浙江省火力發電機組非計劃停運統計及預防

（國網浙江省電力有限公司電力科學研究院，杭州 310014）

0 引言

火力發電機組發生非計劃停運會大大降低機組運行的可靠性，影響發電廠的發電量；機組的非計劃停運還會對電網的安全穩定運行造成沖擊，導致出現發供電不平衡或局部電網穩定性受到破壞，嚴重時甚至造成系統頻率瓦解、電網崩潰。因此，有必要開展火力發電機組非計劃停運事件的統計與分析工作，分析總結造成機組非計劃停運的故障原因，掌握生產運行過程中的薄弱環節，針對性制定預防措施，減少火力發電機組非計劃停運事件的發生，提高機組運行的可靠性和電網穩定性[1-3]。

2015—2018 年，浙江省燃煤、燃氣聯合循環機組非計劃停運情況統計見表1。從表1 可以看出，全省機組、燃煤機組非計劃停運次數及臺次整體基本呈現先緩慢上升、后大幅下降的變化規律；燃氣聯合循環機組非計劃停運次數及臺次基本表現為整體下降的變化規律。

1 非計劃停運原因統計情況

對2015—2018 年浙江省火力發電機組非計劃停運的原因進行統計分析，主要分為受監部件泄漏、熱機故障、熱控故障、運行操作、維護和管理、電氣故障以及其它故障六類，統計結果見表2。

從表2 可以看出，受監部件泄漏、熱機故障、熱控故障基本為每年引起機組非計劃停運的主要原因，也是累計引起機組非計劃停運的主要原因，累計共引起機組非計劃停運178 次，共計占比達80.91%。

2 金屬受監部件泄漏故障統計分析與預防

2.1 泄漏部位統計分析

對2015—2018 年金屬受監部件（受熱面、管道和主要閥門）泄漏發生的部位進行統計分析，統計結果見表3。從表3 可以看出，金屬受監部件泄漏發生在鍋爐四管（水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器）以及其它部位（管道和閥門），鍋爐四管為主要泄漏發生部位[4-6]。

2.2 鍋爐四管泄漏原因統計分析

對2015—2018 年鍋爐四管泄漏原因進行統計分析，統計結果見表4。從表4 可以看出，過熱原因基本為每年造成鍋爐四管泄漏的主要原因，累計占鍋爐四管泄漏總數的44.78%；拉裂或應力開裂、焊接質量不良原因累計造成鍋爐四管泄漏次數也較多，是造成鍋爐四管泄漏的另兩大主要原因，累計占比均為16.42%。

2.3 過熱故障原因分析與預防

過熱引起過熱器、再熱器和水冷壁部件失效泄漏的原因與上述鍋爐受熱面換熱管內的工質為高溫高壓狀態，換熱管處在相對惡劣的環境有關。由于鍋爐受熱面換熱管內有剝落的氧化皮或其它異物堵管或節流，或者受運行方式、鍋爐構造等因素影響，造成換熱管處局部煙溫高，管內介質冷卻不足等原因引起受熱面換熱管長期超溫運行，最終導致過熱爆管。

為減少過熱引起受熱面發生泄漏故障，建議采取以下預防措施：

（1）調整鍋爐相關控制策略，加強燃燒優化調整，控制鍋爐煙溫偏差，消除局部高溫現象。

（2）定期檢查鍋爐燃燒器執行機構，防止燃燒器執行機構故障或操作不當導致火焰中心出現嚴重偏移。

（3）開展氧化皮剝落爆管預防工作，采用磁性檢測和射線檢測等綜合方法檢查高溫受熱面底部彎頭部位有無嚴重的內壁氧化皮剝落、堆積等情況發生。

表1 浙江省火力發電機組非計劃停運情況統計

表2 浙江省火力發電機組非計劃停運原因統計

表4 鍋爐四管泄漏原因統計

（4）在經常性爆管的部位增加壁溫測點，加強壁溫監測，避免出現長時間、大幅度超溫情況。

2.4 拉裂或應力開裂故障原因分析與預防

拉裂或應力開裂引起受熱面發生泄漏的主要原因有：

（1）水冷壁結構設計不合理，承重部件與水冷壁焊接位置不規范，水冷壁間鰭片過寬、冷卻不良、膨脹不暢再加上焊接質量不佳等。

（2）機組運行中大屏與后屏發生相對運動，大屏和后屏的焊接式硬性連接處長期受額外應力，連接塊與大屏管子連接處焊縫易發生拉裂。

（3）檢修工藝不到位，管子存在裂紋，熱態時管子發生較大的彎曲變形時，管子裂紋處產生較大的應力而發生拉裂。

為減少拉裂或應力開裂引起受熱面發生泄漏故障，建議采取以下預防措施：針對存在設計缺陷的受熱面部件，應及時改進和優化結構設計；加強檢修管理，提升檢修工藝質量水平；運行中嚴格控制鍋爐啟停爐的升溫、升壓速率和負荷升降速率。

2.5 焊接質量不良故障原因分析與預防

焊接質量不良引起受熱面發生泄漏有多種主要原因：焊接工藝不當、熱處理環節缺失為內在因素，在進行受熱面噴涂部位焊接打磨時未引起足夠重視，部件結構和受力狀況與設計不符等為外在因素，導致微小焊接缺陷逐步擴展最終引發失效。水冷壁鰭片管焊縫焊接存在質量缺陷，焊縫寬度較正常鰭片焊縫寬度過大，焊接過程中存在堆焊操作，焊縫區為韌性差的過熱組織，極易在負荷變動或啟停機時外部應力變化過程中產生開裂失效。

為減少焊接質量不良引起受熱面發生泄漏故障，建議采取以下預防措施：

（1）對鍋爐受熱面焊接區，尤其是有異常補焊、基建遺留缺陷部位重點安排外觀檢查和無損檢測。

（2）加大受熱面檢修過程中的焊接工藝控制及監督管理，受熱面噴涂部位施焊前必須打磨干凈，去除噴涂成分后方允許焊接作業。

（3）對爐外管更換或改造過程中形成的檢修焊口原則上應100%安排無損檢測，以確保焊接質量得到保證。

（4）對頻繁發生早期失效的異種鋼焊口，應結合機組檢修安排結構改造。

3 熱機故障統計分析與預防

3.1 熱機故障統計分析

對2015—2018 年熱機故障引起機組非計劃停運的原因進行統計分析，統計結果見表5。從表5 可以看出，汽（燃）機輔機及其系統故障基本為每年造成熱機故障的主要原因，累計占熱機故障總數的44.12%；汽（燃）機本體故障、鍋爐輔機及其系統故障累計引起的熱機故障次數也較多，是造成熱機故障的另外兩大主要原因，累計分別占熱機故障總數的20.59%和27.94%。

3.2 汽（燃）機輔機及系統故障原因分析與預防

對2015—2018 年汽（燃）機輔機及系統故障的原因進行分類統計，統計結果見表6。從表6可以看出，EH（抗燃）油及安全油系統泄漏[7-9]、給水泵組系統故障是造成汽（燃）機輔機及系統故障的主要原因，累計分別占汽（燃）機輔機及系統故障總數的26.67%和20.0%。

表5 熱機故障原因統計

表6 2015—2018 年汽（燃）機輔機及系統故障原因統計

3.2.1 EH 油及安全油系統泄漏故障原因分析與預防

造成EH 油及安全油系統泄漏的原因主要O型密封圈質量不可靠，長時間運行老化破損；EH油管接頭密封件存在毛刺，或安裝工藝不規范導致管接頭處存在剪切應力，O 型密封圈受擠壓破損；管道長期振動，造成EH 油管接頭O 型密封圈受損漏油等。

為減少EH 油及安全油系統發生泄漏故障，建議采取以下預防措施：

（1）對設計不合理的EH 油管路結構進行改造，消除管路振動。

（2）重視EH 油管的布置和安裝工藝，消除管接頭處剪切應力。

（3）檢查并消除管接頭密封面處的銳角利口、毛刺和密封面不平整、不光潔的缺陷，O 型密封圈安裝前必須將安裝槽清理干凈，并確認O 型密封圈完全入槽并緊固到位。

（4）選用質量可靠的O 型密封圈，及時更換質量不可靠、老化和使用超期的O 型密封圈。

（5）加強巡檢和日常維護，發現滲漏情況時及時處理，防止泄漏擴大。

3.2.2 給水泵組系統故障原因分析與預防

造成給水泵組系統故障的原因主要有：汽泵振動大、給水泵調速系統故障、前置泵聯軸器齒輪脫落、汽泵出口閥液壓腔室泄壓管泄漏等。

為減少給水泵組系統發生故障，建議采取以下預防措施：

（1）加強泵組振動監測和分析，及時消除振源，對老化的設備或部件及時更換。

（2）加強運行、維護和管理，定期巡檢，及時發現和消除泵組系統故障。

3.3 汽（燃）機本體故障原因分析與預防

對2015—2018 年汽（燃）機本體故障的原因進行分類統計，統計結果見表7。從表7 可以看出，機組軸系振動大[10-12]是造成汽（燃）機本體故障的主要原因，累計占汽（燃）機本體故障總數的42.86%。

表7 2015—2018 年汽（燃）機本體故障原因統計

造成機組軸系振動大的原因主要有：轉子不平衡或熱不平衡量發生變化；軸瓦剛度不足或軸瓦安裝質量等原因；汽輪機軸瓦或瓦枕電腐蝕[13-14]嚴重、抬軸不合理等，造成汽輪機軸承振動大、軸瓦碎瓦等故障；發電機轉子與密封瓦發生動靜碰摩[15]，引起軸瓦振動爬升。

為消除機組軸系振動大故障，建議采取以下預防措施：

（1）對存在軸系不平衡量的機組擇機安排現場動平衡處理。

（2）檢查并調整汽輪機轉子、動葉與汽封齒的動靜間隙，降低動靜碰摩故障的發生。

（3）檢查軸承座基礎和軸瓦、軸頸情況，修復受損軸頸與軸瓦，通過調整軸承標高、軸系中心、軸瓦頂隙與側隙等手段，提高軸瓦緊力和軸系穩定性。

（4）對軸瓦或瓦枕出現的電腐蝕問題進行徹查并及時予以消除。

（5）在機組沖轉或帶負荷運行時，根據情況適當提高軸封汽及密封油溫度，防止發生動靜碰摩故障。

3.4 鍋爐輔機及其系統故障原因分析與預防

對2015—2018 年鍋爐輔機及系統故障的原因進行分類統計，統計結果見表8。從表8 可以看出，引風機故障是造成鍋爐輔機及系統故障的主要原因，累計占鍋爐輔機及其系統故障總數的26.32%。

造成引風機系統故障的原因主要有引風機失速[16-17]、動葉執行機構故障、出口煙道膨脹結破裂、潤滑油品質差等，其中引風機失速、動葉執行機構故障為引風機系統典型故障，引起的機組非正常停運次數也較多。引風機進、出口擋板全部或部分關閉、動葉調節開度超限、煙風系統阻力增加等原因容易引發引風機失速，進而引發搶風或喘振，嚴重時甚至引起風機葉片損壞、進口密封圍帶破裂等故障；引風機動葉執行機構故障將導致動葉無法調節。引風機發生失速或動葉執行機構故障均會影響爐膛壓力的正常控制調節，導致爐膛壓力失控，最終造成機組非正常停運。

表8 2015—2018 年鍋爐輔機及系統故障原因統計

為減少引風機發生失速或動葉執行機構故障，建議采取以下預防措施：

（1）關注引風機電流、出口壓力、煙氣流量等參數，避免低風量高壓頭的運行模式，避開引風機不穩定工作區，防止動葉調節開度超限引起引風機失速。

（2）檢查煙風系統，對煙風系統中阻力大的設備進行改造，降低煙風系統運行阻力。

（3）加強引風機系統的運行維護管理和定期檢查，消除引風機及動葉調節機構故障。

（4）提高運行、維護技能水平，增強引風機失速等異常工況的分析判斷和事故處理能力。

4 熱控故障統計分析與預防

4.1 熱控故障統計分析

對2015—2018 年熱控故障引起機組非計劃停運的原因進行分類統計，統計結果見表9。從表9 可以看出，通信、電纜或信號線故障、執行機構及元件故障、測量元件或反饋裝置故障、控制及保護系統故障引起的機組非正常停運次數較多，是造成熱控故障的四大主要原因，這4 類故障的累計總和占熱控故障總數的89.74%。

表9 熱控故障原因統計

4.2 熱控主要故障原因分析與預防

4.2.1 通信、電纜或信號線故障原因分析與預防

通信、電纜或信號線故障的原因主要涉及控制系統內部或遠程通信故障、信號電纜損傷或接頭松動、控制電纜斷裂等。

為防范通信、電纜或信號線發生故障，建議采取以下預防措施：

（1）定期對控制系統通信回路進行巡查和檢測，對質量差、嚴重老化、運行不穩定的通信模件、卡槽等重要部件，及時進行更換或改造。

（2）定期檢查信號電纜和控制電纜的使用情況，防止信號電纜和控制電纜出現接線松動、磨損、燙傷、斷裂等故障。

4.2.2 執行機構及元件故障原因分析與預防

執行機構及元件故障的原因主要涉及執行機構卡澀或誤關閉、電磁閥失去控制功能等。執行機構及其元件因進水、受潮、受凍等原因，容易造成執行機構及其元件損壞；電磁閥質量差時，易發生線圈燒毀故障。

為防范執行機構及元件類故障發生，建議采取以下預防措施：

（1）做好執行機構的防雨、防潮、防凍措施。

（2）具有重要功能的電磁閥應選購質量可靠的產品。

（3）加強檢修質量管理，檢修項目中應增加重要電磁閥的性能檢測試驗，及時更換老化、質量不可靠的電磁閥。

（4）研究設計重要電磁閥的冗余改造方案，降低電磁閥故障的影響程度。

4.2.3 測量元件或反饋裝置故障原因分析與預防

測量元件或反饋裝置的故障原因主要涉及測溫或測速元件、水位開關、閥門狀態反饋故障等。機組主要保護及自動控制系統采用單點保護或控制時，容易在單點測量元件發生故障時導致機組自動控制失控或跳閘保護動作；汽輪機軸瓦測溫元件選型不合理，引出線易被油流沖刷或高溫燙傷；汽輪機轉速回路自檢裝置在一個轉速探頭故障觸發保護輸出時未停止循環檢測，導致檢測中雙通道保護同時觸發，達到機組跳閘保護動作條件。

為防范測量元件或反饋裝置發生故障，建議采取以下預防措施：

（1）加強定期巡查和維護。

（2）優化重要系統的單點保護控制邏輯，或改為三取二保護控制邏輯，減少保護控制誤動。

（3）汽輪機軸瓦測溫元件的選型應帶有金屬軟管防護層，安裝時應捆扎牢固，防止晃動或與金屬部件摩擦。

（4）轉速回路自檢功能應設計信號故障報警和自鎖功能，以提高超速保護動作的正確性和可靠性。

4.2.4 控制及保護系統故障原因分析與預防

控制及保護系統故障的原因主要是：由于隨著機組運行年限的增加，DCS（分散控制系統）逐步出現元件老化、控制系統老化落后、缺少程序補丁等現象，導致機組誤跳閘的次數逐漸增多。

為防范控制及保護系統發生故障，建議采取以下預防措施：

（1）對老化的控制系統及卡件、電源模件等及時進行更新和改造，優化控制邏輯，減少控制系統誤動。

（2）梳理涉及保護的重要柜間信號，設計采取三取二保護控制邏輯，防止保護系統誤動，并增設狀態監視畫面和大屏報警。

5 結語

通過對2015—2018 年納入浙江省技術監督管理系統的火力發電機組非計劃停運事件的統計與分析，發現受監部件泄漏、熱機故障、熱控故障為引起火力發電機組非計劃停運的主要原因。

過熱、拉裂或應力開裂以及焊接質量原因是造成受監部件發生泄漏的主要原因；EH 油及安全油系統泄漏、給水泵組系統故障、機組軸系振動、引風機失速或動葉執行機構等故障是熱機設備故障中的常見易發故障；通信、信號電纜、執行機構、測量元件、控制及保護系統等是熱控系統的薄弱環節，易引起熱控系統發生故障。發電廠應重視這些生產運行過程中的薄弱環節，有針對性制定防范措施，減少火力發電機組非計劃停運事件的發生。