1 000 MW超超臨界機組整套啟動調(diào)試可靠性增長分析

王富廣

（江西大唐國際撫州發(fā)電有限責任公司，江西撫州344000）

0 引言

某電廠超超臨界2×1 000 MW燃煤發(fā)電機組新建工程，由華北電科院負責調(diào)試工作，1號機組順利完成168 h滿負荷試運后移交試生產(chǎn)。在機組調(diào)試期間，共整套啟動18次，停機17次，其中故障停機14次，包含啟動失敗1次，計劃停機3次。機組每次發(fā)生故障停機后，調(diào)試人員均對機組暴露出的缺陷問題施以切實可行的消缺或改善措施，令機組運行的可靠性不斷提高。限于目前國內(nèi)調(diào)試體系中，仍未對機組進行有關可靠性的試運驗證試驗，但從機組滿足整套啟動條件開始試運起，可以認為其是可靠性增長的試驗過程[1]。

1 運行可靠性的影響因素分析

考慮到新建工程1號機組調(diào)試階段機組的零件與零件、設備與設備、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的不確定性，包括運行人員雖值機操作經(jīng)驗豐富，但有等容量、同類型機組操作經(jīng)驗的人員不多，更不了解新建機組的運行特性。故機組整套系統(tǒng)的可靠性應包括設備可靠性和人為因素可靠性兩個方面。

式中：R1為運行人員的人為因素可靠性；R2～Rn為機組各子系統(tǒng)可靠性。

該1號機組的調(diào)試方案由華北電科院起草，經(jīng)啟委會各方論證，在若干新建的百萬機組中較為普遍使用，具有一定的代表性。從機組首次沖轉(zhuǎn)3 000 r/min起，由于凝泵變頻器出現(xiàn)故障而打閘。在之后的調(diào)試過程中，其他缺陷也逐步暴露出來，高旁閥振動問題尤為突出。在14次故障停機中，機側(cè)方面故障停機9次，約占64.29%，包括軸瓦溫度過高、高排逆止閥未成功開啟、除氧器故障等均1次，各約占7.14%；高旁閥振動過大6次，約占42.86%，被迫停機消缺檢修11天，嚴重延誤了啟動調(diào)試任務。爐側(cè)方面熱工問題5次，約占35.71%，包括熱工信號反饋故障2次，約占14.29%；熱工保護跳閘3次，約占21.43%。其中各個方面的故障中包含了人為因素，也反映出設備本身質(zhì)量、電建安裝質(zhì)量及總包設計缺陷等方面問題。除人為因素可以通過加強培訓教育和落實管理避免以外，其他問題務必采用積極消缺和改進的方式來提高整套機組試運的可靠性。

2 整套啟動調(diào)試可靠性模型及其分析

1號機組自首次整套啟動至完成168 h正式移交試生產(chǎn)的調(diào)試過程，可以看作是可靠性增長試驗，故障停機累計運行時間如表1所示。

表1 機組整套啟動調(diào)試停機累計運行時間統(tǒng)計

對可靠性增長進行研究，必須根據(jù)機組調(diào)試的可靠性數(shù)據(jù)進行趨勢檢驗，以判別機組本身的可靠性增長存在何種顯著趨勢。在可靠性增長趨勢的檢驗中，常用有圖示法和分析法兩種。其中，應用最廣的是趨勢分析法中的Laplace檢驗方法[2]。

2.1 可靠性趨勢檢驗的Laplace檢驗方法

Laplace檢驗完全服從Possion過程，可將機組整套啟動試運可靠性試驗視為截尾試驗，故障停機次數(shù)為n≥3，故利用統(tǒng)計量U進行增長趨勢檢驗。

式中：M為截尾試驗時總的故障停機次數(shù)，定數(shù)截尾試驗時為n-1。

U 漸進地服從標準正態(tài)分布N（0，1），故U 的臨界值Uα/2=-U1-α/2，可由標準正態(tài)分布的分布數(shù)表得到。顯著性水平α的選取很重要，α取得越小，結論會有較高的置信度。

已知M=14-1=13，t14=525.8，經(jīng)計算U=-2.093 32；在顯著性水平α=0.05下，查得U的雙側(cè)臨界值Uα/2=-U1-α/2=-2.07，由于統(tǒng)計量U=-2.093 32＜Uα/2=-2.07，即表示該1號機組整套啟動調(diào)試期間，可靠性顯著增長。

2.2 可靠性增長模型點估計

為了實現(xiàn)對可靠性增長的管理，需借助增長模型對增長速度作相互評估，若增長速度小于期望值，表明需加強工作，使可靠性增長速度加快。由于調(diào)試期間的機組在不斷消缺、改進過程中，機組本身的技術狀態(tài)是變動的，此時可靠性增長的數(shù)學模型只是對可靠性增長趨勢做出分析和預測。由美國L.Crow提出的AMSAA增長模型較為簡便被廣泛采用[3]，表示為：

式中：F為機組累計運行時間t的故障停機次數(shù)N（t）的期望值；a為反映初始可靠性水平的參數(shù)；b為反映機組消缺改進效果的函數(shù)。模型參數(shù)a、b采用最大似然估計值，經(jīng)計算，1號機組整套啟動調(diào)試可靠性增長模型為：

機組整套試運調(diào)試期間瞬時故障停機率為：

機組整套試運調(diào)試期間瞬時平均壽命為：

增長試驗數(shù)據(jù)是否符合AMSAA模型，需要進行擬合優(yōu)度檢驗，檢驗統(tǒng)計量：

機組調(diào)試停機運行時間實際值與模型點估計如圖1所示，機組調(diào)試瞬時故障停機率的模型點估計如圖2所示。

圖1 機組調(diào)試停機運行時間實際值與模型點估計

圖2 機組調(diào)試瞬時故障停機率的模型點估計

2.3 可靠性增長分析

由圖1可得，故障停機運行數(shù)據(jù)大致分為4個階段，其中第1次為第一階段，為機組首次整套啟動的故障停機規(guī)律，也充分體現(xiàn)出了機組試運啟動前期油槍投油、汽輪機沖車至3 000 r/min、調(diào)節(jié)系統(tǒng)有關試驗等的綜合影響效果。從第2次到第11次為第二階段，為機組升溫、升壓過程期間的故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)，這一階段主要是高、低旁路系統(tǒng)初次投運，高旁閥振動過大，導致閥后表計和減溫水連接管處損壞，數(shù)次故障停機。第12、13次為第三階段，此時機組開始帶初始負荷，涉及A、B給水泵并泵等典型操作，小機汽源切換不及時，導致壓力不足，保護動作停機。汽輪機8號軸瓦振動過大，后翻瓦導致9號軸瓦溫度過高，被迫故障停機。最后一次為第四階段，此階段為機組穩(wěn)速升負荷至滿負荷，經(jīng)歷了整個168 h滿負荷試驗及50%甩負荷、100%甩負荷試驗過程，最終因配合消缺被迫停機。

每個階段都暴露出機組設備、安裝和設計的若干缺陷及運行控制的人為因素的綜合問題。每次故障停機后，均集中力量對出現(xiàn)的設備、安裝和設計缺陷進行有效的消除和改進；對運行人員進行加強管理和培訓的落實，之后也都出現(xiàn)了一段穩(wěn)定運行的持續(xù)時間，驗證了機組整套啟動試運可靠性的增長和實施措施的有效性。但整體來看，所有1號機組運行數(shù)據(jù)均大致分布在置信區(qū)間上、下臨界值的范圍之內(nèi)。

由圖2可得，國產(chǎn)1 000 MW超超臨界機組在整套啟動調(diào)試初期，瞬時故障停機率λ（t）較高，隨著整體啟動調(diào)試的持續(xù)進行，無故障累計運行時間的逐漸增長，瞬時故障停機率λ（t）迅速下降，經(jīng)過大致200 h的調(diào)試時間后，故障停機率λ（t）變化放緩，趨于穩(wěn)定，也進一步驗證了機組整套啟動試運可靠性的增長和消缺措施和管理措施的可行性及有效性。

在可靠性增長模型點估計的基礎上，對今后1號機組安全運行的可靠性進行預測。按模型點估計，1號機組在最近一次故障停機后，繼續(xù)運行至累計運行時間大致為592.1 h，此時累計故障停機次數(shù)N（t）=15，即有可能會再一次發(fā)生故障停機。故對已完成168 h滿負荷試運、正式投產(chǎn)后的機組，尤其是接下來需開展各項性能試驗時，更需加強安全運行管理，進一步規(guī)范相關管理制度，抓住每次停機后的時機，切實、全面地進行消缺工作。

3 結語

調(diào)試期間統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，該電廠1 000 MW超超臨界1號機組整套啟動調(diào)試可靠性顯著增長，并結合AMSAA增長模型，計算出了可靠性增長的模型點估計值，且得到了擬合優(yōu)度檢驗。利用該模型，可以對今后機組安全運行的可靠性數(shù)據(jù)進行預測，可以更加有的放矢地采取預防及消缺措施，進一步保障和促進機組的可靠運行。此外，建議國內(nèi)現(xiàn)階段的調(diào)試程序，可以參考國外機組啟動試運的先進經(jīng)驗，如引進720 h可靠性試運考核等[4]，以適應今后更大參數(shù)、更加先進的超超臨界機組的不斷發(fā)展。