通信行業超期服役柴油發電機組的現狀分析和優化管理

2022-01-10 11:40:14藍郁峰陸寶冬彭啟輝

通信電源技術 2021年14期

藍郁峰，陸寶冬，彭啟輝

（1.中國電信股份有限公司廣東分公司，廣東廣州 510081；2.上海科泰電源股份有限公司，上海 201712）

1 超期發電機組的定義及評估依據

在通信行業內，習慣上對超期服役的定義，是按《電信通信網絡維護規程—電源與機房環境基礎設施分冊》第六十三條設備有效使用年限要求：發電機組使用年限為15年或累計運行小時數不超過大修時限，超過以上年限或運行時間即定義為“超期服役”。

在網使用的很多柴油發電機組在網時間超過15年（逾齡），如圖1所示為已服役29年的發電機組，但實際使用時間不長，年均不超過10 h，大部分為試驗運行累計，15年運行時間不超過200 h，遠達不到大修時限（一般國產發動機5 000～10 000 h，進口品牌發動機約8 000～20 000 h）。

圖1 出廠日期為1993年11月的氣啟動機組

一般而言，可以從使用條件、組成發電機組的發電機、發動機、控制器三大組件壽命來評估發電機組的使用壽命。通信行業的柴油發電機組，負載率一般不超過80%，使用在環境溫度低于50 ℃、相對濕度低于90%、通風條件較好的室內或帶防護罩殼的室外，負載條件及使用環境均能達到或優于制造廠的要求。

發電機部分，影響發電機壽命最重要的為軸承及繞組的絕緣、繞組壽命。從斯坦福發電維護手冊上查閱得知，振動級別不超過ISO8528—9及BS5001—3的規定下，環境溫度不超過50 ℃時，軸承壽命約30 000 h，另據IEC 216的規定，發電機繞組壽命的最低標準要求，按H級溫升的考核（125 ℃）不低于20 000 h，按F級溫升考核（105 ℃）達到40 000 h，當空氣相對濕度較大時，通過繞組加熱器能有效提高繞組的安全絕緣等級。因此，不考慮維修因素，一般發電機組的壽命可達到最少20 000 h以上。控制器部分，市場上深海、科邁、丹控、眾智、凱訊等品牌通用程度較高，筆者與丹控、眾智公司技術人員進行了溝通，由于電子元器件的特性，控制器為長期在線，正常使用壽命一般在10年或20年以內，機組不長期通電的電子器件壽命大于控制器主件。發動機部分，以40年時間計，實際工作時遠達不到第一次大修累計時間。

因此，發電機組實際的壽命，通過積極的維護及維修干預，其壽命是可以達到40年以上的，可以通過對設備數據管理準確性、使用率、完好率、超期年限、帶載能力5個指標來對發電機組進行綜合性能評估。

（1）設備數據管理準確性。目前在資源系統中，資產項目下可以看到的機組信息是不完整的。專業的維護人員需要準確了解到機組產地、品牌、型號、序列號，發動機品牌、產地、型號、序列號，發動機主要備品備件信息包括機油濾器、柴油濾器、水濾器、空氣濾器、充電機皮帶、充電機、啟動馬達及磁吸、調速板及轉速傳感器、機油及溫度傳感器等準確的規格型號，發電機的品牌、型號及產地、發電機調壓板的信息，控制器主控模塊廠家、規格型號及程序。準確的信息有助于快速獲取市場資源，這些信息對于后期維護尤為重要。

（2）使用率。各地市機房地點不同，總體來說市電的穩定性遵循大城市-市級城市-縣級城區-近郊-野外逐級降低的規律，可通過一年的評估，將機組的使用時間，負載率進行分級登記，作為后續維護的依據。

（3）完好率：需解決以下問題：機組是否按規程進行了定期維護檢查？有沒有未處理的故障？有沒有隱患未處理？基本設計功能是否正常？真實的帶載能力如何？機組出現重大故障之前，可以觀察到震動、黑煙、轉速/電壓不穩定、啟動不正常等現象，只有全面了解了機組的完好情況，可規避風險，機組狀態在網才是真實有效的。

（4）超期年限。此項記錄依據可用調試時間作為參考，超過10年使用時間即列入重點關注，采用更高級別的深度維護及督促工作。

2 目前在網運行柴油發電機組現狀

廣東電信分公司目前在網運行的柴油發電機組，主要分為以下幾類。

（1）20世紀70～90年代國產發電機組。改革開放前，國內發電機組工業引進東歐及前蘇聯技術生產的135序列發動機為主，代表為無動，上柴，南昌柴油發電機等，主要特點是體積大、三漏現象明顯、啟動方式多樣（電啟動、氣啟動，需怠速運轉）、冷卻方式多樣（水箱閉式風冷、水池混合冷卻等）。

（2）原裝進口發電機組。主要有CAT，康明斯，靈盾，十字軍，威爾信，科勒等品牌，其中靈盾、十字軍等品牌已退出市場。

（3）大功率國產發電機組試用。2006—2008年左右，各地市公司自主招標及部分集采分配，在主用1 6001 8002 200 kW功率段，選用了某國產發電機組，短期內出現拉缸、帶載能力不足、故障率多的現象，后期絕大部分進行了更換，造成了很大的資源浪費。

（4）進口品牌機組、OEM成套機組。CAT、康明斯、科勒等國際品牌在中國本地化成套機組，國內廠家科泰、泰豪等廠家選用進口品牌發動機的OEM成套機組。

（5）集采分配新購國產機組。500 kW以下中小功率段使用玉柴、上柴、濰柴發動機為代表的國產發電機組，少量1 000 kW以上的發電機組。

如上所述，在網發電機組形式多樣化、年代多樣化，品牌多樣化、品質不同、使用方式及維護要求不同，前述（1）類形式的發電機組技術落后，使用維護復雜，對操作人員專業技術能力要求較高，環保狀況不良，處于逐步退網報廢狀態，本文主要討論如何對（2）類到（5）類“超期”使用發電機組如何優化管理，對其功能性能進行量化、做好深度維護、采用多樣化的手段改良設備狀態，減少風險，保障網絡電源安全。

3 超期使用（逾齡）柴油發電機組容易發生的故障和風險

以下為筆者工作中遇到的一些超期使用（逾齡）柴油發電機故障案例。

（1）一臺CAT 2002年投運1 000 kW機組，開機時煙色較重、并冒藍煙，在筆者建議下，采用1 000 kW假負載，帶滿載2 h，黑、藍煙現象消除;一臺康明斯1 800 kW機組，報啟動故障，后打開排氣管，排出一桶黑油后機組啟動正常。

（2）一臺2006年投運威爾遜機組，夜間緊急備用發電時風扇皮帶突然斷裂，發動機高溫停機，造成機樓斷電事故。

（3）一臺2001年 SIMPOWER機組與新購機組改造為并機系統，發電機電壓不穩定，導致偶發性的同步失敗，后將調壓板更換后，電壓狀況與新機基本一致運行穩定。

（4）一臺2011年MTU 電子噴油800 kW發電機組，在一次重載工作約3 h后，出現啟動困難及轉速不穩情況，反復排查后發現日用油箱已使用超過20年，油箱內部、油管及油水分離器上附著黑色瀝清狀粘稠物質，如圖2所示，打開發動機蓄壓泵、電噴嘴檢查，在重載情況下，發動機吸入了燃油中的雜物，油泵、噴嘴及其他電子噴油高精度全部受損進行更換，損失超過30萬。

圖2 長期油泥沉淀淤積堵塞潤滑油管路

（5）一臺2003年威爾遜機組無法啟動，經檢查為馬達前端的啟動繼電器損壞，同時發現一個情況，同一機房的兩臺威爾遜機組，控制屏均采用通用模塊進行了更換，如圖3所示，詢問得知，原機組控制屏反復出現故障，找原廠維修配件成本高昂，單次服務成本高，后更換為通用控制模塊，性能優于原廠老舊產品，且成本低廉。

圖3 以通用控制器屏改造更換掉故障頻發舊原裝控制屏的威爾遜機組

（6）一臺某國際大廠英國原裝進口整機組產品，其控制屏采用板卡形式，運行5年左右，出現控制屏故障，幾塊板卡更換加入服務成本，損失超過10萬元。

（7）某機樓一臺CAT機組，水箱被腐蝕無法修補維修，如采用原廠產品，更換成本約15萬且需從美國進口，時間超過3個月，后與國內專業水箱廠協商，將損壞水箱整體打包運輸至水箱廠，由水箱廠將銅管及散熱翅片全部進行了更換，15天內解決了問題。

從上述所列已發生案例來看，超期服役機組部件老化引起的故障率較高問題明顯，同時操作維護人員專業知識不足、不正確的發電機組的使用工況、不正確檢查及維護、正常期限老化電器元器件和一些機械部件未能及時更換、無法立即獲取的“致命”維修備件準備不足，客觀上造成“超期”機組可靠性、穩定性嚴重下降，是造成停電斷網重大風險的主因，同時也可看到，采用市場通用產品能及時完成維修恢復供電，極大提升成本及效率。

4 超期使用柴油發電機組的優化管理

結合以上現狀分析，筆者建議從以下方面加強超期使用柴油發電機組的優化管理，延長該類機組的使用壽命和應急發電保障狀態。

（1）加強一線操作人員的培訓。動力專業人才青黃不接現象普遍，發電機組作為機械與電氣結合的產品，懂原理、會使用的專業人才在各地市差異極大，骨干人員需保持相對穩定，持續積累實際工作經驗，同時，應組織發電機廠家定期或不定期進行實操培訓，提高人員的專業技術水平，做到平時能正確維護保養機組發現潛在隱患，應急發電時能快速反應正確操作，有故障時能快速排除修復。

（2）摸清家底,做好保養及備件儲備。對在網機組進行分級管理，要求各地市職能部門對重要機樓及重要節點對機組按廠家規范進行深度保養，確保油機的完整性，做好“致命”備件的合理數量儲備。

（3）做好超期機組的日常維護保養工作，必要時安排大修。

如及時更換三濾、易損件，檢查燃油和潤滑油是否液位正常和品質有無變質、檢查啟動電池狀態和連接是良好、檢查皮帶是否松馳和磨損、檢查各運動部件螺絲是否松動、檢查送電輸出，負載線路、開關連接是足否良好、檢查電氣回路絕緣狀態是否良好、定期啟動發電機組檢查有無異常，始終使發電機組保持良好狀態，接收到啟機命令后隨時可發電帶載。

（4）機組狀態與負荷重要程度、應用場景的調配使用。

對重要負荷場所，經評估可調配更換掉超期使用狀態不佳的機組，這些機組可用于非重要場所使用。

（5）超期使用機組的改造。

結合當前新技術發展，新元器件的出現，及時改造升級控制系統、配電系統，部分輔助部件，方便操作和配件庫存維修。

（6）出現異常應有應急柴發的替代介入。各地市普遍配套移動發電車，省公司機動大隊配套有大功率的移動發電車，對需使用地點配電系統進行適應移動發電車接口的改造，平時做好演練，出現預期的停電或故障停電油機無法修復時，可使用應急柴發的介入。

（7）充分借助市場資源。可對從事本地油機行業的專業公司進行充分調查，了解在網油機維修人員的中、大修能力及應急反應時間，各種發動機、發電機、控制器件的源頭供應廠家本地化的“致命”備件的供應能力，可在短時間內穩定解決的人員及備件均可交給市場來儲備，部分地市與專業公司進行合作，將維保服務進行專業外包，有序監管下油機的使用狀況良好。

（8）采用物聯網、5G新技術對超期發電機賦能再生。

目前大多數在網油機運行參數均已接入動環系統，已做到初步的數字化，可進一步結合發展迅速的物聯網技術，如科泰電源天辰云應急備用電源智慧云網系統，部分現場情況如圖4所示，其設備物聯監控及服務云平臺可實現應急備用電源設備的數據采集、監控、存儲、管理、分析及數據挖掘預測和輔助決策，智慧運維提升服務的效率，WEB版和手機APP、微信小程序等應用，完美實現人機結合，提供應急備用電源設備遠程實時監控、智能分析診斷、智能化運維等功能，提前報警維護周期、故障預警、實時通知告警、專家會診結合起來，90%以上的故障可通過預防進行規避，科泰電源天辰云應急備用電源智慧云網系統已在部分移動電源車上使用，在線定位和實時數據監測，手機上顯示報警和提醒內容，效果良好。

圖4 科泰電源天辰云應急備用電源智慧云網系統改造接入及調試現場

（9）同一單位采購機組種類品牌盡可能集中，應采用行業優勢企業產品，利用優勢企業良好的網絡資源、技術資源，方便人員技能提高、維護使用及配品配件的儲存。

5 結論