樓宇型燃氣分布式能源故障停運分析及對策研究

劉心喜，阮慧鋒，賈小偉，張鐘平

樓宇型燃氣分布式能源故障停運分析及對策研究

劉心喜，阮慧鋒，賈小偉，張鐘平

（華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030；浙江省蓄能與建筑節能技術重點實驗室，浙江 杭州 310030）

燃氣分布式能源因就地消納、清潔、高效、靈活等優點得到越來越多人的重視，但同時發現樓宇型分布式能源故障停運次數遠高于常規火電。以某電力集團在役4座樓宇型分布式能源站共16臺機組為例，分別對其2017年及2018年的故障停運次數及原因進行了分析，總結存在的共性問題及行之有效的降故障停運的措施，最后給出了提高機組可靠性的建議，為今后樓宇型分布式能源規劃、設計、建設及運行提供指導。

分布式能源；樓宇型分布式能源；故障停運；冷熱電三聯供

燃氣分布式能源是指以天然氣為燃料，通過冷熱電三聯供等方式實現能源的梯級利用，綜合能源利用效率在70%以上[1]，并在負荷中心就近實現能源供應的現代能源供應方式，是天然氣高效利用的重要方式[2]。與傳統集中式供能方式相比，天然氣分布式能源具有能效高、清潔環保、安全性好、削峰填谷、經濟效益好等優點[3]。燃氣分布式能源根據供能對象的不同一般分為區域型及樓宇型燃氣分布式能源。某電力集團提前謀劃，積極布局，率先在全國范圍內建設燃氣分布式能源。自首個樓宇型項目2014年投產以來，各項目陸續投產，積累了大量的運行經驗，運行期間發生多起故障停運事件。為了深入了解樓宇型分布式能源故障停運現狀，針對某電力集團4座樓宇型分布式能源站共計16臺機組，統計分析了其2017年及2018年停運次數及原因分析，剖析了減少故障停運采取的措施，同時也為今后樓宇型分布式能源規劃、設計、建設及運行提供了指導。

1 基本情況

某電力集團在主題樂園、會展中心、科研院校及商務中心建設樓宇型燃氣分布式能源項目，4座分布式能源站原動機均采用GE顏巴赫4 MW級內燃機，一拖一配置溴化鋰冷熱水機組，并以電制冷機組、燃氣熱水鍋爐、蓄冷熱罐為調峰設備。在役樓宇型分布式能源企業基礎信息如表1所示。

2 故障停運情況

2.1 故障停運統計

2017年內燃機4家共16臺機組，共發生170次故障停運，年臺均10.63次/臺。甲項目發生故障停運80次，臺均40次/臺；乙項目發生故障停運32次，臺均6.4次/臺；丙項目發生故障停運19次，臺均6.3次/臺；丁項目發生故障停運39次，臺均6.5次/臺。除甲項目由于天然氣品質差、成分變化快導致過多故障停運外，其他3家內燃機故障停運次數臺均約為6.4次/臺。

表1 某電力集團在役樓宇型燃氣分布式能源企業基礎信息表

序號項目名稱開工日期投產日期燃機裝機容量/MW項目類型原動機機型 1甲2012-102014-062×4.044 樓宇型GE顏巴赫內燃機 2乙2013-052015-035×4.401 樓宇型GE顏巴赫內燃機 3丙2014-092016-013×4.4 樓宇型GE顏巴赫內燃機 4丁2014-042016-086×4.035 樓宇型GE顏巴赫內燃機

2018年共發生21次故障停運，年臺均1.31次/臺。甲項目發生故障停運2次，臺均1次/臺，年總環比下降97.5%；乙項目發生故障停運6次，臺均1.2次/臺，年總環比下降81.3%；丙項目發生故障停運6次，臺均2.0次/臺，年總環比下降68.4%；丁項目發生故障停運7次，臺均1.2次/臺，年總環比下降82.1%。在役樓宇型分布式能源項目故障停運次數統計如圖1所示。

2.2 原因分析

故障停運原因中，因內燃機火花塞或預燃室閥、電網波動、傳感器故障等造成的問題較為集中，原因基本可分為管理、內燃機本體、邊界條件三大類，部分項目停運原因及次數統計如表2所示。

表2 丙丁項目2017—2018年故障停運原因及次數統計表

序號故障停運原因2017年2018年 丙丁丙丁 1預燃室閥堵塞、調節器失調122024 2火花塞造成點火電壓失調1700 3電網波動2210 4電氣保護、機組保護值設定1011 5機務（油泵故障、傳感器故障、電磁閥故障、蓄電池故障等）2522 6燃氣品質因素0300 7SAFI模塊及導火電軌損壞0200 8機組誤報火警1000 總計—193967

管理方面，一方面燃氣分布式項目運行人員大多之前從事煤機等大型機組發電，對內燃機組運行缺乏一定經驗，對報警及警告未能作出提前預判，難以避免故障停機；另一方面，內燃機企業發生故障跳機后，設備廠家以往對無明顯規律的故障或者不能確定的故障采取嘗試的方式排除故障，這樣往往人為造成故障跳機次數較多。

內燃機本體方面，對于所采用的內燃機，由于采用24缸設計，每個缸體需配備獨立的預燃閥與火花塞。內燃機24個火花塞均以25次/秒的頻率持續放電，在任一預燃閥發生嚴重積碳或任一火花塞發生故障的情況下，均會引起機組跳閘。這一特性，導致集團內幾乎所有的內燃機組，由于火花塞或預燃閥引起的故障停運事件均在50%以上。2018年因預燃室閥問題故障停運中，甲項目1次，乙項目1次，丙項目2次，丁項目4次。

邊界條件方面，主要問題為電網故障波動、天然氣品質差。特殊保護與邏輯固化問題導致故障停運問題突出，按照廠家要求對機組繼電保護進行整定，整定較為靈敏，因此，系統發生波動均會導致能源站機組跳閘。燃氣內燃機設置了針對電網的特殊保護，用于在電網發生波動時避免逆向影響電機，進而損壞內燃機部件。該保護對電網頻率及電壓波動過于敏感，且無延時，因此，整定值按照廠家默認值設定，如果電網發生微弱波動，則容易引起機組故障停運。而電網在一定范圍內波動屬于必然事件，對電網參數的變化過于敏感，導致2017年此類問題頻發。而當前內燃機普遍對天然氣成分波動過于敏感，同時，天然氣成分變化又是導致敲缸、預燃室閥積碳堵塞的重要原因，降低了機組運行的可靠性。

3 減少故障停運措施

3.1 管理方面措施

隨著燃氣分布式項目運行人員運行能力以及經驗的增長，對機組運行情況有了更深刻的掌握，對一些報警及警告提前作出預判，根據報警重要程度區別對待，選擇繼續運行或手動提前停機，避免機組異常跳機。

針對內燃機基建階段存在的問題，督促制造廠家徹底解決，避免同類事情再次發生而引發故障停運跳機。乙項目因排煙管破裂導致跳機4次，其中2次是煙氣泄漏導致氣缸測溫元件損壞，點火模塊高溫報警跳機。

內燃機企業發生故障跳機后，以往對無明顯規律的故障或不能確定的故障采取嘗試的方式排除故障，這樣往往人為造成故障跳機次數較多。目前，一方面隨著內燃機GE代理商維護技術能力的增強以及經驗的增長，其處理故障的能力更強；另一方面，分布式能源企業也進一步要求內燃機GE代理商提高技術水平，并對其維護工作制訂考核措施，對無法確定的問題堅決不允許隨意嘗試排除，只有比較有傾向的故障時才允許起機。兩方面共同舉措，因GE代理商處理故障而造成的停機次數大大減少。

生產管理與經營管理之間存在一定的矛盾，燃氣分布式電廠人員定額較少，整體盈利能力也有限，分布式能源企業始終面臨著提高機組可靠性與增加企業運維成本的矛盾，導致運維成本和機組可靠性方面統籌欠缺。對于內燃機企業，以往對預燃室閥以及火花塞都存在一定的超期使用或采用更換故障零件、新舊零部件混用模式，而現在大多采用定期停機統一更換預燃室閥及火花塞的方式，這樣顯著提高了機組的可靠性，但這無疑增加了運維成本。

3.2 技術方面措施

內燃機火花塞及預燃室閥方面采取的措施如下：①運行人員加強對內燃機24個氣缸廢氣溫度的監視，定時查看運行機組的氣缸廢氣溫度，尤其是機組剛開機后的1 h內更要經常查看對比，如果溫度與正常值有偏差則要重點監視，如果出現嚴重偏差或出現“氣缸廢氣溫度偏離平均值的最大值”黃色報警時，應立即停機安排檢查處理；②日常運行時做好缸溫、點火電壓、點火正時的記錄工作，發現異常及時更換新的預燃閥；③運作好內燃機所有火花塞、預燃閥的臺賬，詳細記錄火花塞、預燃閥的更換日期、運行時間、間隙調整，明確火花塞、預燃閥的更換周期，達到壽命期限時必須立即更換預燃閥，預燃室閥到期不再超期使用。

電網故障波動方面，責成內燃機廠家對相關過于敏感的參數等相關定值進行充分論證后調整，后因固有值設定造成的停機大幅減少。

天然氣品質方面，管道天然氣常會出現品質波動大現象（夏季較少出現），主要是甲烷、乙烷、丙烷含量突增會導致內燃機組產生爆震現象，此時，應嚴密監視點火正時及敲缸強度，超標則應采取主動降負荷措施。天然氣品質長周期波動時，安生部聯系公司計劃部發函給燃氣公司，要求燃氣公司說明原因并改善，確保機組的安全運行。

4 結論及建議

4.1 結論

統計范圍內的燃氣分布式機組故障停運頻率遠高于常規火電，2018年較2017年故障停運次數整體大幅減少。各樓宇型分布式能源企業制定管理、技術方面措施并執行，故障停運控制效果顯著，但仍有進一步提升空間，對內燃機預燃室閥、火花塞引起的問題有待進一步解決。

4.2 建議

為了進一步提高燃氣分布式機組的可靠性，縮短故障停運時間，提出了以下建議：①加強頂層設計，降低運維費用。建議利用集團規模優勢，在設備采購、安裝、維護階段進行合同談判，以制訂有利于降低運維費用的方法措施。②加強備品備件聯儲聯備，提高統籌效率。建議集團公司或各區域公司建立備品備件超市，統一購置調度備品配件以實現資源的最優化配置，減小資金壓力。③加強技術監督，提高設備可靠性，加強故障停運事件回頭看，落實精益化管理。④加強檢修維護質量，強化責任落實，加強對GE代理商的檢修維護工作監督以及考核，嚴禁其隨意起機試錯來查找缺陷。⑤加強技能培訓，提高技術人員技能水平。⑥爭取電網氣網側協調，降低外部干擾。

［1］國家發展和改革委員會，財政部，住房和城鄉建設部，等，發改能源〔2011〕2196號.關于發展天然氣分布式能源的指導意見［S］.2011-10-09.

［2］韓曉平.分布式能源艱難迎來曙光［J］.中國電力企業管理，2011（23）：85-89.

［3］吳波.分布式能源冷熱電多聯產系統能效分析與可比性方法研究［D］.北京：北京科技大學，2015.

TK478

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.027

2095－6835（2019）17－0063－02

劉心喜（1991—），男，江西贛州人，碩士研究生，工程師，主要從事分布式能源檢測、系統評價評估、可靠性管理研究工作。

〔編輯：張思楠〕