大型發(fā)電機(jī)組可靠性預(yù)測(cè)方法與應(yīng)用

摘 要：發(fā)電機(jī)組是指能將機(jī)械能或其它可再生能源轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電設(shè)備。一般我們常見(jiàn)的發(fā)電機(jī)組通常由汽輪機(jī)、水輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，可再生新能源包括核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、海洋能等。文章重點(diǎn)就大型發(fā)電機(jī)組可靠性預(yù)測(cè)方法與應(yīng)用做了研究和分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)組；等效可用系數(shù)；可靠性預(yù)測(cè)

發(fā)電機(jī)組一般來(lái)說(shuō)發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。 定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來(lái)，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。

1.檢修系數(shù)的數(shù)學(xué)模型

經(jīng)實(shí)際可靠性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和驗(yàn)證，證實(shí)300MW汽輪機(jī)的可用系數(shù)AF、300MW鍋爐與發(fā)電機(jī)的非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)UOF與強(qiáng)迫停運(yùn)率FOR以及扣除計(jì)劃的可用系數(shù)AP符合該可靠性增長(zhǎng)模型。經(jīng)大量可靠性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和驗(yàn)證，證實(shí)300MW和600MW火電機(jī)組的等效可用系數(shù)EAF和等效強(qiáng)迫停運(yùn)率EFOR符合該可靠性增長(zhǎng)模型，磨煤機(jī)、給水泵、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)與高壓加熱器等電站輔機(jī)的可用系數(shù)AF和非計(jì)劃停運(yùn)率UOR符合該可靠性增長(zhǎng)模型，電力變壓器、斷路器、電力互感器、電壓互感器、隔離開(kāi)關(guān)、避雷器等輸變電設(shè)施的可用系數(shù)以及供電系統(tǒng)的供電可靠率RS1與不計(jì)系統(tǒng)電源不足限電的供電可靠度RS3符合該可靠性增長(zhǎng)模型，抽水蓄能機(jī)組的可用系數(shù)AF和強(qiáng)迫停運(yùn)率FOR符合該可靠性增長(zhǎng)模型。筆者利用多年積累的大量發(fā)電機(jī)組的可靠性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，曾嘗試用多項(xiàng)式、指數(shù)函數(shù)、威布爾分布等數(shù)學(xué)模型，來(lái)擬合發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性數(shù)據(jù)，模型與數(shù)據(jù)的差異比較大。因此，在發(fā)電機(jī)組可靠性預(yù)測(cè)技術(shù)中，檢修系數(shù)變化規(guī)律ρ（t）的數(shù)學(xué)模型仍采用冪函數(shù)表示為：

ρ（t）=ηt-m

式中：t為發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行年數(shù)，ρ（t）為發(fā)電機(jī)組的檢修系數(shù)，η為尺度參數(shù)，m為增長(zhǎng)系數(shù)。

2.可靠性預(yù)測(cè)方法

2.1確定模型參數(shù)

某臺(tái)發(fā)電機(jī)組投入使用后，利用前n年（n≥3）的可靠性統(tǒng)計(jì)值EAF（ti）和POF（ti），可以計(jì)算得出該臺(tái)機(jī)組前n年的檢修系數(shù)ρ（ti），采用最小二乘法，可以確定該臺(tái)發(fā)電機(jī)組檢修系數(shù)ρ（t）變化數(shù)學(xué)模型式的增長(zhǎng)系數(shù)m與尺度參數(shù)η。應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，可以檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)組檢修參數(shù)ρ（t）的變化規(guī)律是否符合式的數(shù)學(xué)模型。利用發(fā)電機(jī)組前n年的ρ（ti）的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得出檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量F0給定顯著性水平α（工程上取α=0.1～0.3），查F分布上側(cè)分?jǐn)?shù)表，可確定Fα（1，n-2）。當(dāng)F>Fα（1，n-2）時(shí)，發(fā)電機(jī)組的檢修系數(shù)符合式當(dāng)F≤Fα（1，n-2）時(shí)，發(fā)電機(jī)組的檢修系數(shù)不符合式數(shù)學(xué)模型。

2.2預(yù)測(cè)可靠性指標(biāo)

等效可用系數(shù)是發(fā)電機(jī)組可靠性的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，發(fā)電機(jī)組等效可用系數(shù)的預(yù)測(cè)方法包括以下內(nèi)容：運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)某臺(tái)發(fā)電機(jī)組前n年的可靠性歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值EAF（ti）、POF（ti），按式計(jì)算檢修系數(shù)ρ（ti）。采用最小二乘法確定檢修系數(shù)的數(shù)學(xué)模型的增長(zhǎng)系數(shù)m和尺度參數(shù)η，并計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量F，進(jìn)行檢修系數(shù)的數(shù)學(xué)模型的擬合檢驗(yàn)。預(yù)測(cè)扣除計(jì)劃停運(yùn)的等效可用系數(shù)EAP。利用前n 年運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出檢修系數(shù)的數(shù)學(xué)模型式，給定t=n+1，t=n+2，預(yù)測(cè)該臺(tái)發(fā)電機(jī)組當(dāng)年（t=n+1）、明年（t=n+2）扣除計(jì)劃停運(yùn)的等效可用系數(shù)EAP 的計(jì)算公式分別為：

EAP（n+1）=；EAP（n+1）=；

AP（n+1）=；

預(yù)測(cè)計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)POF。發(fā)電機(jī)組的計(jì)劃?rùn)z修是按照《發(fā)電企業(yè)設(shè)備檢修導(dǎo)則》（DL/T838-2003）安排的，根據(jù)省網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃和競(jìng)價(jià)上網(wǎng)要求，年初可確定當(dāng)年（t=n +1）的計(jì)劃停運(yùn)天數(shù)m1，也可以估計(jì)明年（t=n+2）和后年（t=n+3）的計(jì)劃停運(yùn)天數(shù)m2和m3。預(yù)測(cè)該臺(tái)發(fā)電機(jī)組當(dāng)年（t=n+1）、明年（t=n +2）和后年（t=n+3）的計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)POF的計(jì)算公式分別為：

POF（n+1）=；POF（n+1）=；POF（n+1）=；

3.實(shí)例應(yīng)用及分析

3.1應(yīng)用實(shí)例

某電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)組，系引進(jìn)技術(shù)優(yōu)化的亞臨界300MW 發(fā)電機(jī)組，利用前n 年可靠性的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算分析，得出增長(zhǎng)系數(shù)m、尺度參數(shù)η和檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量F。采用文中給出的可靠性預(yù)測(cè)方法，計(jì)算得出該臺(tái)發(fā)電機(jī)組當(dāng)年（t=n+1）、明年（t=n+2）和后年（t=n+3）的等效可用系數(shù)EAF（n+1）、EAF（n+2）和EAF（n+3）的預(yù)測(cè)值。發(fā)電機(jī)組第ti年的等效可用系數(shù)預(yù)測(cè)值與實(shí)際統(tǒng)計(jì)值的相對(duì)誤差Er計(jì)算公式為：

Er=×100%

3.2分析與討論

利用某臺(tái)發(fā)電機(jī)組前n年（n≥3）的等效可用系數(shù)EAF（ti）和計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)POF（ti）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及未來(lái)3年的計(jì)劃?rùn)z修天數(shù)，定量預(yù)測(cè)該臺(tái)發(fā)電機(jī)組未來(lái)3年的等效可用系數(shù)，為發(fā)電機(jī)組的可靠性目標(biāo)管理提供了技術(shù)手段。給出的發(fā)電機(jī)組等效可用系數(shù)的預(yù)測(cè)方法，適用于可靠性管理水平高且非計(jì)劃停運(yùn)系數(shù)比較小的發(fā)電機(jī)組。若發(fā)電機(jī)組的等效可用系數(shù)的預(yù)測(cè)值達(dá)不到要求的可靠性目標(biāo)值，通過(guò)優(yōu)化檢修來(lái)調(diào)整計(jì)劃?rùn)z修間隔和計(jì)劃?rùn)z修天數(shù)，再次使用文中給出的可靠性預(yù)測(cè)方法，計(jì)算發(fā)電機(jī)組等效可用系數(shù)的預(yù)測(cè)值，直到達(dá)到要求的可靠性目標(biāo)值為止。應(yīng)用文中給出的可靠性預(yù)測(cè)方法，進(jìn)行可靠性目標(biāo)管理，可以使發(fā)電機(jī)組的等效可用系數(shù)的指標(biāo)值處于受控狀態(tài)。

4.結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用文中提出的發(fā)電機(jī)組可靠性預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)組等效可用系數(shù)的定量預(yù)測(cè)，可以使發(fā)電機(jī)組的可靠性指標(biāo)值處于受控狀態(tài)，適用于發(fā)電機(jī)組的可靠性目標(biāo)管理。發(fā)電機(jī)組等效可用系數(shù)預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差的絕對(duì)值小于2%，表明文中提出的發(fā)電機(jī)組可靠性預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)精度還比較高，工程上是實(shí)用的。

參考文獻(xiàn)：

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