桐柏抽水蓄能機(jī)組可靠性分析

章 亮，潘菊芳，陳 勤

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限公司，浙江天臺(tái) 317200)

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，中國(guó)電力發(fā)展已步入了大電網(wǎng)，大機(jī)組，自動(dòng)化，信息化的新階段，電力已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活不可缺少的生產(chǎn)資料和生活資料，保證安全可靠的電力供應(yīng)至關(guān)重要.電網(wǎng)瓦解和大面積停電事故，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，影響人民正常生活，還會(huì)危及公共安全，造成嚴(yán)重的社會(huì)損失.確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行，對(duì)抽水蓄能電廠而言，在面臨電網(wǎng)需要緊急調(diào)用調(diào)峰填谷之時(shí)能可靠啟動(dòng)是電網(wǎng)安全的重要保障，因此，分析并提高抽水蓄能電廠機(jī)組的啟動(dòng)可靠性顯得尤為重要[1］.

1 抽水蓄能機(jī)組可靠性介紹

目前針對(duì)抽水蓄能機(jī)組可靠性的規(guī)程還在醞釀階段，以往的電力可靠性規(guī)程更多的針對(duì)火電機(jī)組或常規(guī)水力發(fā)電機(jī)組.

電力可靠性管理的基本任務(wù)是:依據(jù)相關(guān)規(guī)定，制訂電力可靠性準(zhǔn)則和統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)規(guī)程;評(píng)價(jià)和分析電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性;研究和擬訂電力系統(tǒng)及電力設(shè)備最佳可靠性目標(biāo);建立可靠性效益評(píng)價(jià)系統(tǒng)，提高電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平和可靠性管理水平.

對(duì)于抽水蓄能電站，電力可靠性包含了發(fā)電可靠性和抽水可靠性，指處于備用狀態(tài)的機(jī)組在指定時(shí)間內(nèi)從停機(jī)穩(wěn)態(tài)到指定工況的完成能力.就發(fā)電可靠性，涵蓋了機(jī)組從停機(jī)穩(wěn)態(tài)到發(fā)電工況和發(fā)電調(diào)相工況的完成能力，而抽水可靠性則作為機(jī)組從停機(jī)穩(wěn)態(tài)到抽水工況和抽水調(diào)相工況完成能力的體現(xiàn).

新建機(jī)組可靠性統(tǒng)計(jì)從首次并網(wǎng)開(kāi)始.

可靠性通過(guò)統(tǒng)計(jì)各機(jī)組的主要相關(guān)參數(shù)等效可用系數(shù)、等效強(qiáng)迫停運(yùn)率、發(fā)電及抽水啟動(dòng)成功率進(jìn)行分析，有非常明確的定量指示.下面對(duì)可靠性主要參數(shù)進(jìn)行介紹[2］.

等效可用系數(shù)(%)EAF=(可用小時(shí)－降低出力等效停運(yùn)小時(shí))/統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)×100%

其中，可用小時(shí)指設(shè)備處于可用狀態(tài)的小時(shí)數(shù).這里提及的“降低出力等效停運(yùn)小時(shí)”，原是指火電機(jī)組不帶滿負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)，在抽水蓄能機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中并不存在這種狀態(tài)，因而上述公式可修正為:

等效可用系數(shù)(%)EAF=可用小時(shí)/統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)×100%

顯然，等效可用系統(tǒng)越高，機(jī)組可靠性也越高.由公式可知，提高等效可用系數(shù)的辦法是在指定統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)提高可用小時(shí).

等效強(qiáng)迫停運(yùn)率(%)EFOR=(強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí)+第1、2、3類(lèi)非計(jì)劃降低出力運(yùn)行等效停運(yùn)小時(shí)之和)/(運(yùn)行小時(shí)+強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí)+第1、2、3類(lèi)非計(jì)劃降低出力備用等效停運(yùn)小時(shí)之和)×100%

其中，運(yùn)行小時(shí):設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)的小時(shí)數(shù)，指機(jī)組在指定工況運(yùn)行的時(shí)間.強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí):機(jī)組處于第1～3類(lèi)非計(jì)劃停役狀態(tài)的小時(shí)數(shù)之和.計(jì)劃停運(yùn)行指設(shè)備處于計(jì)劃?rùn)z修期內(nèi)的狀態(tài).非計(jì)劃停役則相對(duì)于計(jì)劃停運(yùn)，指設(shè)備處于不可用而又不是計(jì)劃停運(yùn)的狀態(tài).對(duì)于非計(jì)劃停役，根據(jù)其緊迫程度分成1－5類(lèi).考慮到抽水蓄能機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不存在非計(jì)劃降低出務(wù)備用等效停運(yùn)，因而上述公司可簡(jiǎn)化為:

等效強(qiáng)迫停運(yùn)率(%)EFOR=強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí)/(運(yùn)行小時(shí)+強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí))×100%

那么，我們可以這么理解，相對(duì)一定的運(yùn)行小時(shí)，等效強(qiáng)迫停運(yùn)率越大，說(shuō)明強(qiáng)迫停運(yùn)時(shí)間越長(zhǎng)，機(jī)組可靠性越低.要提高機(jī)組可靠性，勢(shì)必要減小等效強(qiáng)迫停運(yùn)率，也就是減少?gòu)?qiáng)迫停運(yùn)事件的發(fā)生，盡量縮短強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí).

發(fā)電啟動(dòng)可靠度(%)SR:發(fā)電啟動(dòng)成功次數(shù)/(發(fā)電啟動(dòng)成功次數(shù)+發(fā)電啟動(dòng)失敗次數(shù))×100%

抽水啟動(dòng)可靠度(%)SR:抽水啟動(dòng)成功次數(shù)/(抽水啟動(dòng)成功次數(shù)+抽水啟動(dòng)失敗次數(shù))×100%

需要特別說(shuō)明的是，抽水蓄能機(jī)組到達(dá)抽水工況必定先將機(jī)組從停機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)為抽水調(diào)相工況，再轉(zhuǎn)為抽水工況，因而抽水啟動(dòng)可靠度中抽水啟動(dòng)成功次數(shù)指的是抽水調(diào)相啟動(dòng)成功次數(shù)[3］.

從上述各參數(shù)的介紹中不難看出，要提高可靠性，需要盡量減少或避免機(jī)組非計(jì)劃停役.機(jī)組非計(jì)劃停役在電力系統(tǒng)中是要嚴(yán)格考核的[4］.引起非計(jì)劃停役的原因是多方面的:機(jī)組本身故障、輔助系統(tǒng)設(shè)備故障和外來(lái)因素等.設(shè)備故障有的是不可避免的，但在運(yùn)行工作中加強(qiáng)巡視，定期維護(hù)，精心監(jiān)視能避免很多這樣的因素，發(fā)現(xiàn)缺陷后及時(shí)有效地采取措施，往往能排除各種隱患，使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行.外來(lái)因素包括人為因素、不可抗拒的自然因素等.因而不斷提高生產(chǎn)人員技術(shù)水平、強(qiáng)化生產(chǎn)人員安全意識(shí)，關(guān)注生產(chǎn)人員工作狀態(tài)對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行有著不可或缺的作用.對(duì)于可預(yù)知的不可抗拒因素，應(yīng)未雨綢繆，使其帶來(lái)的破壞降到最低.

2 桐柏抽水蓄能電站數(shù)據(jù)分析

桐柏抽水蓄能電站是日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，第一臺(tái)機(jī)組于2005年12月20日并網(wǎng)發(fā)電，2006年12月27日，第四臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，標(biāo)志著電站四臺(tái)機(jī)組全部投入商業(yè)運(yùn)行.在商運(yùn)前期進(jìn)行了大量試驗(yàn)、試運(yùn)行和調(diào)試工作，期間數(shù)據(jù)影響到機(jī)組正常運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)和分析.因此，為了保證統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，本文從2007年開(kāi)始對(duì)桐柏抽水蓄能電站全年的可靠性指標(biāo)進(jìn)行有針對(duì)性的分析和合理化建議.

2007－2009年桐柏抽水蓄能電站四臺(tái)機(jī)組的可靠性參數(shù)見(jiàn)表1.

下面對(duì)各參數(shù)逐年進(jìn)行分析.

2007年，電站年度等效可用系數(shù)達(dá)到89.23%，從表格中可知，2號(hào)機(jī)組當(dāng)年等效可用系數(shù)較低，影響了全年參數(shù).2號(hào)機(jī)當(dāng)年因計(jì)劃停役小時(shí)達(dá)到1 458.1，使得可用時(shí)間大大減少，致使等效可用系數(shù)也相應(yīng)減少.

再來(lái)看當(dāng)年的年度等效強(qiáng)迫停運(yùn)率0.47%，原因出在3號(hào)機(jī)和4號(hào)機(jī)的兩個(gè)較高的等效強(qiáng)迫停運(yùn)率上，3號(hào)機(jī)當(dāng)年強(qiáng)迫停運(yùn)小時(shí)為19.62，4號(hào)機(jī)強(qiáng)迫停小時(shí)為19.03，我們不妨橫向比較一下，不難發(fā)現(xiàn)，這是兩個(gè)相當(dāng)高的數(shù)據(jù)，查閱資料發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)2007年共發(fā)生非計(jì)劃停役事件6次，其中4次為強(qiáng)迫停運(yùn)事件，最嚴(yán)重的一次因?yàn)閯?lì)磁系統(tǒng)功率柜整流橋2號(hào)風(fēng)機(jī)A相斷線，從查明故障點(diǎn)到更換相關(guān)部件，花了十多個(gè)小時(shí).另有兩次是由于通訊系統(tǒng)元件故障，引起機(jī)組跳閘.從幾次非停事件可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致非停的原因大部分出在機(jī)組的輔助設(shè)備上，并且其質(zhì)量原因占了大比例.因此在選購(gòu)設(shè)備零部件時(shí)應(yīng)把好質(zhì)量關(guān).另外，故障發(fā)生后查找原因、處理問(wèn)題時(shí)應(yīng)迅速、準(zhǔn)確，盡量縮短機(jī)組不在可用狀態(tài)的時(shí)間.

最后是發(fā)電、抽水啟動(dòng)成功率，四臺(tái)機(jī)組相比，發(fā)電啟動(dòng)成功率最低的是2號(hào)機(jī)，抽水啟動(dòng)成功率最低的是3號(hào)機(jī).做為全廠投運(yùn)后第1個(gè)完整的年份，2007年的啟動(dòng)成功率數(shù)據(jù)在與2008年、2009年比較中，明顯存在著較大差距.投產(chǎn)初期機(jī)組在磨合期，主機(jī)及與輔助設(shè)備之間配合不可避免地存在一些問(wèn)題，機(jī)組啟動(dòng)可靠度有較大的提升空間.經(jīng)過(guò)對(duì)每次啟動(dòng)失敗的分析，總結(jié)出影響啟動(dòng)成功的主要是以下幾個(gè)方面的原因:

(1)抽水工況啟動(dòng)過(guò)程中SFC設(shè)備故障引起的啟動(dòng)不成功.SFC，英文全稱為“Static Frequency Converter”(即靜止變頻器)，桐柏抽水蓄能電站配備有一套SFC啟動(dòng)設(shè)備，用于機(jī)組抽水工況及抽水調(diào)相工況的啟動(dòng)，它具有無(wú)級(jí)變速、啟動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)速度快、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn).在投產(chǎn)初期，SFC及其輔助設(shè)備、SFC與機(jī)組配合以及SFC與監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程等故障導(dǎo)致了絕大部分的抽水啟動(dòng)不成功事件.為此，維護(hù)人員對(duì)SFC進(jìn)行了從跳閘邏輯的完善到保護(hù)回路的多項(xiàng)異動(dòng)、改造，確保了此后SFC啟動(dòng)的可靠度.

(2)機(jī)組LCU通訊故障引起的發(fā)電、抽水啟動(dòng)不成功.LCU即機(jī)組的現(xiàn)地控制單元，機(jī)組所有的信號(hào)都要通過(guò)它來(lái)處理和上送遠(yuǎn)方控制端.桐柏抽水蓄能電站每臺(tái)機(jī)組的LCU通訊模塊都有2個(gè)CPU模塊保證信號(hào)良好的傳輸，但在CPU切換的時(shí)候，通訊功能消失，如果此時(shí)上位機(jī)有啟動(dòng)命令，則很有可能造成啟動(dòng)不成功.同樣，運(yùn)行維護(hù)人員在加強(qiáng)設(shè)備的檢查和維護(hù)后，機(jī)組的啟動(dòng)可靠度也得到了提升.

(3)勵(lì)磁系統(tǒng)故障引起的發(fā)電、抽水啟動(dòng)不成功.由于勵(lì)磁系統(tǒng)功率柜整流橋風(fēng)機(jī)斷線和斷路器滅弧部分滅弧室靜觸頭電阻超標(biāo)，造成啟動(dòng)不成功，在更換不良設(shè)備零件后，也同樣不再由于類(lèi)似問(wèn)題發(fā)生啟動(dòng)不成功.

至2008年年初，經(jīng)過(guò)2007年1年時(shí)間的運(yùn)行，主機(jī)與輔機(jī)間的配合、運(yùn)行方式以及運(yùn)行維護(hù)工作的不斷完善，機(jī)組可靠性有了顯著提高:年度等效可用系數(shù)增長(zhǎng)明顯;年度強(qiáng)迫停運(yùn)率大幅下降;發(fā)電啟動(dòng)成功率達(dá)到100%;抽水啟動(dòng)成功率也達(dá)到98%以上.等效可用系數(shù)的增長(zhǎng)與當(dāng)年計(jì)劃停役時(shí)間較少有直接的關(guān)系.強(qiáng)迫停運(yùn)事件控制在1次，為2號(hào)水輪機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中導(dǎo)葉信號(hào)器位置開(kāi)關(guān)固定螺栓松動(dòng)，使摩擦片信號(hào)動(dòng)作，導(dǎo)致正在發(fā)電運(yùn)行的機(jī)組跳閘.機(jī)械零部件松動(dòng)原因出在施工工藝上，抽水蓄能機(jī)組特殊的運(yùn)行方式對(duì)設(shè)備、施工、維護(hù)、運(yùn)行工作都帶來(lái)新的挑戰(zhàn).

2009年，發(fā)電啟動(dòng)成功率繼續(xù)保持100%，抽水啟動(dòng)成功率也接近100%，但是因?yàn)?號(hào)機(jī)的計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間同比增加了60%，所以年度等效可用系數(shù)比上年還是有所下降，當(dāng)然這并不是說(shuō)明電站的可靠性在下降，在剔除同比增加的計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間，2009年的等效可用系數(shù)與2008年的相仿.全年只發(fā)生了一次非計(jì)劃停役，原因是繼電保護(hù)500 kV變壓器保護(hù)微機(jī)差動(dòng)VFC(A/D)變換器件松動(dòng)，導(dǎo)致2號(hào)機(jī)強(qiáng)迫停運(yùn).

經(jīng)過(guò)近3年的數(shù)據(jù)分析，充分詮釋了利用可靠性分析和有針對(duì)性地重點(diǎn)巡視管理、設(shè)備改造、邏輯完善的方法的優(yōu)越性，真正做到了在系統(tǒng)中峰谷調(diào)配和正常供電的可靠、可用.根據(jù)電力工業(yè)部1996年發(fā)布的《電力行業(yè)一流水力發(fā)電廠考核標(biāo)準(zhǔn)》，混流可逆式機(jī)組的等效可用系數(shù)考核基礎(chǔ)值為83.5%，桐柏電站機(jī)組的等效可用系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)，并呈逐年遞增的良好趨勢(shì)[5］.而在機(jī)組啟動(dòng)成功率的考核上，根據(jù)華東電網(wǎng)考核標(biāo)準(zhǔn)，除2007年抽水啟動(dòng)成功率低于98.5%外，2008年、2009年每臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)成功率都超過(guò)了該標(biāo)準(zhǔn)，綜合接近100%.

3 結(jié)語(yǔ)

提高抽水蓄能機(jī)組可靠性，除了以高標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)要求的生產(chǎn)工作態(tài)度，加大設(shè)備缺陷的巡查排除力度，加強(qiáng)運(yùn)檢人員在工作上的責(zé)任教育，力爭(zhēng)在計(jì)劃停運(yùn)期間將所有不可靠因素排除，還要繼續(xù)用系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法和嚴(yán)格的分析方式，重點(diǎn)排查設(shè)備缺陷，做好設(shè)備的事故預(yù)想，切實(shí)做到沉著應(yīng)對(duì)，爭(zhēng)取避免各種不可靠因素的發(fā)生.

[1]梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)[M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DL/T836－2003供電系統(tǒng)用戶供電可靠性評(píng)價(jià)規(guī)程[S］.北京:中國(guó)電力出版社，2003.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DL/T793－2001發(fā)電設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)規(guī)程[S］.北京:中國(guó)電力出版社，2001.

[4]王利亞.淺談抽水蓄能機(jī)組可靠性管理[J］.廣東電力，2003(5):23－24.

[5]中國(guó)網(wǎng).電力可靠性監(jiān)督管理辦法[EB/OL］.2007－05－16[2011 －06 －20］.http://www.china.com.cn/law/flfg/txt/2007－05/16/content_8263281.htm.