水電廠機(jī)械主設(shè)備運行可靠性研究

茍開君

摘 要 在城市的建設(shè)過程中，離不開電力的支持，且隨著電力企業(yè)改革的不斷推進(jìn)，在對水電廠機(jī)械主設(shè)備的管理和改造上投入了較大的力度，逐漸加強(qiáng)其自動化程度。本文深入分析當(dāng)前我國工業(yè)水電廠機(jī)械主設(shè)備生產(chǎn)可靠性質(zhì)量管理中普遍存在的問題，探討了我國水電廠機(jī)械主設(shè)備生產(chǎn)可靠性質(zhì)量管理的新技術(shù)實施方法，重新確定了水電廠長期最佳年度等效可用供電系數(shù)，以期能對有效提升我國水電廠機(jī)械主設(shè)備生產(chǎn)的可靠性起到促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞 水電廠 機(jī)械主設(shè)備 運行可靠性

中圖分類號：TV73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0109-03

在現(xiàn)在社會的發(fā)展中，各行業(yè)的競爭越來越激烈，特別是近年來電力事故屢屢發(fā)生，引起了人們的重視。而就事故原因調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在眾多事故中，由于機(jī)械主設(shè)備運行故障而導(dǎo)致的事故數(shù)量占到了將近一半的數(shù)量。所以，水電廠機(jī)械主設(shè)備運行的可靠性愈加受到重視。

1 水電廠機(jī)械主設(shè)備可靠性管理中存在的問題

自二十世紀(jì)七十年代開始，我國的電力行業(yè)逐漸引入水電廠機(jī)械主設(shè)備可靠性管理的概念和相關(guān)技術(shù)。在一九九八年六月份，電力行業(yè)可靠性管理委員會也初步建立，相關(guān)辦事機(jī)構(gòu)的主要職責(zé)也得到了進(jìn)一步明確。但是，從我國電力企業(yè)的可靠性管理的相關(guān)實踐來看，還存在一些明顯的不足，阻礙著電力行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。[1]

1.1 水電廠機(jī)械主設(shè)備可靠性管理沒有充分反映可靠性以及經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系

從我國目前的水電廠機(jī)械主設(shè)備可靠性管理實踐來看，工作重點仍然放在對于指標(biāo)的管理方面。主要的工作任務(wù)和目標(biāo)是對發(fā)電、供電、輸變電系統(tǒng)的設(shè)備性能和相關(guān)運行狀況、影響因素等進(jìn)行研究，而對于可靠性和經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系并沒有做出充分的強(qiáng)調(diào)。具體來說，供電的可靠性對于供需雙方來說都至關(guān)重要，但是對于電力的供應(yīng)方來說，不管是從自身的設(shè)備、系統(tǒng)還是其他方面的技術(shù)條件來說，都沒有與供電可靠性進(jìn)行充分的掛鉤，因為電力的供需雙方?jīng)]有進(jìn)行緊密的經(jīng)濟(jì)合同關(guān)系的建立。

1.2 相關(guān)規(guī)程無法做出對于供電環(huán)節(jié)的控制和提升的指導(dǎo)

從我國目前的水電廠機(jī)械主設(shè)備可靠性管理實踐來看，《電力可靠性評價規(guī)程》是對發(fā)電設(shè)備可靠性開展評價的主要依據(jù)。確定的統(tǒng)計原則和方法主要是在發(fā)電設(shè)施運行后，對發(fā)電設(shè)施使用過程中的可靠性指標(biāo)進(jìn)行評價。這些指標(biāo)的評價反映了發(fā)電設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計、制造、建設(shè)和安裝過程中存在的問題，并進(jìn)行相應(yīng)的量化分析。但是，這項規(guī)程不能對相關(guān)環(huán)節(jié)的控制和提升提出很深層的指導(dǎo)和建議，這會阻礙水電廠機(jī)械主設(shè)備可靠性管理技術(shù)的進(jìn)一步提升。

1.3 部分發(fā)電企業(yè)對于水電廠機(jī)械主設(shè)備可靠性管理技術(shù)的重視不足

從我國水電廠機(jī)械主設(shè)備可靠性管理實踐來看，仍存在部分企業(yè)沒有就這些己經(jīng)被提出的不良因素做出更為深層的研究，沒有制定出科學(xué)合理的緩解和消除方法。雖然已經(jīng)有眾多企業(yè)漸漸意識到可靠性指標(biāo)的重要性，但是幾乎所有的企業(yè)都沒有實現(xiàn)可靠性基本原理以及發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)過程緊密聯(lián)系，對于生產(chǎn)過程中的設(shè)備設(shè)計、制造、安裝和維修來說，沒有實現(xiàn)可靠性指標(biāo)的創(chuàng)新性滲透。這樣，理論與實踐不能很好地結(jié)合起來，導(dǎo)致部分水電廠的機(jī)械主機(jī)與設(shè)備間的可靠性優(yōu)化管理以及技術(shù)水平的停滯不前。

1.4 設(shè)計過程有誤差

當(dāng)機(jī)械設(shè)備的主體設(shè)計按照原設(shè)計和零部件的選擇進(jìn)行時，操作者對主體設(shè)備的功能和性能不了解，對實際設(shè)備的運行過程缺乏了解。另外還有一個問題是安裝位置沒有詳細(xì)計算，所以零件的加工誤差大，導(dǎo)致這些加工設(shè)備安裝設(shè)計過程中無法完成安裝和進(jìn)行維修。這些加工設(shè)計安裝過程和技術(shù)缺陷最終可

能會直接導(dǎo)致重大的加工機(jī)械和其他關(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障，會顯著地降低產(chǎn)品可靠性并且加劇潛在的安全隱患風(fēng)險。[2]

1.5 機(jī)械主設(shè)備的檢修質(zhì)量不良

第一，安裝時選用了質(zhì)量不良的備品備件。設(shè)備的許多故障在設(shè)計壽命期間由于組件系統(tǒng)的薄弱部分出現(xiàn)異常而損壞，處理此類故障通常是使用備件直接更換。由于易損件的備件屬于專業(yè)制造商，水電廠作為終端用戶處于需要這些備件的第三方的位置，專業(yè)制造商在供應(yīng)和售后上有一定的限制，所以此類產(chǎn)品的服務(wù)和價格都很高。為了降低成本，一些水電站在儲存這些材料并尋找其他制造商進(jìn)行生產(chǎn)時，通常會使用自己的材料。部分材料受國家政策限制，無法從非正規(guī)專業(yè)水電廠家直接獲取，但要及時完成水電備件材料儲備，因此部分水電廠在設(shè)備材料的選擇上只能選擇材料替代品。備件與原廠不同，同時很多專業(yè)的備件制造商是模塊化的，非專業(yè)的制造商不得不重新定制他們的工藝，由于價格因素、工藝規(guī)格和產(chǎn)品的影響，非專業(yè)廠商的產(chǎn)品質(zhì)量要求肯定是不一樣的。這些問題會降低備件的質(zhì)量，從而導(dǎo)致備件的材料和尺寸與設(shè)計要求有很大差異。

第二，檢修時間緊迫，檢修作業(yè)簡化了部分工序。在水電廠請求處理單元故障的過程中，系統(tǒng)調(diào)度給出的處理時間可能不夠。開放后申請消除缺陷的補(bǔ)充措施不足，在維修工作中，消除缺陷所需的人力有限，因此維護(hù)人員可能不得不減少一些施工工期和施工程序。例如，減少在機(jī)組軸線優(yōu)化上的調(diào)試，僅僅滿足標(biāo)準(zhǔn)而已，以及安裝管道后的沖洗測試等。這些簡化的程序往往是造成事故的主要原因，會導(dǎo)致嚴(yán)重事故并造成停機(jī)，影響設(shè)備的可靠性。

第三，機(jī)組檢修缺乏相應(yīng)的人力資源與質(zhì)量檢驗環(huán)節(jié)。設(shè)備的維修需要大量的專業(yè)人員，這些專業(yè)人員必須嚴(yán)格把關(guān)維修質(zhì)量并履行職責(zé)，以提高設(shè)備的維修水平。但是，有部分水電廠對專業(yè)人員的后續(xù)培訓(xùn)還不夠，在設(shè)備技術(shù)改造過程中忽視了人員培訓(xùn)，勢必造成設(shè)備維修質(zhì)量下降。

1.6 缺乏提高機(jī)械主設(shè)備的意識

我國大小水電站普遍存在的問題是對關(guān)鍵設(shè)備運行不夠重視。一些企業(yè)由于資金不足，追求超額利潤，在日常經(jīng)營管理中忽視了關(guān)鍵的機(jī)器運行條件，對大型設(shè)備的設(shè)計質(zhì)量、安裝和維護(hù)保養(yǎng)不重視。[3]

1.7 技術(shù)水平良莠不齊

目前，從事水力發(fā)電廠主機(jī)機(jī)械工作的人員較少，專業(yè)素質(zhì)普遍較低。一些小水電部門的員工由于缺乏系統(tǒng)和專業(yè)的培訓(xùn)，在機(jī)器出現(xiàn)故障時，他們只會指導(dǎo)一些簡單的任務(wù)，而無法解決問題。因此，水電廠需要提高維修人員的技能水平，以解決水電廠主機(jī)無法應(yīng)對重大故障的問題。

2 水電廠機(jī)械主設(shè)備可靠性管理技術(shù)方法

2.1 確定水力發(fā)電機(jī)組最佳維修周期

為了提升水電廠機(jī)械主設(shè)備的可靠性，水力發(fā)電廠的主要機(jī)械設(shè)備必須定期維護(hù)和檢修。維修是主要的解決方案，尤其是關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備的各種故障。但是，在維護(hù)和檢修的過程中需要注意，水電廠機(jī)械主設(shè)備的維修模式不能夠以簡單的經(jīng)濟(jì)核算為基礎(chǔ)，而且需要做好經(jīng)濟(jì)性和可靠性的整體協(xié)調(diào)工作。在整個協(xié)調(diào)的過程中，需要綜合考慮各種影響因素，包括及時維護(hù)的潛在經(jīng)濟(jì)效益。與此同時，還需要考慮到如果維修安排不夠得當(dāng)，所帶來的潛在經(jīng)濟(jì)損失等問題。因此，需要對發(fā)電機(jī)的長期壽命周期以及運行的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益之間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行研究。在檢修周期，可靠性以及經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系得到深入研究的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)最佳預(yù)防性維修周期的確定。

2.2 充分利用FEMA分析法

FEMA分析法可以根據(jù)主要設(shè)備各部件每年故障原因、維修次數(shù)和各部件運行可靠性的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，合理分類確定各零部件的最短計劃維修周期，減少水電站設(shè)備的部件，同時根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)樹，可以得到各部件正常使用時的設(shè)計壽命，從而增加設(shè)備運行的可靠性，提高生產(chǎn)效率。如果某類零件的故障頻率過高，還可以通過FEMA分析法來分析設(shè)備零件的材料選擇、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、機(jī)械性能、維修方法等，以發(fā)現(xiàn)類似的故障模式。并通過引進(jìn)加工方法或先進(jìn)的相關(guān)技術(shù)，對零部件進(jìn)行改造或重新設(shè)計，將故障率降到最低，保證設(shè)備有序可靠地運行。

2.3 確定電廠長期最佳等效可用系數(shù)

水力發(fā)電廠主要機(jī)械設(shè)備等效可用系數(shù)是評價設(shè)備可靠性水平的重要且越來越具有決定性的指標(biāo)之一，成為各大發(fā)電廠的參考指標(biāo)。這個指標(biāo)的影響因素多種多樣，但是，并不是這個指標(biāo)越高越好。如果為了提升這項系數(shù)的數(shù)值而以犧牲機(jī)組的檢修時間為代價，會造成拖期檢修，在競爭激烈的電力環(huán)境市場環(huán)境中，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

從表面上來講，在短期內(nèi)的機(jī)組等效可用系數(shù)提升的情況下，發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益也會隨之提升。但是從長期來看，這種觀點會使人走入一個誤區(qū)，那就是短時間內(nèi)的發(fā)電機(jī)等效可用系數(shù)以及隨之而來的經(jīng)濟(jì)效益的提升需要用長時間的降低為代價。因此，根據(jù)最佳預(yù)防性檢修間隔確定一個長期的最佳等效可用系數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電廠長期經(jīng)濟(jì)運行效益的提升。

2.4 切實提升水電廠機(jī)械主設(shè)備可靠性

第一，需要使用故障模式和影響分析來確定組件故障的預(yù)防級別;第二，根據(jù)故障率確定系統(tǒng)組件的計劃維護(hù)間隔;第三，同樣以故障率為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)零部件和備用配件數(shù)量的確定;第四，以故障的修復(fù)時間為依據(jù)，進(jìn)行同類故障停機(jī)檢修時間的確定;第五，對于系統(tǒng)零部件的失效模式進(jìn)行分析，最終確定部件故障的預(yù)防處理方法。[4]

2.5 根據(jù)以往故障率的經(jīng)驗調(diào)整計劃檢修周期

通過在所有組件故障年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)、最短年度組件維護(hù)和系統(tǒng)可靠性故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)（其中包括每個主要組件的最短故障運行時間壽命間隔和年度故障運行狀態(tài)）中快速查找最常見的組件故障率和子系統(tǒng)，分析各種故障表現(xiàn)模式和性能影響以便于計算和精確分析該子系統(tǒng)中每個主要組件的故障率。同時，還可以精確列出每個主要部件在正常使用情況下的實際使用壽命，讓系統(tǒng)維護(hù)工作人員隨時可以快速確定該子系統(tǒng)中每個主要部件的最短年度維護(hù)壽命間隔的具體統(tǒng)計值，并按計劃繼續(xù)可靠地工作，同時確定何時應(yīng)該關(guān)閉關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備，以消除最短的維護(hù)間隔和隱藏的問題，還可以在這些障礙發(fā)生之前主動消除缺陷和目標(biāo)中的隱藏風(fēng)險。此外，它減少了整個水電廠的意外停機(jī)，減少了不必要的意外停機(jī)時間，提高了整個水力發(fā)電機(jī)組的可靠性。

2.6 模擬預(yù)防設(shè)備故障的處理辦法

當(dāng)在整個電廠的設(shè)施可靠性管理中頻繁發(fā)生特定類型的故障時，需要通過對故障類型和故障情況的綜合分析來選擇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、維護(hù)方法和部件材料。這些因素是通過仔細(xì)研究零件的整體強(qiáng)度和力學(xué)分析，特別是失效零件的材料、結(jié)構(gòu)和功能，以及力學(xué)分析的匹配問題而發(fā)現(xiàn)的。如大花水電站，機(jī)組調(diào)速器自復(fù)中裝置采用V型槽與圓球回位設(shè)備，設(shè)備長期連續(xù)運行多年后，V型槽及圓球回位設(shè)備磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致調(diào)速器不能自復(fù)中，調(diào)速器事故頻頻反復(fù)發(fā)生。從相關(guān)的材料學(xué)和動力學(xué)分析，我們知道這種V型槽與圓球回位設(shè)備在運行時受到撞擊力的影響，特別是在水電機(jī)組頻繁調(diào)整負(fù)荷運行時，作用在V型槽上的作用力頻繁，所以V型槽與圓球回位設(shè)備的使用壽命比它的設(shè)計壽命減弱。在分析了這些故障的原因后，V型槽與圓球回位設(shè)備使用在負(fù)荷頻繁調(diào)整的機(jī)組時，其動作頻繁，撞擊次數(shù)增加，對V型槽與圓球回位設(shè)備進(jìn)行特殊加工處理，而其他所有型號和尺寸的零件都沒有發(fā)生變化，但是裝置的變形減少，后來的V型槽與圓球回位設(shè)備沒有發(fā)生類似的故障。

2.7 建立健全設(shè)備維修和管理體系

目前，全世界都在努力提高發(fā)電廠發(fā)電設(shè)備的可靠性。在這些學(xué)術(shù)研究理論方法中，人們都深刻意識到了水力設(shè)備定期維護(hù)的極大重要性。因此，水力發(fā)電廠必須盡快建立與實際計劃生產(chǎn)直接對應(yīng)的定期檢查和設(shè)備管理制度。其中例如，計劃生產(chǎn)定期檢查和設(shè)備維護(hù)管理方法、基于年度監(jiān)控水力設(shè)備維護(hù)整體生產(chǎn)運行狀況的設(shè)備維護(hù)管理機(jī)制以及定期維護(hù)和設(shè)備保護(hù)風(fēng)險預(yù)測管理系統(tǒng)。

3 結(jié)語

進(jìn)入新世紀(jì)，中國逐步適應(yīng)國際化，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各領(lǐng)域用電需求不斷增加。因此，保證整個機(jī)械設(shè)備的可靠性，使大小水電站都能正常生產(chǎn)電能。在當(dāng)前的社會背景下，各水電廠要更加關(guān)注主機(jī)運行狀況，積極研發(fā)新技術(shù)，培養(yǎng)專業(yè)人員，提高生產(chǎn)效率?？傊?，如果加強(qiáng)水力發(fā)電廠整個機(jī)械設(shè)備的運行可靠性改進(jìn)工作，就有可能提高水力發(fā)電的效率，創(chuàng)造更多的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。對于水電廠機(jī)械主設(shè)備可靠性管理技術(shù)的諸多問題展開進(jìn)一步的研究，能夠促進(jìn)我國發(fā)電企業(yè)在可靠性管理方面邁上一個新的臺階。

參考文獻(xiàn)：

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