通信行業(yè)超期服役柴油發(fā)電機組的現狀分析和優(yōu)化管理

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(fā)電機組的定義及評估依據

在通信行業(yè)內，習慣上對超期服役的定義，是按《電信通信網絡維護規(guī)程—電源與機房環(huán)境基礎設施分冊》第六十三條設備有效使用年限要求：發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)動機5 000～10 000 h，進口品牌發(fā)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(fā)電機組的發(fā)電機、發(fā)動機、控制器三大組件壽命來評估發(fā)電機組的使用壽命。通信行業(yè)的柴油發(fā)電機組，負載率一般不超過80%，使用在環(huán)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(huán)境均能達到或優(yōu)于制造廠的要求。

發(fā)電機部分，影響發(fā)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(fā)電維護手冊上查閱得知，振動級別不超過ISO8528—9及BS5001—3的規(guī)定下，環(huán)境溫度不超過50 ℃時，軸承壽命約30 000 h，另據IEC 216的規(guī)定，發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(tǒng)中，資產項目下可以看到的機組信息是不完整的。專業(yè)的維護人員需要準確了解到機組產地、品牌、型號、序列號，發(fā)動機品牌、產地、型號、序列號，發(fā)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(guī)格型號，發(fā)電機的品牌、型號及產地、發(fā)電機調壓板的信息，控制器主控模塊廠家、規(guī)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(wěn)定性遵循大城市-市級城市-縣級城區(qū)-近郊-野外逐級降低的規(guī)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(xù)維護的依據。

（3）完好率：需解決以下問題：機組是否按規(guī)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(wěn)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(guī)避風險，機組狀態(tài)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(fā)電機組現狀

廣東電信分公司目前在網運行的柴油發(fā)電機組，主要分為以下幾類。

（1）20世紀70～90年代國產發(fā)電機組。改革開放前，國內發(fā)電機組工業(yè)引進東歐及前蘇聯(lián)技術生產的135序列發(fā)動機為主，代表為無動，上柴，南昌柴油發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)動機為代表的國產發(fā)電機組，少量1 000 kW以上的發(fā)電機組。

如上所述，在網發(fā)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(fā)電機組技術落后，使用維護復雜，對操作人員專業(yè)技術能力要求較高，環(huán)保狀況不良，處于逐步退網報廢狀態(tài)，本文主要討論如何對（2）類到（5）類“超期”使用發(fā)電機組如何優(yōu)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(tài)，減少風險，保障網絡電源安全。

3 超期使用（逾齡）柴油發(fā)電機組容易發(fā)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(fā)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(fā)電時風扇皮帶突然斷裂，發(fā)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(tǒng)，發(fā)電機電壓不穩(wěn)定，導致偶發(fā)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(wěn)定。

（4） 一臺2011年MTU 電子噴油800 kW發(fā)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(wěn)情況，反復排查后發(fā)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(fā)動機蓄壓泵、電噴嘴檢查，在重載情況下，發(fā)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(fā)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(yōu)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(fā)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(yè)水箱廠協(xié)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(fā)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(yè)知識不足、不正確的發(fā)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(wěn)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(fā)電機組的優(yōu)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(fā)電機組的優(yōu)化管理，延長該類機組的使用壽命和應急發(fā)電保障狀態(tài)。

（1）加強一線操作人員的培訓。動力專業(yè)人才青黃不接現象普遍，發(fā)電機組作為機械與電氣結合的產品，懂原理、會使用的專業(yè)人才在各地市差異極大，骨干人員需保持相對穩(wěn)定，持續(xù)積累實際工作經驗，同時，應組織發(fā)電機廠家定期或不定期進行實操培訓，提高人員的專業(yè)技術水平，做到平時能正確維護保養(yǎng)機組發(fā)現潛在隱患，應急發(fā)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(yǎng)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(jié)點對機組按廠家規(guī)范進行深度保養(yǎng)，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(yǎng)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(tài)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(tài)是否良好、定期啟動發(fā)電機組檢查有無異常，始終使發(fā)電機組保持良好狀態(tài)，接收到啟機命令后隨時可發(fā)電帶載。

（4）機組狀態(tài)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(tài)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(fā)展，新元器件的出現，及時改造升級控制系統(tǒng)、配電系統(tǒng)，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(fā)的替代介入。各地市普遍配套移動發(fā)電車，省公司機動大隊配套有大功率的移動發(fā)電車，對需使用地點配電系統(tǒng)進行適應移動發(fā)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(fā)的介入。

（7）充分借助市場資源。可對從事本地油機行業(yè)的專業(yè)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(fā)動機、發(fā)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(wěn)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(yè)公司進行合作，將維保服務進行專業(yè)外包，有序監(jiān)管下油機的使用狀況良好。

（8）采用物聯(lián)網、5G新技術對超期發(fā)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(huán)系統(tǒng)，已做到初步的數字化，可進一步結合發(fā)展迅速的物聯(lián)網技術，如科泰電源天辰云應急備用電源智慧云網系統(tǒng)，部分現場情況如圖4所示，其設備物聯(lián)監(jiān)控及服務云平臺可實現應急備用電源設備的數據采集、監(jiān)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(jiān)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(guī)避，科泰電源天辰云應急備用電源智慧云網系統(tǒng)已在部分移動電源車上使用，在線定位和實時數據監(jiān)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(tǒng)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(yè)優(yōu)勢企業(yè)產品，利用優(yōu)勢企業(yè)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

在通信行業(yè)使用的很多柴油發(fā)電機組雖然使用年限達到“超期服役”的時間年限，但實際使用時間不長，即使出現一些故障情況，經過維修、通過對機組進行深度保養(yǎng)和優(yōu)化管理，也是完全可以延長機組使用壽命，機組性能、指標也完全可以達到出廠時的指標要求，為企業(yè)、員工帶來效益。