行工藝文件學(xué)習(xí)考試，合格后方可開始工作。

2）進一步完善 RT、UT 及其他設(shè)備日常排查，由

設(shè)備維修組每日對生產(chǎn)設(shè)備例行檢查，操作及檢驗人

員對設(shè)備狀態(tài)進行確認，確保設(shè)備正常后開始工作。

3）對本次 RT、UT 及成品檢驗漏檢人員按照工廠

內(nèi)部考核進行處罰，同時進行再培訓(xùn)，RT 檢測責(zé)任人

調(diào)到副操作崗暫停檢測工作。

4）加強工廠質(zhì)量部門內(nèi)部成品鋼管抽查監(jiān)督，每

天例行抽查 1 次，若發(fā)現(xiàn)問題及時匯報并根據(jù)問題進

行針對性處理。

在監(jiān)造監(jiān)督下，工廠完成整改并驗收通過，徹底

排除了上述原因，開始正常生產(chǎn)。

3.2 鋼管防腐層厚度不足問題

本項目 D1 016 mm×26.2 mm-L485M 直縫埋弧焊

鋼管在某工廠生產(chǎn)，監(jiān)造組在對當(dāng)班已入庫防腐合格

鋼管防腐層符合性進行例行抽查時發(fā)現(xiàn)，2 根防腐鋼

管防腐層厚度分別為 3.43 mm、3.50 mm，防腐層最小

厚度應(yīng)符合 3.7 mm[4]，對此監(jiān)造組擴大對當(dāng)班生產(chǎn)的

防腐鋼管抽查數(shù)量，累計抽查 14 根發(fā)現(xiàn) 6 根厚度不足

（見圖 6、圖 7），監(jiān)造組將當(dāng)日已防腐的 110 根防腐

鋼管全部封鎖，并與工廠追溯前 2 d 生產(chǎn)的防腐鋼管，

未發(fā)現(xiàn)上述問題，監(jiān)造組以糾正通知單形式要求工廠

糾正。

● 3.2.1 監(jiān)造組對工廠整改要求

1）車間立即排查生產(chǎn)工藝參數(shù)，若無異常立即暫

停生產(chǎn)并排查原因，若未在工藝范圍內(nèi)調(diào)整到工藝范

圍內(nèi)方可生產(chǎn)，防止再生產(chǎn)不合格防腐鋼管。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 59

監(jiān)理要點

Supervision Points

圖 6 A# 鋼管防腐層厚度不足 ( 標(biāo)準要求

≥ 3.7 mm, 實測 3.44 mm)

圖 7 B# 鋼管防腐層厚度不足 ( 標(biāo)準要求

≥ 3.7 mm, 實測 3.56 mm)

2）工廠在監(jiān)造組監(jiān)督下對當(dāng)日已入庫的 110 根防

腐鋼管進行逐根排查，不合格的單獨存放，集中扒皮，

重新防腐。

3）根據(jù)排查結(jié)果分析防腐層厚度不足原因及制定

后續(xù)預(yù)防措施。

● 3.2.2 工廠整改

1）工廠排查生產(chǎn)線，發(fā)現(xiàn)聚乙烯擠塑口輥壓輪局

部鼓起，更換擠壓輥，測試合格后，恢復(fù)生產(chǎn)。

2）經(jīng)監(jiān)造組監(jiān)督工廠排查，累計發(fā)現(xiàn) 45 根防腐

厚度不足，已集中堆放，后續(xù)集中扒皮，重新防腐（工

廠利用倒班時間組織部分人員完成扒皮，并與后續(xù)鋼

管一起完成防腐，見圖 8）。

圖 8 鋼管集中扒皮處理

3）原因分析：結(jié)合排查出 45 根規(guī)律性防腐層存

在局部厚度不足的實際情況，造成批量防腐厚度不足

的主要原因是聚乙烯擠塑口輥壓輥橡膠局部凸起，擠

壓高溫 PE 層，導(dǎo)致規(guī)律性間隔出現(xiàn)防腐層厚度不足

問題；其次檢驗人員未按照檢驗工藝文件對鋼管防腐

層厚度進行檢驗，設(shè)備未進行正確校驗，導(dǎo)致未及時

發(fā)現(xiàn)防腐層厚度不足問題。

● 3.2.3 預(yù)防措施

1）防腐車間涂覆主機操作人員負責(zé)每日對設(shè)備狀

態(tài)進行檢查，確認包括各傳動輥及擠塑口等均正常工

作，發(fā)現(xiàn)異常立即匯報主管領(lǐng)導(dǎo)，主管領(lǐng)導(dǎo)第一時間

安排維修，不允許設(shè)備“帶病”作業(yè)。

2）對此次當(dāng)班檢驗人員，依據(jù)工廠考核進行處罰，

并進行設(shè)備操作考試，合格后方可上崗。

3）防腐車間全員學(xué)習(xí)工藝文件及質(zhì)量要求，相關(guān)

檢驗人員學(xué)習(xí)設(shè)備使用說明或操作規(guī)程。

此次防腐層批量厚度不足問題，已徹底糾正，工

廠原因分析全面合理，預(yù)防措施有效，能夠起到預(yù)防

效果，可以杜絕此類問題再次發(fā)生。

4 監(jiān)造發(fā)現(xiàn)的問題分析

在本項目監(jiān)造過程中共收集了 8 家工廠監(jiān)造組發(fā)

現(xiàn)的質(zhì)量問題，鋼管主要問題集中在幾何尺寸超標(biāo)、

原材料壓坑及劃傷、鋼管表面劃傷壓坑、防腐層碰傷

及厚度等方面，對本項目處理的 40 例質(zhì)量問題進行分

析統(tǒng)計，見表 3、圖 9。

分類 原材料 成形制造 工藝執(zhí)行 無損檢測 理化性能

試驗

外觀幾何

尺寸 其他因素 合計

數(shù)量 10 7 6 2 2 11 2 40

比例 /% 25.00 17.00 15.00 5.00 5.00 28.00 5.00 100

表 3 鋼管主要問題統(tǒng)計

圖 9 本項目質(zhì)量問題分類

?????5.00%

????25.00%

?????17.00%

?????15.00% ?????5.00%

???????

5.00%

???????

28.00%

60 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

監(jiān)理要點

Supervision Points

采用排列圖分析法對問題進行定性分析，排列圖

分析法的判定法則為：0 ～ 80% 間的問題為主要問題，

記為 A 類問題；80% ～ 90% 間的問題為次要問題，

記為 B 類問題；90% ～ 100% 間的問題為一般問題，

記為 C 類問題 [5]。按照排列圖分析法可以判定原材料、

外觀幾何尺寸、成形制造為主要問題，監(jiān)造方與制造

廠應(yīng)優(yōu)先采取措施進行質(zhì)量改進，解決主要質(zhì)量問題，

具體分析如下：

鋼管壓坑主要是因為國內(nèi)的鋼板生產(chǎn)、檢驗、運

輸缺少監(jiān)造，鋼板的質(zhì)量控制全憑鋼廠內(nèi)控，缺少第

三方質(zhì)量監(jiān)督，在生產(chǎn)任務(wù)大、設(shè)備故障“帶病”作

業(yè)的綜合因素下產(chǎn)生。為預(yù)防和解決此類問題，建議

對鋼廠的鋼板生產(chǎn)實施關(guān)鍵點監(jiān)造，并對關(guān)鍵設(shè)備鋼

板原材料寫入《特種設(shè)備目錄》里，同時建議設(shè)備監(jiān)

造單位在對長輸管道用鋼管監(jiān)造過程中，把原材料鋼

板的質(zhì)量控制放在第一位。

鋼管內(nèi)壁劃傷主要是由鋼管廠生產(chǎn)過程控制不到

位導(dǎo)致，集中在上料拆卷（螺旋鋼管）、鋼板調(diào)運（直

縫鋼管）過程，銑邊鐵削輥輪壓入，成形壓入，鋼管

倒運及吊裝。其次螺旋鋼管原材料板卷的塔型超標(biāo)也

是導(dǎo)致劃傷增多的主要因素之一。

鋼管防腐層問題主要是焊縫余高過高，焊縫處防

腐厚度不足，偶爾出現(xiàn)設(shè)備異常造成防腐層局部厚度

不足，3PE 防腐批量厚度不足，多是人為參數(shù)設(shè)置錯

誤導(dǎo)致。防腐層主要問題集中在吊裝、倒運磕碰及管

端預(yù)留長度不足的問題。因此，防腐鋼管的吊裝、存儲、

倒運、發(fā)運是監(jiān)造的重點，應(yīng)對工廠的發(fā)運方案進行

嚴格要求及落實。

5 結(jié)束語

鋼管駐廠監(jiān)造作為保證鋼管質(zhì)量的必要手段得到

社會的承認 [6]，推進了國產(chǎn)鋼管質(zhì)量的快速發(fā)展。鋼

管監(jiān)造作為設(shè)備監(jiān)理的重要組成部分，應(yīng)該系統(tǒng)地應(yīng)

用設(shè)備監(jiān)理理論及設(shè)備監(jiān)理技術(shù)與方法，以保障鋼管

質(zhì)量為核心，從監(jiān)造策劃、監(jiān)造提供、監(jiān)造輸出、監(jiān)

造評價等全流程管控，各階段充分應(yīng)用 PDCA 循環(huán)方

法，改進提升鋼管監(jiān)造服務(wù)質(zhì)量。同時做好分析歸類

總結(jié)，將以往監(jiān)造項目中發(fā)現(xiàn)的鋼管質(zhì)量問題作為案

例分析，汲取經(jīng)驗，提高鋼管監(jiān)造能力，為石油天然

氣管道安全運營保駕護航。

參考文獻

[1] 質(zhì)檢總局 發(fā)展改革委 工業(yè)和信息化部關(guān)于加強

重大設(shè)備監(jiān)理工作的通知（國 質(zhì)檢質(zhì)聯(lián)〔2 014〕60 號）[Z].

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[3] GB/T 9711—2017 石油天然氣工業(yè) 管線輸送系統(tǒng)

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T/CASEI 009—2022 壓力管道施工監(jiān)督檢驗

實施導(dǎo)則——公用管道 50.00元

T/CASEI 010—2022 壓力管道元件制造監(jiān)督

檢驗實施導(dǎo)則 40.00元

T/CASEI 011—2022 濕硫化氫腐蝕環(huán)境固定式

壓力容器定期檢驗規(guī)范 35.00元

T/CASEI 012—2022 承壓設(shè)備用流量計（殼體）

監(jiān)督檢驗規(guī)范 30.00元

T/CASEI 013—2022 超設(shè)計使用年限壓力容器

檢驗規(guī)范 30.00元

GB/T 30579—2022 承壓設(shè)備損傷模式識別 132.00元

NB/T 47034—2021 工業(yè)鍋爐技術(shù)條件 36.00元

NB/T 47037—2021 電站閥門型號編制方法 16.00元

NB/T 10788—2021 鑄鐵鍋爐和鑄鋁鍋爐

技術(shù)條件 35.00元

NB/T 10789—2021 生物質(zhì)鍋爐質(zhì)量性能

評價技術(shù)準則 20.00元

NB/T 10790—2021 水處理設(shè)備 技術(shù)條件 36.00元

特種設(shè)備安全管理作業(yè)指導(dǎo)書（2022年） 83.00元

特種設(shè)備安全監(jiān)察作業(yè)指導(dǎo)書（2021年） 83.00元

聯(lián)系人：孫海祥 王源 010-59068616

書 訊

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 61

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

基于新一代信息技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組

檢驗檢測技術(shù)認可評價研究及應(yīng)用

趙炳南 1

黃 宸 1

耿嵐鑫 1

莊 駿 2

（1. 中國合格評定國家認可中心 北京 100062）

（2. 上海中認尚科新能源技術(shù)有限公司 上海 201206）

摘 要：本文分析了風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域檢驗檢測及認可活動現(xiàn)狀，研究了新一代信息技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電機組檢

驗檢測領(lǐng)域的應(yīng)用，歸納了基于新一代信息技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組檢驗檢測過程控制要點，明確了該領(lǐng)域檢測

實驗室的質(zhì)量要求，驗證了基于新一代信息技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組檢測設(shè)備和檢測方法，為風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域?qū)嶒?/p>

室認可提供了多維度的解析與建議。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電 檢驗檢測 認可

Research and Application of Inspection and Testing Technology

Accreditation in the Field of Wind Power Based on the New

Generation of Information Technology

Zhao Bingnan1

Huang Chen1

Geng Lanxin1

Zhuang Jun2

(1. China National Accreditation Service for Conformity Assessment Beijing 100062)

(2. Shanghai SERCAL New Energy Technology Co., Ltd. Shanghai 201206)

Abstract In this paper, the status quo of inspection, testing accreditation in the field of wind power is

analyzed, and the application of new generation information technology in the field of wind power inspection and

testing is studied. The key points of wind power inspection and testing process control based on the new generation of

information technology are summarized, and the quality requirements of testing laboratories in this field are clarified.

The test equipment and test method of wind turbine based on new generation information technology are verified. It

provides multi-dimensional analysis and suggestions for wind power field laboratory accreditation.

Keywords Information technology Wind power Inspection and testing Accreditation

中圖分類號：TB497 文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-2465(2022)12-0061-05 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2022.12.012

作者簡介：趙炳南（1977 ～ )，男，碩士，高級工程師，從

事實驗室和檢驗機構(gòu)認可評審科研管理工作。

基金項目：國家市場監(jiān)督管理總局技術(shù)保障專項項目“基

于新一代信息技術(shù)的風(fēng)電機組檢驗檢測技術(shù)及認可評價研究”

（2021YJ032）。

通訊作者：黃宸，E-mail: huangc@cnas.org.cn。

（收稿日期：2022-09-01）

風(fēng)力發(fā)電機組包括風(fēng)輪、發(fā)電機，風(fēng)輪由葉片、

輪轂、加固件等組成，具有葉片受風(fēng)力旋轉(zhuǎn)發(fā)電、發(fā)

電機機頭轉(zhuǎn)動等功能 [1]。風(fēng)力發(fā)電機組的檢驗檢測認

證已有 30 多年的歷史。標(biāo)準和規(guī)范是開展檢驗檢測認

證等合格評定活動的基礎(chǔ)，在檢驗檢測認證實施過程

中得以應(yīng)用。風(fēng)電設(shè)備的檢驗檢測認證是一個復(fù)雜且

系統(tǒng)的過程，涉及大量標(biāo)準，在不同階段可能需要不

同的標(biāo)準。

1 風(fēng)電領(lǐng)域檢驗檢測及認可活動現(xiàn)狀

隨著風(fēng)電在世界范圍內(nèi)的蓬勃發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機

組貿(mào)易也逐步由國內(nèi)走向國際 [2]。在風(fēng)力發(fā)電機組標(biāo)

準化方面，國際標(biāo)準化組織（ISO）與國際電工委員

會（IEC）達成協(xié)議，由 IEC 領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)能行業(yè)的標(biāo)準化。

62 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

IEC 61400《風(fēng)力發(fā)電機》系列標(biāo)準的發(fā)布，使各國在

風(fēng)電設(shè)備標(biāo)準上逐步達成共識，一定程度上促進了國

際風(fēng)電設(shè)備貿(mào)易的發(fā)展 [3]。各國的風(fēng)力發(fā)電機組標(biāo)準、

檢驗、檢測、認證規(guī)則圍繞 IEC 61400 系列標(biāo)準建立，

相互之間有較大的共性，這大大促進了國家間風(fēng)力發(fā)

電機組合格評定活動互認的發(fā)展。

我國風(fēng)電檢測行業(yè)經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，構(gòu)建了一

套較為完善的標(biāo)準體系，內(nèi)容涉及風(fēng)電場規(guī)劃設(shè)計、

風(fēng)電場施工安裝、風(fēng)電場運行維護、風(fēng)電場并網(wǎng)管理、

風(fēng)電機械設(shè)備、風(fēng)電電器設(shè)備、風(fēng)電資源測量評價和

預(yù)報等。國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機組檢驗項目可分為：常規(guī)檢

驗項目（現(xiàn)場調(diào)試及試運行、運行維護、螺栓連接檢查、

接地電阻的測量、控制功能的檢查和試驗等）、垂直

度檢驗、內(nèi)窺鏡檢驗、葉片檢驗、油品檢驗、振動檢

驗等。

已獲中國合格評定國家認可委員會（CNAS）實

驗室認可的風(fēng)電領(lǐng)域?qū)嶒炇夜?105 家，其中，約有 60

家實驗室的檢測能力主要涉及零部件的葉片、發(fā)電機、

電纜、電壓電氣、變流器、軸承、變壓器等；14 家實

驗室的檢測能力主要以風(fēng)力發(fā)電機組和風(fēng)電場的并網(wǎng)

性能為主。其中，已獲 CNAS 認可的風(fēng)電檢測實驗室

中，同時獲得國際 IECRE（國際可再生能源認可體系）

認可的風(fēng)電檢測實驗室有５家；已獲 CNAS 檢驗機構(gòu)

認可的風(fēng)電領(lǐng)域機構(gòu)共 6 家，主要涉及風(fēng)電整機檢驗、

制造過程監(jiān)理等活動。

2 新一代信息技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電機組檢驗檢

測領(lǐng)域的應(yīng)用

風(fēng)電企業(yè)通過風(fēng)力發(fā)電機組傳感、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、

大數(shù)據(jù)等數(shù)字化建設(shè)，實現(xiàn)集數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析

于一體的智能工廠和智慧風(fēng)場，改變原有的傳統(tǒng)發(fā)電

行業(yè)經(jīng)驗驅(qū)動的決策管理模式，依托多維度數(shù)據(jù)分析

工具與智能算法，實現(xiàn)從產(chǎn)品研發(fā)、工藝仿真、生產(chǎn)

運行、設(shè)備監(jiān)控、風(fēng)場服務(wù)的數(shù)字孿生，最終建立全

過程數(shù)字驅(qū)動的虛擬企業(yè)，實現(xiàn)多場景智能優(yōu)化決策，

打造新型風(fēng)電數(shù)字生態(tài)。隨之而來使得從事風(fēng)力發(fā)電

機組檢驗檢測認證的機構(gòu)也要進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作。

通過利用 5G、人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)、云計算等新

一代信息技術(shù)，實現(xiàn)大規(guī)模并行計算，做到實時分析風(fēng)

力發(fā)電機組的性能及狀態(tài)數(shù)據(jù)，及時得到檢驗檢測分析

評估結(jié)果，以數(shù)字化平臺來實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的管理。

2.1 技術(shù)路線

● 2.1.1 采用基于新一代信息技術(shù)的模塊化虛

擬儀器

1臺儀器滿足多種測試要求，示波器、數(shù)據(jù)記錄儀、

頻譜分析儀、功率分析儀、電能質(zhì)量分析儀、聲級計、振

動分析儀、載荷測試儀等多種儀器設(shè)備結(jié)合成一套儀

器，由 1 通道～上千通道任意配置組合。其采樣頻率為

1 Hz ～15 MHz，能夠覆蓋所有風(fēng)力發(fā)電機組檢驗檢測

標(biāo)準的采集要求。GPS、同步線保證所有信號同步采集。

采集通道相互隔離，各個通道可變頻測量，互不干擾；

針對高壓輸入，采用信號隔離。模塊化理念，模塊可獨立

使用，也可組合使用，可根據(jù)需要拆分和組合。輸出信號

可根據(jù)標(biāo)準和客戶要求修改配置，將任意采集參數(shù)輸出。

● 2.1.2 采用 5G 千兆網(wǎng)關(guān)保證信號傳輸速率

5G 路由器支持全網(wǎng)通 5G/4G/3G，并往下兼容

EDGE（增強型數(shù)據(jù)速率 GSM 演進技術(shù)）、CDMA

1X（碼分多址聯(lián)接）及GPRS（通用無線分組業(yè)務(wù)）網(wǎng)絡(luò)，

同時支持多種 VPN（虛擬專用網(wǎng)絡(luò)） 協(xié)議、開源虛擬

專用通道（OpenVPN）、IPSEC( 互聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議 )、

PPTP( 點對點隧道協(xié)議 )、L2TP( 第二層隧道協(xié)議）等

來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴？蔁o縫對接各類 PLC 工業(yè)

組網(wǎng)應(yīng)用?？蛇x嵌入水利、環(huán)保行業(yè)標(biāo)準規(guī)約。支持

4×LAN、1×WLAN、1×RS232(1×RS485)、1×RS485、

SIM 卡、TF 卡、2×DI、3× 繼電器、3×ADC、2.4G

Wifi功能、4×POE 供電（可選）、5.8G Wifi 功能 (可選 )、

單模雙卡 ( 可選 )、雙模雙卡（可選）?？煽焖俳尤敫?/p>

速互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸，可應(yīng)用于交通、

電力、金融、水利，以及能源礦產(chǎn)、醫(yī)療、石油、建筑、

智能交通等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

根據(jù) IEC 61400 系列標(biāo)準要求，風(fēng)力發(fā)電機組檢

驗檢測的最高采樣頻率為 40 kHz，且要求每 10 min 數(shù)

據(jù)為一個數(shù)據(jù)倉，10 min 數(shù)據(jù)倉最大數(shù)據(jù)量為 600 M

以內(nèi)（包含所有檢驗檢測參數(shù)數(shù)據(jù)），10 min 數(shù)據(jù)包

通過 5G 網(wǎng)絡(luò)上傳至云端分析模塊，耗時小于 9 min，

分析模塊在 1 min 之內(nèi)，即可實現(xiàn) 10 min 進行 1 次數(shù)

據(jù)更新和再分析，滿足標(biāo)準要求。

● 2.1.3 軟件平臺設(shè)計思路

總體架構(gòu)方案：平臺采用 BS 架構(gòu)，瀏覽器登錄，

可跨平臺部署；計算性能可以自由擴展；無須手工點

擊軟件配置參數(shù)，自動生成工況；前處理、后處理、

數(shù)據(jù)提取與分析脫離底層采集軟件；隨時隨地在電腦

端 / 手機端查看任務(wù)計算進度和任務(wù)信息；數(shù)據(jù)實現(xiàn)

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 63

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

各檢測項目之間協(xié)作共享，無須介質(zhì)拷貝；結(jié)果數(shù)據(jù)

可以永久保存，并可以自定義標(biāo)簽存儲，便于后續(xù)查閱。

軟件分層次設(shè)計方案：軟件平臺具有 3 層功能結(jié)

構(gòu)層次，分別為基礎(chǔ)層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層，如圖 1 所

示?；A(chǔ)層主要實現(xiàn)文件管理、數(shù)據(jù)管理、Web 應(yīng)用、

計算調(diào)度功能。業(yè)務(wù)層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)篩選、工況統(tǒng)計、

云計算、后處理、數(shù)據(jù)提取和報告自動化功能。應(yīng)用

層具備豐富的應(yīng)用功能及應(yīng)用功能的擴展性，包括認

證評估、功率曲線計算、載荷計算、電能質(zhì)量計算、

現(xiàn)場安全評估等。

圖 1 軟件分層功能結(jié)構(gòu)

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2.2 軟件設(shè)計

基于新一代信息技術(shù)（如 5G 網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)和云

計算）的風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)和運行性能檢驗檢測軟件，

由數(shù)據(jù)自動采集模塊、5G 千兆網(wǎng)關(guān)、云端分析模塊及

結(jié)果展示模塊組成，該軟件具備實時分析風(fēng)力發(fā)電機

組并網(wǎng)及運行性能數(shù)據(jù)，得出檢驗檢測分析評估結(jié)果，

并根據(jù)分析結(jié)果進行故障預(yù)警，以數(shù)字化平臺實現(xiàn)對

海量數(shù)據(jù)的管理功能。

1）通過本軟件控制 Dewesoft（德威斯特）系統(tǒng)實

時采集風(fēng)力發(fā)電機組整機運行性能的各個參數(shù)，包括

氣象參數(shù)、功率參數(shù)、載荷參數(shù)以及主控參數(shù)（無交

互界面），并存入 Dewesoft 數(shù)據(jù)庫；

2）本軟件使用 Dewesoft 提供的文件讀取動態(tài)鏈

接庫，對 Dewesoft 采集結(jié)果進行本地運算；

3）本軟件通過 5G/4G 網(wǎng)絡(luò)建立傳輸通道，可使

用 Dewesoft 平臺自帶的 OPCUAClient/OPCUAServer

模塊傳輸數(shù)據(jù)至云端。這里所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括步驟采

集的原始數(shù)據(jù)、步驟以及完成的初步計算結(jié)果數(shù)據(jù)；

4）云端運行數(shù)據(jù)分析模塊，調(diào)動云端的高效并發(fā)

計算資源，對上傳而來的數(shù)據(jù)進一步計算及復(fù)雜分析，

得到所需要的分析結(jié)果；

5）云端將數(shù)據(jù)分析結(jié)果通過 5G/4G 網(wǎng)絡(luò)建立的

傳輸通道下發(fā)至顯示平臺，該顯示平臺可以運行在現(xiàn)

場采集系統(tǒng)上，也可以運行在數(shù)據(jù)中心的監(jiān)控平臺上，

方便監(jiān)控人員實時監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機組運行性能情況，

若發(fā)現(xiàn)問題，亮紅燈報警，監(jiān)控人員可及時報警并排

除問題；

6）各個監(jiān)測通道閾值設(shè)定，超過設(shè)定值紅燈報警；

7）用戶可實時存儲數(shù)據(jù)波形圖片并存為 Word 文

檔，或抓取數(shù)據(jù)存為 Excel 文檔；

8）支持軟件調(diào)零和標(biāo)定功能。

2.3 硬件實現(xiàn)

風(fēng)力發(fā)電機組核心性能主要包括電能質(zhì)量、機械

載荷、功率特性和噪聲。其測試參數(shù)和測試工況互有

重疊，可以同時進行。但現(xiàn)有各風(fēng)力發(fā)電機組制造廠

商和第三方檢測認證機構(gòu)針對 4 項測試均采用不同的

測試平臺，各個測試設(shè)備和測試現(xiàn)場工作獨立，造成

測試設(shè)備、測試時間的浪費，同時各個測試平臺數(shù)據(jù)

不統(tǒng)一，對性能綜合分析和整理帶來不必要麻煩。基

于 Dewesoft 模塊化虛擬儀器硬件構(gòu)建的風(fēng)力發(fā)電機組

在線測試系統(tǒng)，在線同時測量風(fēng)力發(fā)電機組電能質(zhì)量、

功率特性、機械載荷和噪聲，實現(xiàn)測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式

統(tǒng)一化，時間同步化。

2.4 系統(tǒng)集成

針對風(fēng)力發(fā)電機組電能質(zhì)量測試項目，改造原有

檢驗檢測系統(tǒng)升級為智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模

塊、5G 千兆網(wǎng)關(guān)、云端分析模塊及結(jié)果展示模塊組成。

數(shù)據(jù)采集模塊和 5G 千兆網(wǎng)關(guān)運行在風(fēng)力發(fā)電機組現(xiàn)

場，自動檢測設(shè)備和環(huán)境狀態(tài)，符合標(biāo)準要求后開始

采集數(shù)據(jù)，實時采集風(fēng)力發(fā)電機組的電壓信號和電流

信號，采用頻率為 40 kHz。每采集 10 min 后，該系統(tǒng)

自動將生成的 600 M 左右數(shù)據(jù)包通過 5G 網(wǎng)絡(luò)上傳至

云端分析模塊，耗時小于 9 min，分析模塊在 1 min 之

內(nèi)，計算出電能質(zhì)量參數(shù)的閃變系數(shù)、電壓變動系數(shù)、

閃變階躍系數(shù)、電流分量 ( 諧波、間諧波、高頻分量

和總諧波畸變率 ) 、最大測量有功功率、無功功率等，

在新的 10 min 數(shù)據(jù)上傳之前，將分析結(jié)果通過 5G 網(wǎng)

絡(luò)自動下載至檢測現(xiàn)場智能終端顯示系統(tǒng)上，現(xiàn)場人

64 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

員通過驗證后，可以實時讀取檢驗檢測結(jié)果，便于掌

控機組運行狀態(tài)并做進一步?jīng)Q策。

3 檢驗檢測過程控制要點

與常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機組檢驗檢測技術(shù)相比，基于新

一代信息技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組檢驗檢測技術(shù)的特殊性

主要有以下幾點，需要在現(xiàn)場評審中重點關(guān)注以下 5

個方面。

3.1 數(shù)據(jù)采樣的同步性

基于新一代信息技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組檢驗檢測過

程將各自獨立并需按順序執(zhí)行的風(fēng)力發(fā)電機組核心性

能檢驗檢測程序進行分析和整合，把原先只能按獨立

順序進行的檢驗檢測過程并發(fā)進行，所以檢驗檢測參

數(shù)是各個檢驗檢測項目的整合，為保證所有檢驗檢測

項目均準確可靠，需要確認各個項目的不同檢驗檢測

參數(shù)的時間同步性，即所有檢驗檢測參數(shù)均是在同一

時間頻率下進行的數(shù)據(jù)采集。

3.2 數(shù)據(jù)篩選的合理依據(jù)

不同檢驗檢測項目所依據(jù)標(biāo)準不同，標(biāo)準中要求

的數(shù)據(jù)篩選和劃分要求也不完全相同。所以針對不同

檢驗檢測項目，應(yīng)關(guān)注不同的方法標(biāo)準選擇不同的

數(shù)據(jù)篩選和劃分判據(jù)，如：對于風(fēng)速區(qū)間的劃分，

一般為左閉右開，用 [x) 表示，即＞ x 的風(fēng)速劃分在

下一個風(fēng)速區(qū)間之內(nèi)，不要把一個風(fēng)速劃到 2 個區(qū)

間，功率特性曲線、機械載荷和電能質(zhì)量的方法標(biāo)準

就不完全一樣，對于風(fēng)速區(qū)間的大小是 1.0 m/s 還是

0.5 m/s 的規(guī)定也不相同。即便同一個檢驗檢測項目，

所依據(jù)的標(biāo)準不同，對數(shù)據(jù)篩選的要求也不相同，如：

風(fēng)力發(fā)電機組功率特性曲線檢測，對于剔除結(jié)冰數(shù)據(jù)

的判據(jù)，GL 指南要求平均風(fēng)速＜ 3 m/s（且：平均風(fēng)

向 <0.3 或者主風(fēng)速計風(fēng)速 / 參考風(fēng)速計風(fēng)速 <0.97

或者主風(fēng)速計風(fēng)速 / 參考風(fēng)速計風(fēng)速 >1.10 或者風(fēng)速

標(biāo)準偏差 <0.1），同時需去除結(jié)冰前 3 個數(shù)據(jù)段和結(jié)

冰后 3 個數(shù)據(jù)段；而 Measnet 方法則規(guī)定平均風(fēng)速＜

2 m/s 并且平均濕度 >80%RH。

3.3 檢驗檢測參數(shù)設(shè)置

使用基于新一代信息技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組檢驗檢

測系統(tǒng)開始檢驗檢測之前，要求設(shè)定參數(shù)，參數(shù)來源

基于風(fēng)力發(fā)電機組、檢測設(shè)備和電網(wǎng)環(huán)境，參數(shù)信息

包括機組參數(shù)（額定風(fēng)速、額定功率、輪轂高度、風(fēng)

輪直徑）、設(shè)備參數(shù)（電流傳感器、電壓傳感器、風(fēng)

速計等的校準修正因子）和電網(wǎng)參數(shù)（并網(wǎng)點短路容量）

等，參數(shù)設(shè)置的結(jié)果直徑影響檢驗檢測的數(shù)據(jù)準確性，

如電能質(zhì)量項目的虛擬電網(wǎng)短路容量參數(shù)設(shè)置直接會影

響實測閃變數(shù)據(jù)的大小。開始檢驗檢測活動前要核查所

有設(shè)置的參數(shù)的準確性并記錄信息來源，保證溯源性。

3.4 結(jié)果的解釋、評價

檢驗檢測的數(shù)據(jù)顯示方式以數(shù)據(jù)和圖表為主。結(jié)

果評定時首先要進行數(shù)據(jù)質(zhì)量的評估，需要本檢驗檢

測設(shè)備通過算法事先判斷是否存在曲線分層、噪點、

時基線設(shè)置、靈敏度設(shè)置、信噪比、數(shù)據(jù)采集等因素

導(dǎo)致的偏差，確定是否需要重新采集或者補充采集。

確定數(shù)據(jù)質(zhì)量符合要求后，對顯示結(jié)果進行識別、分類，

確定所需要的檢驗檢測評估參數(shù)。最終按驗收標(biāo)準進

行評定，風(fēng)力發(fā)電機組檢驗檢測活動的驗收標(biāo)準有國家

電網(wǎng)的行業(yè)標(biāo)準要求，有聲學(xué)環(huán)境強制標(biāo)準要求，還有

基于 IEC 標(biāo)準或者 GL 指南等國際或區(qū)域標(biāo)準的要求。

3.5 不確定度評估

風(fēng)力發(fā)電機組檢驗檢測依據(jù)的標(biāo)準大多是 IEC

61400 系列標(biāo)準和國內(nèi)的等同翻譯稿，IEC 標(biāo)準對核

心性能（功率特性曲線、機械載荷、電能質(zhì)量和噪

聲）均要求出具不確定度，且不確定度評估的來源要

覆蓋所有檢測鏈?；谛乱淮畔⒓夹g(shù)的風(fēng)力發(fā)電機

組檢驗檢測系統(tǒng)的采樣頻率要求較高，針對同一時

間倉窗口，部分數(shù)據(jù)段采集數(shù)據(jù)會有溢出現(xiàn)象，即

10 min 時間倉，50 Hz 采樣頻率，理論上數(shù)據(jù)個數(shù)應(yīng)

為 600×50=30 000，而實際可能有些時間倉數(shù)據(jù)會有

30 001 個，這是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣特點所致。相較

于單一的檢驗檢測項目，該影響較小，而基于新一代

信息技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組檢驗檢測系統(tǒng)集合了多個檢

驗檢測項目，上述現(xiàn)象存在較多，如在進行數(shù)據(jù)分析

時編輯算法做相應(yīng)處理，則會對處理速度帶來不可忽

略的影響，進而影響整個檢驗檢測過程的時效性，而

不做處理導(dǎo)致的最大偏差也僅在 0.1% 以內(nèi)。國內(nèi)實驗

室通常會忽略該影響不做考慮，國際通用做法是進行

考慮而不做處理，但預(yù)估 0.1% 的不確定度分量，這樣

兼顧了效率和準確性。為了保證檢驗檢測過程的一致性

和準確性，建議按照國際通用做法進行不確定度的估計。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 65

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

4 質(zhì)量要求

檢測實驗室對檢測工作的質(zhì)量控制，分為外部質(zhì)

量控制和內(nèi)部質(zhì)量控制 [4]。關(guān)于外部質(zhì)量控制，目前

CNAS-RL02：2018《能力驗證規(guī)則》[4] 中沒有明確要

求涉及風(fēng)力發(fā)電機組整機檢測領(lǐng)域參加能力驗證。從

風(fēng)力發(fā)電機組性能檢驗檢測方法的復(fù)雜性與風(fēng)險控制

的角度考慮，盡可能利用各種質(zhì)量控制手段進行監(jiān)控

是十分必要的。就目前的情況，建議申請和獲得風(fēng)機

機組檢測能力的實驗室盡可能參加與具體檢測項目（如

功率特性曲線、機械載荷、電能質(zhì)量、噪聲等）相關(guān)

的能力驗證項目，或者與同行機構(gòu)開展整機性能檢測

比對活動并得到滿意結(jié)果。國內(nèi)目前暫無風(fēng)力發(fā)電機

組檢驗檢測能力的驗證提供者，但國際 IECRE 一直在

組織國際風(fēng)力發(fā)電機組檢測實驗室的能力驗證活動，

從 2015 年至今，已經(jīng)開展了功率特性曲線、機械載荷、

噪聲、電能質(zhì)量和風(fēng)電葉片的能力驗證活動，國內(nèi)實

驗室可以參與國際同行機構(gòu)的相應(yīng)性能的檢驗檢測能

力驗證活動，保證檢驗檢測活動的準確性。

關(guān)于內(nèi)部質(zhì)量控制，可在 CNAS-CL01:2018《檢

測和校準實驗室能力認可準則》第 7.7.1 條規(guī)定的質(zhì)量

監(jiān)控方式中選擇適當(dāng)?shù)姆椒?，如測量和檢測設(shè)備的功

能核查、使用相同或不同方法重復(fù)檢測、審查報告的

結(jié)果、實驗室內(nèi)比對、盲樣測試等。

5 認證機構(gòu)采信

根據(jù) IEC 61400 系列標(biāo)準要求，風(fēng)力發(fā)電機組認

證 [5] 檢測評估項目主要為功率特性曲線、機械載荷和

電能質(zhì)量，且數(shù)據(jù)通常要求 10 min 進行 1 次分倉后

分析計算。經(jīng)過 CNAS 認可后，檢驗檢測機構(gòu)將符合

CNAS 及 IEC 標(biāo)準要求的檢驗檢測活動生成的檢驗檢

測結(jié)果在網(wǎng)絡(luò)云平臺上進行實時展示，展示項目包括

上述風(fēng)力發(fā)電機組核心 3 項檢驗檢測項目，認證機構(gòu)

（中國質(zhì)量認證中心）可在檢驗檢測活動過程中前往

云端自主查看認證所需要的結(jié)果，如功率特性曲線、

機械載荷分析頻譜和電能質(zhì)量參數(shù)（閃變系數(shù)、電壓

變動系數(shù)、閃變階躍系數(shù)、電流分量諧波、間諧波等），

整個檢驗檢測過程處于自動化的無人干預(yù)狀態(tài)，即檢

驗檢測結(jié)果準確、真實、有效，由于檢驗檢測活動已

通過 CNAS 認可，根據(jù)認證機構(gòu)的認證實施細則，即

可直接采信檢驗檢測結(jié)果，即用檢驗檢測所獲得的功

率特性曲線、機械載荷頻率和電能質(zhì)量參數(shù)，與廠家

提供的設(shè)計參數(shù)進行認證評估比對，出具認證評估報

告，最終發(fā)布認證證書。

6 項目驗證

檢測人員選擇某風(fēng)電場，型號為 171-4050 的風(fēng)

力發(fā)電機組進行了實測驗證，使用本文所述的檢驗檢

測設(shè)備和檢驗檢測方法，在完成機械載荷測試的同時

完成了功率特性、電能質(zhì)量和噪聲的測試，即完成了

所有核心性能檢驗檢測項目，總的檢驗檢測時間從 10

個月（4 個月機械載荷測試 +3 個月功率特性測試 +2

個月電能質(zhì)量測試 +1 個月噪聲測試 =10 個月）縮短

至 5 個月（4 個月連續(xù)測試 +1 個月瞬態(tài)測試 =5 個月），

測試時間縮短了一半，大大提高了檢驗檢測的效率。

相較于 IEC 61400-11 標(biāo)準考慮了 2 次測風(fēng)塔上

風(fēng)速計帶來的不確定度（1 次為標(biāo)準功率曲線計算時

引入，1 次為移動測風(fēng)塔引入），本文所述方法沒有

移動測風(fēng)塔，即無須考慮移動測風(fēng)塔引入不確定度，

其噪聲測試的合成不確定度從 ±0.99 dB（A）降低到

±0.76 dB（A），測試精度明顯得到了提高。

7 結(jié)束語

綜上所述，利用新一代信息技術(shù)的一體化檢驗檢

測方法大大縮短了檢驗檢測時間，同時減少了檢驗檢

測的誤差，大幅提升了風(fēng)力發(fā)電機組檢驗檢測的效率

和穩(wěn)定性，同時提高了風(fēng)力發(fā)電機組產(chǎn)品認證的效率。

參考文獻

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66 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

仿生六足機器人的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用

何東倫 孫曉雪 徐劉杰 吳 天 王 絮 薛哲元

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 機械與土木工程學(xué)院 吉林 132101）

摘 要：六足機器人較傳統(tǒng)的輪式機器人、履帶式機器人有著顯著的優(yōu)勢，其可靠性高，靈活性好，能

夠行走于道路崎嶇的路面等，適用前景廣闊，成為當(dāng)下研究討論的重點。本文對仿生六足機器人的國內(nèi)外發(fā)

展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行分析，通過模仿蜘蛛的生理特點，使用 SolidWorks建模軟件構(gòu)建出六足機器人的機械結(jié)構(gòu)，

設(shè)計外觀并進行組裝。

關(guān)鍵詞：仿生六足機器人 結(jié)構(gòu)設(shè)計 靈活性 發(fā)展趨勢 發(fā)展現(xiàn)狀

Development Status and Application of Bionic Hexapod Robot

He Donglun Sun Xiaoxue Xu Liujie Wu Tian Wang Xu Xue Zheyuan

(Jilin Agriculture Science and Technology University, School of Mechanical and Civil Engineering Jilin 132101)

Abstract Compared with traditional wheeled robot and tracked robot, hexapod robot has significant

advantages, such as high reliability, good flexibility, and being able to walk on rugged roads, becomes the focus of

current research. This paper analyzes the development status and trend of bionic hexapod robot at home and abroad,

by mimicking the physiology of spiders, uses SolidWorks modeling software to build the mechanical structure of the

hexapod robot, designs the appearance and assembles it.

Keywords Bionic hexapod robot Physical design Flexibility Growing trend Existing situation

中圖分類號：TB497 文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-2465(2022)12-0066-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2022.12.013

作者簡介：何東倫（2002 ～ )，男，本科，從事仿生機器人

技術(shù)研究工作。

基 金 項 目： 吉 林 省 大 學(xué) 生 科 技 創(chuàng) 新 創(chuàng) 業(yè) 訓(xùn) 練 項 目

（SJ2022026）。

通訊作者：孫曉雪，E-mail: 3079421181@qq.com。

（收稿日期：2022-08-19）

在人類探索未知領(lǐng)域的過程中，比如火星探測等，

因六足仿生機器人能夠更加穩(wěn)定的運動，能夠廣泛運

用于各種未知領(lǐng)域，因此六足機器人的研究變得更加

有意義。當(dāng)前，移動型機器人主要分為輪式機器人、

履帶式機器人和足式機器人。輪式機器人在相對平坦

寬闊的路面上具有移動速度快的特點，但是在地面崎

嶇有起伏的路段輪式機器人往往因為動力不足無法跨

越障礙。履帶式機器人的牽引力大爬坡性能好，履帶

支撐面積大，行走于泥濘的道路下陷度小，能夠通過

松軟泥濘道路，但履帶式機器人運動噪音較大，且速

度較低，轉(zhuǎn)向較為費勁。足式機器人分為四足、六足

和八足機器人，其中六足機器人相比于四足機器人具

有穩(wěn)定性高、受力點多等特點，相比于八足機器人又

具有結(jié)構(gòu)簡單，有著較為簡單的運動控制策略，所以

六足機器人的應(yīng)用較為廣泛 [1]。六足仿生機器人擁有

著類似于蜘蛛的肢體結(jié)構(gòu)，具有部分蜘蛛的生理特點

及行進特性，六足機器人的足部與地面接觸面積小，

這使其尋找著力點更加容易，運動過程更加穩(wěn)定，能

夠有效地跨越障礙物，對于復(fù)雜地形具有十分強大的

適應(yīng)性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，六足機器人未來將在

抗險救災(zāi)、勘測偵查等方面具有越來越突出的優(yōu)勢。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

二戰(zhàn)結(jié)束后，機器人的發(fā)展日益迅猛。早在 1968

年，美國 GE 公司的 Moshe 曾為步兵設(shè)計一款四足

機器人“Walking Truck”，這款機器人腿部由液壓伺

服馬達驅(qū)動，機器人整體運動由人進行操控，操作較

為費力，這款機器人的誕生是現(xiàn)代仿生機器人發(fā)展的

一個重要轉(zhuǎn)折點，為接下來六足仿生機器人的發(fā)展打

下了良好的基礎(chǔ) [2]。1972 年，由意大利羅馬大學(xué)的

Petternella 等人制作出第一個以電子計算機控制的六

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 67

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

足機器人，該款機器人的髖關(guān)節(jié)采用橫向軸鉸鏈形式

設(shè)計，膝關(guān)節(jié)滿足腿部進行伸縮，整體通過髖關(guān)節(jié)和

膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)進行運動，但這款機器人只能滿足直線行

走 [3]。1989 年，由麻省理工學(xué)院人工智能實驗室研究

的 Genghis 六足機器人被認為是現(xiàn)代歷史上最重要的

機器人之一，這款機器人的體積小，材料便宜，重量

僅為 6 kg。其由 12 個伺服電機和 22 個傳感器構(gòu)成，

這些電機實現(xiàn)了機器人的自由運動，傳感器分為傾角

傳感器和熱感應(yīng)傳感器，這些傳感器可以感受周圍環(huán)

境，并能通過收集到的環(huán)境信息自動做出反應(yīng)，實現(xiàn)

躲避障礙物和穿越多巖石地形的作用 [4]。2012 年，英

國漢普郡工程師丹頓以螳螂為原型設(shè)計的六足機器人

Mantis 公開亮相，該款六足機器人高 2.8 m，寬 5 m，

重 1.9 t，截止于 2013 年該款機器人是世界上最大的全

地形六足機器人，因此打破了吉尼斯世界紀錄 [5]。該

款機器人由 2.2 L 的渦輪增壓柴油發(fā)動機提供動力，腿

部關(guān)節(jié)使用液壓缸驅(qū)動。駕駛室內(nèi)除 2 根獨立操縱桿

外還有控制按鍵 28 個，操作非常復(fù)雜，需要專業(yè)人士

才能將其驅(qū)動，除此之外該款機器人可以遠程遙控運

動，操作方式極為方便。這款機器人還裝有攝像頭通

過 Wifi 進行遠程控制，能夠代替人類進行危險場所的

勘察作業(yè)，并將信息實時傳遞。但這款機器人的時速

僅為 1 km/h，速度相對較低，因此研發(fā)者也將它作為

研究與開發(fā)的平臺，進一步進行改善。

在國內(nèi)，我國六足機器人的起步較晚但也取得了

相關(guān)成就。2010 年，由北京航空航天大學(xué)和米蘭理工

大學(xué)共同合作研究的 NOROS 機器人，將用于月球探

索 [6]。該款機器人采用輪腿式混合結(jié)構(gòu)，這種機構(gòu)能

夠有效地適應(yīng)于月球特有的表面，機器人本體采用半

球形結(jié)構(gòu)設(shè)計，本體內(nèi)部還布置通信導(dǎo)航模塊、控制

模塊、能源模塊以及其他探測儀器和傳感器，機器人

的輪腿各關(guān)節(jié)運動采用伺服電機進行驅(qū)動。在環(huán)境條

件惡劣地形，采用多足爬行結(jié)構(gòu)運動，在路面平整地

形，運動方式將會從足式轉(zhuǎn)為輪式前進，只需膝關(guān)節(jié)

向內(nèi)彎曲使得膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)輪接地就實現(xiàn)了輪腿轉(zhuǎn)換功

能 [7]。2016 年，西南科技大學(xué)設(shè)計出一款大型重載液

壓驅(qū)動六足機器人，該款機器人高 2 m，寬 5.5 m，

長 5.5 m，能夠承載 500 kg 的重量，通過液壓泵控制

腿部的 3 個油缸，進而實現(xiàn) 3 個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，使機器

人完成行走動作 [8]。2021 年，由西南石油大學(xué)研發(fā)的

水陸兩棲六足機器人，該機器人采用能夠封閉控制電

路的半球形機身，腿部采用足式復(fù)合運動結(jié)構(gòu)并在每

個關(guān)節(jié)處加裝了噴水電機，在水下通過控制噴水電機

的轉(zhuǎn)速即可控制機器人的運動，六足位置呈中心對稱

均勻分布在機身，實現(xiàn)水陸兩棲運動功能 [9]。太原理

工大學(xué)研究的步履式六足機器人，在路面平整時依靠

足部的履帶進行運動，在進行越障時則采用多足爬行

運動，該款六足機器人運動速度快，在采用履帶行進時

可以達到 0.7 m/s，且整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有實用價值 [10]。

2 足式機器人發(fā)展趨勢

在國內(nèi)外學(xué)者共同探索下，足式機器人取得了長

足進展。足式機器人已經(jīng)能夠在坑洼路段進行穩(wěn)定行

走，但現(xiàn)階段足式機器人還存在著移動速度低、機動

性靈活性差、能量轉(zhuǎn)換率低等問題 [11]。針對上述問題，

本文預(yù)測未來足式機器人的研究發(fā)展方向從以下部分

展開。

1）運動方式復(fù)合化。足式機器人移動速度不如

輪式履帶式機器人，所以復(fù)合運動方式成為接下來的

研究重點，如廣東海洋大學(xué)研究的腿輪混合式六足機

器人實現(xiàn)了越障和高速移動的功能 [12]。安陽工學(xué)院

采用輪腿相互獨立的方式，當(dāng)處于平整路面時腿向一

個平面進行彎曲，輪子與地面接觸即可完成輪式轉(zhuǎn)換

運動 [13]。

2）結(jié)構(gòu)材料新型化。材料硬度和重量是影響機器

人性能的關(guān)鍵。目前流行的新型材料有形狀記憶合金、

電致流變流體材料、磁致流變流體材料、電致伸縮材料、

磁致伸縮材料、光導(dǎo)纖維和功能凝膠等 [14]。中國海洋

大學(xué)通過分析不同驅(qū)動材料的驅(qū)動效率比較各種材料

性能的優(yōu)劣 [15]。

3）感知部分多元化。面對未知的路面障礙信息，

機身搭載傳感器以及攝像頭就顯得尤為重要。由哈爾

濱工業(yè)大學(xué)和中國科學(xué)院沈陽自動化研究所研究的月球

探測重載六足機器人通過激光測距儀信息，完成實時的

地形建模，得到障礙和機器人本體幾何信息的映射，通

過基于虛擬機體模型的自主避障策略，得到機器人避障

運動過程中的最優(yōu)可行方向和最短運動距離 [16]。

3 仿生六足機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過上述分析，本文為此設(shè)計了一款六足仿生機

器人，通過模仿蜘蛛的外觀進行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過

68 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

SolidWorks 建模軟件對各個零件進行建模以及裝配。

機身采用八邊形結(jié)構(gòu)，中間長、兩邊窄，這樣的結(jié)構(gòu)

能夠有效地增加腿部活動面積，使機器人能夠有更大

的運動空間。六條腿分布于機身兩側(cè)對稱分布，這樣

的設(shè)計能夠增加機體的穩(wěn)定性，用最小的空間布局，

實現(xiàn)腿部運動范圍的最大化。

如圖 1 所示，軀體由 2 個八邊形板通過螺釘連接

而成，連接腿部舵機固定于每條邊空隙部分，為腿部

活動騰出更大空間。上下蓋通過輕量化設(shè)計以最少的

材料來滿足機體所需強度，上蓋還能夠搭載傳感器、

單片機等負載。仿生六足機器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計模型及

原理圖分別如圖 1、圖 2 所示。

圖 1 仿生六足機器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計模型

圖 2 仿生六足機器人整體設(shè)計原理圖

3.2 機械腿結(jié)構(gòu)設(shè)計

腿部是六足機器人的最重要部分，其是承載載體

和驅(qū)動部分的關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理關(guān)系到機器人

整體運動。腿部是通過觀察模仿蜘蛛的腿部設(shè)計而成，

設(shè)有 3 個活動關(guān)節(jié)即每條腿具有 3 個自由度，每個關(guān)

節(jié)采用轉(zhuǎn)動副連接。

腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計模型如圖 3 所示。1 號舵機固定于

機身，模仿蜘蛛的腰部，實現(xiàn)腿部的前后擺動。2 號

舵機模仿髖關(guān)節(jié)，完成整體的下降和上升的動作。3

號舵機模仿膝關(guān)節(jié)，可以實現(xiàn)小腿地抬起，方便跨越

障礙物。大腿作為連接髖、膝兩關(guān)節(jié)的連接件，采用

H 型結(jié)構(gòu)，在節(jié)省材料基礎(chǔ)上有效增強了連接件的抵

抗外力的強度。小腿與地面接觸處設(shè)置為曲面，以便

于小腿以任何姿勢落地都能夠?qū)崿F(xiàn)線接觸，起到增大

摩擦、防止打滑的作用。

??

3???

??? ?? ???? ??? ???

2??? 1???

圖 3 腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計模型

4 結(jié)束語

六足機器人作為一種新型機器人，未來的發(fā)展前

景十分廣闊。本文介紹了國內(nèi)外六足機器人的研究情

況，并對未來六足機器人的發(fā)展趨勢進行了預(yù)測，猜

想未來仿生機器人的研究將會從運動方式復(fù)合化、結(jié)

構(gòu)材料新型化和感知部分多元化等方面展開，這些方

面是行業(yè)痛點，解決了這些問題相信仿生機器人的發(fā)

展將會再上一個臺階。

參考文獻

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（下轉(zhuǎn)第 87 頁）

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 69

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

智能機器人在電梯導(dǎo)軌巡檢中的應(yīng)用研究

孔曉華

（福州聯(lián)奧電梯工程有限公司 福州 350025）

摘 要：為了提高電梯檢修的效率和頻次，降低人工檢修的危險及漏檢率，本文主要論述了目前電梯檢

修的現(xiàn)狀及電梯結(jié)構(gòu)的特性，以及在已有的機器人理論和案例實踐基礎(chǔ)上，通過運用網(wǎng)絡(luò)通信理論和圖像識

別原理，探討智能機器人在電梯檢修中的應(yīng)用，并研究設(shè)計出可應(yīng)用于電梯導(dǎo)軌檢修的智能巡檢機器人。通

過實驗驗證表明，該款機器人的實際應(yīng)用可以大幅提高電梯導(dǎo)軌巡檢的作業(yè)效率，降低檢修工作的人工成本。

關(guān)鍵詞：智能機器人 電梯導(dǎo)軌 巡檢 數(shù)據(jù)存儲

Research on the Application of Intelligent Robot in Elevator Rail Inspection

Kong Xiaohua

(Fuzhou Lian'ao Elevator Engineering Co., LTD. Fuzhou 350025)

Abstract In order to improve the efficiency and frequency of elevator maintenance, reduce the risk and

omission rate of manual maintenance, this article mainly discusses the current status of elevator maintenance and the

characteristics of elevator structure, and on the basis of the existing of robot theory and case practice, using the theory

of network communication and image recognition principle, to explore the application of intelligent robot in elevator

maintenance. And the intelligent inspection robot is developed which can be used in the maintenance of elevator

guide rail. The experimental results show that the practical application of this robot can greatly improve the operation

efficiency of elevator rail inspection and reduce the labor cost of maintenance.

Keywords Intelligent robot Elevator rail Patrol inspection Data storage

中圖分類號：TB497 文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-2465(2022)12-0069-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2022.12.014

作者簡介：孔曉華（1980 ～ )，女，碩士，工程師，從事機

械電子和電力通信研究工作。

通訊作者：孔曉華，E-mail: asterk@sohu.com。

（收稿日期：2022-08-26)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，電梯被廣泛

地使用。除了新建房屋需要配套電梯，社會老齡化現(xiàn)

象也使得老舊房屋加裝和更新電梯的需求量增大。然

而，無論是電梯的更新與加裝，或是安裝，都使得電

梯的數(shù)量不斷增加 [1]。電梯數(shù)量的增加，使電梯事故

和故障頻頻發(fā)生，迫切需要加強電梯的日常維修保養(yǎng)

工作。

由于我國電梯維修保養(yǎng)行業(yè)的智能化發(fā)展還未成

熟，造成目前我國電梯行業(yè)的維修保養(yǎng)服務(wù)，還是以

傳統(tǒng)的人工作業(yè)為主。由于培養(yǎng)一位專業(yè)的巡檢和維

修人員的周期長，同時巡檢工作相對單一，并且工作

環(huán)境比較艱苦，電梯維修保養(yǎng)行業(yè)留不住人才，造成

專業(yè)電梯維修人員數(shù)量缺口大。目前電梯維修保養(yǎng)行

業(yè)中還存在一大批非專業(yè)技術(shù)的學(xué)徒制人員。這樣的

維修保養(yǎng)現(xiàn)狀使得電梯事故頻發(fā)。

大量實踐案例顯示，保障電梯重要部件的定期巡

檢和更換，可以很大程度地降低電梯故障的發(fā)生頻率。

但由于電梯結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精密，不僅有大的零部件，細

小的零部件也很多，并且存在需要檢修的范圍多而廣、

檢修時間長、作業(yè)強度大等特點，這種檢修特點和環(huán)

境極容易造成漏檢。如何降低電梯檢修的漏檢率，優(yōu)

化檢修方式是目前電梯行業(yè)發(fā)展的一大研究方向。因

此，利用現(xiàn)代化的智能機器人，替代部分人工巡檢是

一項非常具有意義的設(shè)想。

1 電梯導(dǎo)軌巡檢機器人設(shè)計分析

1.1 需求分析

電梯導(dǎo)軌是電梯的重要組成部分，是支撐轎廂上

下運行的軌道，電梯導(dǎo)軌垂直度是保證電梯正常運行

70 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

的一項重要性能指標(biāo) [2]。電梯在使用過程中，如果其

速度超過規(guī)定值，限速器就會切斷控制電路或使安全

鉗動作，將轎廂停在導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌可能發(fā)生位移變形，

形成新的導(dǎo)軌垂直度誤差和導(dǎo)軌頂面間距偏差 [3]。導(dǎo)

軌垂直度偏差過大會造成電梯運行擺動顛簸，過小會

使轎廂垂直振動，最終影響電梯的安全運行和使用壽

命 [4]。因此 , 電梯導(dǎo)軌是電梯的重要部件，容易損壞，

需要定期巡檢，且人工巡檢成本高，無法達到高頻率

巡檢要求。

1.2 電梯導(dǎo)軌巡檢機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

一般室內(nèi)電梯的電梯導(dǎo)軌分主軌和副軌。主轎廂

為 2 根，對重（副軌）為 2 根，共 4 根，電梯導(dǎo)軌切

面圖如圖 1 所示。電梯行進過程中的安全性和舒適性，

要求電梯導(dǎo)軌的設(shè)計精度越來越高，需要提高電梯導(dǎo)

軌的直線度和扭曲度 [5]。根據(jù)電梯導(dǎo)軌的這一特性，

設(shè)計了電梯導(dǎo)軌智能巡檢機器人，智能巡檢機器人的

結(jié)構(gòu)設(shè)計圖如圖 2 所示。

圖 1 電梯導(dǎo)軌切面圖

機器人結(jié)構(gòu)組件包括激光測頭、測頭支架 、前后

調(diào)節(jié)控件、左右調(diào)節(jié)控件、數(shù)據(jù)線、外殼、底座。功

能模塊包括數(shù)據(jù)存儲模塊、無線傳輸模塊、電源模塊，

這幾個模塊集成安裝在機身上 [6]，智能巡檢機器人的

機身內(nèi)部示意圖如圖 3 所示。為了減小體積，節(jié)省能

源支出，智能巡檢機器人不需要內(nèi)置動力模塊，直接

依附在機箱上。無線傳輸模塊通過數(shù)據(jù)線，獲取檢測

到的圖像、聲音等數(shù)據(jù)信息，然后通過無線發(fā)送到機

房集控中心。

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圖 3 智能巡檢機器人機身內(nèi)部示意圖

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圖 2 智能巡檢機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2 電梯導(dǎo)軌巡檢機器人系統(tǒng)功能設(shè)計

除了巡檢機器人本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計外，電梯導(dǎo)軌巡

檢機器人系統(tǒng)功能的設(shè)計也很重要，這個系統(tǒng)包括智

能巡檢機器人本體控制系統(tǒng)、傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)庫以及

各項指標(biāo)的分析軟件，如圖 4 所示。

圖 4 智能巡檢機器人系統(tǒng)設(shè)計圖

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TCP/IP

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PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 71

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

智能巡檢機器人與電梯機房集控中心之間，使

用 TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet

Protocol，傳輸控制協(xié)議 / 網(wǎng)際協(xié)議），通過 Wifi 進行

傳輸，在電梯控制系統(tǒng)集中調(diào)控智能機器人進行作業(yè)。

智能巡檢機器人系統(tǒng)模塊主要包括以下部分：

1）智能巡檢機器人主要由控制中心、水平運動機

構(gòu)、升降運動機構(gòu)、底盤、測控模塊（紅外攝像儀、

測溫儀、音頻傳感器）等設(shè)備組成。機器人具有可見

光監(jiān)控、自動巡航功能、特巡功能、自動調(diào)用云臺預(yù)

置位檢測、手動、自動控制等檢測功能。

2）實時數(shù)據(jù)庫利用智能機器人的激光測頭，攝像

采集電梯導(dǎo)軌各部位狀態(tài)數(shù)據(jù)（包括視頻和音頻數(shù)據(jù)）

以及設(shè)備運行噪聲，存儲及輸出比對原來的數(shù)據(jù)，進

行數(shù)據(jù)分析。

3）軟件系統(tǒng)有 2 個主界面，一個是設(shè)備狀態(tài)、聲

音圖像界面，另一個是控制界面。通過儀表檢測、移

動及物體檢測、紅外圖像分析、音頻分析軟件等，分

析和處理實時數(shù)據(jù)庫中各個數(shù)據(jù)信息，并輸出視頻圖

像、紅外圖像、音頻播放等，同步顯示在聲音圖像界面；

分析控制軟件、移動路徑規(guī)劃（導(dǎo)航系統(tǒng)）則在控制

界面。

在數(shù)據(jù)處理過程中，系統(tǒng)可根據(jù)需要，輸出實時

在線狀態(tài)評價報表，以及與歷史數(shù)據(jù)對比分析的情況

表，檢修操作人員可以根據(jù) 2 個報表，分析和判讀導(dǎo)

軌的運行情況。

3 實驗環(huán)境的搭建和實驗數(shù)據(jù)

有效的實驗環(huán)境和測試數(shù)據(jù)是產(chǎn)品質(zhì)量保障的重

要組成部分。根據(jù)上述設(shè)計思路，將實驗產(chǎn)品在某住

宅小區(qū)電梯間進行測驗，實驗環(huán)境見表 1。

環(huán)境項目 參數(shù) 備注

電梯井高度 /m 50 約為 15 層樓高

采集次數(shù) / 次 200，每 0.5 m 采集 1 次 往復(fù)采集 2 次，采集數(shù)據(jù)時，機

器人要停在采集點約 5 s

機器人巡檢 50 m 長

導(dǎo)軌的工作時間 /min 約 90 機器人最大運行速度 1.5 m/min

表 1 電梯導(dǎo)軌巡檢機器人實驗環(huán)境

根據(jù)上述搭建的實驗環(huán)境，1 臺約 50 m 長的電

梯導(dǎo)軌，機器人巡檢從開始操作到結(jié)束，大約需要

90 min，同時傳輸給控制界面的圖像清晰，數(shù)據(jù)分析

報表完整，跟傳統(tǒng)的人工巡檢 3 個多小時相比，大大

提高了導(dǎo)軌巡檢效率。

4 電梯導(dǎo)軌巡檢機器人改進優(yōu)化方案

智能巡檢機器人在電梯導(dǎo)軌檢修中的應(yīng)用，為

提高工作效率、降低人工危險的目標(biāo)實現(xiàn)提供了可

能。但在實驗測試過程中，也發(fā)現(xiàn)需要優(yōu)化和改善的

部分。

4.1 優(yōu)化識別算法

在檢修過程中，需要對電梯進行制停，這時導(dǎo)軌

的狀態(tài)跟運動時的狀態(tài)會略有不同，如張力、發(fā)熱程

度、圖像樣貌、噪聲等關(guān)鍵指標(biāo)可能會有所不同。這

就需要多維度的高清成像，并需要對機器人識別算法

進行優(yōu)化。除此之外，導(dǎo)軌下達電梯井底，上觸樓頂，

光照條件不佳，也需要攝像頭成像部分的精度更高。

另外需要適當(dāng)調(diào)整設(shè)置設(shè)備，以達到對每臺電梯的適

配性。

4.2 對誤差進行控制

由于采取無線傳輸數(shù)據(jù)，而且是在樓宇建筑內(nèi)，

信號有時會中斷，機器人很容易在行進過程中中斷信

號傳輸，從而導(dǎo)致巡檢任務(wù)發(fā)生誤差。針對此類問題，

需要優(yōu)化導(dǎo)航定位融合技術(shù)，避免機器人在信號傳輸

中斷過程的數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。改進方法是在機器人上加

裝精度較高的定位模塊，如果機器人巡檢時，發(fā)生指

令信號中斷，導(dǎo)航數(shù)據(jù)則可及時更新，從而保證機器

人拍攝的圖像跟位置不會發(fā)生太大偏差。

5 結(jié)束語

通過測驗及案例數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論：

1）運用現(xiàn)代化的先進技術(shù)和設(shè)備，包括智能機器

人的應(yīng)用，能有效提高電梯巡檢的頻率和減少電梯運

行的故障率，并且降低檢修人員的工作強度，具有積

極的社會效益和實用效益。

2）該電梯導(dǎo)軌巡檢機器人，可進一步拓展應(yīng)用于

無人值守的室內(nèi)環(huán)境（如開關(guān)室、GIS 氣體絕緣封閉

母線室、保護室、廠區(qū)等），完成對設(shè)備及環(huán)境的監(jiān)

測巡檢任務(wù)，提高運行的工作效率和質(zhì)量。

（下轉(zhuǎn)第 78 頁）

72 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

卸船機拉桿應(yīng)力監(jiān)測及分析

鄭 云 張偉剛 劉仕瑞

( 江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院泰州分院 泰州 215300)

摘 要：抓斗卸船機是港口裝卸不可或缺的主要設(shè)備，其失效的主要模式是在隨機交變載荷的作用下，

結(jié)構(gòu)或者部件發(fā)生機械疲勞破壞。本文針對抓斗卸船機的主要受力構(gòu)件拉桿進行研究，通過研究其失效模式、

受力工況，并進行有限元分析，得出其在隨機交變載荷下拉桿的應(yīng)力狀態(tài)及變形量；通過無線應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，

監(jiān)測抓斗卸船機拉桿在載荷工況下的應(yīng)力圖譜，并與有限元分析結(jié)果作對比，系統(tǒng)地分析了抓斗卸船機部件

的失效模式，對科學(xué)地制定抓斗卸船機維護保養(yǎng)方案起到積極作用。

關(guān)鍵詞：卸船機 拉桿 應(yīng)力監(jiān)測

Stress Monitoring and Analysis of Ship Unloader Pull Rod

Zheng Yun Zhang Weigang Liu Shirui

(Taizhou Branch of Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province Taizhou 215300)

Abstract Grab ship unloader is an indispensable main equipment for port loading and unloading, and its

main failure mode is mechanical fatigue failure of structures or components under random alternating loads. This paper

mainly studies the pull rod, which is the main force bearing component of the grab ship unloader. Through studying

its failure mode, stress condition and finite element analysis, the stress state and deformation of the pull rod under the

random alternating load are obtained; through the wireless stress monitoring system, the stress atlas of the grab ship

unloader’s pull rod under the load condition is monitored, and compared with the results of the finite element analysis,

the failure mode of the grab ship unloader’s components is systematically analyzed, which plays a positive role in the

scientific formulation of the grab ship unloader’s maintenance program.

Keywords Ship unloader Pull rod Stress monitoring

中圖分類號：TB497 文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-2465(2022)12-0072-03 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2022.12.015

作者簡介：鄭云（1970 ～ )，男，本科，工程師，從事特種

設(shè)備檢驗檢測工作。

通訊作者：張偉剛，E-mail: 41590429@qq.com。

（收稿日期：2022-09-01)

近年來，國內(nèi)外進出口貿(mào)易額不斷增長，數(shù)據(jù)顯

示 2022 年上半年，我國外貿(mào)實現(xiàn)穩(wěn)步增長，貨物貿(mào)易

進出口總值 19.8 萬億元，同比增長 9.4%。碼頭吞吐量

也日益提高，作為港口碼頭散料物流運輸?shù)闹饕O(shè)備，

抓斗卸船機的使用頻率在不斷提高。而抓斗式卸船機

不同于連續(xù)型卸船裝備（比如氣體輸送裝備），其受

的載荷為間斷型沖擊載荷，且卸船機工作的環(huán)境普遍

在沿海沿江，經(jīng)常受水汽以及含氯離子的濕氣侵蝕，

在間斷型沖擊載荷、水汽以及含氯離子的濕氣環(huán)境下，

容易發(fā)生疲勞破壞或者腐蝕損傷。卸船機的拉桿系統(tǒng)

一般由前拉桿和后拉桿組成。前拉桿分為 3 段，拉桿

之間、拉桿與前大梁之間以及拉桿與小門架之間都是

采用鉸接連接。后拉桿為一段結(jié)構(gòu)，其與后大梁和小

門架之間也是采用鉸接的形式連接。當(dāng)卸船機處于非

工作狀態(tài)時，通常將前大梁仰起角在 80°～ 85°之間，

以減輕卸船機前大梁自重，便于需要裝卸船只停泊 [1]。

拉桿作為其主要受力構(gòu)件，在卸船機工作時不僅

會受到間斷型沖擊載荷、自重載荷的影響，也會受風(fēng)

載荷的影響，同時也受水汽、氯離子的腐蝕。拉桿一

般為工字型結(jié)構(gòu)或者圓鋼結(jié)構(gòu)，與主梁通過銷軸連接，

因為拉桿的受力狀態(tài)以及安裝位置，在平時的巡查過

程中很難對拉桿的焊縫或者細微的局部開裂進行檢查

探傷，拉桿一旦出現(xiàn)損傷情況，容易導(dǎo)致斷裂，甚至

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 73

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

導(dǎo)致抓斗卸船機的整體傾覆，更甚者會影響抓斗卸船

機整機的穩(wěn)定性，從而會導(dǎo)致各項維護成本的上升。

本文主要通過對靖江某港務(wù)公司使用了 20 多年的抓斗

卸船機拉桿的受力情況、損傷模式進行研究，通過有

限元模擬與應(yīng)力監(jiān)測對比分析，找出拉桿在多種載荷

工況下的容易產(chǎn)生疲勞損傷的位置，為企業(yè)制定抓斗

卸船機拉桿檢修方案提供一定的參考。

1 抓斗卸船機拉桿損傷模式

1.1 機械疲勞破壞

抓斗卸船機拉桿的機械疲勞破壞主要是由隨機交

變疲勞載荷引發(fā) [2]，抓斗卸船機在作業(yè)工況時由于物

料堆高影響、作業(yè)者的工作效率以及其他不可預(yù)見的

影響因素導(dǎo)致。工作時的載荷組成主要有拉桿的自重

載荷、主梁的部分自重載荷、起升貨物的載荷、沖擊

載荷以及風(fēng)載荷。疲勞破壞一般又可以分為機械疲勞

損傷、熱疲勞損傷以及腐蝕疲勞損傷。機械疲勞損傷

是拉桿在隨機交變載荷的作用下引起的疲勞損傷；熱

疲勞損傷主要發(fā)生在晝夜溫差較大的區(qū)域，由于溫度

的變化導(dǎo)致應(yīng)變發(fā)生循環(huán)變化從而導(dǎo)致疲勞損傷；腐

蝕疲勞損傷是在交變應(yīng)力和水汽、氯離子等環(huán)境下引

起的疲勞損傷，是交變應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的聯(lián)合作用導(dǎo)

致。一般來說抓斗式卸船機拉桿都會根據(jù)不同的使用

環(huán)境做相應(yīng)的防腐，相對來說在使用過程中受熱疲勞

損傷和腐蝕疲勞損傷的影響相對較小，其疲勞損傷主

要是由于抓斗在循環(huán)往復(fù)的作業(yè)過程中使得拉桿承受

復(fù)雜的交變應(yīng)力導(dǎo)致的機械疲勞損傷。

1.2 過載沖擊破壞

一般抓斗卸船機都裝備有過載保護，且抓斗容量

相對固定很少會產(chǎn)生過載沖擊破壞。然而一旦過載保

護失效，且作業(yè)人員未能按照物料的密度及時更換抓

斗，就會導(dǎo)致過載發(fā)生，這類事故近年來時有發(fā)生。

另外由于抓斗卸船機一般都安裝在沿江沿海碼頭，而

沿江沿海的風(fēng)向一般都有一定的規(guī)律，風(fēng)速達到一定

的級別對抓斗卸船機的載荷會有一定的影響 [3]，由于

長年累月風(fēng)載荷的影響會導(dǎo)致拉桿受力不均勻，使得

2 根拉桿的伸長量不同步，當(dāng)拉桿伸長量達到一定程

度時，會導(dǎo)致抓斗卸船機拉桿單側(cè)受力，這個時候拉

桿的安全系數(shù)達不到使用安全要求，造成拉桿的過載

沖擊破壞。

1.3 制造缺陷破壞

抓斗卸船機拉桿在制造過程中，作為拉桿的鋼管

或者工字鋼材料，因為在原材料中非金屬夾雜物超標(biāo)

導(dǎo)致拉桿存在內(nèi)折、內(nèi)結(jié)疤、翹皮、鼓包、分層等缺

陷；拉桿在焊接過程中也會因焊接工藝不當(dāng)導(dǎo)致存在

微裂紋、未熔合、夾雜等缺陷。卸船機在正常作業(yè)中，

拉桿受交變應(yīng)力的影響，從而導(dǎo)致拉桿制造缺陷放大，

甚至導(dǎo)致拉桿破壞。

1.4 腐蝕損傷

正常抓斗卸船機拉桿都有涂層保護，但因為拉桿

是主要受力構(gòu)件，拉桿防腐涂層被破壞后容易導(dǎo)致拉

桿受交變應(yīng)力的位置腐蝕加快，從而導(dǎo)致拉桿的腐蝕

損傷，一旦拉桿腐蝕厚度超過 10% 就意味著拉桿需要

做報廢處理。

2 抓斗卸船機拉桿有限元分析

2.1 抓斗卸船機拉桿載荷及組合工況

抓斗卸船機拉桿載荷主要有基本載荷（包括自重

載荷、起吊載荷）、偶然載荷（包括沖擊載荷、風(fēng)載荷）、

特殊載荷。

上述載荷不可能同時作用在拉桿上，因此需要選

擇合適的載荷組合對拉桿進行分析，主要有以下 3 種

情況 [4]：

載荷工況 Ⅰ：基本載荷工況；

載荷工況 Ⅱ：基本載荷工況和偶然載荷工況；

載荷工況 Ⅲ：基本載荷工況、偶然載荷工況以及

特殊載荷工況。

因為本文只考慮正常作業(yè)時的載荷工況，所以對

載荷工況 Ⅱ 的情況進行分析，抓斗卸船機的正常作業(yè)

狀態(tài)下的工況即前大梁的長伸距、卸貨狀態(tài)和非工作

狀態(tài)，具體工況如下：

1）工況 Ⅰ：前大梁水平伸直狀態(tài)，小車抓斗滿載

在前大梁端梁處；

2）工況 Ⅱ：前大梁水平伸直狀態(tài)，小車抓斗滿載

在前拉桿與前大梁連接處；

3）工況 Ⅲ：前大梁水平伸直狀態(tài)，小車抓斗滿

載位于后大梁中部，卸料口位置；

4）工況 Ⅳ：前大梁仰起角在 80°～ 85°間，小

車抓斗空載位于后大梁中部，卸料口位置。

74 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Inspection and Technology

檢驗與技術(shù)

2.2 載荷工況 Ⅱ 下拉桿有限元分析

一般情況下，工況 Ⅰ：前大梁處于水平伸直狀態(tài)，

小車抓斗滿載在前大梁端梁處時，拉桿受力最大。采

用 ANSYS 有限元軟件建立有限元模型后 [5]，對抓斗

卸船機加載載荷工況 Ⅱ，其拉桿有限元計算模型如圖

1 所示。

圖 1 拉桿在工況 Ⅰ（載荷工況 Ⅱ）的有限元分析模型

根據(jù)有限元計算模型可以看到，拉桿的最大變形

量在拉桿的上半部，靠近風(fēng)向側(cè)拉桿。

3 抓斗卸船機拉桿應(yīng)力監(jiān)測

BDI（橋梁診斷試驗公司）無線應(yīng)力監(jiān)測系

統(tǒng) 由 STS-WiFi 移動基站、STS-WiFi 節(jié)點模塊、

STS-WiFi 傳感器和 WinSTS 數(shù)據(jù)采集軟件組成。

STS-WiFi 移動基站通過無線網(wǎng)絡(luò)與計算機和 STSWiFi 節(jié)點模塊連接。STS-WiFi 節(jié)點模塊與 STS-WiFi

傳感器有線連接，該測試方法的效率是傳統(tǒng)的應(yīng)變數(shù)

據(jù)記錄方法的 2 倍以上。測試時，傳感器的數(shù)據(jù)反饋

到節(jié)點模塊，由節(jié)點模塊發(fā)送數(shù)據(jù)到移動基站，最后

由移動基站發(fā)送數(shù)據(jù)給計算機，結(jié)合 WinSTS 數(shù)據(jù)采

集軟件給出實時的應(yīng)變變化，如圖 2 所示。

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STS-WiFi???? STS-WiFi????

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圖 2 應(yīng)力監(jiān)測連接示意圖

STS-WiFi 傳感器的安裝可以使用黏合劑或者 C

型夾具（見圖 3）。若使用黏合劑，首先將固定傳感

器的夾片放入夾板中，用螺母擰緊夾片。粘貼無線應(yīng)

力傳感器時需要用到 410 膠水和快干粘合劑，首先將

410 膠水涂抹在無線應(yīng)力傳感器的基座夾片上，將快

干粘合劑均勻涂抹在無線應(yīng)力傳感器基座上，并粘合

于待測位置，等待數(shù)秒粘貼牢固后松開。

圖 3 STS-WiFi 傳感器實物圖

根據(jù)上述有限元分析，抓斗卸船機拉桿在載荷工

況 Ⅱ（作業(yè)工況 Ⅰ）下，其靠近風(fēng)側(cè)拉桿上部的位置偏

移量較大，因此，在該類位置布置 STS-WiFi 傳感器，

同時在其他位置布置一些 STS-WiFi 傳感器以做對比

測試。當(dāng)天測試溫度 20 ℃、風(fēng)速 6.0 m/s，通過對拉

桿進行 8 h 的應(yīng)力監(jiān)測，截取其應(yīng)力變化周期如圖 4

所示。

.3.855 325.521 .162.76

A10-01 [με]

162.76 325.521 0

31.039

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58.223 85.407 112.591

t [s]

圖 4 拉桿某一作業(yè)循環(huán)內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測圖

根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)力監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)抓斗卸船機靠江側(cè)拉桿

受力不均，靠江側(cè)右側(cè)拉桿的應(yīng)力值是左側(cè)拉桿應(yīng)力

的 2 倍左右。因此可以判斷右側(cè)前拉桿的累計變形量

大于左側(cè)前拉桿，經(jīng)實際測量右側(cè)前拉桿長度比左側(cè)

前拉桿長度長約 17 mm 左右。

4 結(jié)束語

抓斗卸船機作為港口裝卸的主要裝備，工作頻

率高，其主要受力部件承受較大的隨機交變載荷，

（下轉(zhuǎn)第 94 頁）

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 75

Safety Analysis

安全分析

AP 系列反應(yīng)堆壓力容器 Canopy 焊縫

缺陷原因分析及管理對策

趙 猛 盧 琦

（國核示范電站有限責(zé)任公司 威海 264300）

摘 要：本文主要介紹核電站反應(yīng)堆壓力容器 Canopy 焊縫基本結(jié)構(gòu)原理及焊接質(zhì)量控制要點，基于 GTAW

氬弧焊工作原理，分析某核電項目反應(yīng)堆壓力容器 Canopy 焊縫典型缺陷成因，并使用原因樹方法查找底層原因，

論證確定導(dǎo)致缺陷發(fā)生的主要原因，在此基礎(chǔ)上提出優(yōu)化防人因工具、加強經(jīng)驗反饋、開展制造先決條件檢查、

工藝優(yōu)化、風(fēng)險預(yù)識別以及監(jiān)督細化等系列管理對策。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)堆壓力容器 Canopy 質(zhì)量管理 焊縫缺陷 成因分析

Defects Causes Analysis and Quality Management Strategy of Canopy

Seal Welds of AP Series Reactor Pressure Vessel

Zhao Meng Lu Qi

(State Nuclear Power Demonstration Plant CO., LTD. Weihai 264300)

Abstract This paper mainly describes structure of canopy seal weld of reactor pressure vessel and welding

quality control requirements. Based on GTAW argon arc welding theory, the typical defects causes of canopy seal

welds in the reactor pressure vessel of a nuclear power project are analyzed, and the fault tree analysis is used to

find the underlying causes, and the main causes led to defects are demonstrated and determined. On those basis,

management strategy such as tools for preventing human causes, operation experiences, prerequisites check, process

optimization, risk identification and surveillance refinement are proposed.

Keywords Reactor pressure vessel Canopy Quality management Weld defect Cause analysis

中圖分類號：TB496 文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-2465(2022)12-0075-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2022.12.016

作者簡介：趙猛（1989 ～ )，男，本科，工程師，從事核電

工程采購及質(zhì)量管理工作。

通訊作者：趙猛，E-mail: zhaomeng02@spic.com.cn。

（收稿日期：2022-08-30）

1 背景

反應(yīng)堆壓力容器是核電站中最為核心的主設(shè)備之

一。反應(yīng)堆壓力容器頂蓋上安裝有控制棒驅(qū)動機構(gòu)密

封殼，在其上部安裝有導(dǎo)磁半環(huán)、線圈組件，用來控

制鉤爪組件，從而實現(xiàn)驅(qū)動桿的垂直運動，完成落棒、

提棒動作，實現(xiàn)對反應(yīng)堆的功率控制。

Canopy 焊縫（又稱 Ω 焊縫）是核反應(yīng)堆壓力容

器上最薄的一道承壓焊縫，其厚度僅約 2 mm。核電

站運行期間，Canopy 焊縫形成的腔室內(nèi)將充滿含硼

酸的一回路冷卻劑（帶有放射性），同時承受 17.5 ～

21.5 MPa 工作壓力，一旦存在質(zhì)量問題未被檢驗或存

在應(yīng)力腐蝕開裂，將存在一回路冷卻劑泄漏風(fēng)險，危

及核電站的安全穩(wěn)定運行及環(huán)境安全 [1]。因此，必須

采取措施保障 Canopy 焊縫的焊接質(zhì)量。

2 Canopy 焊縫及要求

Canopy 密封焊是 CRDM 管（Control-Rod Device

Mechanism Nozzle，控制棒驅(qū)動裝置）與行程套管螺

紋連接部位密封殼體焊縫。

由美國西屋公司研發(fā)的 AP1000 堆型上，Canopy

焊縫首次在工廠進行焊接。該焊縫焊接技術(shù)難度大，

母材壁厚僅 2 mm，焊接坡口無襯墊且為異形坡口，坡

76 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Safety Analysis

安全分析

口間隙 1 mm 左右，坡口間隙變化 0.1 mm 以上需要重

新調(diào)整焊接程序。同時對焊接成形要求高，一道填充

焊縫實現(xiàn)雙面成形且返修時需將焊縫切割、修復(fù)坡口

后重新焊接 [2]。

該焊縫焊接條件要求苛刻。焊接過程易受振動、

溫濕度等環(huán)境因素影響，因此需嚴格控制焊接區(qū)域溫

濕度，避免周邊施工影響。同時，焊前對鎢極角度、

焊絲長度、焊絲鎢極及坡口相對距離進行仔細調(diào)整。

調(diào)整后進行試運行，確保焊接過程中焊機轉(zhuǎn)動順暢，

轉(zhuǎn)動過程中鎢極、焊絲與坡口相互距離不變。雖焊接過

程僅不到 5 min，但不允許暫停后繼續(xù)焊接，需一次完成。

每焊接 20 根焊縫，需焊接模擬件驗證焊接工藝和焊機

的穩(wěn)定性，焊機中斷作業(yè)超過 24 h 需焊接模擬件。

該焊縫焊后要求使用 5 ～ 10 倍放大鏡進行目視觀

察，不允許存在裂紋、夾雜、氣孔等缺陷。目視檢查

合格后進行滲透檢測，滲透檢測按照 ASME BPVC 標(biāo)

準（美國機械工程師協(xié)會 鍋爐及壓力容器規(guī)范）第 V

卷標(biāo)準要求進行評價。技術(shù)要求任何返修工作，應(yīng)將

原焊縫切割，切割后重新焊接。

3 典型缺陷及原因分析

某項目 Canopy 焊接過程中出現(xiàn)焊縫母材熔透問

題，因該問題較為典型，故對其原因開展分析。

3.1 原理分析

焊接使用自動鎢極氬弧焊，將鎢棒作為電極，通

電后鎢極與工件之間產(chǎn)生電弧，電弧熱量熔化母材和

填充金屬，形成熔池。焊接時采用脈沖電流，高電平

時熔化焊接金屬及母材，低電平時保持不熄弧，以減

少整體熱量輸入。自動鎢極氬弧焊原理如圖 1 所示。

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圖 1 自動鎢極氬弧焊原理圖

Canopy 焊縫為環(huán)形對接焊縫，焊接過程中，焊接

電極與 Canopy 焊接坡口保持圓周運動，在焊接速度、

送絲速度、電流及電壓等參數(shù)恒定且無外界干擾情況

下，焊機將平穩(wěn)運轉(zhuǎn)并在繞坡口 1 周后完成自動焊接

作業(yè) [3]。

3.2 原因分析

使用頭腦風(fēng)暴法對焊縫熔透問題的原因進行分析、

整理、總結(jié)，繪制成原因分析樹，如圖 2 所示。

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圖 2 原因分析樹

從“人、機、料、法、環(huán)”5 個方面對可能導(dǎo)致

焊接熔透的原因進行列寫，并繪制成魚骨圖，如圖 3

所示。

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圖 3 原因分析魚骨圖

3.3 確定主要原因

結(jié)合原因分析樹，從“人、機、料、法、環(huán)”以

及原因分析樹的末端因素，針對該典型熔透缺陷進行

原因確認。

● 3.3.1 人因影響

對焊接作業(yè)人員進行訪談及調(diào)查，均持有焊接資

格證書，且長期參與核電項目 Canopy 焊縫焊接。在

開展本次 Canopy 組焊前，已完成 86 組試驗件焊接，

滿足焊接技能要求并擁有豐富的焊接工作經(jīng)驗。調(diào)取

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 77

Safety Analysis

安全分析

培訓(xùn)檔案記錄，均有效參加工廠組織的安全及質(zhì)量培

訓(xùn)以及 Canopy 焊接前的技術(shù)交底討論，已充分知悉

Canopy 焊接重要性及主要質(zhì)量風(fēng)險。

通過調(diào)閱監(jiān)控及訪談，在出現(xiàn)熔透現(xiàn)象前，已發(fā)

生送絲速度及送絲角度的偏差，過程中焊工通過電腦

程序及手持開關(guān)進行調(diào)整，存在人員誤動作以及操作

失誤的可能性。

● 3.3.2 材料影響

在焊材庫隨機抽取 3 盤同批號焊絲，對其進行尺

寸測量。在焊絲垂直的 2 個徑向位置進行直徑的測量，

焊絲的直徑為 φ0.89 mm ～ φ0.9 mm，焊絲的最大尺

寸和最小尺寸偏差為 0.01 mm，焊絲直徑偏差在允許

范圍內(nèi)。

熔透焊縫的母材、焊材與出現(xiàn)熔透前產(chǎn)品焊縫相

同、與 86 組試驗?zāi)M件相同，材料牌號不存在偏差。

裝配焊接間隙均勻，焊縫錯邊量 <0.1 mm，焊接前裝

配情況滿足工藝要求。焊接過程中，坡口進行多次清理，

每盤焊絲使用前為全新焊絲，安裝前進行目視檢查，

未發(fā)現(xiàn)目視雜物及纏繞物。故可排除材料影響。

● 3.3.3 操作程序及符合性

按照操作程序要求，每組產(chǎn)品焊接主要流程如圖

4 所示。

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圖 4 Canopy 焊接程序操作流程圖

焊縫熔透前，均按照操作程序進行操作及檢查確

認，并經(jīng)現(xiàn)場質(zhì)量人員見證確認，焊接初始參數(shù)設(shè)定

與焊接工藝規(guī)程參數(shù)范圍相符。故排除操作符合性。

● 3.3.4 工作環(huán)境

Canopy 焊縫焊接在不銹鋼容器焊接專用清潔廠

房內(nèi)進行，并為了防止外部干擾建立清潔區(qū)及異物控

制區(qū)，開展人員進出控制。焊接過程中，焊接區(qū)域內(nèi)

人員不進行移動，避免發(fā)生振動干擾。產(chǎn)品焊接環(huán)境

布置未發(fā)生明顯變化，焊接過程中未發(fā)生電網(wǎng)波動、

電磁干擾等現(xiàn)象，在焊接熔透前產(chǎn)品及 86 件模擬件焊

接過程均為正常。故可排除工作環(huán)境影響。

● 3.3.5 焊接設(shè)備

焊接所使用設(shè)備為 Canopy 焊縫焊接專用設(shè)備 , 在

檢定有效期內(nèi)。通過數(shù)據(jù)采集儀及視頻監(jiān)控系統(tǒng)對焊

接參數(shù)及焊接過程電弧情況進行分析，發(fā)現(xiàn)熔透焊縫

焊接過程存在如下問題：1）開始送絲遲于正常焊接程

序，正常焊接過程在起弧開始 1 s 后開始送絲，但問

題焊縫在起弧后 6.6 s 后開始送絲。其他焊接參數(shù)均與

正常焊接程序相同。2）送絲速度提前降低，在起弧后

215 s 時送絲速度降低至收弧時速度，正常焊接程序中

在 305 s 時送絲速度降低至收弧時速度。

針對焊接過程中出現(xiàn)的送絲異常，對焊接設(shè)備送

絲機構(gòu)進行檢查。

對焊接設(shè)備進行全面拆解，對送絲機構(gòu)的各部件

進行檢查，發(fā)現(xiàn)送絲輪存在溝槽、壓緊輪固定螺栓變形、

送絲管管嘴老化、送絲機構(gòu)內(nèi)部存在雜物等現(xiàn)象。

送絲機構(gòu)各部件老化及磨損后，此情況下產(chǎn)生異

物，導(dǎo)致送絲不暢、焊絲與送絲輪摩擦力增大，使得

焊絲送絲速度未能匹配焊接速度，導(dǎo)致母材熔融后缺

少焊絲填充，從而導(dǎo)致熔透。經(jīng)判斷為主要原因。

4 對策實施

為避免人因失誤及減少設(shè)備偶發(fā)故障帶來的缺陷，

針對本次典型缺陷分析原因制定管理對策。

4.1 開展經(jīng)驗反饋及防人因工具開發(fā)

為避免人因失誤以及問題重復(fù)發(fā)生，針對以往發(fā)

生的焊縫熔透事件進行專題經(jīng)驗反饋。為防止焊接操

作者誤操作或誤動作，在核電防人因工具基礎(chǔ)上，開

發(fā) Canopy 焊接防人因工具，見表 1。

防人因

工具 具體內(nèi)涵

班前會 每日焊接前進行班前會，針對可能發(fā)生的問題進行討論，在操作時注意避

免相關(guān)問題的產(chǎn)生

工前會

焊接工作開始前進行技術(shù)交底，介紹并討論關(guān)鍵步驟，識別可能出錯的情

景和后果，評估預(yù)防措施和預(yù)案，所有直接參與的人員都應(yīng)出席，人員就疑

問處隨時提問，會議保留記錄

焊工

自檢

為避免焊接操作失誤導(dǎo)致不良后果，焊工在操作前、操作中、操作后均需

進行自我檢查。

1）操作前先停下來，集中注意力到當(dāng)前工作中，審視將要進行的操作內(nèi)容：

將要進行什么操作，當(dāng)前環(huán)境、狀態(tài)、條件是否適合進行該操作，確認操作

對象，預(yù)期的響應(yīng)和指示，出現(xiàn)與預(yù)期不一致的響應(yīng)時怎么辦；

2）操作中眼睛注視操作對象，按程序進行操作；

3）操作后進行審查：確認實際響應(yīng)是否和預(yù)期的相一致，如果不一致，

按照事先確定的方案采取行動或?qū)⒃O(shè)備置于安全狀態(tài)，并報告上級

監(jiān)護 技術(shù)人員、監(jiān)造人員對焊工操作過程實施監(jiān)護，確認風(fēng)險防范控制表措施

的執(zhí)行、周圍環(huán)境是否滿足焊接要求，確認焊接人員按要求操作

不確定

時暫停

在焊接過程中如果遇到異常情況或不確定因素時應(yīng)立刻暫停焊接操作，將

設(shè)備置于安全狀態(tài)后進行匯報，未解決問題前不能繼續(xù)操作

表 1 Canopy 焊接防人因失誤工具

78 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Safety Analysis

安全分析

4.2 組織先決條件檢查

開展 Canopy 焊接前的先決條件檢查工作，確認頂

蓋焊前的所有準備工作已完成，包括實體狀態(tài)、文件

檢查、人員檢查、管理準備檢查、焊前準備、裝配檢查、

經(jīng)驗反饋和設(shè)計變更的落實檢查等內(nèi)容。

重點針對要因焊機送絲機構(gòu)老化的問題，深入檢

查，以保障焊機的穩(wěn)定工作。邀請焊機生產(chǎn)廠家技術(shù)

人員對焊機進行保養(yǎng)維護，重點檢查焊機易損件的受

損、老化情況，對不滿足條件的進行更換。檢查焊機

送絲輪，調(diào)整送絲輪螺母的松緊，保障送出焊絲的穩(wěn)

定性。

4.3 按程序?qū)嵤┖附幼鳂I(yè)

每日工作開始前，焊接操作人員按照防人因失誤

工具開展班前會及工前會，總結(jié)昨日工作經(jīng)驗，對今

日開展工作進行介紹并識別可能風(fēng)險。每次焊接開始

前，按照焊接風(fēng)險防范控制表進行檢查確認，并開展

班前試驗件焊接，經(jīng)確認焊機穩(wěn)定性、人員狀態(tài)后，

方可開始產(chǎn)品焊接。產(chǎn)品焊接過程中由焊接工程師進

行監(jiān)護作業(yè)，確保焊接參數(shù)的符合性以及焊接操作的

規(guī)范性。

4.4 細化質(zhì)量監(jiān)督頻次

焊接開始后，制訂日常監(jiān)督檢查表，監(jiān)督焊接前

后工作按照程序及既定步驟開展，監(jiān)督廠家風(fēng)險防范

控制表的執(zhí)行度、焊工操作的規(guī)范性和焊機運行的穩(wěn)

定性，并對產(chǎn)品焊縫的焊接質(zhì)量進行檢查確認。

4.5 評價總結(jié)

焊接開始后，當(dāng)日對焊接成形情況進行評價，確認

是否符合驗收標(biāo)準。此外，動態(tài)跟蹤焊接質(zhì)量，根據(jù)焊

接質(zhì)量反饋，調(diào)整優(yōu)化焊接參數(shù)，不斷改進成形情況。

5 結(jié)束語

Canopy 組焊是反應(yīng)堆壓力容器制造過程中最關(guān)鍵

的工序之一。在開展質(zhì)量監(jiān)督過程中，應(yīng)重點結(jié)合以往

發(fā)生質(zhì)量問題經(jīng)驗反饋，識別偶發(fā)因素導(dǎo)致的焊縫不合

格風(fēng)險，保障反應(yīng)堆壓力容器制造質(zhì)量及交付進度。

通過上述分析，偶發(fā)的設(shè)備故障是導(dǎo)致某項目

Canopy 焊縫出現(xiàn)熔透缺陷的主要原因。為了避免其

他偶發(fā)事件的影響，提出將防人因失誤工具應(yīng)用在

Canopy 焊接管理中，在對類似 Canopy 焊縫的重要且

缺陷后果嚴重的焊接開展監(jiān)造監(jiān)督時，應(yīng)當(dāng)充分分析

焊接外部風(fēng)險變量，確保焊接工作的質(zhì)量，對后續(xù)

Canopy 焊縫組焊具有一定參考意義。

參考文獻

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3）機器人智能化的實質(zhì)是綜合技術(shù)的融合應(yīng)用。為

了提高巡檢機器人的檢測精準度和工作效率，還需要充

分應(yīng)用人工智能、5G 網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代信息技術(shù)和通信技術(shù)。

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134+136.

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 79

Safety Analysis

安全分析

發(fā)電機軸承潤滑不良的故障分析

朱曉強 1,2 吳博陽 1,2 吳榮根 1,2 羅 智 1,2

（1. 浙江省風(fēng)力發(fā)電技術(shù)重點實驗室 杭州 310000）

（2. 浙江運達風(fēng)電股份有限公司 杭州 310000)

摘 要：大型設(shè)備風(fēng)力發(fā)電機組的滾動軸承如果發(fā)生故障，將直接影響整個風(fēng)力發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行，

因此，滾動軸承故障發(fā)生前進行有效且及時的故障分析是十分必要的。本文結(jié)合理論分析和機組歷史運行數(shù)據(jù)，

論述了滾動軸承潤滑不良故障監(jiān)測和準確分析的方法，主要針對風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)電機滾動軸承潤滑不良故障，

提出了 RMS 趨勢分析法對滾動軸承故障的發(fā)展趨勢進行分析。通過對軸承振動加速度信號的 RMS 趨勢分析，

從而發(fā)現(xiàn)軸承潤滑不良故障。此分析方法可以用于軸承運行過程故障的監(jiān)測，對整個風(fēng)力發(fā)電機的故障診斷

和運行維護具有重要意義。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機 滾動軸承 潤滑不良 故障分析 均方根 (RMS)

Failure Analysis of Generators Bearing with Poor Lubrication

Zhu Xiaoqiang1,2

Wu Boyang1,2 Wu Ronggen1,2 Luo Zhi1,2

(1. Key Laboratory of Wind Power Technology of Zhejiang Province Hangzhou 310000)

(2. Zhejiang Windey Co., Ltd. Hangzhou 310000)

Abstract The failure of rolling bearings in large equipment wind turbines will directly affect the safe and

stable operation of the entire wind turbine. Therefore, it is necessary to carry out effective and timely fault analysis

before the occurrence of rolling bearing failure. This paper combines theoretical analysis and unit history operation

data, discusses the method of monitoring and accurate analysis of rolling bearing lubrication failure, mainly aiming

at wind turbine generator rolling bearing lubrication failure, it proposes the RMS trend analysis method to analyze the

development trend of rolling bearing failure. The RMS trend analysis of the bearing vibration acceleration signal is

used to detect the bearing lubrication failure. This analysis method can be used for the monitoring of bearing operation

process faults, which is of great significance for the fault diagnosis and operation and maintenance of the whole wind

turbine.

Keywords Generator Rolling bearings Poor lubrication Failure analysis Root mean square (RMS)

中圖分類號：TB497 文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-2465(2022)12-0079-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2022.12.017

作者簡介：朱曉強（1971 ～ )，男，本科，助理工程師，從

事風(fēng)電項目運維管理、質(zhì)量管理、安全管理工作。

通訊作者：吳博陽，E-mail: wuboyang1992@hotmail.com。

（收稿日期：2022-07-20）

隨著全球經(jīng)濟不斷發(fā)展，尤其是重工業(yè)的發(fā)展，

使碳排放超標(biāo)，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞。尋找新

的自然能源并加以利用越來越引起人們的興趣。由于

風(fēng)能具有蘊量巨大、分布廣泛、可以再生、無污染等

優(yōu)點，風(fēng)能的發(fā)展和利用早已受到世界各國的重視。

將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換為電能的關(guān)鍵設(shè)備風(fēng)力發(fā)電機組近年

來也得到了快速發(fā)展。由于風(fēng)力發(fā)電機組長期運行于

復(fù)雜的工況與極端惡劣的工作環(huán)境中，使得風(fēng)力發(fā)電

機組中各個零部件容易出現(xiàn)損傷。滾動軸承是風(fēng)機機

械傳動系統(tǒng)和發(fā)電機系統(tǒng)的核心部件，軸承的運行狀

態(tài)直接影響風(fēng)電機組的整體性能。特別是風(fēng)力發(fā)電機

組這種大型設(shè)備的滾動軸承發(fā)生了故障，將直接影響

整個風(fēng)力發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行，也有可能造成重大

的財產(chǎn)損失甚至人員傷亡 [1-2]。因此，監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機

滾動軸承的運行狀況，在滾動軸承故障發(fā)生前進行有

效且及時的故障分析是十分必要的，對整個風(fēng)力發(fā)電

80 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Safety Analysis

安全分析

機的故障診斷和運行維護具有重要意義。滾動軸承故

障診斷與分析研究方法多種多樣，技術(shù)也日益成熟，

本文主要針對軸承潤滑不良故障進行分析。

1 建模思路和方法

目前，對滾動軸承故障診斷與分析的方法很多，

從滾動軸承的振動加速度信號中提取反映軸承狀態(tài)的

信息進行故障診斷與分析是最常用的方法，也是最有

效的方法之一，主要分為時域分析、頻域分析、時頻

分析 [3]。

時域分析是信號分析中常用的分析方法。顧名思

義該分析方法是對信號在時間域進行分析，并根據(jù)信

號的時間歷程繪制信號的波形。時域分析包括時域波

形分析和時域參數(shù)值分析。其中時域參數(shù)值分析是通

過統(tǒng)計的方法，選擇合適的參數(shù)，如均值、均方根值

指標(biāo)、峰值指標(biāo)、峭度指標(biāo)等，提取軸承故障信息。

軸承振動信號通過時域分析方法，可以獲得軸承運行

的特征參數(shù)，這些特征參數(shù)能夠有效反映滾動軸承故

障狀態(tài) [4-5]。

滾動軸承的頻域分析法相較于時域分析法精確度

要高，主要原理是將原始時域特征下的軸承振動加速

度信號變換到頻域特征中，軸承振動加速度信號經(jīng)過

傅里葉變換后，可以得到頻譜圖中的頻率成分組成以

及各個頻段內(nèi)幅值的大小，因此能夠獲取更詳細的故

障信息 [6]。

本文中的風(fēng)電機組發(fā)電機軸承潤滑不良故障分析

的方法示意圖如圖 1 所示。

?? ??????? ???????? ???? ??

圖 1 故障分析流程圖

圖 1中的潤滑不良分析模型包括了對采集到的風(fēng)電

機組發(fā)電機軸承振動加速度信號的時域及頻域分析。通

過該分析模型能夠提取到信號中的多個特征參數(shù)，可以

很好地對數(shù)據(jù)進行分析，以便發(fā)現(xiàn)軸承潤滑不良故障。

2 方法原理及實現(xiàn)

2.1 基于振動加速度信號的時域特征提取

● 2.1.1 濾波

滾動軸承在實際運行過程中振動信號夾雜大量干

擾和噪聲，需要對振動加速度信號進行降噪處理，如

果不加必要的處理，會使信號中的特征提取出現(xiàn)問題，

比如準確性降低。在數(shù)據(jù)處理中，文中使用均值濾波

技術(shù)對振動加速度信號進行濾波，以便提取出信號中

的噪聲。均值濾波是低通數(shù)字濾波的一種。如圖2所示，

對信號 x 濾波，濾波輸出信號記為 y。

x ????? y

圖 2 信號均值濾波

振動加速度信號 x 經(jīng)過均值濾波后，噪聲信號被

過濾出去。若將原振動信號 x 減去濾波后的信號 y，

便可以得到噪聲信號 z [7]。提取出的噪聲信號 z 將在本

文中用于計算均方根值。

● 2.1.2 信號趨勢項消除

在振動加速度信號獲取過程中，傳感器等采集設(shè)

備由于自身性能原因或受復(fù)雜工況干擾，容易產(chǎn)生零

漂，從而導(dǎo)致偏離基線，有時偏離基線的大小還會隨

時間發(fā)生變化。偏離基線隨時間變化的過程稱為信號

的趨勢項。這類趨勢項會直接影響信號分析的準確性，

最好能通過一些方法將其消除。本文采用的去除趨勢

項的方法是最小二乘擬合法 [8]。

● 2.1.3 時域指標(biāo)

時域分析法在一定程度上包含了信號的一些基本

信息，這些基本信息在軸承的故障分析與診斷中起到

了非常重要的作用。不同的量綱指標(biāo)反映了滾動軸承

振動信號的不同特征，比如以下這些應(yīng)用較為廣泛的

時域指標(biāo)，包括峰值、均方根值（Root-Mean-Square，

簡稱 RMS）、峭度系數(shù)等。RMS 趨勢分析是常見的軸

承故障分析方法之一，本文中將用 RMS 值的變化趨勢

來分析軸承是否出現(xiàn)潤滑不良故障。文中將使用原始

振動加速度信號 x 經(jīng)過濾波后提取出的噪聲信號 z 來

計算 RMS 值，其中 RMS 數(shù)學(xué)表達見式 (1)。

RMS (1) z z z

n

n = 1 + + + 2

2

2 2 ?

峭度系數(shù) K 表示樣本密度函數(shù)的頂峰凸平度和觀

測值的分散程度，峭度值越大，說明軸承受到的沖擊

程度加劇 [9]。峭度系數(shù)對滾動軸承早期故障比較敏感，

一旦軸承發(fā)生故障，K 值即增大。因此峭度系數(shù)將在

本文中作為故障振動信號的篩選條件之一。

2.2 基于振動加速度信號的頻域特征提取

由振動加速度信號中提取轉(zhuǎn)速的方法有多種。本

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 81

Safety Analysis

安全分析

文采用峰值搜索策略，即在頻譜圖上找到一合適搜索

起始點后依次在一定范圍內(nèi)搜索幅值的峰值所對應(yīng)的

頻率，再用該頻率換算成轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速提取的大致方法

是先將原始振動加速度信號在時間域下使用濾波器進

行濾波，利用傅里葉變換求取該時域信號的頻譜圖。

然后在頻譜圖中根據(jù)工況選定搜索范圍并找到范圍內(nèi)

幅值的峰值，此峰值對應(yīng)的頻率可以換算成相應(yīng)的

轉(zhuǎn)速。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 RMS 趨勢分析方法，分析發(fā)電機軸承潤滑不

良故障的發(fā)展趨勢。該方法步驟簡化為：

1） 由 于 在 額 定 工 況 下 ，發(fā) 電 機 軸 承 轉(zhuǎn) 速 為

1 800 r/min，同時處于 1 740 ～ 1 755 r/min 轉(zhuǎn) 速

運行的振動加速度信號較多。所以篩選出 1 740 ～

1755 r/min 轉(zhuǎn)速的振動加速度信號，并按照時間排序；

2）根據(jù)篩選轉(zhuǎn)速后的振動信號，計算振動加速度

信號的 RMS 值并保存，用以繪制 RMS 趨勢圖。

分析數(shù)據(jù)選取某風(fēng)力發(fā)電項目發(fā)電機驅(qū)動端徑向

振動加速度信號，見表 1。

傳感器測點 發(fā)電機驅(qū)動端軸承徑向

發(fā)電機軸轉(zhuǎn)速 R/(r/min) 1 740 ～ 1 755

數(shù)據(jù)時間 2019-12-30 ～ 2022-01-25

采樣頻率 /Hz 25 600

單個數(shù)據(jù)長度 / 點 102 400

數(shù)據(jù)總量 / 點 6 302×102400

表 1 待分析數(shù)據(jù)詳細信息

3.1 轉(zhuǎn)速提取

在數(shù)據(jù)處理中，首先計算出原始振動加速度信

號的峭度值 K。通過經(jīng)驗選取 K=5 作為分界點，當(dāng)

K >5 時記為正峭度，K=5 時記為零峭度，K <5 時記

為負峭度。當(dāng)滾動軸承發(fā)生故障時，峭度值 K 會發(fā)生

變化。若某信號的峭度值高于零峭度值，在實驗中可

認為此數(shù)據(jù)異常，需要篩除。篩選后符合要求的振動

加速度信號根據(jù)圖 3 所示的仿真流程步驟進行處理，

振動加速度信號先進行濾波降噪，這樣可以在頻譜圖

中更準確地搜索到范圍內(nèi)幅值的峰值，避免在低頻段

其他干擾幅值的影響。然后再傅里葉變換得到頻譜圖

中的頻率成分組成以及各個頻段內(nèi)幅值。通過對頻譜

圖進行局部峰值搜索可以提取到瞬時轉(zhuǎn)頻，然后再換

算成轉(zhuǎn)速，如圖 4、圖 5 所示。

???????

??

????

???K??

Kǘ5

?????????

??

???? ????????

????

???? RMS???

圖 3 信號處理流程圖

圖 4 降噪前的振動加速度信號和頻譜圖

0123456789 10

×10 ????0? 4

.20

.10

0

10

20

30

(?0?

m0s2

*

（a）濾波前的信號

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

??0Hz

0

0.1

0.2

0.3

0.4

(?0?

m0s2

*

X 58.75

Y 0.1546

X 29.25

Y 0.3913

（b）頻譜圖（降噪前）

圖 5 降噪后的振動加速度信號和頻譜圖

012345678 9 10

????0?

.2

.1

0

1

2

(?0?

m0s2

*

×104

（a）濾波后的信號

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

??0Hz

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

(?0?

m0s2

*

X 29.25

Y 0.355

X 58.75

Y 0.413 8

（b）頻譜圖（降噪后）

82 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Safety Analysis

安全分析

3.2 RMS 值計算

通過對篩選轉(zhuǎn)速后的振動加速度信號的時域分析

提取該信號中的噪聲信號，然后計算該噪聲信號的

RMS 值記錄保存，用于繪制 RMS 趨勢圖，如圖 6 所示。

3.3 RMS 趨勢分析

從圖 6 中可以看出，前期 RMS 值趨勢相對平穩(wěn)，

說明在該時間段內(nèi)軸承運行正常。隨著時間變化，從

2021 年 4 月開始 RMS 趨勢變化明顯上升，在 5 月初

經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)存在發(fā)電機驅(qū)動端軸承潤滑不良問

題，這表明在該時間點軸承出現(xiàn)故障。

2019/122020/032020/062020/092020/122021/032021/062021/092021/12

??

1700

1710

1720

1730

1740

1750

1760

1770

1780

1790

1800

??0?r0min?

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

RMS

??

RMS

圖 6 驅(qū)動端特定轉(zhuǎn)速下的 RMS 趨勢圖

4 結(jié)論

本文通過理論分析和數(shù)據(jù)處理可以得出如下結(jié)果：

1）通過對軸承振動加速度信號濾波降噪和利用傅

里葉變換，可以提取到加速度信號中的目標(biāo)轉(zhuǎn)頻并換

算成轉(zhuǎn)速。但該轉(zhuǎn)速提取方法只能處理平穩(wěn)信號，對

于頻率特征隨時間變化的隨機振動加速度信號，此轉(zhuǎn)

速提取方法則變得不再適合。

2）從 RMS 趨勢圖可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)電

機驅(qū)動端軸承何時出現(xiàn)潤滑故障，通過對現(xiàn)場的檢查，

驗證了本文所提 RMS 趨勢分析在實際應(yīng)用中的有效

性。此分析法可以用于軸承運行過程故障的監(jiān)測，對

發(fā)現(xiàn)軸承潤滑不良故障提供一種方法。

3）本文中的軸承潤滑不良分析模型還存在需要改

進的地方。今后可以綜合使用多種分析方法，這樣有

利于更快速、準確地獲取潤滑不良故障特征。

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再生能源，2016，34(10): 1481-1490.

書 訊

TSG S1001—2008 客運索道設(shè)計文件鑒定規(guī)則 14.00元

TSG S6001—2008 客運索道安全管理人員

和作業(yè)人員考核大綱 14.00元

TSG S7001—2013 客運索道監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則

68.00元

TSG S7002—2005 客運纜車安裝監(jiān)督檢驗

與定期檢驗規(guī)則 36.00元

TSG S7003—2005 客運索道型式試驗規(guī)則 10.00元

TSG S7004—2005 客運拖牽索道型式試驗細則 10.00元

TSG S7005—2005 客運索道部件型式試驗細則 20.00元

GB 30220—2013 游樂設(shè)施安全使用管理 20.00元

聯(lián)系人：孫海祥 王源 010-59068616

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 83

Safety Analysis

安全分析

地鐵 11 0 k V 主變電 站電能質(zhì)量

諧波超標(biāo)原因分析

程 沖

（福州地鐵集團有限公司 福州 350009）

摘 要：為查找福州市軌道交通 1 號線 110 kV 主變電站諧波超標(biāo)原因，利用三相電能質(zhì)量分析儀及建模平

臺對 1 號線主變電站 110 kV 進線、35 kV 牽引動力負荷進行設(shè)備供電質(zhì)量及消耗電能量的監(jiān)測分析，對 110 kV

側(cè)諧波超標(biāo)的原因進行分析和對可能的諧波污染源進行查找。通過分析，確認諧波產(chǎn)生的主要原因為車輛牽引

供電的整流和逆變裝置，不可忽略的是公共電網(wǎng)的電能質(zhì)量對地鐵 110 kV 電能質(zhì)量的疊加效應(yīng)的影響。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量諧波 超標(biāo) 主變電站

Analysis on the Causes of Power Quality Harmonic Exceeding the Standard

in 110 kV Main Substation of Metro

Cheng Chong

(Fuzhou Metro Group Co., Ltd. Fuzhou 350009)

Abstract In order to find out the cause of harmonic exceeding the standard in 110 kV main substation of

Fuzhou Rail Transit Line 1, the three-phase power quality analyzer and modeling platform are used to monitor and

analyze the power supply quality and power consumption of equipment for 110 kV incoming line and 35 kV traction

power load in the main substation of Line 1, analyze the cause of harmonic exceeding the standard on 110 kV side,

and search for possible harmonic pollution sources. Through analysis, it is confirmed that the main cause of harmonic

generation is the rectifier and inverter device of vehicle traction power supply, and the influence of the power quality of

public power grid on the superposition effect of subway 110 kV power quality cannot be ignored.

Keywords Power quality harmonic Exceeding standard Main substation

中圖分類號：TB497 文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-2465(2022)12-0083-05 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2022.12.018

作者簡介：程沖（1985 ～ )，女，本科，工程師，從事地鐵

供電系統(tǒng)、電力系統(tǒng)研究工作。

通訊作者：程沖，E-mail: 283795070@qq.com。

（收稿日期：2022-08-11)

1 背景

某地鐵公司在對管轄范圍內(nèi) 110 kV 主變電站電能

質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備進行數(shù)據(jù)分析時發(fā)現(xiàn)，福州市軌道交通

1、2、5、6 號線相關(guān)電能質(zhì)量監(jiān)測（測試）數(shù)據(jù)，存

在部分頻次諧波超過國家標(biāo)準允許值的情況，其中地

鐵 1 號線主變電站 110 kV 側(cè) 11 次諧波電流呈現(xiàn)超過

國家標(biāo)準限值的情況。筆者單位組織技術(shù)攻關(guān)人員開

展電能質(zhì)量測試，分析諧波產(chǎn)生的原因及諧波污染源。

利用福祿克平臺，對測試數(shù)據(jù)進行建模仿真，查找地

鐵線路電能質(zhì)量諧波超標(biāo)的原因及可能的污染源。

2 概況

福州市軌道交通正值第二輪規(guī)劃建設(shè)期，已投入

載客運營的地鐵線路 4 條，在建地鐵線路 4 條。已投

入運營的 110 kV 主變電站 7 座，擬建及在建的 110 kV

變電所 4 座。已投運的共享主變電站 3 座，其中 1 號

線 A 主變電站帶 1、2 號線。根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)相關(guān)

設(shè)計規(guī)范，保障供電的同時，增加調(diào)整運行方式的可

選性，福州市軌道交通每座 110 kV 主變電站均設(shè)置主

變壓器 2 臺，2 臺主變壓器分別接入國網(wǎng)福州供電公

84 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Safety Analysis

安全分析

司 220 kV A、B 變電站。

目前，該市已投入運行的地鐵線路接觸網(wǎng)的主要

供電方式為 1 500 V 直流供電。即國網(wǎng)從 110 kV 母線

引出 110 kV 電壓等級交流電，經(jīng)地鐵主變電站主變壓

器降壓至 35 kV 后，經(jīng)環(huán)網(wǎng)電纜送至各車站牽引供電

所。再經(jīng)牽引變壓器將 35 kV 交流降壓至 1 500 V 直流

后，供電至接觸網(wǎng)，機車從接觸網(wǎng)取電運行。1 號線

主變電站主接線簡圖如圖 1 所示。

I?

1?????? 1??????

????

S ????

V

G

????

S ????

V

G

????

S ????

V

G

????

S ????

V

G

#1

??

#2?? #1?? #2??

II? I? II?

圖 1 1 號線主變電站主接線簡圖

SVG- 動態(tài)無功補償裝置

3 電能質(zhì)量諧波產(chǎn)生的原因及影響

3.1 電能質(zhì)量諧波產(chǎn)生的原因

地鐵車輛牽引供電的整流和逆變裝置為地鐵供電

系統(tǒng)中電能質(zhì)量波形畸變的主要原因，實際上由于電

網(wǎng)三相電壓不平衡不對稱、牽引整流變壓器的 A、B、

C 三相阻抗不對稱等諸多因素的存在，不可避免地產(chǎn)

生非特征次諧波，在交流側(cè)這些非特征次諧波也將產(chǎn)

生 5、7、11、13 次等不同頻次的諧波。由于軌道交通

牽引供電系統(tǒng)大量采用等效 12 或 24 脈波牽引整流裝

置、UPS（不間斷電源）、整流逆變裝置、變頻器以

及大量使用節(jié)能照明等裝置，這些裝置在節(jié)能的同時，

一方面產(chǎn)生大量的諧波電流并注入電網(wǎng)，增加諧波損

耗進而影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量和供電安全 [1-2]；另一

方面產(chǎn)生的電力諧波對軌道交通相關(guān)機電設(shè)備也造成

不良的影響。若公共電網(wǎng)諧波電壓已超過國家標(biāo)準限

值，對軌道交通電能質(zhì)量也將產(chǎn)生一定的影響。

3.2 電能質(zhì)量諧波超標(biāo)的影響

供電的頻率、電壓幅值和波形畸變等因素都對電

能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。供電系統(tǒng)的系統(tǒng)頻率和電壓

幅值很大程度上由發(fā)電部門控制，如火力發(fā)電廠、水

電站、核電站等發(fā)電企業(yè)。而電流和電壓正弦波形的

畸變主因則為用電、配電設(shè)備或負荷，如照明燈具、

電動機、電阻性發(fā)熱設(shè)備、電容器等產(chǎn)生不良的影響。

隨著技術(shù)、經(jīng)濟的發(fā)展，具有顯著的非線性 [3] 特征的

變頻調(diào)速器、半導(dǎo)體整流設(shè)備、UPS 不間斷電流等新

型用電設(shè)備得到發(fā)展及大范圍普及。高次諧波分量摻

雜在電流波形中，這些電流注入電網(wǎng)后，嚴重影響電

網(wǎng)的電能質(zhì)量，成為電能質(zhì)量水平降低的重要原因，

對公用電網(wǎng)和電力用戶產(chǎn)生不同程度的干擾。如：引

起SVG諧振過載，導(dǎo)致SVG設(shè)備燒壞或無法投入運行，

引起用電設(shè)備不必要的發(fā)熱，增加額外、影響較大的

損耗，致使絕緣部件不堪重負，加快老化速度，使設(shè)

備的使用壽命大大縮短。同時，含有高次諧波的電流，

對接入同一段國網(wǎng)變電站母線的電力系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重的

干擾和影響。

4 電能質(zhì)量諧波測試情況及數(shù)據(jù)分析

4.1 電能質(zhì)量諧波測試情況

為查找主變電站 110 kV 側(cè)諧波超標(biāo)的原因，筆

者單位以該市 1、2、5、6 號線運營主變電所及牽

引供電系統(tǒng)為依托，進行電能質(zhì)量諧波測試。以 1

號線 A、B 主變電站為例，對測試及數(shù)據(jù)分析進行

闡述。

為保證測試效果，筆者單位技術(shù)攻關(guān)小組經(jīng)過討

論，用 Fluke435-Ⅱ（福祿克）型三相電能質(zhì)量分析儀

對設(shè)備供電質(zhì)量及消耗電能量進行監(jiān)測和分析。將測

試點定為 110 kV 進線側(cè)及具有代表性的 35 kV 牽引

動力混合變電所進線開關(guān)。測試 110 kV 進線側(cè)主要

驗證電能質(zhì)量在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，測試

35 kV牽引動力混合變電所進線開關(guān)初步查找諧波源。

測試前，將變電所負荷進線倒閘操作，將牽引負荷集

中至待測開關(guān)，同時將動力照明負荷倒閘至正常運行

開關(guān)，此舉為避免動力照明負荷對測試數(shù)據(jù)的影響。

同樣工況調(diào)整方案，進行動力照明負荷測試。每個測

試點測試時間為 24 h，涵蓋地鐵機車運營高峰、平峰

及低谷期等各個階段。

4.2 測試數(shù)據(jù)分析

● 4.2.1 1 號線 35 kV 牽引動力混合變電所進線

開關(guān)測試數(shù)據(jù)分析

1 號線 35 kV 牽引動力混合變電所進線開關(guān)測試

數(shù)據(jù)分析如圖 2、圖 3 所示，總諧波電壓畸變率統(tǒng)計

見表 1，2 ～ 25 次諧波電壓含有率統(tǒng)計見表 2。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 85

Safety Analysis

安全分析

25

A

0

0

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5 35 kV????????????

THDu0%

5 10 t0h 15 20

B

C

圖 2 總諧波電壓畸變率趨勢圖

5 10 15 20 25 0

1

2

3

UhA0%

5 10 15 20 25 0

2

4

UhB0%

5 10 15 20 25 0

2

4

UhC0%

B?????:6&????????

C?????:6&????????

D?????:6&????????

????

圖 3 2 ～ 25 次諧波電壓含有率分布圖

相別 最小值 最大值 平均值 95% 概率大值 限值

A 相 /% 0.83 4.09 1.96 3.24 3.0

B 相 /% 0.86 4.57 2.11 3.51 3.0

C 相 /% 0.77 4.27 2.02 3.33 3.0

表 1 總諧波電壓畸變率統(tǒng)計報表

諧波次數(shù) A 相 95%

概率大值 /%

B 相 95%

概率大值 /%

C 相 95%

概率大值 /% 限值 /% 是否合格

11 2.9 3.21 3.04 2.4 不合格

表 2 2 ～ 25 次諧波電壓含有率統(tǒng)計報表

注：其余次數(shù)諧波 2 ～ 25 次諧波電壓含有率數(shù)據(jù)合格，此處未

一一列舉。

● 4.2.2 1 號線 A 主所 110 kV II 路進線測試數(shù)

據(jù)分析

總諧波電壓畸變率趨勢如圖 4 所示，諧波電流頻

譜分布趨勢如圖5所示，總諧波電壓畸變率統(tǒng)計見表3，

測試過程中諧波電流 95% 概率大值統(tǒng)計見表 4。

A

B

C

110 kV????????????

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

THDu0%

0 5 10

t0h

15 20 25

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

????0A

5 10

????

1??A??110 kV II??????????

15 20 25

A?

B?

C?

圖 4 總諧波電壓畸變率趨勢圖

圖 5 諧波電流頻譜分布趨勢圖

相別 最大值 最小值 平均值 95% 概率大值 限值 是否合格

A 相 /% 0.96 0.36 0.66 0.79 2.0 合格

B 相 /% 0.94 0.42 0.64 0.78 2.0 合格

C 相 /% 0.99 0.38 0.64 0.79 2.0 合格

表 3 總諧波電壓畸變率統(tǒng)計報表

諧波次數(shù) A 相 95%

概率大值 /%

B 相 95%

概率大值 /%

C 相 95%

概率大值 /%

諧波

限值 /% 是否合格

11 3.12 2.98 3.25 2.53 不合格

表 4 測試過程中諧波電流 95% 概率大值統(tǒng)計報表

注：其余次數(shù)諧波電流 95% 概率大值數(shù)據(jù)合格，此處未一一列舉。

● 4.2.3 1 號線 B 主所 110 kV II 路進線測試數(shù)

據(jù)分析

總諧波電壓畸變率趨勢如圖 6 所示，2 ～ 25 次諧

波電壓含有率分布如圖 7 所示，總諧波電壓畸變率統(tǒng)

計見表 5，2 ～ 25 次諧波電壓含有率統(tǒng)計見表 6。

86 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Safety Analysis

安全分析

????????&?95?A???

????????&?95?B???

????????&?95?C???

5 10 15 20 25 0

1

2

UhA0%

5 10 15 20 25 0

1

2

UhB0%

5 10 15 20 25 0

1

2

? ???

UhC0%

A

B

C

110 kV????????????

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

THDu0%

0 5 10

t0h

15 20 25

圖 6 總諧波電壓畸變率趨勢圖

圖 7 2 ～ 25 次諧波電壓含有率分布圖

相別 最小值 最大值 平均值 95% 概率大值 限值 是否合格

A 相 /% 1.29 2.6 1.84 2.32 2 不合格

B 相 /% 1.14 2.5 1.74 2.18 2 不合格

C 相 /% 1.19 2.59 1.79 2.29 2 不合格

表 5 總諧波電壓畸變率統(tǒng)計報表

諧波次數(shù) A 相 95%

概率大值 /%

B 相 95%

概率大值 /%

C 相 95%

概率大值 /% 限值 /% 是否合格

7 1.94 1.82 1.97 1.6 不合格

表 6 2 ～ 25 次諧波電壓含有率統(tǒng)計報表

注：其余次數(shù)諧波 2 ～ 25 次諧波電壓含有率數(shù)據(jù)合格，此處未

一一列舉。

4.3 建模分析

經(jīng)建模分析，初步得出如下結(jié)論：

1）1 號線 35 kV 牽引動力混合變電所牽引負荷諧

波電壓畸變率 95% 概率值 3.51%，超過國標(biāo)限值規(guī)定

的 3.0%；35 kV 2 ～ 25 次諧波電壓中 11 次諧波電壓

A 相 95% 概率值 2.9%、B 相 95% 概率值 3.21%、C

相 95% 概率值 3.04%，超過限值 2.4%，不合格；其他

諧波電壓未超標(biāo)。諧波電流 95% 概率實際限值 2 ～ 25

次諧波含量均未超標(biāo)。動力照明測試數(shù)據(jù)合格。

2）1 號線 A 主所 110 kV II 路諧波電壓畸變率

95% 概率值 0.79%，滿足國標(biāo)限值規(guī)定要求（國標(biāo)限

值 2.0%）；110 kV 2 ～ 25 次諧波電壓含量均符合國

標(biāo)限值的要求；諧波電流 95% 概率大值 11 次諧波 A

相 3.12%、B 相 2.98%、C 相 3.25%，超過限值 2.53%。

其余頻次諧波電流 95% 概率大值諧波含量均未超標(biāo)。

3）1號線 B 主所 110 kV II 路諧波電壓畸變率

95% 概率值 2.32%，超過國標(biāo)限值規(guī)定的 2.0%；

110 kV 2 ～ 25 次諧波電壓中 7 次諧波電壓 A 相 95%

概率值 1.94%、B 相 95% 概率值 1.82%、C 相 95% 概

率值 1.97%，超過限值 1.6%，不合格，其他諧波電壓

未超標(biāo)。諧波電流 95% 概率實際限值 2 ～ 25 次諧波

含量均未超標(biāo)。

4.4 1 號線 B 主所 110 kV II 路進線背景諧波

測試數(shù)據(jù)分析

為進一步驗證背景諧波對 B 主所 110 kV II 路進線

電能質(zhì)量諧波超標(biāo)影響情況，筆者單位技術(shù)攻關(guān)小組

經(jīng)過討論，將 B 主所 110 kV II 路主變壓器退出運行，

110 kV 電纜調(diào)整成空載運行工況，對背景諧波電壓進

行測試?？傊C波電壓畸變率趨勢如圖 8 所示，總諧波

電壓畸變率統(tǒng)計見表 7 。

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

THDu0%

0 5 10

t0h

15

1??B??110 kV II?????????????

A

B

C

圖 8 總諧波電壓畸變率趨勢圖

相別 最小值 最大值 平均值 95% 概率大值 限值 是否合格

A 相 /% 0.9 1 0.92 1 2.0 合格

B 相 /% 1.7 1.9 1.75 1.8 2.0 合格

C 相 /% 0.7 0.7 0.7 0.7 2.0 合格

表 7 總諧波電壓畸變率統(tǒng)計報表

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 87

Safety Analysis

安全分析

經(jīng)建模分析，1 號線 B 主所 110 kV II 路進線回路

諧波電壓畸變率 95% 概率值 1.8%，接近國標(biāo)限值規(guī)定

的 2.0%。110 kV 2 ～ 25 次諧波電壓未超標(biāo)。諧波電

流 95% 概率實際限值 2 ～ 25 次諧波含量均未超標(biāo)。

5 結(jié)論及后續(xù)技術(shù)攻關(guān)方向

5.1 結(jié)論

通過對測試數(shù)據(jù)進行建模分析，110 kV 主變電站

電能質(zhì)量諧波問題如下：

1）單座 35 kV 牽引動力混合變電所的諧波數(shù)據(jù)未

超過限值，但由于諧波的疊加效應(yīng)影響，在 35 kV 母

線側(cè)及 110 kV 側(cè)，諧波電流表現(xiàn)出接近或超過限值的

情況。該項測試也進一步驗證地鐵供電系統(tǒng)中波形畸

變的主要影響來自牽引供電的車輛整流、逆變裝置，

主要超標(biāo)的諧波次數(shù)為 11 次，與軌道交通供電系統(tǒng)大

量采用等效 12 或 24 脈波牽引整流裝置的供電原理基

本一致。具體超標(biāo)設(shè)備，需進一步測試確認，但需考

慮疊加效應(yīng)的影響程度。

2）不可忽略的是公共電網(wǎng)的電能質(zhì)量對地鐵

110 kV 電能質(zhì)量的疊加效應(yīng)的影響。根據(jù) 1 號線背景

諧波數(shù)據(jù)進行建模分析，去除背景諧波的影響，地鐵

自身運營設(shè)備的諧波超標(biāo)的概率將有所降低。

5.2 后續(xù)攻關(guān)方向

在后續(xù)軌道交通建設(shè)過程中，應(yīng)重點考慮增加電

能質(zhì)量治理設(shè)備，將電能質(zhì)量諧波問題對系統(tǒng)安全穩(wěn)

定影響進行有效控制。

1）治理設(shè)備可以采用靠近污染源的原則進行配置，

即根據(jù)機車頻譜曲線，對諧波數(shù)據(jù)進行建模分析，在

牽引變就地安裝符合容量要求的有源濾波裝置，斬斷

諧波源的傳輸通道，就近治理。

2）治理設(shè)備可以采用就近原則進行配置，在主變

電站側(cè)安裝濾波裝置，該方案可以同步降低 35 kV 環(huán)

網(wǎng)電纜對電能質(zhì)量的影響，將諧波污染源和電纜諧波

放大等問題一并處理。

參考文獻

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與照明 , 2 021(02) ：116-117.

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分析 [J].電工技術(shù) ,2021(13) ：101-102+105.

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生機器人驅(qū)動中的應(yīng)用綜述 [J].中國海洋大學(xué)學(xué)報 (自

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報 ,2018,39(12):1381-1390.

88 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Safety Analysis

安全分析

百萬千瓦超超臨界鍋爐水冷壁缺陷分析

及檢修質(zhì)量控制

于學(xué)濤 婁躍武

（國電電力雙維內(nèi)蒙古上海廟能源有限公司 鄂爾多斯 016200）

摘 要：百萬千瓦超超臨界燃煤鍋爐爐膛大，水冷壁防磨防爆治理工作任務(wù)較重。文章通過介紹超超臨

界直流鍋爐水冷壁結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合鍋爐水冷壁運行及檢修實際情況，分析典型缺陷原因，從檢修過程管理、

檢修工藝實施、運行控制調(diào)整等方面提出專項方案，旨在提升水冷壁檢修質(zhì)量，保證鍋爐安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：百萬千瓦 水冷壁 檢修 控制措施

Defect Analysis and Maintenance Quality Control of Water Wall

of one Million Kilowatt Ultra Supercritical Boiler

Yu Xuetao Lou Yuewu

(Guodian Power Shuangwei Inner Mongolia Shanghaimiao Energy Co., Ltd. Ordos 016200)

Abstract The mega kilowatt ultra supercritical coal-fired boiler has a large furnace and a heavy task of

anti-wear and explosion-proof treatment of water wall. This paper introduces the structural characteristics of water

wall of ultra supercritical once through boiler, analyzes the causes of typical defects in combination with the actual

operation and maintenance of water wall of boiler, and puts forward special plans from the aspects of maintenance

process management, maintenance process implementation, operation control adjustment, etc., aiming to improve the

maintenance quality of water wall and ensure the safe and stable operation of boiler.

Keywords Million kilowatts Water wall Overhaul Control measures

中圖分類號：TB496 文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-2465(2022)12-0088-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2022.12.019

作者簡介：于學(xué)濤（1986 ～ )，男，本科，工程師，從事電

廠鍋爐基建、生產(chǎn)方面的工作。

通訊作者：于學(xué)濤，E-mail: yxt607@126.com。

（收稿日期：2022-10-18）

國內(nèi)某燃煤火力發(fā)電廠 4 臺百萬機組分兩期工程

建設(shè)。目前，一期工程 2 臺機組已全部順利投產(chǎn)，二

期工程 2 臺機組在建。該公司 4 臺機組鍋爐均為超超

臨界參數(shù)變壓直流爐，前后墻對沖燃燒方式、一次中

間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉、全

鋼構(gòu)架 Π 型布置。

新機組投產(chǎn)至今，鍋爐水冷壁受熱面一些問題逐

步暴露出來。雖然在機組檢修期間也開展防磨防爆檢

查，但由于水冷壁布置范圍廣，缺陷隱蔽性高，通過

常規(guī)檢查手段很難將缺陷檢查出來，影響機組長周期

穩(wěn)定運行。因此，需要從設(shè)備檢修以及運行控制等多

個方面進行研究分析，制定并實施專項措施，以有效

消除水冷缺陷隱患，提升機組設(shè)備安全運行水平。

1 水冷壁結(jié)構(gòu)特點

水冷壁由前、后、左、右側(cè)墻構(gòu)成，水冷壁分為

垂直段、過渡段、螺旋段水冷壁。水冷壁管屏均為鋼

管加焊扁鋼的膜式壁，管屏的外側(cè)布置有剛性梁。所

有水冷壁材質(zhì)均為管子加扁鋼焊接而成。其中，螺旋

段水冷壁采用 φ38 mm×6.5 mm 內(nèi)螺紋管，垂直段采

用 φ32 mm×7 mm 光管，后水冷壁折焰角和對流煙道

爐底管采用 φ32 mm×7 mm 和 φ32 mm×6 mm 光管，

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 89

Safety Analysis

安全分析

后水冷壁前屏管束采用 φ76 mm×16 mm 光管，側(cè)水

前包墻采用 φ32 mm×6 mm 光管，所有水冷壁材質(zhì)均

為 12Cr1MoVG。

2 理化檢驗

在 1# 機組檢修期間，對鍋爐上水查漏時發(fā)現(xiàn)標(biāo)

高 52 m 爐后墻螺旋水冷壁管一處高空安裝焊口向火面

（編號：HS8-5#）滲漏，隨即對管子進行取樣送檢。

經(jīng)檢查，焊口打底層硬度值略高于標(biāo)準規(guī)定值，管材

無錯用，金相組織正常，焊口裂紋方向為垂直裂紋，

裂紋擴展方向是由底層開裂向外壁擴展。具體分析

如下：

2.1 化學(xué)成分分析

GB/T 5310—2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》對

于 12Cr1MoVG 化學(xué)成分（Wt%）要求如下：Cr 含

量 0.9% ～ 1.2%，Mo 含 量 0.25% ～ 0.35%，V 含 量

0.15% ～ 0.30%，Mn 含量 0.4% ～ 0.7%。經(jīng)過對焊口

材質(zhì)檢查分析，樣品 Cr 含量 0.97%，Mo 含量 0.27%，

V含量0.22%，Mn含量0.53%，化學(xué)成分符合國標(biāo)要求。

2.2 水冷壁焊口檢查

水冷壁焊口（HS8-5#）宏觀檢查樣貌見圖 1。由

圖 1 可以看出，送檢水冷壁焊口焊接層數(shù)為 2 層，泄

漏管樣泄漏點位于焊縫，裂紋位置為垂直焊縫，裂紋

由內(nèi)壁萌生向外壁擴展。

圖 1 水冷壁焊口裂紋檢查

2.3 硬度檢測（布氏硬度）

DL/T 438—2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》

要求：12Cr1MoVG 鋼管硬度為 135 ～ 195 HB，管件

硬度為 130 ～ 197 HB。

DL/T 869—2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)

程》 要 求： 同 種 鋼 焊 接 接 頭 熱 處 理 后 焊 縫 的 硬

度，不超過母材布氏硬度值加 100 HBW，且不超

過 下 列 規(guī) 定 ：合 金 總 含 量 ≤ 3%，布氏硬度值≤

270 HBW。水冷壁硬度檢查位置示例見圖 2，通過對

送檢樣管母材、焊縫同區(qū)域各抽取 3 點進行檢測，實

測樣管的硬度見表 1。

圖 2 水冷壁硬度檢查位置示例

位置 1 2 3

背火面焊縫硬度 273 277 277

背火面母材 1 硬度 167 170 172

背火面母材 2 硬度 170 170 164

向火面焊縫硬度 263 273 263

向火面母材 1 硬度 160 164 164

向火面母材 2 硬度 164 162 157

表 1 實測樣管的硬度 HBW

通過樣管實測硬度可看出，樣管硬度最大值出現(xiàn)

在背火面焊縫為 277 HB，但硬度值超出范圍不大，其

他檢測的母材及焊縫硬度值符合要求。

2.4 金相組織檢測（示例）

通過對試樣進行金相檢測，焊縫組織為回火貝氏

體組織，見圖 3；母材為鐵素體 + 回火貝氏體組織，

球化級別 2 ～ 3 級，未見明顯老化，金相組織未見明

顯異常，見圖 4。裂紋由焊縫內(nèi)壁向外壁擴展，方式

為穿晶加沿晶。

圖 3 焊縫金相組織

90 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Safety Analysis

安全分析

圖 4 母材金相組織

3 原因分析

經(jīng)排查，失效焊口為安裝焊口，與冬季施工沒有

明顯關(guān)系。經(jīng)對焊接工藝、實際焊接過程、失效焊口

金相等情況進行研究分析，認為焊接殘余應(yīng)力是導(dǎo)致

焊縫開裂失效的主要原因，結(jié)構(gòu)應(yīng)力是次要原因。

焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因是單層熱輸入量大、

底層硬度超標(biāo)以及焊前預(yù)熱時間、方式不當(dāng)，焊后緩

冷處理不當(dāng)。

結(jié)構(gòu)應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因是管屏尺寸偏差、焊口對

口間隙偏差、焊縫收縮量大、殘余應(yīng)力大，以及由于鍋爐

膨脹受阻，膨脹不均勻，部分結(jié)構(gòu)安裝偏差較大所致。

4 檢修處理措施

針對水冷壁焊口缺陷分析情況，制定出可行的處

理方案，結(jié)合鍋爐防磨防爆檢查工作實施，取得了較

好效果。

4.1 排查焊口施焊情況

按照檢修工藝及規(guī)范要求，及時更換缺陷管。對

缺陷焊口的焊工施焊情況進行排查。缺陷焊口涉及的

基建期焊工持有效證件上崗，焊接項目均能覆蓋并在

有效期內(nèi)，現(xiàn)場考試合格。對鍋爐水冷壁受熱面全部

施工焊口射線底片進行 100% 復(fù)查，重點對該焊工施

焊焊口底片進行檢查，底片未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。

4.2 現(xiàn)場割管送檢

檢修期間，割取螺旋水冷壁焊口泄漏附近試樣送

檢。試樣割取原則：

1）水冷壁泄漏點鄰近部位。

2）應(yīng)力集中區(qū)域、冬季施工區(qū)域。

3）泄漏焊口涉及焊工施焊部位。

4）切管全部采用機械切割。

4.3 采取射線抽檢措施

加強監(jiān)督檢查力度，利用檢修機會，采用無損方

法定期對易裂區(qū)域進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題 [1]。檢修

期間，在冷灰斗排渣口搭設(shè)平臺組裝檢修吊籃，左右、

前后 2 組吊籃同時對水冷壁焊口進行射線抽檢作業(yè)。

檢測人員及射線探傷設(shè)備、底片材料應(yīng)充足。抽檢原則：

1）以鍋爐投運后缺陷的焊口為中心點，相鄰焊口

進行抽檢擴探。

2）對冬季施工的水冷壁焊口進行抽檢擴探，抽檢

比例 10%。

3）優(yōu)先對鍋爐結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大部位（水冷壁中間集

箱接螺旋段焊口、水冷壁轉(zhuǎn)角部位螺旋段焊口、水冷

壁冷灰斗位置焊口）進行抽檢擴探。

4）重點對失效焊口焊工施焊焊口進行抽檢擴探。

5）射線檢測采用垂直透照方式，優(yōu)先采用冷陰極。

6）抽檢擴探存在超標(biāo)焊接缺陷（如裂紋、氣孔、

咬邊、夾渣等），則該區(qū)域焊口采取加倍擴檢措施，

所有問題焊口全部換管處理。

4.4 水冷壁鰭片焊縫抽檢措施

1）廠內(nèi)制造鰭片抽檢。對設(shè)備制造期間存在氣孔、

咬邊、成型差等外觀缺陷問題的鰭片焊縫進行射線抽

檢。若發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷全部返修處理，并加倍擴大檢查。

2）現(xiàn)場施工鰭片抽檢。抽查水冷壁管與鰭片焊縫

（重點關(guān)注二保焊施焊鰭片焊縫）。對使用二保焊焊

接的鰭片焊縫，利用吊籠在射線檢測空閑時間進行宏

觀檢查，并抽取 10% 進行磁粉檢測。發(fā)現(xiàn)咬邊、氣孔、

成型不良等缺陷的部位打磨干凈，再次通過滲透或磁

粉探傷確認無裂紋缺陷再補焊。

4.5 焊縫硬度抽檢

檢修期間，對射線抽檢焊口進行 100% 硬度檢測。

對檢測超標(biāo)焊縫進行割樣，送出進一步檢驗。

4.6 光譜抽檢

對本次檢修期間射線抽檢焊口進行 100% 光譜檢

測。對抽檢焊口兩側(cè)管道母材、鰭片焊縫進行 100%

光譜檢測。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 91

Safety Analysis

安全分析

4.7 開展水冷壁防爆防磨專項檢查工作

1）檢查噴燃器、吹灰器、火焰電視、紅外溫度探

頭、四管泄漏探點、燃燒器大風(fēng)箱與水冷壁角連接焊

縫及各觀察孔周圍的水冷壁管結(jié)焦情況，檢查有無明

顯脹粗、裂紋、腐蝕、磨損等現(xiàn)象做好測厚并記錄。

2）檢查燃燒器附近的管子彎頭、直管段有無鼓包、

損傷（吹掃等）及局部缺陷。

3）檢查冷灰斗出口處水冷壁管磨損情況及四角密

封塊有無裂紋現(xiàn)象。檢查水冷壁冷灰斗砸傷、磨損情況。

檢查冷灰斗四角區(qū)域磨損情況。

4）螺旋水冷壁出口集箱至冷灰斗管排檢查，冷灰

斗管排鰭片檢查并測厚檢查，冷灰斗斜坡沖灰及砸傷

情況檢查。抽查水冷壁進口集箱、后包墻下集箱、前

包墻下集箱管座角焊縫，抽取管座向火面角焊縫進行

磁粉檢查，若發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷采取加倍擴檢措施。根據(jù)

檢查結(jié)果聯(lián)系鍋爐廠制定修復(fù)方案，按方案進行挖補

修復(fù)及熱處理。

5）水冷壁懸吊管有無彎曲變形脹粗、鼓包、磨損

情況，管排的固定卡有無開焊現(xiàn)象，測厚記錄。

4.8 鍋爐運行期間壁溫排查

將運行期間壁溫曲線進行篩查，若有壁溫異常波

動標(biāo)識出具體位置，對壁溫異常位置周邊 1 m 區(qū)域進

行射線異物檢查，發(fā)現(xiàn)異物割管清除。

4.9 鍋爐水冷壁失效焊口處理方案

如經(jīng)擴檢后發(fā)現(xiàn)鍋爐水冷壁安裝、組合焊口存在

超標(biāo)焊接缺陷（如裂紋、氣孔、咬邊、夾渣等），應(yīng)

立即采取換管處理。備用水冷壁管應(yīng)與原設(shè)計管子材

質(zhì)、規(guī)格相同（須經(jīng)光譜、硬度、金相、通球復(fù)檢）。

換管施焊時需嚴格按照焊接工藝要求執(zhí)行。

鰭片焊接采用雙面焊接，檢修鰭片焊縫總高度控

制在 5 mm 左右。鰭片缺陷較嚴重已經(jīng)延伸至母材的

部位做更換管段處理，裂紋未擴展至母材的打磨補焊

同時打止裂孔。

5 預(yù)控措施

1）加強檢測管理。利用機組檢修機會，分批對

爐膛水冷壁焊口進行射線檢查，對鰭片焊縫進行磁

粉、滲透檢查。利用停爐檢修機會，對水冷壁管自

上而下內(nèi)窺抽查，徹底消除異物或焊瘤等影響流體

介質(zhì)換熱因素 [2]。

2）加強焊接管理。檢修工作時，換管及焊接應(yīng)嚴

格按照焊接工藝及熱處理工藝執(zhí)行。主要有以下 3 點：

（1) 消除殘余應(yīng)力影響。檢修時應(yīng)保證管子無錯口、

折口情況，對口間隙合格，焊縫金屬填充量適中，以

消除檢修施工造成的殘余應(yīng)力影響。（2) 螺旋水冷壁

小徑厚壁管焊縫較為集中，在焊接過程中分層分道焊

接時收弧應(yīng)錯開。（3) 所有水冷壁受熱面小徑管全部

采用全氬弧手工焊接，對焊工技能水平要求較高。檢

修作業(yè)時，應(yīng)及時檢查焊工狀態(tài)、操作技術(shù)水平；控

制焊接速度，避免焊接電流過大，防止焊縫收弧位置

出現(xiàn)弧坑，消除低溫、風(fēng)沙、雨水等環(huán)境因素的影響，

以保證焊接質(zhì)量。

3）在無損檢測方面增加新設(shè)備、新工藝、新的檢

驗方法，并且射線檢測增加垂直透照方式，提高焊縫

缺陷的檢出率。同時，利用檢修機會，使用內(nèi)窺鏡對

水冷壁管自上而下抽查，消除異物或焊瘤等影響流體

介質(zhì)換熱因素。

4）每次停爐檢修在鍋爐點火前，提前組織上水

查漏。

5）加強對運行機組運行方式的監(jiān)控，加強啟、停

爐及升降負荷速率的控制，減小負荷變化造成的水冷

壁溫度的頻繁波動 [3]。同時，對鍋爐膨脹數(shù)據(jù)進行持

續(xù)監(jiān)測，確保鍋爐安全運行。

6 結(jié)束語

本文介紹了百萬千瓦超超臨界鍋爐水冷壁的缺陷

原因及檢修質(zhì)量控制措施。在實際檢修維護過程中，

還應(yīng)做好現(xiàn)場施工組織，加強水冷壁檢修維護工作質(zhì)

量，以高效完成受熱面檢修的安全、質(zhì)量、進度目標(biāo)，

提升機組設(shè)備運行可靠性。

參考文獻

[1] 黃橋生，牟申周，胡浩波，等. 超臨界機組水冷壁

橫向裂紋成因分析及預(yù)防措施 [J]. 礦冶工程，2019，

39(04) ：145-147.

[2] 高翔，賀衛(wèi)國 . 超臨界鍋爐水冷壁爆管原因分析和

預(yù)防措施 [J].山西科技 , 2014, 29(06): 148-150.

[3] 馮巖，婁錦東 . 超超臨界水冷壁裂紋原因分析 [J].

鍋爐制造 , 2013(01): 24-26.

92 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Industry Dynamics

行業(yè)動態(tài)

英特邁往 奮勇直前

張 濤 田華榮

（北京網(wǎng)聯(lián)直流工程技術(shù)有限公司 北京 102209）

在國家電網(wǎng)有限公司的大力支持下，北京網(wǎng)聯(lián)直

流工程技術(shù)有限公司（以下簡稱網(wǎng)聯(lián)公司）于 1998 年

成為北京市高新技術(shù)企業(yè)，通過消化吸收和技術(shù)再創(chuàng)

新，成功引入先進的工程設(shè)備技術(shù)咨詢和管理理念。

它是國內(nèi)首批設(shè)備監(jiān)理企業(yè)，并于 2006 年獲得設(shè)備

工程監(jiān)理甲級資質(zhì)，先后承擔(dān)了 ±400 kV、±500 kV、

±660 kV、±800 kV、±1 100 kV 高壓 / 特高壓直流輸

電工程和 ±200 kV、±320 kV、±400 kV、±420 kV、

±500 kV 柔性直流輸電工程換流站設(shè)備以及 1 000 kV

特高壓交流輸變電工程設(shè)備材料的監(jiān)造任務(wù)，涉及 48

個重大工程項目。伴隨著中國直流技術(shù)的快速升級不

斷發(fā)展壯大，網(wǎng)聯(lián)公司目前已成為直流輸電工程成套

設(shè)備咨詢、監(jiān)造領(lǐng)域的國內(nèi)權(quán)威機構(gòu)。

1 扎實開展設(shè)備監(jiān)造工作，助力電網(wǎng)建設(shè)

伴隨著西電東送、北電南送電力大通道的建設(shè)和

電網(wǎng)設(shè)備的升級迭代，網(wǎng)聯(lián)公司承擔(dān)了眾多特高壓

交 / 直流、柔性直流、線材類與風(fēng)電設(shè)備監(jiān)造工作，

涵蓋了換流閥、換流變、平抗、直流斷路器等多類產(chǎn)

品。例如：基于電流源型換相技術(shù)的白鶴灘至浙江

±800 kV、昌吉至古泉±1100 kV特高壓直流輸電工程，

基于電壓源型換相技術(shù)的張北柔直電網(wǎng)工程、如東海

上風(fēng)電柔直工程等，基于電流、電壓源型混合級聯(lián)技

術(shù)的白鶴灘至江蘇 ±800 kV 特高壓直流輸電工程等。

設(shè)備監(jiān)造工作全面涵蓋直流輸電設(shè)備全壽命周期。

在設(shè)計階段，主要參與設(shè)計聯(lián)絡(luò)并主持設(shè)計凍結(jié)工作，

為設(shè)備質(zhì)量管控奠定基礎(chǔ)；在工程建設(shè)和運維階段，

重點開展設(shè)備生產(chǎn)試驗監(jiān)造、現(xiàn)場安裝技術(shù)支撐，并

在運行期間針對設(shè)備問題提供技術(shù)咨詢，形成閉環(huán)反

饋機制，支撐設(shè)備質(zhì)量迭代提升。

1.1 抓實見證，助力輸電技術(shù)跨越式發(fā)展

昌吉至古泉 ±1 100 kV 特高壓直流輸電工程輸送

容量達 12 000 MΩ，是世界上電壓等級最高、輸送容

量最大、輸電距離最遠、技術(shù)水平最先進的特高壓直

流輸電工程。針對換流變壓器出現(xiàn)的閥側(cè)出線裝置絕

緣裕度不足以及套管試驗故障問題，匯集整理了制造

過程中典型問題的處理方案，特別針對閥側(cè)出線裝置

的現(xiàn)場獨立試驗方案的制定和執(zhí)行提供技術(shù)支持。派

遣專業(yè)技術(shù)人員赴昌吉站現(xiàn)場，開展換流變設(shè)備現(xiàn)場

安裝調(diào)試質(zhì)量監(jiān)督工作，見證了換流變從生產(chǎn)制造到

現(xiàn)場調(diào)試的全部關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并對其關(guān)鍵工藝工序節(jié)點

的質(zhì)量管控提供技術(shù)實施方案。

張北柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程為張北—康保—

豐寧—北京四端柔性直流電網(wǎng)，系統(tǒng)電壓 ±500 kV，

是世界首個柔性直流電網(wǎng)工程，匯集和輸送大規(guī)模風(fēng)

電、光伏、儲能、抽蓄等多種形態(tài)能源。作為國內(nèi)唯

一承擔(dān)直流斷路器監(jiān)造任務(wù)的單位，牽頭國內(nèi)廠家開

展了直流斷路器可靠性提升專項工作，針對直流斷路

器控制保護系統(tǒng)、高電位板卡、關(guān)鍵組部件、分系統(tǒng)

試驗、整機例行試驗 5 個方面的問題進行了專項研究，

形成了 11 項標(biāo)準化指導(dǎo)文件，提出了提升直流斷路器

可靠性的 154 項通用要求、90 項強制要求、466 項試

驗要求，突破了數(shù)十項直流斷路器工業(yè)化過程中面臨

的可靠性難題，實現(xiàn)了該設(shè)備生產(chǎn)、試驗的全過程精

準管控和全方位技術(shù)支撐，保障了設(shè)備的成功研制。

1.2 借船出海，助力“一帶一路”電力大通

道建設(shè)

網(wǎng)聯(lián)公司積極開拓海外工程設(shè)備監(jiān)造業(yè)務(wù)，完成

巴西美麗山 ±800 kV 特高壓直流送出二期項目、巴基

斯坦默拉 ±660 kV 直流輸電項目，包括換流變壓器、

換流閥、平波電抗器、直流控制保護系統(tǒng)等主要設(shè)備。

巴西美麗山 ±800 kV 特高壓直流送出二期項目輸

送容量 4 000 MΩ，2017 年 8 月全面開工建設(shè)，2019

年 11 月建成投運。它不僅實現(xiàn)了中國特高壓輸電技術(shù)、

電工裝備、工程總承包和運行管理的一體化“出海”，

作者簡介：張濤（ 1 9 7 4～ )，男，博士，教授級高工，

從事高壓直流系統(tǒng)的技術(shù)咨詢，參與常規(guī)直流、柔性直流、

±800 kV/±1 100 kV 特高壓等諸多重大直流工程的關(guān)鍵技術(shù)研

究及系統(tǒng)設(shè)計工作。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2022.06 93

Industry Dynamics

行業(yè)動態(tài)

還成為中國在巴西乃至拉美地區(qū)推進“一帶一路”建

設(shè)的重要實踐。作為換流站用國內(nèi)及歐洲設(shè)備的監(jiān)造

執(zhí)行主體，認真抓好設(shè)備制造的質(zhì)量管控，逐項落實

設(shè)備免維護措施，完成了換流站核心設(shè)備監(jiān)造任務(wù)。

2 全力推進專項管控工作，支撐技術(shù)發(fā)展

首臺套設(shè)備質(zhì)量管控取得重要成效。直流工程的

技術(shù)參數(shù)更新升級速度快、定制化程度高，需要大量

依靠設(shè)備進步和新設(shè)備研發(fā)給予支撐，導(dǎo)致直流工程

大量核心設(shè)備均為首臺首套設(shè)備。設(shè)備監(jiān)造技術(shù)團隊

突破了多個首臺套設(shè)備工業(yè)化過程中面臨的可靠性難

題，實現(xiàn)了全過程精準管控和全方位技術(shù)支撐，護航

大國重器研制，助力輸電技術(shù)升級。支撐白江工程世

界上首批 ±400 kV 直流可控自恢復(fù)消能裝置的工程應(yīng)

用，為創(chuàng)新設(shè)備成功研制保駕護航，首次構(gòu)建了涵蓋

可控消能裝置試驗檢測體系；支撐廈門工程中世界首

臺套真雙極高壓大容量柔直換流閥的工程運行與可靠

性提升改造，改造后年可用率提升 40% 以上；支撐張

北工程世界上首批最高電壓等級、最強電流開斷能力、

3 種技術(shù)路線的 ±500 kV 直流斷路器的工程應(yīng)用，在

設(shè)備出廠前發(fā)現(xiàn)并解決多項重要質(zhì)量缺陷。

關(guān)鍵設(shè)備可靠性水平提升再上新臺階。針對柔性

直流換流閥國內(nèi)研究基礎(chǔ)薄弱等問題，攻關(guān)團隊從細

微處入手，對各項技術(shù)細節(jié)均逐一調(diào)研、充分討論、

反復(fù)推敲，圍繞二次控制板卡、閥控裝置、冷卻系統(tǒng)、

關(guān)鍵組部件、分系統(tǒng)試驗、整機例行試驗等 12 個方

面問題進行專項研究，形成 22 項標(biāo)準化文件，提出

了提升柔直工程可靠性的 352 項通用要求及 156 項強

制要求。形成全面覆蓋產(chǎn)品設(shè)計、工藝、試驗的通用

技術(shù)標(biāo)準體系，首次完成換流閥 IGBT 驅(qū)動板、中控

板、通信接口及故障錄波通用技術(shù)要求等標(biāo)準制定，

填補我國相關(guān)標(biāo)準領(lǐng)域空白，為國內(nèi)換流閥、直流斷

路器產(chǎn)品生產(chǎn)、裝配、試驗各環(huán)節(jié)提供有力依據(jù)，切

實提高了國產(chǎn)設(shè)備整體研制水平，有效提升了國際

競爭力。

核心組部件質(zhì)量管控與國產(chǎn)化穩(wěn)步推進。IGBT 器

件、高端換流變壓器國產(chǎn)閥側(cè)套管是“卡脖子”關(guān)鍵

組部件。通過技術(shù)攻關(guān)，提出了柔直閥用大容量器件

的可靠性專項試驗方法，成功發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)化器件在型式

及出廠試驗中未曾發(fā)現(xiàn)的重大質(zhì)量缺陷，保障了國產(chǎn)

器件的首次批量應(yīng)用。相關(guān)試驗方法已成為柔直閥質(zhì)

量管控的重要技術(shù)手段，并在張北、如東、白江等工

程中得到推廣，助力實現(xiàn)白江工程中 IGBT 器件國產(chǎn)

化占比達 60% 以上。作為國產(chǎn)高端閥側(cè)套管首次批量

化應(yīng)用的監(jiān)造單位，從設(shè)計、工藝、試驗、運輸方面

全面梳理了技術(shù)難點和管控要點，提出專項質(zhì)量管控

措施，開展駐廠監(jiān)造，保障國產(chǎn)高端閥側(cè)套管首次批

量應(yīng)用。

3 不斷充實科研創(chuàng)新實力，促進數(shù)字化發(fā)展

不斷突破“科技創(chuàng)新瓶頸”。網(wǎng)聯(lián)公司作為國家

電網(wǎng)公司代表單位，參與市場監(jiān)管總局的《電力行業(yè)

設(shè)備監(jiān)理成效研究》課題研究。參與 2 項國家重點和

1 項省重點科研項目，牽頭多項國家電網(wǎng)公司科技項

目。主導(dǎo)和參與制定電氣主設(shè)備國內(nèi)各級各類標(biāo)準，

參與 2 項 IEC 國際標(biāo)準的編制。牽頭制定了行業(yè)標(biāo)準

DL/T 1793—2017《柔性直流輸電設(shè)備監(jiān)造技術(shù)導(dǎo)則》

和中電聯(lián)、中國設(shè)備監(jiān)理協(xié)會的團體標(biāo)準 10 余項。近

3 年來，授權(quán)發(fā)明專利 6 項，軟件著作權(quán) 1 項，發(fā)表

及錄用論文 20 余篇。曾 3 次獲得“全國優(yōu)秀設(shè)備工程

監(jiān)理單位”，榮獲國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎 1 項、國

家電網(wǎng)有限公司科技獎多項。編寫出版《特高壓直流

輸電工程換流站設(shè)備監(jiān)造指南》叢書 1 套，為監(jiān)造事

業(yè)貢獻自己的力量。

加速開展“數(shù)據(jù)價值挖掘”?；诒O(jiān)造平臺的建

設(shè)工作，積極拓展高端電力裝備咨詢業(yè)務(wù)。結(jié)合網(wǎng)聯(lián)

公司設(shè)備監(jiān)造中心近年來取得的科研成果，開展變壓

器機械防爆設(shè)計、壓力泄放裝置選擇以及布置等技術(shù)

校核咨詢工作。充分利用并完善數(shù)字化管控平臺，依

托監(jiān)造現(xiàn)場實時管控平臺，實現(xiàn)監(jiān)造業(yè)務(wù)全周期管控

流程規(guī)范化、標(biāo)準化提升。進一步完善直流工程設(shè)備

問題案例庫，為后續(xù)工程設(shè)備質(zhì)量提升提供指導(dǎo)。

積極推動“業(yè)務(wù)工作上網(wǎng)”。全力保障新冠肺炎

疫情期間監(jiān)造業(yè)務(wù)正常開展，制定“無接觸式”關(guān)鍵

環(huán)節(jié)監(jiān)造方案，采取實時視頻交互、影像資料審核等

方式，對重要生產(chǎn)試驗工序進行可視化監(jiān)造。組織各

設(shè)備技術(shù)專責(zé)，為駐廠組提供專業(yè)支持。滾動開展專

業(yè)知識和監(jiān)造流程培訓(xùn)，協(xié)助駐廠組解決生產(chǎn)試驗監(jiān)

造過程中遇到的技術(shù)難題。協(xié)同設(shè)備廠家組織開展技

術(shù)交底，培訓(xùn)駐廠人員充分了解設(shè)計方案，把握生產(chǎn)

和試驗的重要環(huán)節(jié)，明確質(zhì)量管控要點，為監(jiān)造工作

的順利開展打下堅實基礎(chǔ)。

94 2022.06 設(shè)備監(jiān)理

Industry Dynamics

行業(yè)動態(tài)

4 黨建引領(lǐng)邁向新階段，奮斗正當(dāng)時

為進一步持續(xù)深化習(xí)近平新時代中國特色社會主

義思想學(xué)習(xí)教育，增強政治自覺、理論自信、情感融入，

網(wǎng)聯(lián)公司黨組織全力開展“黨建 + 特高壓建設(shè)”活動，

努力推進電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展。

充分發(fā)揮青年黨員先鋒力量，深度開展特高壓核

心設(shè)備“回頭看、向前看”。為進一步響應(yīng)特高壓工

程“六精四化”建設(shè)要求，在實踐中不斷錘煉斗爭精

神和斗爭本領(lǐng)，將偉大建黨精神注入特高壓事業(yè)，

用實際行動助力“雙碳”。組建各專業(yè)黨員攻關(guān)團

隊，不斷突破、砥礪前行。針對白鶴灘至江蘇特高壓

直流工程換流閥各類關(guān)鍵組部件系統(tǒng)梳理產(chǎn)品設(shè)計短

板，深入廠家、試驗站現(xiàn)場參與可靠性測試及分析，

反復(fù)推敲、逐項核實技術(shù)細節(jié)，歸納、提煉質(zhì)量管控

提升點；在可控消能裝置監(jiān)造過程中，面對時間緊、

任務(wù)重的工程要求，支部團隊扎根生產(chǎn)試驗一線，克

服疫情影響，加大各關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量管控力度，有效保

證了設(shè)備制造工藝和精度，確保首臺套核心裝備的

成功研制。

扎實推進思想政治建設(shè)，提升監(jiān)造團隊凝聚力、

行動力。利用“三會一課”、主題黨日活動等扎實開

展各類教育學(xué)習(xí)活動，支部書記帶頭講黨課，鞏固黨

史學(xué)習(xí)教育成果，深化形勢任務(wù)教育，筑牢思想基礎(chǔ)。

黨員先鋒勇挑重擔(dān)，強化正向激勵管理，開展一線員

工“送溫暖”活動，與駐廠監(jiān)造人員談近況、嘮家常、

問冷暖，激發(fā)一線監(jiān)造團隊組織活力。冬奧期間，黨

員團隊積極參與冬奧保電團隊，赴張北工程延慶站現(xiàn)

場參加保電工作，為北京冬奧盛會貢獻力量。

5 結(jié)束語

依托國家電網(wǎng)有限公司整體優(yōu)勢，網(wǎng)聯(lián)公司憑借

強大的技術(shù)實力和多年特高壓直流輸電工程設(shè)備監(jiān)造

的經(jīng)驗積累，設(shè)備監(jiān)造業(yè)務(wù)在國家電網(wǎng)特高壓直流輸

電、柔性直流輸電主設(shè)備監(jiān)造服務(wù)工作中處于主導(dǎo)地

位，并將監(jiān)造業(yè)務(wù)拓展至特高壓交流輸變電工程、海

上風(fēng)電、風(fēng)機制造等領(lǐng)域，實現(xiàn)了特高壓交直流輸電

設(shè)備監(jiān)造業(yè)務(wù)的覆蓋。結(jié)合豐富的直流輸電工程設(shè)備

監(jiān)造、工程咨詢和調(diào)試經(jīng)驗，已成為當(dāng)前引領(lǐng)特高壓

直流輸電技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的力量。

網(wǎng)聯(lián)公司將以構(gòu)建科學(xué)規(guī)范的業(yè)務(wù)運營管理機制

為支撐，以優(yōu)秀人才隊伍建設(shè)為保障，加快建設(shè)“技

術(shù)領(lǐng)先、服務(wù)優(yōu)質(zhì)”的設(shè)備咨詢機構(gòu)，持續(xù)發(fā)揮對物

資質(zhì)量管控與評價決策的全面支撐和服務(wù)作用。依托

中國設(shè)備監(jiān)理協(xié)會平臺，持續(xù)深化特高壓設(shè)備監(jiān)造工

作，實現(xiàn)監(jiān)造主業(yè)、科研攻關(guān)、管理創(chuàng)新齊頭并進的

良好局面。

其機械疲勞破壞是拉桿的主要破壞形式。拉桿作為抓

斗卸船機的主要受力部件，一旦發(fā)生破壞將會導(dǎo)致設(shè)

備停運、碼頭裝卸物流停滯，造成較大的損失。上述

通過對抓斗卸船機上半部分拉桿在組合工況（基本載

荷工況和偶然載荷工況）下前大梁水平伸直狀態(tài)、小

車抓斗滿載在前大梁端梁處時受力狀態(tài)進行模擬，找

出其受力較大的迎風(fēng)拉桿上半部位，布置無線應(yīng)力監(jiān)

測裝備，根據(jù)其一個循環(huán)內(nèi)的監(jiān)測結(jié)果與有限元模擬

的結(jié)果對比，找出其變形量較大的拉桿，有助于科學(xué)

準確地制定拉桿維護保養(yǎng)及檢測的方案，實現(xiàn)設(shè)備的

科學(xué)管理和保養(yǎng)，有助于制定部件更換的最佳時間，

提高了抓斗卸船機的工作效率，保障了港口碼頭的安

全生產(chǎn)。

（上接第 74 頁）

參考文獻

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