600MW機(jī)組可用率指標(biāo)分析

方聯(lián),李歐

(東北電力設(shè)計(jì)院,吉林長(zhǎng)春 130021)

國(guó)外某些電網(wǎng)容量較小,如果某臺(tái)600MW機(jī)組事故停機(jī)將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大沖擊,因此,提高電站運(yùn)行可靠性和電站環(huán)保性能是十分重要的。下面對(duì)保證電廠可用率達(dá)到95%、利用率達(dá)到80%的方案進(jìn)行論述。

1 可用率、利用率和等效可用系數(shù)

1.1 可用率、利用率和等效可用系數(shù)的定義

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T793—2001《發(fā)電設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)規(guī)程》給出了機(jī)組可用率、利用率和等效可用系數(shù)的定義,下面分別介紹。

1.1.1 可用率定義

式中:可用小時(shí)數(shù)為設(shè)備處于可用狀態(tài)的小時(shí)數(shù),等于運(yùn)行小時(shí)數(shù)與備用小時(shí)數(shù)之和;統(tǒng)計(jì)期間小時(shí)數(shù)為設(shè)備處于使用狀態(tài)的日歷小時(shí)數(shù)。

1.1.2 利用率定義

式中:利用小時(shí)數(shù)為機(jī)組實(shí)際發(fā)電量折合成額定容量時(shí)的運(yùn)行小時(shí)數(shù)。

1.1.3 等效可用系數(shù)定義

式中:降低出力等效停運(yùn)小時(shí)數(shù)為機(jī)組降低出力小時(shí)數(shù)折合成機(jī)組額定容量計(jì)算的停運(yùn)小時(shí)數(shù)。

2.2 主要因素影響

按可用率、利用率和等效可用系數(shù)的定義,影響可用率的主要因素為機(jī)組系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性,只與設(shè)計(jì)、設(shè)備制造和運(yùn)行維護(hù)水平有關(guān),而與電網(wǎng)用電需求(機(jī)組調(diào)峰)無(wú)關(guān)。影響利用率和等效可用系數(shù)的主要因素除機(jī)組系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性外,還與電網(wǎng)用電需求(機(jī)組調(diào)峰)直接相關(guān)。

從上述分析可以看出:對(duì)于機(jī)組而言,可用率數(shù)值最高,而利用率和等效可用系數(shù)由于受電網(wǎng)用電需求的影響,對(duì)于參與調(diào)峰的機(jī)組,其數(shù)值應(yīng)低于可用率數(shù)值;對(duì)于帶基本負(fù)荷的機(jī)組,其利用率和等效可用系數(shù)的理論最高值可達(dá)到可用率的數(shù)值。

1年的日歷小時(shí)數(shù)為24×365=8760(h),按電廠檢修設(shè)備規(guī)程,機(jī)組4年大修1次,每次1440h;1年小修2次,每次480h,則機(jī)組每年檢修時(shí)間為1440/4+2×480=1320h。

如果機(jī)組可用率為95%,則電廠可用小時(shí)數(shù)為(8760-1320)×0.95=7068h;如果機(jī)組始終帶基本負(fù)荷而不參與調(diào)峰,則利用小時(shí)數(shù)等于可用小時(shí)數(shù),即7068h,降低出力等效停運(yùn)小時(shí)數(shù)為零,其利用率和等效可用系數(shù)均為95%。

從上面的分析可以看出:如果機(jī)組的可用率達(dá)到95%,在不考慮電網(wǎng)用電需求(機(jī)組調(diào)峰)的前提下(調(diào)峰的負(fù)荷及小時(shí)數(shù)是設(shè)計(jì)、設(shè)備制造和運(yùn)行維護(hù)無(wú)法左右的),利用率可以達(dá)到80%;如果機(jī)組的利用率為80%,利用小時(shí)數(shù)為8760×0.8=7008(h),略小于機(jī)組的可用小時(shí)數(shù)7068h。因此,著重對(duì)可用率進(jìn)行分析研究。

3 電廠設(shè)備可用率現(xiàn)狀

3.1 主機(jī)設(shè)備的可用率現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)電力可靠性管理中心2008年發(fā)布的數(shù)據(jù),600～650 MW機(jī)組主機(jī)的主要可靠性指標(biāo)見表1。

從表1中可以看出,600～650MW機(jī)組主機(jī)選用“北、上、上”組合、“武、哈、哈”組合和“東、上、上”組合,主機(jī)的等效可用系數(shù)均在95%以上,即主機(jī)的可用率應(yīng)在95%以上。其他組合的主機(jī)等效可用系數(shù)雖未達(dá)到95%,但其等效強(qiáng)迫停運(yùn)率和非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)均不高,其最大值均小于等效可用系數(shù)在95%以上主機(jī)組合的最大值,由此斷定其等效可用系數(shù)的降低是受電網(wǎng)用電需求的影響,即機(jī)組降負(fù)荷調(diào)峰造成主機(jī)降低出力等效停運(yùn)小時(shí)數(shù)增加,造成等效可用系數(shù)降低,主機(jī)的可靠性并不存在問(wèn)題,主機(jī)的可用率應(yīng)在95%以上。以“武、哈、哈”的主機(jī)組合為例,其等效強(qiáng)迫停運(yùn)率和非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)分別為2.46%和6次/(臺(tái)·年),均為統(tǒng)計(jì)主機(jī)的最高值,但其等效可用系數(shù)為95.49%,即其可用率應(yīng)不低于95.49%。由此可以看出,國(guó)產(chǎn)主機(jī)的可用率應(yīng)在95%以上。

表1 600～650MW機(jī)組主機(jī)的主要可靠性指標(biāo)

另外,從多數(shù)電廠的實(shí)際調(diào)查情況看,在影響可用率的因素中,純?cè)O(shè)備制造的原因并不多見,主要因素為運(yùn)行和檢修維護(hù)不良,隨著運(yùn)行維護(hù)水平的不斷提高,加強(qiáng)管理,可用率也會(huì)逐年提高。

3.2 500kV變壓器的可用率現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家電力可靠性管理中心發(fā)布的2008年電力可靠性指標(biāo),500kV變壓器2003—2007年的運(yùn)行可靠性指標(biāo)見表2。

由表2可以看出:500kV變壓器的可用率均達(dá)到98%以上,且呈逐年上升的趨勢(shì),滿足電廠保證可用率95%以上、利用率80%以上的要求。

3.3 分散控制系統(tǒng)的可用率現(xiàn)狀

目前,火力發(fā)電廠機(jī)組監(jiān)控大部分采用分散控制系統(tǒng)DCS(DistributeaControlSystem),它主要是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視、控制及事故處理。分散控制系統(tǒng)(DCS)是電廠的神經(jīng)中樞,它的安全可靠與否關(guān)系到整個(gè)電廠安全運(yùn)行,分散控制系統(tǒng)(DCS)和就地設(shè)備、儀表安全可靠,無(wú)故障是保證電廠高可用率、高利用率的前提,同時(shí)亦是電廠自動(dòng)化水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志。分散控制系統(tǒng)(DCS)采用的軟、硬件相對(duì)成熟,重要部件冗余設(shè)置、模塊化、簡(jiǎn)單化設(shè)計(jì)等方案,以使控制系統(tǒng)內(nèi)單一故障不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行設(shè)備與備用設(shè)備同時(shí)不能運(yùn)行。分散控制系統(tǒng)(DCS)模型可靠性計(jì)算分析、可靠性試驗(yàn)均得出分散控制系統(tǒng)平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF(MeanTime BetweenFailures)大于10萬(wàn)h,對(duì)最近幾年10臺(tái)以上機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)運(yùn)行情況的調(diào)研結(jié)果表明,分散控制系統(tǒng)(DCS)可用率均高于99.90%,2007年600～660MW機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)的運(yùn)行可靠性指標(biāo)見表3。

根據(jù)分散控制系統(tǒng)(DCS)結(jié)構(gòu)本身可靠性計(jì)算分析、可靠性試驗(yàn)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及表3中所列600～650MW機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)的運(yùn)行情況表明,其可用率均達(dá)到99.9%以上。

3.4 磨煤機(jī)可用率現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)電力可靠性管理中心2008年發(fā)布的數(shù)據(jù),2007年磨煤機(jī)按容量分類的運(yùn)行可靠性指標(biāo)見表4,2007年磨煤機(jī)按轉(zhuǎn)速分類的運(yùn)行可靠性指標(biāo)見表5。

本文所提方案采用中速磨煤機(jī),從表4、表5中看出:600MW級(jí)機(jī)組中速磨煤機(jī)可用系數(shù)在93.59%以上,但其計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)較高,為6.25%,而非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)較低,為0.16%。這說(shuō)明純?cè)O(shè)備質(zhì)量原因造成的停運(yùn)概率較低,停運(yùn)多為機(jī)組調(diào)峰降負(fù)荷所致,所以,其可用率應(yīng)在95%以上。

表2 500kV變壓器2003—2007年運(yùn)行可靠性指標(biāo)

表3 2007年600～660MW機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)的運(yùn)行可靠性指標(biāo)

表4 2007年磨煤機(jī)按容量分類的運(yùn)行可靠性指標(biāo)

表5 2007年磨煤機(jī)按轉(zhuǎn)速分類的運(yùn)行可靠性指標(biāo)

磨煤機(jī)非計(jì)劃停運(yùn)的技術(shù)原因是磨煤機(jī)部件漏粉,主要是運(yùn)行和檢修質(zhì)量不良所致,設(shè)計(jì)上可采用質(zhì)量較好、可靠性較高的磨煤機(jī),同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理,使磨煤機(jī)的可用率進(jìn)一步提高。

3.5 給水泵可用率現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)電力可靠性管理中心2008年發(fā)布的數(shù)據(jù),2007年給水泵組按主機(jī)容量分類的運(yùn)行可靠性指標(biāo)見表6。

從表6可以看出:600MW級(jí)機(jī)組給水泵可用系數(shù)為95.01%,所以可用率應(yīng)在95.01%以上;同時(shí),其計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)較低,為4.85%,而非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)較低,僅為0.14%。所以,不考慮機(jī)組調(diào)峰降負(fù)荷因素,給水泵的可用率會(huì)更高。

給水泵非計(jì)劃停運(yùn)的技術(shù)原因是給水泵密封裝置漏水,主要是由于運(yùn)行和檢修質(zhì)量不良所致,從設(shè)計(jì)上可選用質(zhì)量好、可靠性高的給水泵,同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理,可使給水泵的可用率進(jìn)一步提高。

3.6 送風(fēng)機(jī)可用率現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)電力可靠性管理中心2008年發(fā)布的數(shù)據(jù),2007年送風(fēng)機(jī)按主機(jī)容量分類的的運(yùn)行可靠性指標(biāo)見表7。

從表7中可以看出:600MW級(jí)機(jī)組送風(fēng)機(jī)可用系數(shù)為94.67%,但其計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)較高,為5.23%,而非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)較低,僅為0.01%。說(shuō)明純?cè)O(shè)備質(zhì)量原因造成的停運(yùn)概率較低,停運(yùn)多為機(jī)組調(diào)峰降負(fù)荷所致,所以,其可用率應(yīng)在95%以上。

表6 2007年給水泵組按主機(jī)容量分類的運(yùn)行可靠性指標(biāo)

表7 2007年送風(fēng)機(jī)按主機(jī)容量分類的運(yùn)行可靠性指標(biāo)

送風(fēng)機(jī)非計(jì)劃停運(yùn)的技術(shù)原因多為軸瓦超溫,主要是軸瓦冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行和檢修維護(hù)不良所致。根據(jù)近2年統(tǒng)計(jì),送風(fēng)機(jī)可用系數(shù)呈逐年上升趨勢(shì),如果選用高質(zhì)量的送風(fēng)機(jī)并加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理,送風(fēng)機(jī)的可用率還可提高。

3.7 引風(fēng)機(jī)可用率現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)電力可靠性管理中心2008年發(fā)布的數(shù)據(jù),2007年引風(fēng)機(jī)按主機(jī)容量分類的運(yùn)行可靠性指標(biāo)見表8。

從表8中可以看出:600MW級(jí)機(jī)組引風(fēng)機(jī)可用系數(shù)為94.64%,但其計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)較高,為5.31%,而非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)較低,僅為0.04%。說(shuō)明純?cè)O(shè)備質(zhì)量原因造成的停運(yùn)概率較低,停運(yùn)多為機(jī)組調(diào)峰降負(fù)荷所致,所以,其可用率應(yīng)在95%以上。

引風(fēng)機(jī)非計(jì)劃停運(yùn)的技術(shù)原因多為軸瓦超溫,主要是軸瓦冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行和檢修維護(hù)不良所致。根據(jù)近2年統(tǒng)計(jì),引風(fēng)機(jī)可用系數(shù)呈逐年上升趨勢(shì),如果選用高質(zhì)量的引風(fēng)機(jī)并加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理,引風(fēng)機(jī)的可用率還可提高。

3.8 高壓加熱器可用率現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)電力可靠性管理中心2008年發(fā)布的數(shù)據(jù),2007年高壓加熱器按主機(jī)容量分類的運(yùn)行可靠性指標(biāo)見表9。

從表9可以看出:600MW級(jí)機(jī)組高壓加熱器可用系數(shù)可以達(dá)到95.18%,但其計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)較高,為4.76%,而非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)較低,僅為0.06%。說(shuō)明純?cè)O(shè)備質(zhì)量原因造成的停運(yùn)概率較低,多為機(jī)組調(diào)峰降負(fù)荷所致,所以,其可用率應(yīng)在95%以上。

高壓加熱器非計(jì)劃停運(yùn)的技術(shù)原因是漏水、沖蝕、卡澀、磨損泄漏和裂紋,主要是運(yùn)行和檢修質(zhì)量不良所致。如果選用高質(zhì)量的高壓加熱器并加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理,高壓加熱器的可用率還可提高。

表8 2007年引風(fēng)機(jī)按主機(jī)容量分類的運(yùn)行可靠性指標(biāo)

表9 2007年高壓加熱器按主機(jī)容量分類的運(yùn)行可靠性指標(biāo)

3.9 架空線路等輸變電設(shè)施主要指標(biāo)

根據(jù)國(guó)家電力可靠性管理中心發(fā)布的2008年電力可靠性指標(biāo),2007年架空線路等13類輸變電設(shè)施主要指標(biāo)情況見表10。

從表10可以看出,全國(guó)220kV以上電壓等級(jí)13類輸變電設(shè)施運(yùn)行可靠性指標(biāo)均維持在99%以上的較高水平,且可用系數(shù)呈逐年上升趨勢(shì)。因此,高壓配電裝置可用率達(dá)到95%以上,從電氣設(shè)備本身來(lái)講不存在問(wèn)題;可通過(guò)運(yùn)用科學(xué)的管理方法,強(qiáng)化可靠性管理工作,加強(qiáng)設(shè)備各項(xiàng)維護(hù),使電氣設(shè)備的可用率進(jìn)一步提高。

表10 2007年架空線路等13類輸變電設(shè)施主要指標(biāo)

4 保證電廠可用率達(dá)到95%的方案

據(jù)以上對(duì)主機(jī)和主要輔機(jī)的可用率分析可知,目前國(guó)產(chǎn)設(shè)備的可用率可達(dá)到本文所提方案95%的要求。盡管如此,在設(shè)計(jì)中采用以下措施進(jìn)一步保證電廠的可用率達(dá)到95%以上。

4.1 保證電廠可用率達(dá)到95%的具體措施

4.1.1 制粉系統(tǒng)的保證措施

本文所提方案每臺(tái)機(jī)組采用7臺(tái)中速磨煤機(jī),燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí),6臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行且1臺(tái)磨煤機(jī)備用,燃用校核煤種時(shí),7臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行。燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí),由于有1臺(tái)備用磨煤機(jī),所以,不會(huì)由于單臺(tái)磨煤機(jī)的故障影響機(jī)組的正常運(yùn)行,即不會(huì)因單臺(tái)磨煤機(jī)的故障停運(yùn)而降低機(jī)組的可用率。

4.1.2 熱力系統(tǒng)的保證措施

給水系統(tǒng)高壓加熱器設(shè)有大旁路,當(dāng)任何一臺(tái)高壓加熱器故障時(shí),高壓給水走旁路,機(jī)組可以達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行,高壓加熱器的故障切除不會(huì)影響機(jī)組的可用率。

凝結(jié)水系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)100%容量立式定速凝結(jié)水泵,1臺(tái)運(yùn)行,1臺(tái)備用,凝結(jié)水泵的故障切除不會(huì)影響機(jī)組的可用率。

在閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)上設(shè)置2臺(tái)100%容量的閉式循環(huán)冷卻水泵,1臺(tái)運(yùn)行,1臺(tái)備用,閉式循環(huán)冷卻水泵單臺(tái)故障不會(huì)影響機(jī)組的可用率。

4.2 主要輔機(jī)設(shè)備可用率達(dá)到95%的方案

磨煤機(jī)非計(jì)劃停運(yùn)的主要技術(shù)原因是磨煤機(jī)部件漏粉,除選擇新型、高質(zhì)量的磨煤機(jī)外,建議提高磨煤機(jī)關(guān)鍵部件(如本體筒體、給煤管、殼體、進(jìn)出粉管等)的質(zhì)量,漏粉處法蘭的密封墊宜采用進(jìn)口件。同時(shí),注重磨煤機(jī)安裝質(zhì)量,加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理,可進(jìn)一步提高磨煤機(jī)可用率,保證磨煤機(jī)可用率達(dá)到95%以上。

送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)非計(jì)劃停運(yùn)的主要技術(shù)原因是電動(dòng)機(jī)本體軸承溫度高、電動(dòng)機(jī)定子絕緣不良,除選擇新型、高質(zhì)量的產(chǎn)品外,建議加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理,可以保證送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)可用率達(dá)到95%。

4.3 分散控制系統(tǒng)可用率大于99.9%的方案

分散控制系統(tǒng)(DCS)可靠與否,關(guān)系到整個(gè)電廠安全運(yùn)行,是保證電廠可用率達(dá)到95%、利用率達(dá)到80%的前提。分散控制系統(tǒng)(DCS)采用軟、硬件相對(duì)成熟的技術(shù)產(chǎn)品。控制系統(tǒng)重要部位冗余設(shè)計(jì)措施,強(qiáng)調(diào)異構(gòu)冗余(相同結(jié)構(gòu)故障概率相同、發(fā)生故障的時(shí)間相近,不相同的結(jié)構(gòu)故障概率、故障時(shí)間多數(shù)是錯(cuò)開的),以使控制系統(tǒng)內(nèi)單一故障不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行設(shè)備與備用設(shè)備同時(shí)不能運(yùn)行。同時(shí),注意考慮系統(tǒng)模塊化、簡(jiǎn)單化,減少設(shè)備種類和規(guī)格是提高設(shè)備可維護(hù)性,確保分散控制系統(tǒng)(DCS)可用率達(dá)到99.9%以上。

4.4 電氣系統(tǒng)保證可用率達(dá)到95%的方案

4.4.1 升壓系統(tǒng)可用率設(shè)計(jì)方案

4臺(tái)機(jī)組設(shè)置了1臺(tái)主變壓器備用相,進(jìn)一步提高主變壓器可用率。

根據(jù)本文所提方案實(shí)際特點(diǎn)并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,推薦500kV配電裝置采用4/3斷路器接線形式,本文所提方案配電裝置接線已達(dá)到2個(gè)閉合環(huán)形,進(jìn)出線檢修均不至引起開環(huán)運(yùn)行,電源和負(fù)荷的合理分配使潮流更加合理,可靠性有所提高,也間接提高機(jī)組可用率,減少故障損害有所助益。

4.4.2 提高廠用電系統(tǒng)可用率設(shè)計(jì)方案

本文所提方案廠用電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上力求接線配置合理,以使廠用電系統(tǒng)的供電穩(wěn)定可靠。每2臺(tái)機(jī)組設(shè)置1臺(tái)啟動(dòng)備用變壓器,當(dāng)高壓廠用變壓器故障時(shí)備用電源能夠及時(shí)投入,確保廠用電系統(tǒng)不失電。主廠房?jī)?nèi)低壓廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)采用經(jīng)高電阻接地的接地方式,當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),可以避免開關(guān)立即跳閘和電動(dòng)機(jī)停運(yùn),為消除故障贏得時(shí)間,提高了低壓廠用電系統(tǒng)的可靠性,減少了因廠用電系統(tǒng)故障引起電動(dòng)機(jī)停運(yùn)的次數(shù)。低壓廠用電系統(tǒng)采用暗/明備用方式,每段廠用母線均設(shè)備用電源,提高了低壓廠用電系統(tǒng)的可靠性。

5 結(jié)論

根據(jù)2008年電力可靠性指標(biāo)發(fā)布報(bào)告,電廠主機(jī)和主要輔機(jī)的可用率可以達(dá)到95%。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)中通過(guò)增設(shè)備用設(shè)備等措施進(jìn)一步保證電廠的可用率達(dá)到95%以上。因此,從主機(jī)和電廠主要系統(tǒng)看,電廠的可用率達(dá)到95%、利用率達(dá)到80%是有保證的。