燃煤發(fā)電廠機(jī)組長周期運(yùn)行實(shí)踐探索

李 奎，陳歡樂

（1.國家電投集團(tuán)協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司，江蘇 鹽城 224500；2.上海明華電力科技有限公司，上海 200090）

0 引言

隨著國家能源結(jié)構(gòu)的深入調(diào)整，以及“3060”目標(biāo)計(jì)劃的逐步實(shí)施，新能源為主的電力構(gòu)架將成為新型電網(wǎng)大力發(fā)展的方向，但由于新能源供電不穩(wěn)定特性，燃煤機(jī)組的定位也會發(fā)生很大變化，為電網(wǎng)“兜底”作用更為突出，同時頻繁、大幅度調(diào)峰調(diào)頻將成為常態(tài)[1]。燃煤機(jī)組長時間低負(fù)荷運(yùn)行、大幅度負(fù)荷變化，特別考驗(yàn)機(jī)組的可靠性，能否長期保持穩(wěn)定可靠運(yùn)行，避免機(jī)組發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)事件，將是重中之重[2]。

1 影響燃煤機(jī)組長周期運(yùn)行的主要因素

經(jīng)過調(diào)研了解，煤電機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的因素存在著一定的規(guī)律性。根據(jù)對2018年某集團(tuán)公司煤電機(jī)組共計(jì)120臺次非計(jì)劃停運(yùn)原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，造成燃煤機(jī)組非停的主要原因有設(shè)備、人為和其他，其中設(shè)備原因占比最大，達(dá)95%。分析行業(yè)內(nèi)其他煤電機(jī)組非停因素，結(jié)論基本一致。

表1 2018年某集團(tuán)公司煤電機(jī)組“非?！苯y(tǒng)計(jì)Table 1 'Non-stop' statistics of a coal-fired power units in 2018

2018年某集團(tuán)公司煤電機(jī)組跳閘中：設(shè)備原因114臺次，其中鍋爐方面占比最高，達(dá)55%，而“四管”泄漏發(fā)生38臺次，占鍋爐原因的60%。人為原因6臺次，主要是誤操作、誤碰和運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)。

因此，燃煤電廠要想實(shí)現(xiàn)機(jī)組長周期運(yùn)行，工作重點(diǎn)將在于如何實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效、可靠管理和人員防誤管控以及季節(jié)性自然災(zāi)害的預(yù)防。

2 燃煤發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)機(jī)組長周期運(yùn)行探索

根據(jù)電力行業(yè)煤電機(jī)組非停因素的共性特點(diǎn)，本文觀點(diǎn)堅(jiān)持以強(qiáng)化運(yùn)行管理和提升設(shè)備可靠性為抓手，針對人、物、環(huán)境特點(diǎn)及薄弱環(huán)節(jié)采取相應(yīng)措施，為實(shí)現(xiàn)機(jī)組長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供根本保證。

2.1 以提升設(shè)備可靠性為目標(biāo)，強(qiáng)化關(guān)鍵設(shè)備管理

2.1.1 結(jié)合哈爾濱鍋爐廠新一代1000MW鍋爐特點(diǎn)，保證鍋爐運(yùn)行可靠性

燃煤發(fā)電廠鍋爐是3大主設(shè)備之一，運(yùn)行狀況直接影響機(jī)組整體運(yùn)行工況，在行業(yè)內(nèi)“四管”泄漏已成為影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素之一。本文以哈爾濱鍋爐廠新一代1000MW鍋爐為例，某廠2號機(jī)組連續(xù)運(yùn)行419天，未發(fā)生鍋爐異常事件，機(jī)組連續(xù)3年實(shí)現(xiàn)鍋爐四管“零泄漏”，開展實(shí)踐探索。

1）加強(qiáng)鍋爐防磨防爆管理。制定了《鍋爐防磨防爆管理制度》以及防磨防爆3年滾動計(jì)劃，按照滾動計(jì)劃全方位開展鍋爐防磨防爆工作，以“逢停必查、查必細(xì)致”的原則，利用有限的檢修窗口，將鍋爐本體泄漏隱患徹底消除。

2）狀態(tài)檢修消除隱患。歷次檢修發(fā)現(xiàn)多起嚴(yán)重危及鍋爐安全運(yùn)行的問題，逐步做到鍋爐本體受熱面狀態(tài)檢修工作制度化、流程化、科學(xué)化，使鍋爐受熱面真正實(shí)現(xiàn)可控、在控。發(fā)現(xiàn)重大隱患均得到及時有效地治理，為長周期運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖1 2號機(jī)組1瓦軸振處理前后曲線Fig.1 Curves before and after the 1-watt shaft vibration treatment of Unit 2

3）根據(jù)不同煤種的燃燒特性，合理摻配，調(diào)整磨煤機(jī)的組合和配風(fēng)方式，使?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷分布盡量均勻，大幅降低受熱面超溫事件。并開發(fā)壁溫監(jiān)測系統(tǒng)，使運(yùn)行人員更加直觀地監(jiān)視鍋爐受熱面熱偏差，為防止鍋爐超溫運(yùn)行提供有力保障。

2.1.2 結(jié)合上海電氣集團(tuán)1000MW汽輪發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行

以上海電氣集團(tuán)汽輪機(jī)廠引進(jìn)西門子技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的超超臨界汽輪機(jī)組為例，該汽輪機(jī)行業(yè)內(nèi)整體運(yùn)行狀況良好。但是根據(jù)目前投產(chǎn)運(yùn)行的所有上海電氣集團(tuán)1000MW汽輪機(jī)組統(tǒng)計(jì)情況來看，普遍存在以下幾個問題：

1）汽輪機(jī)1號軸承軸振大。國內(nèi)上汽機(jī)組近一半的汽輪機(jī)都存在這個問題。

2）補(bǔ)汽閥開啟造成汽輪機(jī)振動大。部分電廠補(bǔ)汽閥開啟會造成汽輪機(jī)1、2號軸承處軸振不同程度地上升，甚至導(dǎo)致汽輪機(jī)振動大跳閘。

3）主機(jī)測速探頭損壞。汽輪機(jī)的主機(jī)測速探頭受中壓缸熱輻射影響，多廠出現(xiàn)頻繁損壞，甚至造成汽輪機(jī)超速保護(hù)動作跳閘。

針對上海電氣集團(tuán)1000MW汽輪發(fā)電機(jī)組普遍存在的問題，建議從自基建期開始至正常運(yùn)營期，從設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行、檢修等方面就采取卓有成效的措施，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。

a）振動偏大問題

某廠多方調(diào)研同類型機(jī)組相似軸振偏大處理經(jīng)驗(yàn)，最后創(chuàng)新嘗試采取了在1瓦頂部軸承箱上蓋加裝頂絲的措施，大幅降低1瓦軸振并長期保持在60μm～80μm左右，將一項(xiàng)影響機(jī)組長周期運(yùn)行的重大風(fēng)險降至最低，保障了機(jī)組長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

b）補(bǔ)汽閥開啟造成汽輪機(jī)振動大

表2 近5年江蘇電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)發(fā)電機(jī)組熱控主保護(hù)動作對照表Table 2 Comparison table of thermal control main protection action of Jiangsu power grid in recent 5 years

根據(jù)業(yè)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為了避免振動異常，可考慮優(yōu)化汽輪機(jī)補(bǔ)汽閥控制邏輯，機(jī)組在任何負(fù)荷都閉鎖開啟補(bǔ)汽閥，避免影響機(jī)組振動。

c）主機(jī)測速探頭損壞

為了避免汽輪機(jī)的主機(jī)測速探頭受中壓缸熱輻射而損壞，在測速探頭處加裝了壓縮空氣冷卻系統(tǒng)，改善了探頭所處的惡劣環(huán)境，確保運(yùn)行期間測速探頭正常監(jiān)測。

2.1.3 防微杜漸，提高電氣設(shè)備運(yùn)行可靠性

為保證電氣設(shè)備安全、可靠、長周期運(yùn)行，梳理行業(yè)內(nèi)電氣設(shè)備引起的機(jī)組非停事件，總結(jié)歸納出以下幾個方面的原因：

1）電氣設(shè)備尤其是主設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)或定檢不到位，技術(shù)監(jiān)督質(zhì)量差，造成設(shè)備“帶病”運(yùn)行，嚴(yán)重時造成機(jī)組非停。

2）設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理不到位，未能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，導(dǎo)致隱患擴(kuò)大，造成機(jī)組非停。

3）繼電保護(hù)誤整定造成保護(hù)誤動或拒動，引起機(jī)組非停。

針對以上幾個方面的問題，采取以下措施提高電氣設(shè)備可靠性：

a）根據(jù)行業(yè)內(nèi)異常事故開展同類型隱患排查，以及通過設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)、保護(hù)檢驗(yàn)整組傳動等手段，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，防止事故擴(kuò)大。

b）借助發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路、發(fā)電機(jī)軸電壓軸電流、變壓器油色譜、GIS局放等在線監(jiān)測裝置，開展數(shù)據(jù)分析，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛伏性隱患。

c）強(qiáng)化繼電保護(hù)定值管理，每半年對涉網(wǎng)保護(hù)定值進(jìn)行一次校核；實(shí)行繼電保護(hù)定值“雙簽”管理，即現(xiàn)場定值整定由檢修人員輸入、運(yùn)行人員核對無誤后共同在定值單簽字確認(rèn)。

2.1.4 依據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)分析，開展熱控設(shè)備隱患排查和綜合治理，保障設(shè)備穩(wěn)定、可靠運(yùn)行

熱控設(shè)備的可靠性直接影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行周期。從近5年江蘇電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)發(fā)電機(jī)組熱控主保護(hù)動作統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看[3]，平均每年約有35%的熱控主保護(hù)誤動率。

另外，熱控主保護(hù)誤動原因排前3名的是就地設(shè)備異常、控制邏輯不完善、控制系統(tǒng)故障。

針對行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，重點(diǎn)開展以下3項(xiàng)工作，保障熱控設(shè)備可靠性。

1）提升測量信號可靠性

熱控測量信號大致可分為壓力、流量、溫度、振動、限位等[4]。除了按期校驗(yàn)一次測量元件外，主要開展3方面工作以提升測量信號可靠性。

①鑒于壓力變送器相對于壓力開關(guān)具有可監(jiān)視、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，用于重要聯(lián)鎖、保護(hù)的壓力、流量測點(diǎn)全部采用壓力變送器，降低一次元件故障率，從而大幅減小誤動率。

②對重要測量信號開展冗余和獨(dú)立性配置排查。

③提高現(xiàn)場測量裝置防雨、防凍等級。迎峰度夏前對現(xiàn)場重要測點(diǎn)開展防臺專項(xiàng)檢查，重要設(shè)備加裝防雨罩，電纜套管采取防水及排水措施；迎峰度冬前對伴熱裝置、管道保溫全面排查試驗(yàn)，伴熱溫度實(shí)現(xiàn)DCS監(jiān)視。

2）控制邏輯優(yōu)化

對控制邏輯不完善的地方進(jìn)行優(yōu)化完善，提升熱控保護(hù)可靠性。

①參與聯(lián)鎖、保護(hù)的測點(diǎn)只有單個測點(diǎn)，存在較大安全隱患，及時研究增加信號判斷，設(shè)計(jì)溫度單點(diǎn)保護(hù)優(yōu)化控制邏輯，降低保護(hù)誤動率。

②ETS主保護(hù)邏輯中存在較多卡件故障、元件壞點(diǎn)參與保護(hù)的情況，及時取消相關(guān)卡件故障、元件壞點(diǎn)條件判斷，降低保護(hù)誤動率。

2.2 以預(yù)防為手段，強(qiáng)化運(yùn)維操作精細(xì)化管理

運(yùn)維操作管理主要包括防人員誤操作、誤碰和運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)。

2.2.1 以“技防、物防、人防”手段嚴(yán)防誤操作

防誤操作主要以技防、物防、人防為基礎(chǔ)，特別是采用“技防、物防”手段消除“人”的誤操作這一個不確定因素，夯實(shí)操作精準(zhǔn)性。

1）將設(shè)備自動投入率作為設(shè)備正常運(yùn)行的重要考核指標(biāo)，自動投入率100%。

2）高度重視可視化工作，不斷完善開關(guān)室、電氣柜、操作盤等標(biāo)識和警示，做到“一看就能明白、一看就能發(fā)現(xiàn)、一看就能做對”，實(shí)現(xiàn)安全信息、風(fēng)險控制措施、應(yīng)急處置和管理要求的可視化。

3）操作過程通過增加旁站式監(jiān)督、攝像頭、錄音筆、執(zhí)法記錄儀等錄音錄像設(shè)備，規(guī)范運(yùn)行操作行為，不斷實(shí)現(xiàn)各類型運(yùn)行操作的規(guī)范化。

4）現(xiàn)場開展運(yùn)行設(shè)備檢修作業(yè)時，增設(shè)安全圍欄，在相鄰帶電間隔懸掛安全爆閃警示燈，提醒作業(yè)人員勿入帶電間隔，通過硬件設(shè)施防止檢修誤走錯間隔。

2.2.2 以硬隔離手段防設(shè)備誤碰誤動

防誤碰主要包括防誤碰重要保護(hù)按鈕、帶電設(shè)備、設(shè)備緊急停運(yùn)按鈕、電動門等。

1）現(xiàn)場所有重要的保護(hù)按鈕、開關(guān)、閥門增加保護(hù)罩、警示牌，提醒和防止人員誤碰誤動。特別是對影響重大的設(shè)備，增加機(jī)械鎖，確保萬無一失。

2）對于一些不常用閥門，特別是油系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、定冷水系統(tǒng)等閥門，誤操作可能導(dǎo)致機(jī)組跳閘嚴(yán)重后果的，將閥門操作手柄取下或增加鏈條鎖將閥門位置鎖定，防止誤碰導(dǎo)致閥門誤關(guān)，從根本上杜絕閥門誤碰誤操作的發(fā)生。

3）現(xiàn)場重要熱工測點(diǎn)、主要測量裝置增加目視化警示提醒，避免取樣裝置異常導(dǎo)致測點(diǎn)故障，造成異常發(fā)生。

3 結(jié)論

鑒于電力行業(yè)煤電機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)因素的共性特點(diǎn)，結(jié)合機(jī)組實(shí)際情況，制定針對措施，保障機(jī)組長周期運(yùn)行。

1）鍋爐四管“泄漏”是控制重點(diǎn)，以“逢停必查、查必細(xì)致”的原則，利用有限的檢修窗口，將鍋爐本體泄漏隱患徹底消除。

2）深入了解機(jī)組主要設(shè)備運(yùn)行業(yè)績以及存在的問題。針對問題，提前采取針對性措施。比如，上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)西門子技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的1000MW超超臨界汽輪機(jī)組和哈爾濱鍋爐廠新一代1000MW超超臨界鍋爐。

3）分析了解電力行業(yè)電氣設(shè)備、熱控設(shè)備經(jīng)常發(fā)生的故障原因，采取有效措施，控制避免。