PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.05 47

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在起重機(jī)檢驗(yàn)檢測中的優(yōu)勢

1.1 實(shí)時(shí)性

傳統(tǒng)的起重機(jī)檢驗(yàn)通常涉及周期性的人工巡檢，

這種方式容易因人力資源不足、檢測頻率低等問題而

導(dǎo)致問題的漏檢或延遲發(fā)現(xiàn)。然而，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析，能夠在設(shè)備運(yùn)行過程中

實(shí)時(shí)監(jiān)測其狀態(tài)和性能。首先，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)允許設(shè)

備數(shù)據(jù)的即時(shí)傳輸和處理。其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅可

以收集當(dāng)前的設(shè)備數(shù)據(jù)，還可以通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)識(shí)

別出可能的故障模式和異常行為，當(dāng)系統(tǒng)檢測到與先

前數(shù)據(jù)不符的情況時(shí)，可以自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒相關(guān)

人員進(jìn)行進(jìn)一步的檢查和維護(hù)，這種預(yù)警機(jī)制可以

大大減少因設(shè)備故障而造成的停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)

效率 [1]。

1.2 準(zhǔn)確性

傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法常常受到人為主觀因素的影響，而

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過數(shù)據(jù)采集和智能分析，能夠在更高的

精度下對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評估。由于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和客

觀性，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以更準(zhǔn)確地識(shí)別設(shè)備的工作狀態(tài)

和潛在問題，相較于人工巡檢，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)排除了人

為主觀判斷的誤差，從而提供了更加可信賴的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和設(shè)備特性，建立

預(yù)測模型來判斷可能的故障模式。通過與實(shí)際數(shù)據(jù)的對

比，系統(tǒng)能夠更精確地預(yù)測設(shè)備可能出現(xiàn)的問題，并在

早期階段發(fā)出警報(bào)，這種準(zhǔn)確的故障預(yù)測有助于及時(shí)采

取維護(hù)措施，避免設(shè)備故障帶來的不必要損失。

1.3 自動(dòng)化

傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法通常需要人工參與，操作煩瑣且耗

時(shí)，容易因人為因素引入誤差，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過傳

感器的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)傳輸以及智能分析，實(shí)現(xiàn)

了檢測過程的自動(dòng)化。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，傳感器可以

自動(dòng)感知起重機(jī)的各種數(shù)據(jù)，無須人工干預(yù)。這些數(shù)

據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行钠脚_(tái)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將其與設(shè)定

的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對。一旦數(shù)據(jù)異?；虺鲱A(yù)設(shè)范圍，系

統(tǒng)將自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)，通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。這種自

動(dòng)化的過程減少了人工操作的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也保證了數(shù)

據(jù)的客觀性和準(zhǔn)確性。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)分析

方面的自動(dòng)化也為起重機(jī)檢驗(yàn)檢測帶來了優(yōu)勢。傳統(tǒng)

的數(shù)據(jù)分析需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力，而物聯(lián)網(wǎng)技

術(shù)能夠利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行

自動(dòng)處理和挖掘。系統(tǒng)可以識(shí)別出與設(shè)備運(yùn)行相關(guān)的

模式和規(guī)律，從而預(yù)測可能出現(xiàn)的故障和問題，實(shí)現(xiàn)

對維護(hù)需求的自動(dòng)判斷 [2]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在起重機(jī)檢驗(yàn)檢測中的應(yīng)用

2.1 起重機(jī)減速箱檢驗(yàn)

起重機(jī)的減速箱作為重要傳動(dòng)部件，在保障設(shè)備

正常運(yùn)行和安全性方面具有關(guān)鍵作用，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在

起重機(jī)減速箱檢驗(yàn)中的應(yīng)用，不僅提高了監(jiān)測效率，

還優(yōu)化了故障診斷和維護(hù)過程。減速箱通常承受高負(fù)

荷和頻繁的運(yùn)轉(zhuǎn)，容易受到磨損、振動(dòng)等影響。傳

統(tǒng)檢驗(yàn)方法往往需要停機(jī)維護(hù)，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷和維護(hù)

成本的增加。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過在減速箱中部署傳感

器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測減速箱的振動(dòng)、溫度、潤滑油狀態(tài)

等關(guān)鍵參數(shù)，這些數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)傳輸?shù)街行钠?/p>

臺(tái)，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。通過與歷史數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)模

型的對比，系統(tǒng)可以檢測出異常情況，并自動(dòng)發(fā)出

警報(bào)。

2.2 起重機(jī)安全防護(hù)裝置檢驗(yàn)

安全防護(hù)裝置通常包括限位器、載荷傳感器、安

全開關(guān)等，用于監(jiān)測起重機(jī)的工作狀態(tài)和環(huán)境，一旦

發(fā)現(xiàn)異常情況，能夠及時(shí)采取措施停止設(shè)備運(yùn)行，防

止事故發(fā)生。傳統(tǒng)的安全防護(hù)裝置檢驗(yàn)通常需要定期

人工檢查，存在人力不足、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等問題，而物

聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)測和

智能分析，提高了檢驗(yàn)的效率和準(zhǔn)確性。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

可以在關(guān)鍵部位安裝傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測安全防護(hù)裝置

的狀態(tài)。例如，載荷傳感器可以監(jiān)測起重物的重量，

限位器可以監(jiān)測起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)范圍，這些傳感器通過

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至中心平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對裝置狀態(tài)

的實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過數(shù)據(jù)分析算

法對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，識(shí)別出異常情況。例如，

當(dāng)載荷傳感器檢測到超出額定負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)

出警報(bào)，中止起重機(jī)的操作 [3]。

2.3 起重機(jī)主梁中上拱度檢測

起重機(jī)主梁的中上拱度檢測對于設(shè)備的結(jié)構(gòu)安全

和運(yùn)行穩(wěn)定至關(guān)重要。墊架位置拱度影響值對照表（見

表 1）為不同起重噸位和跨度條件下的墊架位置拱度

48 2023.05 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

影響值提供了參考，這為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在起重機(jī)主梁中

上拱度檢測中的應(yīng)用提供了重要依據(jù)。首先，通過在

主梁各個(gè)部位安裝位移傳感器，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)

采集主梁的位移數(shù)據(jù)。結(jié)合墊架位置拱度影響值對照

表中的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以對實(shí)際測量的位移值進(jìn)行比對，

從而判斷主梁的中上拱度是否在安全范圍內(nèi)。例如，

對于一臺(tái)起重噸位為 10 t、跨度為 26 m 的起重機(jī)，表

中拱度影響值為 6，如果位移傳感器測量的中上拱度

超過了 6 mm，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒維護(hù)人員進(jìn)

行進(jìn)一步檢查。其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對主梁中

上拱度的歷史數(shù)據(jù)記錄和分析，通過長期數(shù)據(jù)的積累，

系統(tǒng)可以了解主梁的變形趨勢，并判斷是否需要進(jìn)行

維護(hù)和調(diào)整 [4]。

起重 /t

跨度 /m

18 22 26 30 35

5 5 6 8 9 10

10 3 4 6 7 8

16（15） 2 3 4 5 6

20 2 3 4 3 6

表 1 墊架位置拱度影響值對照表

2.4 起重機(jī)電機(jī)檢驗(yàn)

起重機(jī)電機(jī)作為現(xiàn)代工業(yè)中的核心要素，其狀態(tài)

的安全和可靠直接影響生產(chǎn)運(yùn)行。傳統(tǒng)電機(jī)檢驗(yàn)方式

往往是依賴人工巡檢，這種方法存在主觀性高、檢驗(yàn)

周期長等問題。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，

起重機(jī)電機(jī)檢驗(yàn)進(jìn)入了全新的境界。在現(xiàn)代起重機(jī)電

機(jī)檢驗(yàn)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有多方面的創(chuàng)新應(yīng)用。首先，

借助各類傳感器，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)狀態(tài)的實(shí)

時(shí)監(jiān)測。從溫度、振動(dòng)到電流等數(shù)據(jù)，都能夠被高效

地采集、傳輸?shù)皆破脚_(tái)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，這使得異

常情況能夠被及時(shí)捕捉，有可能的故障可以在發(fā)生之

前被預(yù)測，從而提前采取維護(hù)措施，避免生產(chǎn)中斷。

其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)分析能力為電機(jī)性能的優(yōu)化

提供了新途徑。通過對電機(jī)數(shù)據(jù)的深入挖掘，可以發(fā)

現(xiàn)電機(jī)在工作模式、效率等方面的問題。這些數(shù)據(jù)洞

察有助于制定更加個(gè)性化的維護(hù)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的

精準(zhǔn)管理，從而延長電機(jī)的使用壽命。此外，物聯(lián)網(wǎng)技

術(shù)為起重機(jī)電機(jī)檢驗(yàn)引入了更強(qiáng)大的遠(yuǎn)程訪問能力。維

護(hù)人員可以通過智能設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行情況，不再

受限于現(xiàn)場巡檢，這種遠(yuǎn)程訪問不僅提高了工作效率，

還能在電機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)快速做出反應(yīng)，確保安全 [5]。

2.5 起重機(jī)現(xiàn)場檢驗(yàn)管理系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)現(xiàn)場檢驗(yàn)管理系統(tǒng)是一種集

成了多種技術(shù)要素的創(chuàng)新方案，旨在實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的智

能檢驗(yàn)與管理。該系統(tǒng)由智能手持終端、應(yīng)用軟件、

RFID（射頻識(shí)別技術(shù)）技術(shù)、電子標(biāo)簽和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫

5 個(gè)主要部分構(gòu)成，它們協(xié)同工作以提供更高效、精

確的起重機(jī)檢驗(yàn)與管理體驗(yàn)。智能手持終端作為該系

統(tǒng)的前端工具，配備了傳感器以采集起重機(jī)的關(guān)鍵數(shù)

據(jù)，例如振動(dòng)、溫度、負(fù)荷等，這些數(shù)據(jù)會(huì)通過智能

手持終端傳輸至應(yīng)用軟件，然后匯總并展示給操作人

員。應(yīng)用軟件作為系統(tǒng)的核心，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將從

智能手持終端傳來的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比。一

旦數(shù)據(jù)異常，應(yīng)用軟件會(huì)觸發(fā)警報(bào)，提醒相關(guān)人員采

取行動(dòng)。此外，應(yīng)用軟件還可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于遠(yuǎn)程數(shù)

據(jù)庫中，形成歷史記錄，以供后續(xù)分析和對比使用。

RFID 技術(shù)和電子標(biāo)簽為起重機(jī)識(shí)別與管理提供了有效

的手段。每個(gè)起重機(jī)可以搭載電子標(biāo)簽，這些標(biāo)簽與

RFID 技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的唯一識(shí)別。在現(xiàn)

場檢驗(yàn)時(shí)，智能手持終端可以通過 RFID 讀取電子標(biāo)

簽的信息，準(zhǔn)確識(shí)別出對應(yīng)的起重機(jī)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)

與該起重機(jī)綁定，避免了信息混淆和錯(cuò)誤。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)

庫作為后端支撐，存儲(chǔ)了大量起重機(jī)的歷史數(shù)據(jù)和狀

態(tài)信息，這些數(shù)據(jù)不僅為應(yīng)用軟件的分析提供了基礎(chǔ)，

也支持了智能預(yù)測與維護(hù)計(jì)劃的制定 [6]。

3 結(jié)束語

綜上所述，文章深入探究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在起重機(jī)

檢驗(yàn)檢測中的應(yīng)用，從而揭示了其在工業(yè)領(lǐng)域的重要

性和前景。研究結(jié)果表明，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)?/p>

現(xiàn)起重機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測、智能分析和遠(yuǎn)程管理，從

而提升檢驗(yàn)的效率和準(zhǔn)確性，降低維護(hù)成本和生產(chǎn)風(fēng)

險(xiǎn)。在今后的研究和實(shí)踐中，需要更加關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)技

術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和推廣，以及與起重機(jī)特殊需求的結(jié)合。

同時(shí)，還需加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)等方面的研究，

確保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的穩(wěn)健運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 許炳煌 .物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在門式起重機(jī)檢驗(yàn)檢測系統(tǒng)中

的應(yīng)用 [J].中國金屬通報(bào) ,2022(12):240-242.

[2] 高鵬飛 .工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在起重機(jī)上的應(yīng)用與研究

[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化 ,2022(5):223-224.

（下轉(zhuǎn)第 53 頁）

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.05 49

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

復(fù)合材料在風(fēng)機(jī)葉片中的應(yīng)用

及能力認(rèn)可現(xiàn)狀

李 姍

（中國合格評定國家認(rèn)可中心 北京 100062）

摘 要：本文簡述了風(fēng)機(jī)葉片用復(fù)合材料中不同纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的優(yōu)缺點(diǎn)，以及未來增強(qiáng)體和基體應(yīng)

用的發(fā)展趨勢，同時(shí)總結(jié)了 CNAS 認(rèn)可的風(fēng)機(jī)葉片以及葉片中材料性能檢測的認(rèn)可現(xiàn)狀。認(rèn)為碳纖維和玻璃纖

維的混雜纖維、高性能纖維等增強(qiáng)體，以及聚氨酯樹脂、熱塑性樹脂或可回收樹脂等基體是未來風(fēng)機(jī)葉片用

復(fù)合材料的研究方向；同時(shí)通過總結(jié)分析風(fēng)機(jī)葉片檢測實(shí)驗(yàn)室在認(rèn)可過程中的常見問題，為后續(xù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室

認(rèn)可提供了關(guān)注點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)葉片 復(fù)合材料 玻璃鋼 碳纖維 認(rèn)可

Application and Accreditation Status Analysis of

Composite Materials in Wind Turbine Blades

Li Shan

(China National Accreditation Service for Conformity Assessment Beijing 100062)

Abstract This paper briefly describes the advantages and disadvantages of different fiber reinforced

composites for wind turbine blades as well as the development trend of the application of reinforcement and matrix in

the future. At the same time, the accreditation status of wind turbine blades approved by CNAS and the performance

testing of materials in blades is summarized. It is concluded that the composites of carbon fiber and glass fiber, high

performance fiber and polyurethane resin, thermoplastic resin or recyclable resin are the research directions for wind

turbine blades in the future. At the same time, by summarizing and analyzing the common problems of the wind

turbine blade testing laboratory in the accreditation process, it provides focus for the subsequent accreditation of

relevant laboratories.

Keywords Wind turbine blades Composite material Glass reinforced plastic Carbon fiber Accreditation

中圖分類號(hào)：TB497 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)10-0049-05 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.10.013

作者簡介：李?yuàn)櫍?988 ～ )，女，碩士，工程師，從事實(shí)驗(yàn)

室認(rèn)可工作。

基金項(xiàng)目：國家市場監(jiān)督管理總局項(xiàng)目“基于新一代信息

技術(shù)的風(fēng)電機(jī)組檢驗(yàn)檢測技術(shù)及認(rèn)可評價(jià)研究”(2021YJ032)。

通訊作者：李?yuàn)?，E-mail: 736661164@qq.com。

（收稿日期：2023-09-25）

風(fēng)能是可再生的清潔能源，風(fēng)力發(fā)電作為一種優(yōu)

質(zhì)的發(fā)電方式，能夠有效改善電力行業(yè)對石油、煤炭

等不可再生能源的依賴，對于生態(tài)環(huán)境保護(hù)和適應(yīng)時(shí)

代發(fā)展具有重要的意義 [1]。風(fēng)力發(fā)電非常環(huán)保，且風(fēng)

能蘊(yùn)量巨大，因此日益受到世界各國的重視。根據(jù)國

家能源局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截止到 2023 年 7 月底我國

風(fēng)電裝機(jī)容量約 3.9 億 kW，同比增長 14.3%。隨著風(fēng)

機(jī)單機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，風(fēng)機(jī)葉片的長度也要求不斷

增加。風(fēng)力機(jī)葉片作為風(fēng)能發(fā)電機(jī)中的核心部件，其

良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正

常運(yùn)行的重要因素。葉片在工作中要承受多種外部環(huán)

境的影響，因此要求葉片材質(zhì)具有良好的強(qiáng)度、剛度

和韌性以及抗風(fēng)沙、抗沖擊、耐腐蝕等性能。目前，

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在風(fēng)力機(jī)葉片上得到了廣泛的應(yīng)用，

50 2023.05 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐久性好，已成為大型風(fēng)力發(fā)電

機(jī)葉片的首選材料。

1 玻璃鋼復(fù)合材料

玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂復(fù)合材料，俗稱玻璃鋼，

是一種以玻璃纖維或其制品為增強(qiáng)體，以熱固性樹脂

為基體，并通過一定的成型工藝復(fù)合成的材料。玻璃

鋼具有成本低、強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕、易加工等

特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的制造。

常見的玻璃纖維分為 E 型和 S 型，E 型玻璃纖維

也稱無堿玻璃纖維，是一種硼硅酸鹽玻璃，因其良好

的電氣絕緣性和機(jī)械性能，被大量用于生產(chǎn)玻璃鋼。

S 型玻璃纖維是一種特制的抗拉強(qiáng)度極高的硅酸鋁 -

鎂玻璃纖維，它的模量比 E 型玻璃纖維材料高出了

18%；它的纖維拉伸強(qiáng)度為 4 600 MPa，比 E 型玻璃纖

維的 3 450 MPa 增加了 33%。S 型的力學(xué)性能要普遍

優(yōu)于E型，但是S型玻璃纖維價(jià)格較高，考慮到經(jīng)濟(jì)性，

E 型玻璃纖維的應(yīng)用相對廣泛一些 [2,3]。

玻璃鋼復(fù)合材料所用基體一般是熱固性樹脂類，

包括不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂等。目前，

應(yīng)用比較成熟的基體主要是不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹

脂，其中不飽和聚酯樹脂體系具有良好的成型工藝性

能且價(jià)格比較低，其在小型葉片（比如長 22 m）的生

產(chǎn)中具有絕對優(yōu)勢；但是存在固化時(shí)體積收縮率大、

放熱劇烈，有一定的氣味和毒性，耐熱性差，綜合機(jī)

械性能偏低等缺點(diǎn)。環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學(xué)性

能和耐酸性、耐溶劑性以及突出的尺寸穩(wěn)定性，綜合

性能較好，是目前大型風(fēng)電葉片的首選。大部分風(fēng)電

葉片是采用環(huán)氧樹脂體系制造而成。乙烯基樹脂性能

介于前兩者之間，其能滿足機(jī)械力學(xué)性能、抗疲勞性、

剛性等各項(xiàng)性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)要求，目前乙烯基樹脂在

大型葉片中應(yīng)用較少，但隨著制造廠家對成本的要求，

乙烯基樹脂可能會(huì)進(jìn)入兆瓦級葉片的選材 [4]。

近年來，隨著海上風(fēng)電及低風(fēng)速風(fēng)電的快速發(fā)展，

葉片大型化成為風(fēng)電行業(yè)的共識(shí)，同等風(fēng)速情況下，

葉片越長，掃風(fēng)面積越大，發(fā)電量也相應(yīng)增大。對于

葉片尺寸大型化的要求，純玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料存

在剛度不足、葉片質(zhì)量重的問題。而碳纖維增強(qiáng)復(fù)合

材料作為一種高剛輕質(zhì)的材料，其在風(fēng)機(jī)葉片上的廣

泛應(yīng)用不僅能夠提高葉片的結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度，同時(shí)還

可以降低重量 [5]。

2 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在滿足剛度和強(qiáng)度要求的條

件下，比玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料輕 30% 左右。在基體

樹脂方面，環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能相對較好，故碳纖維

復(fù)合材料多以環(huán)氧樹脂為基體樹脂 [6]。

與玻璃纖維相比，碳纖維密度小，強(qiáng)度高，模量

高出 3 ～ 8 倍，其在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中的應(yīng)用，能夠

提高葉片剛度、降低重量；提高抗疲勞性能；使風(fēng)機(jī)

的輸出功率更平滑更均衡，風(fēng)能利用效率提高；可制

造低風(fēng)速葉片和自適應(yīng)葉片等等。綜上，碳纖維將成

為超大型葉片輕質(zhì)高強(qiáng)要求的理想選擇材料 [7]。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能大大優(yōu)于玻璃纖維增

強(qiáng)復(fù)合材料，但是其價(jià)格昂貴，是玻璃纖維的 10 倍；

其不太高的性價(jià)比影響了它在風(fēng)力發(fā)電上的大范圍

應(yīng)用。

3 未來研究趨勢

超大型機(jī)組及其輕量大葉片是未來發(fā)展的要求，

而復(fù)合材料的性能是葉片“大型化、輕量化和高可靠性”

的關(guān)鍵所在，增強(qiáng)材料和基體材料在葉片上發(fā)揮的作

用也越來越大 [8]。

3.1 增強(qiáng)材料

1）碳纖維和玻璃纖維的混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：

綜合了玻璃纖維易加工和碳纖維優(yōu)越的力學(xué)性能的雙

重優(yōu)點(diǎn)，開始出現(xiàn)并逐漸應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中。

2）高性能纖維：玄武巖纖維、芳綸纖維、超高分

子量聚乙烯纖維等高性能纖維具有輕質(zhì)高強(qiáng)高模、耐

疲勞、耐腐蝕以及耐環(huán)境老化等性能，F(xiàn)antin Irudaya

Raj E 等 [9] 所設(shè)計(jì)的芳綸纖維復(fù)合材料風(fēng)葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)

具有重量輕、噪聲低、無振動(dòng)、共振發(fā)生概率低的特

點(diǎn)。其更適合智慧城市等城市環(huán)境。因此，將上述高

性能纖維作為風(fēng)力機(jī)葉片的增強(qiáng)纖維具有重要的研究

意義 [10,11]。

3.2 基體材料

1）聚氨酯樹脂：隨著風(fēng)電平價(jià)時(shí)代的來臨，聚

氨酯樹脂成為市場重點(diǎn)關(guān)注的另一種可選基體材料。

2018 年成功安裝了首支聚氨酯風(fēng)力機(jī)葉片。與常見的

環(huán)氧樹脂相比，新型聚氨酯樹脂的機(jī)械性能和抗疲勞

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.05 51

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

性能更加優(yōu)異，固化速度快，加工性能好，并且其與

玻璃纖維和碳纖維的結(jié)合力更好，對于提高生產(chǎn)效率

和降低生產(chǎn)成本具有重要意義。付國良等 [12] 通過研

究發(fā)現(xiàn)，其所選的聚氨酯樹脂澆注體的強(qiáng)度指標(biāo)均優(yōu)

于環(huán)氧樹脂澆注體；同時(shí)通過對其制作的玻璃纖維增

強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）進(jìn)行靜態(tài)力學(xué)測試發(fā)現(xiàn)，聚氨酯

FRP 的拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度均達(dá)到 1 000 MPa 以上，

具有優(yōu)異的機(jī)械性能；其制作的聚氨酯 FRP，通過計(jì)

算能夠滿足風(fēng)電葉片使用要求。隨著未來對風(fēng)力機(jī)葉

片大型化、輕量化的要求，聚氨酯樹脂有望成為市場

基體材料新選。

2）熱塑性樹脂或可回收樹脂：目前，風(fēng)力機(jī)葉

片多采用熱固性樹脂，熱固性樹脂 [13] 是指加熱后產(chǎn)生

化學(xué)反應(yīng)，逐漸固化成型，再受熱也不能軟化和溶解

的樹脂，其性能穩(wěn)定，不易分解，故用其制作的風(fēng)電

葉片在退役后很難回收再利用；而熱塑性樹脂，受熱

軟化、冷卻硬化，無論加熱和冷卻多少次，均能保持

這種性能。與熱固性復(fù)合材料相比，其具有可回收再

利用、強(qiáng)度高、抗沖擊性好的優(yōu)點(diǎn)。常見的熱塑性樹

脂有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、

聚苯乙烯（PS）、聚酰胺（PA）等。翟海峰等 [14] 將

碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料（熱塑性復(fù)合材料）與

玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，

在綜合性能上，熱塑性復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片比熱固性

復(fù)合材料葉片有較大的優(yōu)勢，為熱塑性復(fù)合材料風(fēng)力

機(jī)葉片的性能分析提供了新的思路。

4 相關(guān)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可能力概述

為了驗(yàn)證上述復(fù)合材料的性能，檢測葉片中材料

性能的實(shí)驗(yàn)室是必不可少的。目前國內(nèi)企業(yè)內(nèi)部實(shí)驗(yàn)

室和第三方獨(dú)立檢測實(shí)驗(yàn)室在該領(lǐng)域也開展了相應(yīng)的

工作，并獲得了 CNAS 的認(rèn)可，經(jīng)過分析將主要認(rèn)可

能力和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了匯總，見表 1。表 1 主要總結(jié)了葉

片中材料種類、使用范圍、檢測項(xiàng)目以及對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，

為保證風(fēng)力機(jī)葉片的性能提供基礎(chǔ)支撐。

目前通過認(rèn)可的風(fēng)力機(jī)葉片的檢測實(shí)驗(yàn)室共 16

家；其認(rèn)可的主要方法標(biāo)準(zhǔn)有 GB/T 25384—2018/

IEC 61400-23:2014《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 風(fēng)輪葉片全尺寸

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》、GB/T 25383—2010《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 風(fēng)

輪葉片》、JB/T 10399—2004《離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

風(fēng)輪葉片》、GB/T 33629—2017/IEC 61400-24:2010

《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 雷電防護(hù)》等，主要涉及的參數(shù)有靜

力試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、模態(tài)測試、固有頻率試驗(yàn)、初步

引線連接測試、掃掠通道雷擊試驗(yàn)、電弧擊入試驗(yàn)、

非導(dǎo)電性表面試驗(yàn)、傳導(dǎo)電流試驗(yàn)、高電壓試驗(yàn)、大

電流試驗(yàn)等等。與其他領(lǐng)域相比，針對風(fēng)力機(jī)葉片性

能檢測的認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量相對較少，可能與檢測風(fēng)機(jī)

葉片所需的硬件設(shè)施要求較高、投入成本較大以及對

人才要求高等原因有關(guān)。

同時(shí)，通過總結(jié)分析風(fēng)力機(jī)葉片檢測實(shí)驗(yàn)室評審

過程中的問題，發(fā)現(xiàn)不符合項(xiàng)主要體現(xiàn)在以下方面：

1）人員方面：主要表現(xiàn)在人員資質(zhì)不符合 CNASCL01-G001：2018《CNAS-CL01〈檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)

室能力認(rèn)可準(zhǔn)則〉應(yīng)用要求》中 6.2.2 b）的要求，例

如，某檢測人員，大專、非相關(guān)專業(yè)，相關(guān)檢測經(jīng)歷

不足 10 年，而被授權(quán)為風(fēng)力發(fā)電組檢測崗位；另外還

有對檢測人員的監(jiān)督和授權(quán)等不全面等問題。2）設(shè)備

方面：主要表現(xiàn)在設(shè)備使用之前未進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)備校

準(zhǔn)方案要求不全，修正因子在測試軟件中未進(jìn)行及時(shí)

更新和應(yīng)用等。3）外部提供的產(chǎn)品與服務(wù)：未對組織

實(shí)驗(yàn)室間比對的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行評價(jià)等。4）管理體系文

件的控制：未對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文件等進(jìn)行受控、記錄、

發(fā)放等。以上問題均會(huì)對實(shí)驗(yàn)室管理體系運(yùn)行以及出

具數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，是實(shí)驗(yàn)室需重點(diǎn)關(guān)注的

方面。

5 結(jié)論

綜上所述，在風(fēng)力發(fā)電葉片大型化需求下，目前

風(fēng)力發(fā)電葉片所用復(fù)合材料，其性能、價(jià)格、綠色化

以及性能檢測方法、相關(guān)檢測實(shí)驗(yàn)室數(shù)量以及能力等

方面均存在一定的不足。未來風(fēng)力發(fā)電行業(yè)需進(jìn)一步

探索玻璃纖維、碳纖維材料與葉片制造的深度結(jié)合；

對于如何在降低葉片重量、保持其剛度的同時(shí)保持較

好的性價(jià)比、綠色化、標(biāo)準(zhǔn)化、相關(guān)檢測能力的擴(kuò)展

與提升等這一系列的難題，需進(jìn)一步攻克。

目前，葉片中材料性能檢測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、項(xiàng)目參

數(shù)以及認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室比較多，為風(fēng)力機(jī)葉片性能提供了

保障；然而風(fēng)力機(jī)葉片檢測的認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量比較少，

認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目也比較有限。隨著對風(fēng)力機(jī)葉片質(zhì)量

要求的不斷提升，期待能有更多標(biāo)準(zhǔn)化要求的文件，

以及更多符合要求的實(shí)驗(yàn)室可以申請并通過認(rèn)可，以

更好地控制葉片質(zhì)量，同時(shí)提高企業(yè)競爭力。

52 2023.05 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

序號(hào) 材料種類 檢測項(xiàng)目 ISO 標(biāo)準(zhǔn) ASTM 標(biāo)準(zhǔn) GB 標(biāo)準(zhǔn) 范圍

1 玻璃纖維、

碳纖維、芳

綸纖維

單位面積克重 ISO 3374:2000《增強(qiáng)制品 氈和織物 單位面積質(zhì)

量的測定》 — GB/T 9914.3—2013《增強(qiáng)制品試驗(yàn)方法 第 3 部

分：單位面積質(zhì)量的測定》

纖維氈或

織物

2 含水率 ISO 3344:1997《增強(qiáng)制品 含水率的測定》（等

同國標(biāo)） — GB/T 9914.1—2013《增強(qiáng)制品試驗(yàn)方法 第 1 部

分：含水率的測定》 增強(qiáng)制品

3

層合板

拉伸強(qiáng)度、模

量、應(yīng)變

ISO 527-1:2019《塑料 拉伸性能的測定 第 1 部

分：一般原理》 — GB/T 2567—2021《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》 拉伸總則

要求

4

ISO 527-4:2023《塑料 拉伸性能的測定 第 4 部

分：各向同性及各向異性纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料試

驗(yàn)條件》

— GB/T 1447—2005《纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)

方法》、GB/T 3354—2014《定向纖維增強(qiáng)聚合

物基復(fù)合材料拉伸性能試驗(yàn)方法》

多軸向

纖維布

5 ISO 527-5:2021《塑料 拉伸性能的測定 第 5 部

分：單向纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料的試驗(yàn)條件》 —單軸向

纖維布

6 壓縮強(qiáng)度、模

量、應(yīng)變

ISO 14126:1999《纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料 平面方

向壓縮性的測定》 — GB/T 5258—2008《纖維增強(qiáng)塑料面內(nèi)壓縮性能

試驗(yàn)方法》 層合板通用

7 彎曲強(qiáng)度 ISO 14125:1998《纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料 彎曲性

能的測定》 — — 層合板通用

8

縱橫剪切強(qiáng)

度、模量、

應(yīng)變

ISO 14129:1997《 纖 維 增 強(qiáng) 塑 料 復(fù) 合 材 料 用

±45° 張力試驗(yàn)法測定剪應(yīng)力 / 剪應(yīng)變特性 , 包括

平面切變模量和剪切強(qiáng)度》

— GB/T 3355—2014《聚合物基復(fù)合材料縱橫剪切

試驗(yàn)方法》 層合板通用

9

V 型口剪切強(qiáng)

度、模量、

應(yīng)變

—

ASTM D7078/D7078M2020e1《用 V 形切口鋼軌剪切

法測定復(fù)合材料剪切性能的試

驗(yàn)方法》

GB/T 28889—2012《復(fù)合材料面內(nèi)剪切性能試驗(yàn)

方法》 層合板通用

10 層間剪切強(qiáng)度 ISO 14130:1997《纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料 用短試

片法測定表觀層間粘合剪切強(qiáng)度》（等同國標(biāo)） — JC/T 773—2010《纖維增強(qiáng)塑料 短梁法測定層

間剪切強(qiáng)度》 層合板通用

11

灌注、手糊

樹脂、結(jié)

構(gòu)膠

拉伸強(qiáng)度、模

量、應(yīng)變

ISO 527-2:2012《塑料 拉伸性能的測定 第 2 部

分：模壓和擠壓塑料試驗(yàn)條件》 — GB/T 2567—2021《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》 樹脂、結(jié)

構(gòu)膠

12 彎曲強(qiáng)度、模

量、撓度— — GB/T 2567—2021《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》 樹脂、結(jié)

構(gòu)膠

13 樹脂粘度 ISO 3219-2:2021《流變學(xué) 第 2 部分：旋轉(zhuǎn)和振

蕩流變學(xué)的一般原理》 — — 樹脂

14 放熱峰溫度、

時(shí)間—

ASTM D2471—1999《活性熱

固樹脂膠凝時(shí)間和最大放熱溫

度的標(biāo)準(zhǔn)測試方法》

—樹脂、結(jié)

構(gòu)膠

15 樹脂、結(jié)構(gòu)膠

初始態(tài)密度

ISO 1675:2022《塑料 液態(tài)樹脂 比重瓶法測定

密度》 — —

單組分主

劑、固化劑

及混合狀態(tài)

固化前密度

16 沖擊強(qiáng)度 ISO 179-1:2023《塑料 擺錘式?jīng)_擊特性的測定

第 1 部分：非儀器沖擊試驗(yàn)》 — GB/T 2567—2021《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》 樹脂、結(jié)

構(gòu)膠

17

結(jié)構(gòu)膠

結(jié)構(gòu)膠拉剪

強(qiáng)度

ISO 4587:2003《粘合劑 剛性對剛性連接組件拉

伸搭接剪切強(qiáng)度的測定》( 等同國標(biāo) ) — GB/T 7124—2008《膠粘劑 拉伸剪切強(qiáng)度的測定

( 剛性材料對剛性材料 )》

粘接膠，單

面搭接

18 結(jié)構(gòu)膠 T 剝離

強(qiáng)度

ISO 11339:2022《粘合劑 撓性粘合組件的 T 剝離

試驗(yàn)》 — GB/T 2791—1995《膠粘劑 T 剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法

撓性材料對撓性材料》 粘接膠

19 樹脂 / 結(jié)

構(gòu)膠

樹脂 / 結(jié)構(gòu)膠

固化后密度

ISO 1183-1:2019《塑料 非泡沫塑料密度測定方

法 第 1 部分：浸入法、液體比重法和滴定法》 — GB/T 1463—2005《纖維增強(qiáng)塑料密度和相對密

度試驗(yàn)方法》

非泡沫產(chǎn)品

密度

20

芯材

拉伸強(qiáng)度、模

量、應(yīng)變—

ASTM C297/C297M—2016

《夾層結(jié)構(gòu)平拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試

驗(yàn)方法》

GB/T 1452—2018《夾層結(jié)構(gòu)平拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法》 芯材本體及

夾層結(jié)構(gòu)

21 壓縮強(qiáng)度、模

量、應(yīng)變 ISO 844:2021《硬質(zhì)泡沫塑料 壓縮性能的測定》 ASTM D1621—2016《硬質(zhì)泡

沫塑料抗壓性能的試驗(yàn)方法》

GB/T 1453—2022《夾層結(jié)構(gòu)或芯子平壓性能試

驗(yàn)方法》

芯材本體及

夾層結(jié)構(gòu)

22 剪切強(qiáng)度、模

量、應(yīng)變— ASTM C273/C273M—2020

《夾層芯材剪切性能試驗(yàn)方法》

GB/T 1455—2022《夾層結(jié)構(gòu)或芯子剪切性能試

驗(yàn)方法》

芯材本體及

夾層結(jié)構(gòu)

23 剝離強(qiáng)度 — ASTM D1781—1998(2021)《膠

粘劑滾筒剝離標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》

GB/T 1457—2022《夾層結(jié)構(gòu)滾筒剝離強(qiáng)度試驗(yàn)

方法》 夾層結(jié)構(gòu)

24

芯材密度、吸

膠量 ( 吸膠量

參考該標(biāo)準(zhǔn) )

ISO 845:2006《泡沫塑料和橡膠 表觀密度的測定》

ASTM C271 / C271M —

2016(2022)e1《夾層結(jié)構(gòu)建筑

物用芯材密度的試驗(yàn)方法》

GB/T 6343—2009《泡沫塑料及橡膠 表觀密度的

測定》

芯材密度、

吸膠量

25

涂料

附著力 ISO 4624:2023《油漆和清漆 粘附力的拖拉測試》 — GB/T 5210—2006《色漆和清漆 拉開法附著力

試驗(yàn)》

面漆、膩?zhàn)?/p>

等涂層

26 固含量（質(zhì)量

/ 體積）

ISO 3251:2019《色漆、清漆和塑料 非揮發(fā)物質(zhì)

含量的測定》 — GB/T 1725—2007《色漆、清漆和塑料 不揮發(fā)物

含量的測定》

面漆、膩?zhàn)?/p>

等涂層

27 耐沖擊性能 ISO 6272-2:2011《色漆和清漆 快速變形 ( 沖擊

承受性 ) 試驗(yàn) 第 2 部分：落錘試驗(yàn)、小范圍凹穴》 — GB/T 1732—2020《漆膜耐沖擊測定法》 面漆、膩?zhàn)?/p>

等涂層

28 漆膜干燥時(shí)間 ISO 9117-1:2019《色漆和清漆 干燥試驗(yàn) 第 1 部

分：完全干燥狀態(tài)和完全干燥時(shí)間的測定》 — GB/T 1728—2020《漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測定法》面漆、膩?zhàn)?/p>

等涂層

29 抗流掛性 ISO 16862:2003《色漆和清漆 耐流掛評定》（等

同國標(biāo)） — GB/T 9264—2012《色漆和清漆 抗流掛性評定》 面漆、膩?zhàn)?/p>

等涂層

表 1 葉片中材料性能主要認(rèn)可能力和標(biāo)準(zhǔn)

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.05 53

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

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（上接第 45 頁）

7 個(gè)工日（夜間實(shí)施）；單機(jī)調(diào)試，7 個(gè)工日（夜間實(shí)

施）；系統(tǒng)接口聯(lián)調(diào)、整體聯(lián)調(diào)，30 個(gè)工日。

3) B 號(hào)線 FAS 系統(tǒng)回路剝離。B 號(hào)線既有需剝離

回路線纜敷設(shè)，1 個(gè)工日（夜間實(shí)施）；B 號(hào)線既有

車站設(shè)備回路剝離，1 個(gè)工日（夜間實(shí)施）。

5 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的不斷推進(jìn)和網(wǎng)絡(luò)密度的不斷增

加，換乘車站的數(shù)量也快速增加，換乘車站資源共享

和機(jī)電系統(tǒng)集成優(yōu)化研究的必要性和緊迫性進(jìn)一步顯

現(xiàn)。本文通過研究城市軌道交通換乘站綜合監(jiān)控系統(tǒng)

中不同子系統(tǒng)的互聯(lián)互通的設(shè)計(jì)和實(shí)施，對比不同建

設(shè)情況下的綜合監(jiān)控子系統(tǒng)建設(shè)路徑，得出不同情況

下軌道交通換乘站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)建議，意在為

城市軌道交通換乘站綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)提供建議和模

版。但由于各換乘站在具體建設(shè)時(shí)，有不同的土建條

件和具體建設(shè)目標(biāo)，在將來具體車站執(zhí)行建設(shè)時(shí)，仍

需要“一站一設(shè)計(jì)”。

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（上接第 48 頁）

54 2023.05 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

智能安檢配套篩選傳送設(shè)備

設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究

萬鑫興 姚自魁 劉忠發(fā) 蔡元軍 韓立剛 沈興濤

（中國鐵路蘭州局集團(tuán)公司銀川車站 銀川 750011）

摘 要：針對鐵路“春運(yùn)”“暑運(yùn)”期間形成的大客流在車站的進(jìn)站口與安檢設(shè)備之間排隊(duì)阻滯的問題，

本文從提高安檢效率入手，在人工智能安檢設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了智能安檢配套篩選傳送設(shè)備，并對安檢流

程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。智能安檢配套篩選傳送設(shè)備可在同一平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)行李包裹的多向傳送效果，其設(shè)計(jì)充分考

慮到現(xiàn)場場地條件限制。利用排隊(duì)論，經(jīng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)和理論計(jì)算得出，該發(fā)明設(shè)計(jì)提高了安檢過檢效率，達(dá)到

緩解車站旅客排隊(duì)擁堵的效果。

關(guān)鍵詞：排隊(duì)阻滯 安檢效率 優(yōu)化設(shè)計(jì) 篩選 多向傳送

Design and Optimization of Intelligent Security Screening

and Transmission Equipment

Wan Xinxing Yao Zikui Liu Zhongfa Cai Yuanjun Han Ligang Shen Xingtao

(Yinchuan Station of China Railway Lanzhou Administration Group Corporation Yinchuan 750011)

Abstract In response to the problem of large passenger flow queuing and blocking between the station

entrance and security inspection equipment during the railway “Spring Festival” and “Summer” transportation,

this article starts with improving security inspection efficiency and designs intelligent screening and transmission

equipment for security inspection on the basis of artificial intelligence security inspection equipment, and optimizes

the security inspection process. The intelligent security screening and transmission equipment can achieve multidirectional transmission of luggage and packages in the same plane, and its design fully considers the limitations of

on-site site conditions. By utilizing queuing theory, practical statistics and theoretical calculations, it is concluded that

the design of the invention improves the efficiency of security checks and achieves the effect of alleviating passenger

queue congestion at stations.

Keywords Queue blocking Security inspection efficiency Optimize design Screening Multidirectional

transmission

中圖分類號(hào)：TB497 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)10-0054-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.10.014

作者簡介：萬鑫興（1992 ～ )，男，本科，工程師，從事鐵

道運(yùn)輸專業(yè)方向的運(yùn)輸組織、機(jī)械設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)、人工智能應(yīng)

用等綜合研究工作。

基 金 項(xiàng) 目： 蘭 州 局 集 團(tuán) 公 司 科 技 研 究 開 發(fā) 計(jì) 劃 項(xiàng) 目

(2022005-2)。

通訊作者：萬鑫興，E-mail: 1528449038@qq.com。

（收稿日期：2023-07-10）

1 使用現(xiàn)狀及改進(jìn)需求

旅客的安檢工作一直是車站客運(yùn)組織的重要部分，

也是保障鐵路運(yùn)輸安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對國家安防工作

和社會(huì)穩(wěn)定具有重要意義 [1-2]。而在“春運(yùn)”“暑運(yùn)”

期間，鐵路客運(yùn)因?yàn)榭土髁看笄壹校纬煽土?/p>

擁堵，安檢工作壓力大、難度高等長期存在的難題 [3]。

為此相關(guān)人員研發(fā)了基于圖像識(shí)別的人工智能安檢設(shè)

備，這種智能設(shè)備能夠?qū)ⅰ斑`禁”物品識(shí)別出來。但

是對于識(shí)別出來的“違禁”物品如何智能分離處理，

并沒有進(jìn)行深化研究和設(shè)計(jì)。隨著我國高鐵網(wǎng)的快速

形成，旅客對高鐵旅行服務(wù)品質(zhì)不斷提出更高要求 [4]。

因此，如何提高安檢效率以提高客運(yùn)服務(wù)水平，成為

智能安檢研究的一個(gè)重要方向。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.05 55

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

在國內(nèi)外的一些機(jī)場、重要會(huì)議場所出現(xiàn)的三維

CT安檢設(shè)備，能夠輔助安檢人員精準(zhǔn)識(shí)別“違禁”物品，

并對“違禁”物品智能分類[5-7]。但其造價(jià)成本也非常高，

且過檢速度慢，需要的場地大。鐵路和航空旅客運(yùn)量

相差巨大，鐵路車站需要的安檢設(shè)備數(shù)量更多，過檢

速度要求更快，因此該類產(chǎn)品并不適用于鐵路安檢。

1.1 現(xiàn)有安檢傳送設(shè)備使用現(xiàn)狀及流程

目前國內(nèi)一些鐵路車站引進(jìn)智能安檢技術(shù)，即對

原有安檢設(shè)備進(jìn)行智能改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備自動(dòng)識(shí)別“違

禁”物品的功能。然而，對安檢設(shè)備的智能改進(jìn)，僅

可以減輕判圖人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并未有效解決客流擁

堵的問題。究其原因，是安檢過程中的開包檢查流程

所花費(fèi)的時(shí)間沒有發(fā)生變化。即開包時(shí)需要多名開包

人員不斷往復(fù)于判圖屏幕和安檢傳送帶末端的行李包

裹之間，去對比尋找“違禁”物品所在的行李包裹，

同時(shí)需在旅客的配合下開包檢查。此時(shí)，行李包裹（包

含有“違禁”物品的和無“違禁”物品的）、旅客、

開包人員同時(shí)擁擠在安檢傳送帶末端，組織效率低下，

花費(fèi)大量過檢時(shí)間，嚴(yán)重影響安檢效率。具體每個(gè)旅

客安檢過程所花費(fèi)的時(shí)間計(jì)算式見式（1）。

T=t 等 +t 檢 +t 開 =t 等 /θ 1=t 檢 /θ 2=t 開 /θ 3 （1）

式中：

T——旅客通過安檢所需的總時(shí)間，s；

t 等——旅客排隊(duì)等待的時(shí)間，s；

t 檢——旅客通過安檢的時(shí)間，s；

t 開——旅客開包檢查所需時(shí)間，s；

θ 1，θ 2，θ 3——占比率，和為 1。

1.2 設(shè)計(jì)需求分析

在大客流期間，旅客在安檢口的排隊(duì)擁堵往往容易

耽誤旅客乘車時(shí)間，甚至使其錯(cuò)過列車，造成客運(yùn)服務(wù)

品質(zhì)大幅下降。因此，可以通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)智能安檢配套

篩選傳送設(shè)備（后簡稱智能傳送設(shè)備），對攜帶有“違禁”

物品的行李包裹進(jìn)行分類，進(jìn)而優(yōu)化安檢流程，從而提高

安檢效率。同時(shí)車站的安檢設(shè)備所在的位置及所占的面

積往往是有限的，因此，智能傳送設(shè)備必須在設(shè)計(jì)上尋求

同一平面內(nèi)行李包裹“縱橫雙向”自由傳送的技術(shù)突破。

2 設(shè)計(jì)思路及方案

為提高旅客過檢效率，首先需將有“違禁”物品

的行李和其他行李通過智能傳送設(shè)備分開，并將其傳

送至專門開包檢查處，即通過分揀行李包裹實(shí)現(xiàn)旅客

的分流。同時(shí)，為提高開包效率，通過智能圖像識(shí)別

技術(shù)實(shí)現(xiàn)“人包綁定”并將智能安檢識(shí)別的結(jié)果顯示

在開包處，以節(jié)約開包時(shí)間。

智能傳送設(shè)備主要以智能軟件控制機(jī)械硬件以完

成智能篩選、集中傳送分離的目的。其工作原理主要

是在智能系統(tǒng)的控制下，實(shí)現(xiàn)智能安檢設(shè)備、標(biāo)記攝

像頭、識(shí)別攝像頭三者的配合。

2.1 硬件的功能設(shè)計(jì)

智能傳送設(shè)備硬件主要包括縱向傳送設(shè)備、橫向

傳送設(shè)備、智能升降設(shè)備和單向傳送帶，主要用來在

智能控制系統(tǒng)的控制下，實(shí)現(xiàn)行李包裹多個(gè)方向的自

由傳送。

● 2.1.1 縱、橫向傳送設(shè)備

縱向傳送設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，圖中縱向連接支

架、縱向連接板、縱向固定座、縱向驅(qū)動(dòng)傳送柱、縱

向被動(dòng)傳送柱組成了縱向傳送設(shè)備的整體框架。在這

個(gè)框架基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了縱向固定孔、縱向連接條、縱

向轉(zhuǎn)盤、縱向軸、縱向驅(qū)動(dòng)帶、縱向驅(qū)動(dòng)槽、縱向軸承、

縱向傳送驅(qū)動(dòng)槽等零件和結(jié)構(gòu)。這些零件和結(jié)構(gòu)最終

可實(shí)現(xiàn)在縱向驅(qū)動(dòng)柱轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，整個(gè)縱向傳送設(shè)

備開始工作。即縱向驅(qū)動(dòng)柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過縱向驅(qū)動(dòng)帶

帶動(dòng)縱向驅(qū)動(dòng)傳送柱轉(zhuǎn)動(dòng)，而縱向驅(qū)動(dòng)傳送柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

又通過縱向連接條帶動(dòng)縱向被動(dòng)傳送柱轉(zhuǎn)動(dòng)，最終通

過縱向驅(qū)動(dòng)傳送柱和被動(dòng)傳送柱的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳送帶上

的行李包裹一起運(yùn)動(dòng)。橫向傳送設(shè)備與縱向傳送設(shè)備

工作原理類似，但它們旋轉(zhuǎn)方向相互垂直。

此外，縱向轉(zhuǎn)盤安裝固定在縱向軸上，縱向轉(zhuǎn)盤

的盤緣中間設(shè)有凹槽，用來安裝耦合縱向連接條。縱

向軸分別貫通安裝在縱向驅(qū)動(dòng)傳送柱和縱向被動(dòng)傳送

柱內(nèi)部，兩側(cè)安裝有縱向軸承，縱向軸承內(nèi)側(cè)安裝固

定在縱向軸上，外側(cè)安裝固定在縱向固定孔中，能夠

支撐縱向軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)?？v向驅(qū)動(dòng)柱一端通過縱向軸承

連接安裝在縱向固定架上，另一端安裝在縱向電機(jī)組

的電機(jī)上，能夠在縱向電機(jī)組中電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)。

由于兩類傳送柱分布非常均勻且密集，各占傳送

設(shè)備面積的 1/2，能夠?qū)崿F(xiàn)對各種行李包裹的摩擦傳

送。由它們的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工作原理可知，縱向傳送設(shè)

備和橫向傳送設(shè)備“傳送柱”的工作互不干擾沖突（如

圖 2 所示），從而達(dá)到巧妙節(jié)約空間的目的。

56 2023.05 設(shè)備監(jiān)理

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

圖 1 縱向傳送設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

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圖 2 智能升降剖面結(jié)構(gòu)示意圖

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● 2.1.2 智能升降設(shè)備

智能升降設(shè)備是智能傳送設(shè)備實(shí)現(xiàn)縱橫向運(yùn)動(dòng)最

為關(guān)鍵的部分。升降設(shè)備的縱向結(jié)構(gòu)與橫向結(jié)構(gòu)分別

連接支撐著縱向傳送設(shè)備和橫向傳送設(shè)備，即智能升

降設(shè)備通過控制縱向傳送設(shè)備的升降，即可完成同一

平面內(nèi)行李包裹 4 個(gè)方向的自由傳送，智能升降設(shè)備

剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3 所示。

智能升降設(shè)備主要用來控制縱向傳送設(shè)備和橫向

傳送設(shè)備的升降來實(shí)現(xiàn)分向傳送的功能。即在伸縮電

機(jī)工作時(shí)，通過齒輪組傳動(dòng)帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，在絲桿旋

轉(zhuǎn)過程中，與絲桿耦合的伸縮臂被推動(dòng)前進(jìn)，帶動(dòng)整

個(gè)智能升降設(shè)備的縱向結(jié)構(gòu)部分及縱向傳送設(shè)備一起

向上運(yùn)動(dòng)，從而使得縱向傳送設(shè)備和橫向傳送設(shè)備逐

漸分離在 2 個(gè)水平面（縱向傳送設(shè)備在上，橫向傳送

設(shè)備在下），從而實(shí)現(xiàn)對行李包裹縱向傳送的控制。

反之，智能升降設(shè)備控制縱向結(jié)構(gòu)部分及縱向傳送設(shè)

備一起向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)縱向傳送設(shè)備在下，橫向傳送

設(shè)備在上，從而實(shí)現(xiàn)對行李包裹橫向傳送的控制。

圖 3 智能升降設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

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2.2 智能控制系統(tǒng)及其工作原理

● 2.2.1 智能控制系統(tǒng)工作流程

智能傳送設(shè)備與識(shí)別攝像頭、智能安檢設(shè)備、標(biāo)

記攝像頭的相互配合協(xié)調(diào)，主要由智能控制系統(tǒng)來完

成。控制系統(tǒng)主要通過獲取識(shí)別攝像頭、智能安檢設(shè)備、

標(biāo)記攝像頭傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息并對其進(jìn)行處理，從而控

制智能升降設(shè)備的升降，以實(shí)現(xiàn)行李包裹的智能分揀，

同時(shí)將攜帶有“違禁”物品的“人包綁定”關(guān)系（即

標(biāo)記攝像頭獲取的數(shù)據(jù)信息）和安檢設(shè)備智能識(shí)別的

數(shù)據(jù)信息顯示在開包檢查處。智能控制系統(tǒng)控制流程

如圖 4 所示。其中，標(biāo)記攝像頭（三目攝像機(jī)）可對

旅客及其攜帶的行李進(jìn)行智能“抓拍”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“人

包綁定”數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存。識(shí)別攝像頭（人臉攝像機(jī)）

主要通過圖像識(shí)別技術(shù)匹配智能安檢設(shè)備和標(biāo)記攝像

頭發(fā)現(xiàn)“違禁”物品的行李圖像，并對其進(jìn)行智能分揀。

圖 4 智能控制系統(tǒng)工作流程

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控制系統(tǒng)基于 Java 語言開發(fā)，在 Linux 系統(tǒng)下運(yùn)

行使用?？刂葡到y(tǒng)通過對識(shí)別攝像頭和標(biāo)記攝像頭的訪

問控制，利用訓(xùn)練優(yōu)化后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)模型對行

李圖像進(jìn)行智能匹配識(shí)別，最終利用 RS485 通信協(xié)議控

制智能傳送設(shè)備動(dòng)作，完成行李包裹的智能分揀。

● 2.2.2 安檢流程優(yōu)化方案

在智能傳送設(shè)備和智能控制系統(tǒng)的支撐下，優(yōu)化

安檢作業(yè)流程，以達(dá)到最終提高安檢效率、節(jié)約安檢

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.05 57

檢驗(yàn)與技術(shù)

Inspection and Technology

人員的目的。圖 5 所示為安檢流程優(yōu)化方案圖示。

1）將攜帶行李和未攜帶行李的旅客進(jìn)行分流，以便加

快旅客過檢速度；2）將攜帶有“違禁”物品的行李通

過智能傳送設(shè)備集中分揀傳送到開包復(fù)檢處，避免所

有旅客在傳送帶末端扎堆擁擠現(xiàn)象，以節(jié)約安檢人員；

3）在開包復(fù)檢處顯示“人包綁定”關(guān)系和智能安檢判

圖結(jié)果，減輕開包人員的工作量，提高開包效率，節(jié)

約時(shí)間。

圖 5 安檢流程優(yōu)化方案圖示

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3 計(jì)算分析

由于旅客到達(dá)車站的時(shí)間間隔隨機(jī)性很大，則可

認(rèn)為旅客的到達(dá)車站的時(shí)間間隔服從負(fù)指數(shù)分布；由

于不同旅客所攜帶的行李包裹不同，所以易知每個(gè)旅

客在通過安檢過程中所花費(fèi)的時(shí)間也服從負(fù)指數(shù)分布；

由 Poisson 分布的特點(diǎn)可知，旅客單位時(shí)間到達(dá)車站的

數(shù)量服從 Poisson 分布 [8]。由于各安檢通道之間相互獨(dú)

立，所以每個(gè)旅客通過安檢時(shí)間計(jì)算式見式（2）。

W=1/(μ-λ)=L/λ （2）

式中：

W——每個(gè)旅客過檢等待時(shí)間，min；

L——平均排隊(duì)的人數(shù)，人；

λ——單位時(shí)間到達(dá)車站的旅客數(shù)量，人 /min；

μ——單位時(shí)間可通過安檢的旅客數(shù)量，人 /min。

旅客排隊(duì)安檢隊(duì)長計(jì)算式見式（3）。

L=ρ/(1-ρ)=λ/(μ-λ) （3）

式中：

I——安檢排隊(duì)人數(shù)，人；

ρ——安檢服務(wù)強(qiáng)度，ρ=λ/μ。

結(jié)合 1.1 節(jié)中原有安檢模式對比 2.2 節(jié)中優(yōu)化后

的安檢模式，由于對旅客進(jìn)行了 2 次分流，即將攜帶

行李與未攜帶行李的旅客分流，將有“違禁”品與無

“違禁”品的行李進(jìn)行分流，使得優(yōu)化前后旅客排隊(duì)

方式、等待時(shí)間發(fā)生了變化。這些變化將直接導(dǎo)致安

檢服務(wù)系統(tǒng)中參數(shù)λ 和 μ 的變化：假設(shè)未攜帶行李的

旅客占總旅客數(shù)量的 20%，行李中未攜帶“違禁”品

乘車的旅客占 50%，行李中攜帶“違禁”品乘車的旅

客占 30%，結(jié)合計(jì)算式（1），則這 3 類旅客排隊(duì)等待

參數(shù)變化見表 1。

參數(shù) λ/( 人 /min) μ/( 人 /min) ρ W/min I/ 人

無行李 0.2λ μ/θ 2 0.2θ 2 ρ 5θ 2/(5μ-λθ 2) λθ 2/(5μ-λθ 2)

無“違

禁”品 0.8λ μ/(θ 1+θ 2) 0.8(θ 1+θ 2)ρ 5

5 4

1 2

1 2

fi fi

ff ffl fi fi

+

+

ffi fl

- ffi fl

4

5 4

1 2

1 2

fi ff ff

ffl fi ff ff

+

+

ffi fl

- ffi fl

有“違

禁”品 0.8λ μ 0.8ρ 5/(5μ-4λ) 5λ/(5μ-4λ)

表 1 智能安檢優(yōu)化對比計(jì)算表

在慶陽車站統(tǒng)計(jì)測算各種參數(shù)的平均值，θ1、θ2、

θ3 分別取 0.6、0.1 和 0.3，參數(shù) λ 和 μ 分別取 3.97 和

4.21，原有安檢模式計(jì)算所得平均排隊(duì)隊(duì)長為 17.54 人，

所有旅客平均等待時(shí)長為 4.41 min。優(yōu)化后的無行

李的旅客平均排隊(duì)隊(duì)長為 0.095 人，平均等待時(shí)長為

0.024 min；無“違禁”品的旅客平均排隊(duì)隊(duì)長為0.35人，

平均等待時(shí)長為 1.40 min；有“違禁”品的旅客平均

排隊(duì)隊(duì)長為 0.96 人，平均等待時(shí)長為 3.83 min。此外，

由于安檢開包過程中，優(yōu)化后的方案節(jié)約了開包人員

溝通、往復(fù)走動(dòng)的時(shí)間，因此 θ3 取值應(yīng)更小，從而使

得優(yōu)化后的旅客排隊(duì)隊(duì)長和平均等待時(shí)間更短。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文從鐵路客運(yùn)安檢的現(xiàn)場需求出發(fā)，

針對現(xiàn)有安檢設(shè)備過檢速度慢的問題，研發(fā)設(shè)計(jì)了智

能傳送設(shè)備并優(yōu)化了安檢流程。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了在同一

平面內(nèi)，智能控制旅客行李包裹向不同方向傳送分離

的目的，達(dá)到了提高安檢過檢速度、緩解旅客排隊(duì)擁

堵的效果，為提高鐵路客運(yùn)站過檢效率提供了智能方

案。同時(shí)，該設(shè)備的設(shè)計(jì)節(jié)約了安檢場地空間，為其

他類似需要在狹小空間實(shí)現(xiàn)智能分揀復(fù)雜物品的產(chǎn)品

設(shè)計(jì)提供了參考方案。

參考文獻(xiàn)

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（下轉(zhuǎn)第 61 頁）

58 2023.05 設(shè)備監(jiān)理

安全分析

Safety Analysis

鍋爐后包墻下集箱密封板處焊縫

裂紋原因分析及防控

馬開明 1

岳 琳 1

劉桂良 2

（1. 國家能源集團(tuán)樂東發(fā)電有限公司 樂東 572500）

（2. 陸豐寶麗華新能源電力有限公司甲湖灣電廠 汕尾 516600）

摘 要：本文主要介紹了鍋爐后煙井后包墻過熱器下集箱密封板與集箱處焊縫裂紋產(chǎn)生的原因及應(yīng)對措

施，分析認(rèn)為裂紋為現(xiàn)場管屏與集箱拼接后，密封板與管子現(xiàn)場焊接后的縱向焊縫裂紋，同時(shí)焊縫裂紋擴(kuò)展

至集箱筒體，導(dǎo)致集箱筒體產(chǎn)生開裂。裂紋的產(chǎn)生主要和鍋爐安裝時(shí)密封板與管屏焊接工藝、熱處理不合理

有關(guān)，同時(shí) 3 條焊縫（接管座角焊縫、密封板下方橫向焊縫與密封板縱向焊縫）的交匯設(shè)計(jì)存在一定的不合

理之處，為裂紋的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。

關(guān)鍵詞：密封板檢測 焊縫裂紋 防控

Cause Analysis and Control Measures of Weld Crack on the Below

Back Cover Wall Sealing Plate in Boiler

Ma Kaiming1

Yue Lin1

Liu Guiliang2

(1. CHN Energy Ledong Power Generation Co. Ledong 572500)

(2. Jia Huwan Power Generation of Guangdong Baolihua New Energy Co., LTD. Shanwei 516600)

Abstract This paper mainly introduces the causes and prevention and control measures of weld crack of the

smoke well after the cladding wall superheater under the header sealing plate and the header in boiler. The analysis

shows that the crack is caused by the longitudinal weld crack of sealing plate after field tube panel and container

splicing and the weld crack extends to the header cylinder, which results in the cracking of the header cylinder.

The main cause of crack formation is welding technology of sealing plate and tube panel during boiler installation,

irrationality of heat treatment and the intersection design of three welds (fillet welds of the nozzle seat, transverse

welds under the sealing plate and longitudinal welds of the sealing plate) has some irrationality, which creates the

conditions for the occurrence of cracks.

Keywords Sealing plate inspection Weld crack Control measures

中圖分類號(hào)：TB496 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)10-0058-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.10.015

作者簡介：馬開明（1977 ～），男，?？疲砉こ處?，

從事火力發(fā)電系統(tǒng)工作。　

通訊作者：馬開明，E-mail：12093031@ceic.com。

（收稿日期：2023-04-24）

火力發(fā)電經(jīng)過多年的大規(guī)模建設(shè)與更替，600 MW

超臨界直流鍋爐已成為我國電站鍋爐的中堅(jiān)力量。隨

著運(yùn)行時(shí)間的累積和近幾年頻繁調(diào)峰對鍋爐金屬部件

產(chǎn)生的不利影響，設(shè)計(jì)、制造、安裝等的隱藏缺陷開

始顯現(xiàn) [1]。集箱管座作為鍋爐的重要部件，在鍋爐運(yùn)

行中起著重要作用。一般來說，管座焊縫的工作條件

惡劣，長期處于高溫高壓的工作環(huán)境中，很容易發(fā)生

焊縫開裂的事故，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生泄漏事故和停爐，甚

至造成人身傷亡 [2]。朱瑞等通過應(yīng)力分析指出了集箱

裂紋產(chǎn)生的原因、位置及其發(fā)展趨勢 [3]，指出管子與

集箱內(nèi)側(cè)位置為應(yīng)力集中部位。

鍋爐后煙井后包墻過熱器下集箱及過熱器管密封

板部位因所處位置煙氣溫度較低，且發(fā)生事故較少，

不是金屬監(jiān)督檢驗(yàn)的重點(diǎn)關(guān)注對象。近期對 A 鍋爐股

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.05 59

安全分析

Safety Analysis

份有限公司、B 鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的部分該容

量鍋爐后煙井后包墻過熱器管下集箱進(jìn)行金屬監(jiān)督檢

驗(yàn)，檢測出密封板縱向焊縫與集箱交界處普遍存在裂

紋，部分甚至擴(kuò)展至集箱筒體母材，個(gè)別裂紋擴(kuò)展深

度已達(dá)到集箱筒體厚度的 50%。

后煙井后包墻過熱器管下集箱是鍋爐本體主要承

壓部件之一，由集箱本體、過熱器接管及密封板焊接

而成，在鍋爐水循環(huán)中起到汽水匯集及分配作用，集

箱損壞后，輕則影響鍋爐正常運(yùn)行，導(dǎo)致停爐停產(chǎn)，

重則造成鍋爐缺水，引發(fā)事故。集箱開孔接管附近區(qū)

域存在各種形式的高應(yīng)變區(qū)，這些區(qū)域的應(yīng)力集中系

數(shù)較高，加之焊接工藝及結(jié)構(gòu)原因，易產(chǎn)生裂紋。

因此，開展對密封板焊縫開裂并擴(kuò)展至集箱筒體

的裂紋進(jìn)行原因分析，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施研究具

有重要意義。

1 裂紋情況介紹

某電廠 600 MW 電站鍋爐由 A 鍋爐股份有限公

司制造，型號(hào)為 DG2090/25.4-II7，鍋爐為超臨界參

數(shù)變壓直流爐，一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道、采

用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、半露天布置、固態(tài)

排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu) Π 型鍋爐，該鍋爐于

2008 年 5 月投產(chǎn)。在 2020 年檢修中，檢測發(fā)現(xiàn)鍋爐

后煙井過熱器包墻下集箱接管與密封板焊縫處存在多

處裂紋，部分裂紋擴(kuò)展至集箱筒體，最大裂紋深度約

25 mm。前、后包墻下集箱材質(zhì)為 SA-335P12，規(guī)格

為φ216.3 mm×44 mm；過熱器管材質(zhì)為 15CrMoG，

規(guī)格為 φ38.1 mm×9.5 mm。側(cè)包墻下集箱材質(zhì)為

SA-335P12，規(guī)格為 φ323.9 mm×60 mm；小管接頭

材質(zhì)為 15CrMoG，規(guī)格為 φ34 mm×8.5 mm；密封鰭

片及密封板材料為 15CrMoG，公稱壁厚為 6 mm。

裂紋主要集中在密封板縱焊縫處，部分裂紋延伸

至集箱母材。前包墻下集箱共 193 根接管，共檢測出

裂紋 99 條，其中 58 條裂紋延伸至集箱筒體；后包墻

下集箱共 193 根接管頭，裂紋 144 條，其中檢測出

103 條裂紋延伸至集箱筒體；左包墻下集箱共 148 根

接管頭，檢測出裂紋 61 條，其中 43 條裂紋延伸至集箱

筒體；右包墻下集箱共 148 根接管頭，檢測出裂紋 56 條，

其中 44 條裂紋延伸至集箱筒體；裂紋在單個(gè)集箱長度

方向沒有明顯的分布規(guī)律，呈隨機(jī)分布。裂紋的具體位

置如圖 1 所示紅色線標(biāo)記部位，形貌見圖 2、圖 3。

????

???

???

????

????

???

??

????

????

1 ?????

1

2 3

圖 1 裂紋產(chǎn)生位置局部示意圖

圖 2 裂紋分布位置 圖 3 裂紋擴(kuò)展至集箱筒體

2 裂紋產(chǎn)生原因分析

鍋爐受熱面集箱角焊縫發(fā)生裂紋：集箱制造期間

焊接完畢后不能及時(shí)進(jìn)行整體熱處理產(chǎn)生熱裂紋；停

機(jī)后鍋爐速冷，金屬材料降溫速率過快，造成集箱劇

烈晃動(dòng)，焊接束縛的管束產(chǎn)生非對稱循環(huán)變應(yīng)力，多

次作用在集箱角焊縫上造成集箱角焊縫失載 [4]。集箱

上的接管座形狀復(fù)雜，加熱時(shí)不易保持溫度均勻，用

常規(guī)熱處理手段難以在現(xiàn)場進(jìn)行有效的熱處理 [5]。

2.1 材質(zhì)檢驗(yàn)

對集箱筒體母材進(jìn)行光譜檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、硬度檢

驗(yàn)，均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對 SA-335P12 的要求，未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2 焊縫工藝復(fù)核

如圖 1 所示，接管座角焊縫與密封板焊縫 1 在工

廠進(jìn)行焊接并進(jìn)行熱處理，無損檢測合格后出廠。待

工地集箱與管屏焊接好后，把密封板焊縫 2、焊縫 3

與接管頭焊接。

2.3 新建鍋爐對比檢測

對該電廠另外 2 臺(tái)在建鍋爐密封板與接管頭焊縫

進(jìn)行無損檢測，在密封板焊縫交匯處也檢出裂紋，在

如圖 1 所示密封板焊縫 2、焊縫 3 處與集箱焊接處。

60 2023.05 設(shè)備監(jiān)理

安全分析

Safety Analysis

說明該部位在焊接時(shí)即存在較大的應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)應(yīng)

力是導(dǎo)致開裂的首要原因，運(yùn)行中的熱應(yīng)力進(jìn)一步加

劇了裂紋的擴(kuò)展。

2.4 結(jié)果分析

預(yù)制管屏與管接頭焊接時(shí)，因每個(gè)管口間距與設(shè)

計(jì)存在一定量的制造偏差，同時(shí)在焊接過程中，管口

間焊接不能同時(shí)進(jìn)行，因膨脹會(huì)產(chǎn)生微量的扭曲變形，

管接頭全部焊接后，變形膨脹受到限制，應(yīng)力主要集

中在管接頭角焊縫側(cè)面，該部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)力集中，

同時(shí)焊縫熱影響區(qū)是焊縫的薄弱環(huán)節(jié)，在焊接過程中

因角焊縫與密封板橫焊縫（如圖 1 中所示焊縫 1）存

在交匯，交匯處材質(zhì)力學(xué)性能劣化。當(dāng)密封板縱焊縫（如

圖 1 中所示密封板焊縫 2、焊縫 3）與接管頭進(jìn)行焊接

時(shí)，焊縫端部與接管頭角焊縫、密封板橫焊縫（如圖

1 中所示密封板焊縫 1）端部交匯，管屏與接管頭焊接

時(shí)存在應(yīng)力集中，在焊接熱循環(huán)應(yīng)力的作用下易產(chǎn)生

焊接熱裂紋。運(yùn)行過程中，微小的熱裂紋在復(fù)雜的工

況下擴(kuò)展并延伸至集箱筒體。

3 裂紋的處理

1) 檢測裂紋后，采用砂輪打磨方法對缺陷部位進(jìn)

行打磨，打磨過程中不得傷及無缺陷的筒身及小管接

頭，采用 100%MT（磁粉檢測）或 PT（滲透檢測）檢

測手段確認(rèn)缺陷已經(jīng)完全去除。

2) 密封板與小管接頭的焊接工藝。清理密封板及

小管接頭處凹坑周圍 10 mm 呈金屬光澤；手工電弧焊

進(jìn)行焊接；清理并自檢；補(bǔ)焊后對補(bǔ)焊處 100%MT 或

PT 檢測。

采用鎢極惰性保護(hù)焊（GTAW）與焊縫電弧焊

（SMAW）方法組合焊接。GTAW 保護(hù)氣體采用氬氣，氬

氣純度不小于 99.9%，保護(hù)氣體流量為 6 ～12 L/min。

焊前預(yù)熱范圍為焊接區(qū)域及周圍各 300 mm。焊接過程

中宜采用小規(guī)范、直道焊縫，如需要擺動(dòng)，則擺動(dòng)寬

度應(yīng)不小于 3 倍的焊條直徑；施焊中，注意焊道收弧

和收弧質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)填滿弧坑，焊縫過渡平滑；注

意焊道清渣，焊渣清除干凈后方可進(jìn)行下一道焊接，

必要時(shí)進(jìn)行打磨。

3) 筒身焊補(bǔ)工藝。清理筒身凹坑及周圍 20 mm 呈

金屬光澤并預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥ 120 ℃；手工電弧焊焊

接； 清 理 并 自 檢； 對 補(bǔ) 焊 深 度 ≤ 3 mm 的補(bǔ)焊處

100%MT 或 PT 檢測，對補(bǔ)焊深度＞ 3 mm 的補(bǔ)焊處

100%UT（超聲檢測）并 100%MT 或 PT 檢測。

4) 集箱筒身補(bǔ)焊后熱處理工藝。裂紋消除后，若

筒身表面補(bǔ)焊凹坑深度≤ 16 mm，補(bǔ)焊后可不進(jìn)行熱

處理；若筒身表面補(bǔ)焊凹坑深度＞ 16 mm，補(bǔ)焊后必

須進(jìn)行熱處理。

5) 對補(bǔ)焊焊縫進(jìn)行局部熱處理，可采用柔性陶瓷

電阻加熱方式，中間如有管座阻擋，可繞開管座在間

隙處布置。大于 300 ℃ 后控制升溫速度≤ 120 ℃/h

（且不小于 85 ℃/h），均熱后在 730±10 ℃ 保溫，

保溫時(shí)間為 1 h，降溫速度≤ 150 ℃/h（且不小于

85 ℃/h），至 300 ℃ 以下包覆緩冷，熱電偶布置應(yīng)

滿足 DL/T 819—2019《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)

規(guī)程》中 7.2 條規(guī)定，每個(gè)加熱單元均應(yīng)至少布置 1

點(diǎn)控溫?zé)犭娕?。熱處理工藝如圖 4 所示。

圖 4 集箱熱處理工藝曲線

??0℃

??0h

????

730±10 ℃

????

?150 ℃0h

????85 ℃0h

包覆緩冷

????

?120 ℃0h

????

85 ℃0h ????

?1 h

?300 ℃ ?300 ℃

4 預(yù)防及應(yīng)對措施

1) 在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)充分考慮應(yīng)力集中部位與 3 條

焊縫匯合這一不利影響。

采用焊縫不交匯設(shè)計(jì)，避免 3 條焊縫交匯，設(shè)計(jì)

如圖 5 所示，穿孔部位用耐火泥進(jìn)行密封。

圖 5 焊接不交匯結(jié)構(gòu)示意圖

??????

??

??? !

??????

??????

對密封板中間部位開應(yīng)力釋放縫，同時(shí)密封板與

集箱不進(jìn)行焊接，設(shè)計(jì)如圖 6 所示，穿孔部位用耐火

泥或保溫棉進(jìn)行密封。

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.05 61

安全分析

Safety Analysis

??????

??

??? !

?????

?????????

圖 6 開釋放縫結(jié)構(gòu)示意圖

2) 在制造階段，進(jìn)一步提高集箱管接頭與預(yù)制管

屏的尺寸精度，降低因?qū)阱e(cuò)邊超標(biāo)強(qiáng)行矯正焊接時(shí)

產(chǎn)生的應(yīng)力集中。

3) 在安裝階段，盡量避免強(qiáng)行對焊口錯(cuò)邊管段進(jìn)

行矯正焊接，同時(shí)在焊接前進(jìn)行預(yù)熱，釋放角焊縫部

位應(yīng)力，減少熱裂紋的產(chǎn)生。焊接完成后，對該部位

進(jìn)行表面檢測。

4) 在檢修階段，應(yīng)對鍋爐后煙井下包墻集箱密封

板縱焊縫進(jìn)行金屬監(jiān)督檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并消除，

確保集箱安全。

5) 應(yīng)嚴(yán)格控制機(jī)組啟停的升降溫速率；受熱面溫度

高時(shí)，減溫水投入應(yīng)適量，避免受熱面設(shè)備降溫速率過

快造成失載現(xiàn)象；鍋爐停爐后，應(yīng)采用悶爐的方法，避

免鍋爐受熱面受到強(qiáng)制冷卻，使金屬材料組織受到破壞。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

綜合分析認(rèn)為，該裂紋為現(xiàn)場管屏與集箱拼接后，

密封板與管子現(xiàn)場焊接后的縱向焊縫裂紋，同時(shí)焊縫

裂紋擴(kuò)展至集箱筒體，導(dǎo)致集箱筒體裂紋。裂紋產(chǎn)生

和鍋爐安裝時(shí)密封板與管屏焊接工藝、熱處理不到位

有關(guān)，同時(shí) 3 條焊縫（接管角焊縫、密封板橫向焊縫

及密封板縱向焊縫）的交匯設(shè)計(jì)存在不合理之處，為

裂紋的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。管子與密封板、筒體存在應(yīng)

力集中，在長期復(fù)雜的交變疲勞應(yīng)力工況下運(yùn)行，應(yīng)

力集中部位受力超過該處材質(zhì)疲勞壽命，導(dǎo)致密封板

焊縫開裂，并延伸到筒體。

5.2 建議

1) 把后煙井包墻下集箱密封板焊縫的安全狀態(tài)納

入金屬監(jiān)督檢測項(xiàng)目，對該部位進(jìn)行定期檢驗(yàn)，尤其

是對參與頻繁調(diào)峰及新建的機(jī)組要進(jìn)行重點(diǎn)檢測并適

當(dāng)擴(kuò)大抽檢比例。

2) 在對后煙井包墻下集箱密封板縱焊縫進(jìn)行檢測

時(shí)，常規(guī)的 MT 及 PT 方法對表面的打磨質(zhì)量要求較

高，但該部位空間較為狹小，表面處理存在一定難度，

可選擇電渦流檢測方式對該部位進(jìn)行檢測，電渦流檢

測對表面要求較低，同時(shí)具有檢測效率及靈敏度高的

優(yōu)點(diǎn)。

3) 除對檢測出的后煙井下包墻集箱密封板縱焊縫

裂紋進(jìn)行處理外，對未檢測出裂紋的密封板橫焊縫端

部進(jìn)行打磨，去除裂紋產(chǎn)生后向集箱延伸的可能，確

保集箱運(yùn)行安全。

4) 對小管間的鰭片可采取中間開應(yīng)力釋放縫的方

式來降低管座處的應(yīng)力集中，此時(shí)需要注意應(yīng)力釋放

縫頂端要進(jìn)行圓弧過渡處理，以避免產(chǎn)生新的應(yīng)力集

中點(diǎn)。

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62 2023.05 設(shè)備監(jiān)理

安全分析

Safety Analysis

水力發(fā)電廠電氣設(shè)備維護(hù)及安全運(yùn)行研究

朱大才

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司黃龍灘水力發(fā)電廠 十堰 442000）

摘 要：隨著社會(huì)生產(chǎn)用電需求的不斷增加，發(fā)電廠規(guī)模也隨之不斷擴(kuò)大，各類發(fā)電廠的電氣設(shè)備數(shù)量

更是逐年增加。在電能需求高速增加的背景下，對水力發(fā)電廠電氣設(shè)備運(yùn)行的安全與穩(wěn)定性提出了更高要求。

基于此，本文通過對水力發(fā)電廠電氣設(shè)備構(gòu)成進(jìn)行研究，進(jìn)而分析電氣設(shè)備故障的特點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)，從

日常檢查、故障診斷、監(jiān)控預(yù)警、維護(hù)與檢修制度等方面出發(fā)，提出了水力發(fā)電廠電氣設(shè)備維護(hù)及安全運(yùn)行

的管理要點(diǎn)，為水力發(fā)電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。

關(guān)鍵詞：水力發(fā)電廠 電氣設(shè)備 維護(hù) 安全運(yùn)行

Research on Maintenance and Safe Operation of

Electrical Equipment in Hydropower Plants

Zhu Dacai

(Huanglongtan Hydropower Plant, State Grid Hubei Electric Power Co., Ltd Shiyan 442000)

Abstract With the increasing demand of social production and living, the scale of power plant are

also growing, number of various types of power plant electrical equipment has increased year by year. Under the

background of the rapid increase of power demand, higher requirements have been put forward for the safety and

stability of electrical equipment operation in hydropower plants. Based on the research on the composition of electrical

equipment in hydroelectric power plants, this article analyzes the characteristics of the electrical equipment failures.

And on this basis, from the daily inspection, fault diagnosis, monitoring and early warning, maintenance and overhaul

system and other aspects, the hydropower plant electrical equipment maintenance and safe operation management

points are put forward. It provides support for hydroelectric power station safe and steady operation.

Keywords Hydropower plant Electrical equipment Maintenance Safe operation

中圖分類號(hào)：TB496 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-2465(2023)10-0062-04 DOI: 10.19919/j.issn.2095-2465.2023.10.016

作者簡介：朱大才（1970 ～ )，男，本科，助理工程師，從

事水電廠運(yùn)行值班工作。

通訊作者：朱大才，E-mail: hbsy1251603412@163.com。

（收稿日期：2023-07-12）

電氣設(shè)備是水力發(fā)電廠的重要組成部分，其運(yùn)行

好壞直接關(guān)系整個(gè)水力發(fā)電廠的運(yùn)行效果。大量實(shí)踐

數(shù)據(jù)表明，水力發(fā)電廠電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常受到設(shè)

備自身、環(huán)境以及人員等因素的影響而出現(xiàn)各種故障，

不僅影響整個(gè)發(fā)電廠的正常運(yùn)行，還可能對現(xiàn)場工作

人員的生命安全造成威脅。因此，現(xiàn)代水力發(fā)電廠運(yùn)

營過程中，應(yīng)注重電氣設(shè)備的維護(hù)與安全運(yùn)行管理。

基于此，本文以“水力發(fā)電廠電氣設(shè)備維護(hù)及安全運(yùn)行”

為題展開研究，以期為電氣設(shè)備及整個(gè)水力發(fā)電廠安

全、穩(wěn)定運(yùn)行提供借鑒。

1 水力發(fā)電廠電氣設(shè)備構(gòu)成

水力發(fā)電廠的運(yùn)行需要大量電氣設(shè)備提供支持，

通過各設(shè)備之間的相互配合，共同完成水力發(fā)電活動(dòng)。

具體來說，水力發(fā)電廠主要電氣設(shè)備見表 1。

編號(hào) 設(shè)備名稱 作用

1 高壓開關(guān)柜 用于對高壓設(shè)備的管理

2 電流互感器 用于對電流的轉(zhuǎn)換

3 過電壓保護(hù)器 用于對過電壓故障進(jìn)行控制

4 氧化鋅避雷器 用于防止雷擊對電氣設(shè)備的干擾

5 變壓器 用于提高或降低電氣系統(tǒng)中的電壓水平

6 真空斷路器 用于保護(hù)大型硅整流裝置等高壓電器設(shè)備

7 隔離開關(guān) 用于電源、故障線路的隔離

8 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 用于保障發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性

表 1 水力發(fā)電廠主要電氣設(shè)備

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.05 63

安全分析

Safety Analysis

2 水力發(fā)電廠電氣設(shè)備故障特點(diǎn)

當(dāng)前，我國水力發(fā)電廠呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢，

水力發(fā)電廠規(guī)模不斷擴(kuò)大，內(nèi)部電氣設(shè)備數(shù)量越來越

多，大大增加了電氣設(shè)備故障的概率。

對于電氣設(shè)備常見故障來說，主要有 2 個(gè)方面的

特點(diǎn)：1）趨勢性惡化特點(diǎn)。水力發(fā)電廠運(yùn)行過程中，

由于電氣設(shè)備使用時(shí)間較長，各種元件老化問題越來

越嚴(yán)重，功能受到嚴(yán)重影響，使得電氣設(shè)備越來越容

易出現(xiàn)各種故障。2）偶發(fā)性惡化特點(diǎn)。電氣設(shè)備故障

與運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備自身以及人員操作等諸多因素有關(guān)，

使得故障的發(fā)生并不是固定的，這就增加了電氣設(shè)備

故障的預(yù)防與維護(hù)難度 [1]。

3 水力發(fā)電廠電氣設(shè)備維護(hù)及安全運(yùn)行管

理要點(diǎn)

3.1 日常檢查與記錄

為了確保電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，水力發(fā)電

廠必須要注重日常的檢查與記錄。主要檢查內(nèi)容見表

2，檢查流程如圖 1 所示。

編號(hào) 設(shè)備名稱 檢查內(nèi)容

1 發(fā)電機(jī)現(xiàn)地控制單元 調(diào)速器柜各量表計(jì)數(shù)是否正常；控制柜液晶屏操作畫

面是否正常；是否出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)

2 勵(lì)磁系統(tǒng) 發(fā)電機(jī)整流器柜頂散熱風(fēng)扇運(yùn)行是否正常；發(fā)電機(jī)輔

機(jī)控制柜指示燈是否正常

3 調(diào)速器系統(tǒng) 調(diào)速器油泵是否出現(xiàn)發(fā)熱、異常振動(dòng)、異響、高溫等

4 發(fā)電機(jī)艙 發(fā)電機(jī)碳刷架是否出現(xiàn)積碳粉、油污、火花等

5 發(fā)電機(jī)出口開關(guān)柜室 出口開關(guān)柜組高壓開關(guān)柜是否出現(xiàn)發(fā)熱、異響等問題；

無線測溫顯示是否正常

6 進(jìn)區(qū)變壓器 是否出現(xiàn)異響、異味與放電聲；保護(hù)元件是否報(bào)警

7 主變壓器 連接區(qū)域是否漏油；機(jī)體內(nèi)部是否出現(xiàn)異響、異味與

放電聲；風(fēng)機(jī)是否正常運(yùn)行；監(jiān)測模塊是否報(bào)警

8 柴油發(fā)電機(jī) 柴油量是否充足；電瓶電壓是否在 24 V 以上；冷卻

箱冷卻液是否充足

表 2 水力發(fā)電廠日常檢查內(nèi)容

圖 1 電氣設(shè)備日常檢查流程圖

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3.2 電氣設(shè)備的故障診斷

水力發(fā)電廠運(yùn)行過程中，若電氣設(shè)備出現(xiàn)故障，

則將會(huì)對整個(gè)水力發(fā)電項(xiàng)目造成較大干擾。所以，為

了保證整個(gè)水力發(fā)電項(xiàng)目的進(jìn)行，需要及時(shí)將故障診

斷出來，并確定故障類型與原因，找出故障的具體位置。

目前，電氣設(shè)備故障診斷通常采用下述幾種方法：

● 3.2.1 分析法

針對電氣設(shè)備的運(yùn)行原理、控制原理與控制線路，

結(jié)合對設(shè)備故障現(xiàn)象的初步觀察，以此判斷設(shè)備是否

出現(xiàn)故障，并分析出故障的原因與范圍。故障分析過

程中，先對主電路進(jìn)行分析，然后對各子電路予以分析，

以保證診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

● 3.2.2 短路法

在可能出現(xiàn)故障電氣設(shè)備的兩側(cè)，分別連接 1 根

導(dǎo)線，以此對設(shè)備短路進(jìn)行模擬，之后對系統(tǒng)運(yùn)行情

況進(jìn)行觀察，通過觀察設(shè)備是否可以繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)而

判斷出該設(shè)備是否出現(xiàn)故障。需要注意的是，采用該

方法診斷時(shí)，只可應(yīng)用到壓降較小的系統(tǒng)中，若壓降

較大，很容易出現(xiàn)觸電事故，對診斷人員的生命健康

造成較大危害 [2]。

● 3.2.3 開路法

又稱之為斷路法，根據(jù)故障現(xiàn)象初步確定故障位

置，并甩開與故障疑點(diǎn)連接的后級負(fù)載；若為多級連

接電路，可逐級甩開或者選擇性地甩開后級負(fù)載。然后，

正常向電路供電，通過觀察電路是否正常運(yùn)行，判斷

電路故障位置。若電路正常運(yùn)行，表明后級存在故障；

若無法正常運(yùn)行，則表明前級存在故障。該方式通常

對過載、低壓故障進(jìn)行診斷。

● 3.2.4 替代法

初步判斷可能出現(xiàn)故障的電氣元件后，將該元件取下，

并安裝 1 個(gè)同型號(hào)的新元件，然后將電路通電，若電路

可正常運(yùn)行，表明該元件存在故障，若依然無法正常運(yùn)行，

則表明其他電氣元件存在故障。采用該方式對電氣設(shè)備

故障診斷時(shí)，應(yīng)保證所選擇的替代件與原有元件的型號(hào)、

類型完全相同，且連線保持牢固，以免影響診斷結(jié)果 [3]。

● 3.2.5 對比法

通過專業(yè)的儀器設(shè)備對電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢

測，并以此為基礎(chǔ)，與設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的參數(shù)予以對比，

以此判斷電氣設(shè)備是否出現(xiàn)故障。采用該診斷方法時(shí)，

需要采用萬用表、電壓表、電流表等儀表設(shè)備。

● 3.2.6 擾動(dòng)法

電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)，人為地向其加載一定的擾動(dòng)，以

64 2023.05 設(shè)備監(jiān)理

安全分析

Safety Analysis

此對設(shè)備運(yùn)行狀況予以觀察，通過觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

變化情況對故障進(jìn)行判斷。對于一些電氣設(shè)備故障來

說，通常具備偶然性的特點(diǎn)，并非永久存在，故障現(xiàn)象的

時(shí)間可能非常短暫，造成故障診斷難度較高。針對這一

情況，即可采用擾動(dòng)法的方式予以診斷，可較為準(zhǔn)確地

檢測出這些隱蔽性、隨機(jī)性、偶然性較強(qiáng)的故障 [4]。

3.3 故障的監(jiān)控預(yù)警

電氣設(shè)備出現(xiàn)故障后，即便在較短時(shí)間內(nèi)將故障

解決，也將會(huì)對整個(gè)水力發(fā)電廠的運(yùn)行造成一定干擾，

降低水力發(fā)電的效率與質(zhì)量。因此，為了提升水力發(fā)電

的質(zhì)量與穩(wěn)定性，應(yīng)注重故障的監(jiān)控預(yù)警，提前發(fā)現(xiàn)可

能出現(xiàn)的故障，以降低故障對電氣設(shè)備及整個(gè)水力發(fā)電

系統(tǒng)的影響 [5]。水力發(fā)電廠需要采用性能良好且功能完

善的監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)故障診斷流程如圖 2 所示。

圖 2 電氣設(shè)備監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)診斷流程圖

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● 3.3.1 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊是該系統(tǒng)的重要組成部分，主要用

于水電廠工作人員對整個(gè)系統(tǒng)的操作。具體來說，主

要包含 2 大功能：1）權(quán)限管理功能。水力發(fā)電廠電氣

設(shè)備監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)管理員根據(jù)各崗位人員的工作特點(diǎn)，

賦予他們不同的權(quán)限，確保各崗位人員可以有效操作

監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的同時(shí)，控制各崗位人員的操作行為，

防止人員違規(guī)操作而影響監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的正常運(yùn)行，

確保監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)能夠及時(shí)、快速發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備可能

出現(xiàn)的故障，以此為電氣設(shè)備故障的預(yù)防性檢修與主

動(dòng)性檢修提供支持。2）用戶管理功能。主要包括用戶

登錄賬戶、密碼的注冊，用戶角色的確定，用戶賬戶、

密碼的登錄等。在上述 2 大功能的作用下，整個(gè)監(jiān)控

預(yù)警系統(tǒng)順利運(yùn)行，其在水力發(fā)電廠電氣設(shè)備故障監(jiān)

測與維修中發(fā)揮出最大的作用。

● 3.3.2 設(shè)備信息管理模塊

該模塊主要對電氣設(shè)備的信息進(jìn)行管理。該模塊

根據(jù)設(shè)備信息的特點(diǎn)，將設(shè)備信息劃分成 3 種類型，

分別為：1) 基礎(chǔ)信息，即用于直接顯示設(shè)備基本情況

的信息，包括設(shè)備的類型、數(shù)量、編號(hào)、所處部門等；

2) 設(shè)備故障信息，即與設(shè)備故障有關(guān)的信息，如故障

的類型、原因、現(xiàn)象、解決方案等；3) 設(shè)備檢測信息，

即與設(shè)備運(yùn)行情況監(jiān)測有關(guān)的信息，如設(shè)備實(shí)時(shí)的運(yùn)

行狀況、設(shè)備檢測的具體時(shí)間點(diǎn)等。通過對設(shè)備各方

面信息的存儲(chǔ)與記錄，可以為判斷電氣設(shè)備是否出現(xiàn)

故障提供支持，界面如圖 3 所示。

圖 3 設(shè)備信息管理模塊界面圖

● 3.3.3 設(shè)備故障監(jiān)測與預(yù)警模塊

該模塊主要通過對電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行分

析與處理，判斷電氣設(shè)備是否出現(xiàn)故障，其是整個(gè)監(jiān)

控預(yù)警系統(tǒng)中最為核心的一部分?，F(xiàn)場安裝的溫度、

濕度、電壓等傳感器自動(dòng)對電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)

予以采集，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，之后通過

2G/3G/4G 無線通信或者衛(wèi)星超短波電臺(tái)的方式，將

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給故障監(jiān)測與預(yù)警模塊，該模

塊繼續(xù)對數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換，以得到電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)

信息，并通過圖像方式將這一信息展示出來。與此同時(shí)，

還會(huì)與電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)予以對比，根據(jù)實(shí)際值與參

數(shù)值之間的對比，進(jìn)而判斷出電氣設(shè)備是否出現(xiàn)故障。

若發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備出現(xiàn)故障，則故障電氣設(shè)備對應(yīng)位置

閃爍變紅，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的故障報(bào)警指示音，用于提

示工作人員。此外，工作人員點(diǎn)擊故障電氣設(shè)備后，

可自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到故障診斷報(bào)告界面，以將故障詳細(xì)信息

直觀顯示出來，如圖 4 所示。

圖 4 設(shè)備故障監(jiān)測與預(yù)警模塊界面圖

3.4 制定完善的維護(hù)、檢修制度

電氣設(shè)備維護(hù)與安全運(yùn)行管理工作的開展離不開

管理制度的支持，只有制定健全的管理制度，才能開

展高質(zhì)量的電氣設(shè)備維護(hù)與安全運(yùn)行管理工作，從而

為電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。所以，水

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.05 65

安全分析

Safety Analysis

力發(fā)電廠電氣設(shè)備維護(hù)與安全運(yùn)行管理過程中，必須

制定出完善的維護(hù)與檢修制度。

1) 以設(shè)備安全為核心，優(yōu)化與完善現(xiàn)有管理制度，

設(shè)計(jì)最佳的安全管理指標(biāo)，對電氣設(shè)備性能的檢測提

供全面指導(dǎo)，以此準(zhǔn)確判斷出電氣設(shè)備是否出現(xiàn)故障。

2) 構(gòu)建專業(yè)的監(jiān)督小組，并明確該監(jiān)督小組的工

作職責(zé)，由該小組全面對水力發(fā)電廠電氣設(shè)備檢查、

維修工作進(jìn)行監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備檢查、維修工

作中存在的問題，并提出合理的整改意見，以保證整

個(gè)檢查與維修工作順利進(jìn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決電氣設(shè)

備出現(xiàn)的故障 [6]。

3) 設(shè)計(jì)完善的檢修與維護(hù)體系，包括打造出一支

高素質(zhì)的電氣設(shè)備檢修與維護(hù)團(tuán)隊(duì)，明確各崗位、人員

的工作職責(zé)，確保電氣設(shè)備檢修與維護(hù)工作有序落實(shí)到

實(shí)際工作中。將水力發(fā)電廠內(nèi)部劃分成多個(gè)區(qū)域模塊，分

別將各模塊交由不同班組進(jìn)行檢修與維護(hù)，在提升檢修

與維護(hù)效率的同時(shí)，為責(zé)任人的尋找提供支持。

4 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代水力發(fā)電廠電氣設(shè)備在運(yùn)行過程

中一旦出現(xiàn)故障會(huì)影響整個(gè)電廠的運(yùn)行，繼而無法穩(wěn)

定向社會(huì)輸送高質(zhì)量的電能。因此，在水力發(fā)電廠運(yùn)

行時(shí)，應(yīng)注重電氣設(shè)備維護(hù)及安全運(yùn)行的管理，開展

良好的日常檢查工作，加強(qiáng)電氣設(shè)備的故障診斷，采

用健全的故障監(jiān)控預(yù)警，制定完善的維護(hù)、檢修制度，

以確保水力發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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運(yùn)行及維護(hù)措施 [J].南方農(nóng)機(jī)，2020,51(3):235.

塊法蘭焊接變形，造成法蘭結(jié)合處存在較多較大間隙。

監(jiān)理人員立即要求制造單位整修，在整修完成后重新

對氣墊倉進(jìn)行保壓見證，滿足了盾體氣密性設(shè)計(jì)要求，

提前規(guī)避了重大質(zhì)量問題，保證了重大工程項(xiàng)目的施

工安全。

6 再制造行業(yè)發(fā)展建議

6.1 亟待提升設(shè)備再制造國內(nèi)認(rèn)可度

再制造產(chǎn)業(yè)在發(fā)達(dá)國家已有五六十年的歷史，根

據(jù)相關(guān)專家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022 年全球再制造產(chǎn)值已達(dá)

1 000 億美元。工程機(jī)械行業(yè)是我國開展再制造的重點(diǎn)

行業(yè)，尤其是掘進(jìn)機(jī)的再制造工作在我國仍處于初步

發(fā)展階段，再制造作為新的理念還沒有被行業(yè)及客戶

正確認(rèn)知 [3]，需要政府、協(xié)會(huì)和各相關(guān)行業(yè)持續(xù)推廣。

6.2 全面引入設(shè)備監(jiān)理加強(qiáng)再制造質(zhì)量管控

隨著行業(yè)快速發(fā)展，各類企業(yè)紛紛進(jìn)入設(shè)備再制

造或配套化服務(wù)的市場，且各家技術(shù)水平和能力參差

不齊，無法保證設(shè)備再制造的質(zhì)量，給設(shè)備質(zhì)量帶來

較多隱患，更是給設(shè)備使用帶來較多安全隱患。實(shí)施

設(shè)備再制造行業(yè)監(jiān)理工作，成為當(dāng)務(wù)之急。

6.3 加強(qiáng)再制造行業(yè)和再制造監(jiān)理的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

未來國內(nèi)再制造行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，面臨快速擴(kuò)

張的發(fā)展階段，但這給設(shè)備再制造帶來了較大的質(zhì)量

和安全隱患，加快再制造行業(yè)和再制造監(jiān)理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

的制定和推廣，可以較全面地管控再制造的質(zhì)量和安

全，對再制造行業(yè)的發(fā)展意義重大。

參考文獻(xiàn)

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