1 000 MW超超臨界機(jī)組整套啟動(dòng)調(diào)試可靠性增長分析

王富廣

（江西大唐國際撫州發(fā)電有限責(zé)任公司，江西撫州344000）

0 引言

某電廠超超臨界2×1 000 MW燃煤發(fā)電機(jī)組新建工程，由華北電科院負(fù)責(zé)調(diào)試工作，1號(hào)機(jī)組順利完成168 h滿負(fù)荷試運(yùn)后移交試生產(chǎn)。在機(jī)組調(diào)試期間，共整套啟動(dòng)18次，停機(jī)17次，其中故障停機(jī)14次，包含啟動(dòng)失敗1次，計(jì)劃停機(jī)3次。機(jī)組每次發(fā)生故障停機(jī)后，調(diào)試人員均對(duì)機(jī)組暴露出的缺陷問題施以切實(shí)可行的消缺或改善措施，令機(jī)組運(yùn)行的可靠性不斷提高。限于目前國內(nèi)調(diào)試體系中，仍未對(duì)機(jī)組進(jìn)行有關(guān)可靠性的試運(yùn)驗(yàn)證試驗(yàn)，但從機(jī)組滿足整套啟動(dòng)條件開始試運(yùn)起，可以認(rèn)為其是可靠性增長的試驗(yàn)過程[1]。

1 運(yùn)行可靠性的影響因素分析

考慮到新建工程1號(hào)機(jī)組調(diào)試階段機(jī)組的零件與零件、設(shè)備與設(shè)備、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的不確定性，包括運(yùn)行人員雖值機(jī)操作經(jīng)驗(yàn)豐富，但有等容量、同類型機(jī)組操作經(jīng)驗(yàn)的人員不多，更不了解新建機(jī)組的運(yùn)行特性。故機(jī)組整套系統(tǒng)的可靠性應(yīng)包括設(shè)備可靠性和人為因素可靠性兩個(gè)方面。

式中：R1為運(yùn)行人員的人為因素可靠性；R2～Rn為機(jī)組各子系統(tǒng)可靠性。

該1號(hào)機(jī)組的調(diào)試方案由華北電科院起草，經(jīng)啟委會(huì)各方論證，在若干新建的百萬機(jī)組中較為普遍使用，具有一定的代表性。從機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)3 000 r/min起，由于凝泵變頻器出現(xiàn)故障而打閘。在之后的調(diào)試過程中，其他缺陷也逐步暴露出來，高旁閥振動(dòng)問題尤為突出。在14次故障停機(jī)中，機(jī)側(cè)方面故障停機(jī)9次，約占64.29%，包括軸瓦溫度過高、高排逆止閥未成功開啟、除氧器故障等均1次，各約占7.14%；高旁閥振動(dòng)過大6次，約占42.86%，被迫停機(jī)消缺檢修11天，嚴(yán)重延誤了啟動(dòng)調(diào)試任務(wù)。爐側(cè)方面熱工問題5次，約占35.71%，包括熱工信號(hào)反饋故障2次，約占14.29%；熱工保護(hù)跳閘3次，約占21.43%。其中各個(gè)方面的故障中包含了人為因素，也反映出設(shè)備本身質(zhì)量、電建安裝質(zhì)量及總包設(shè)計(jì)缺陷等方面問題。除人為因素可以通過加強(qiáng)培訓(xùn)教育和落實(shí)管理避免以外，其他問題務(wù)必采用積極消缺和改進(jìn)的方式來提高整套機(jī)組試運(yùn)的可靠性。

2 整套啟動(dòng)調(diào)試可靠性模型及其分析

1號(hào)機(jī)組自首次整套啟動(dòng)至完成168 h正式移交試生產(chǎn)的調(diào)試過程，可以看作是可靠性增長試驗(yàn)，故障停機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間如表1所示。

表1 機(jī)組整套啟動(dòng)調(diào)試停機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)

對(duì)可靠性增長進(jìn)行研究，必須根據(jù)機(jī)組調(diào)試的可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢檢驗(yàn)，以判別機(jī)組本身的可靠性增長存在何種顯著趨勢。在可靠性增長趨勢的檢驗(yàn)中，常用有圖示法和分析法兩種。其中，應(yīng)用最廣的是趨勢分析法中的Laplace檢驗(yàn)方法[2]。

2.1 可靠性趨勢檢驗(yàn)的Laplace檢驗(yàn)方法

Laplace檢驗(yàn)完全服從Possion過程，可將機(jī)組整套啟動(dòng)試運(yùn)可靠性試驗(yàn)視為截尾試驗(yàn)，故障停機(jī)次數(shù)為n≥3，故利用統(tǒng)計(jì)量U進(jìn)行增長趨勢檢驗(yàn)。

式中：M為截尾試驗(yàn)時(shí)總的故障停機(jī)次數(shù)，定數(shù)截尾試驗(yàn)時(shí)為n-1。

U 漸進(jìn)地服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N（0，1），故U 的臨界值Uα/2=-U1-α/2，可由標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的分布數(shù)表得到。顯著性水平α的選取很重要，α取得越小，結(jié)論會(huì)有較高的置信度。

已知M=14-1=13，t14=525.8，經(jīng)計(jì)算U=-2.093 32；在顯著性水平α=0.05下，查得U的雙側(cè)臨界值Uα/2=-U1-α/2=-2.07，由于統(tǒng)計(jì)量U=-2.093 32＜Uα/2=-2.07，即表示該1號(hào)機(jī)組整套啟動(dòng)調(diào)試期間，可靠性顯著增長。

2.2 可靠性增長模型點(diǎn)估計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)可靠性增長的管理，需借助增長模型對(duì)增長速度作相互評(píng)估，若增長速度小于期望值，表明需加強(qiáng)工作，使可靠性增長速度加快。由于調(diào)試期間的機(jī)組在不斷消缺、改進(jìn)過程中，機(jī)組本身的技術(shù)狀態(tài)是變動(dòng)的，此時(shí)可靠性增長的數(shù)學(xué)模型只是對(duì)可靠性增長趨勢做出分析和預(yù)測。由美國L.Crow提出的AMSAA增長模型較為簡便被廣泛采用[3]，表示為：

式中：F為機(jī)組累計(jì)運(yùn)行時(shí)間t的故障停機(jī)次數(shù)N（t）的期望值；a為反映初始可靠性水平的參數(shù)；b為反映機(jī)組消缺改進(jìn)效果的函數(shù)。模型參數(shù)a、b采用最大似然估計(jì)值，經(jīng)計(jì)算，1號(hào)機(jī)組整套啟動(dòng)調(diào)試可靠性增長模型為：

機(jī)組整套試運(yùn)調(diào)試期間瞬時(shí)故障停機(jī)率為：

機(jī)組整套試運(yùn)調(diào)試期間瞬時(shí)平均壽命為：

增長試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否符合AMSAA模型，需要進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量：

機(jī)組調(diào)試停機(jī)運(yùn)行時(shí)間實(shí)際值與模型點(diǎn)估計(jì)如圖1所示，機(jī)組調(diào)試瞬時(shí)故障停機(jī)率的模型點(diǎn)估計(jì)如圖2所示。

圖1 機(jī)組調(diào)試停機(jī)運(yùn)行時(shí)間實(shí)際值與模型點(diǎn)估計(jì)

圖2 機(jī)組調(diào)試瞬時(shí)故障停機(jī)率的模型點(diǎn)估計(jì)

2.3 可靠性增長分析

由圖1可得，故障停機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)大致分為4個(gè)階段，其中第1次為第一階段，為機(jī)組首次整套啟動(dòng)的故障停機(jī)規(guī)律，也充分體現(xiàn)出了機(jī)組試運(yùn)啟動(dòng)前期油槍投油、汽輪機(jī)沖車至3 000 r/min、調(diào)節(jié)系統(tǒng)有關(guān)試驗(yàn)等的綜合影響效果。從第2次到第11次為第二階段，為機(jī)組升溫、升壓過程期間的故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這一階段主要是高、低旁路系統(tǒng)初次投運(yùn)，高旁閥振動(dòng)過大，導(dǎo)致閥后表計(jì)和減溫水連接管處損壞，數(shù)次故障停機(jī)。第12、13次為第三階段，此時(shí)機(jī)組開始帶初始負(fù)荷，涉及A、B給水泵并泵等典型操作，小機(jī)汽源切換不及時(shí)，導(dǎo)致壓力不足，保護(hù)動(dòng)作停機(jī)。汽輪機(jī)8號(hào)軸瓦振動(dòng)過大，后翻瓦導(dǎo)致9號(hào)軸瓦溫度過高，被迫故障停機(jī)。最后一次為第四階段，此階段為機(jī)組穩(wěn)速升負(fù)荷至滿負(fù)荷，經(jīng)歷了整個(gè)168 h滿負(fù)荷試驗(yàn)及50%甩負(fù)荷、100%甩負(fù)荷試驗(yàn)過程，最終因配合消缺被迫停機(jī)。

每個(gè)階段都暴露出機(jī)組設(shè)備、安裝和設(shè)計(jì)的若干缺陷及運(yùn)行控制的人為因素的綜合問題。每次故障停機(jī)后，均集中力量對(duì)出現(xiàn)的設(shè)備、安裝和設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行有效的消除和改進(jìn)；對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行加強(qiáng)管理和培訓(xùn)的落實(shí)，之后也都出現(xiàn)了一段穩(wěn)定運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間，驗(yàn)證了機(jī)組整套啟動(dòng)試運(yùn)可靠性的增長和實(shí)施措施的有效性。但整體來看，所有1號(hào)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)均大致分布在置信區(qū)間上、下臨界值的范圍之內(nèi)。

由圖2可得，國產(chǎn)1 000 MW超超臨界機(jī)組在整套啟動(dòng)調(diào)試初期，瞬時(shí)故障停機(jī)率λ（t）較高，隨著整體啟動(dòng)調(diào)試的持續(xù)進(jìn)行，無故障累計(jì)運(yùn)行時(shí)間的逐漸增長，瞬時(shí)故障停機(jī)率λ（t）迅速下降，經(jīng)過大致200 h的調(diào)試時(shí)間后，故障停機(jī)率λ（t）變化放緩，趨于穩(wěn)定，也進(jìn)一步驗(yàn)證了機(jī)組整套啟動(dòng)試運(yùn)可靠性的增長和消缺措施和管理措施的可行性及有效性。

在可靠性增長模型點(diǎn)估計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)今后1號(hào)機(jī)組安全運(yùn)行的可靠性進(jìn)行預(yù)測。按模型點(diǎn)估計(jì)，1號(hào)機(jī)組在最近一次故障停機(jī)后，繼續(xù)運(yùn)行至累計(jì)運(yùn)行時(shí)間大致為592.1 h，此時(shí)累計(jì)故障停機(jī)次數(shù)N（t）=15，即有可能會(huì)再一次發(fā)生故障停機(jī)。故對(duì)已完成168 h滿負(fù)荷試運(yùn)、正式投產(chǎn)后的機(jī)組，尤其是接下來需開展各項(xiàng)性能試驗(yàn)時(shí)，更需加強(qiáng)安全運(yùn)行管理，進(jìn)一步規(guī)范相關(guān)管理制度，抓住每次停機(jī)后的時(shí)機(jī)，切實(shí)、全面地進(jìn)行消缺工作。

3 結(jié)語

調(diào)試期間統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，該電廠1 000 MW超超臨界1號(hào)機(jī)組整套啟動(dòng)調(diào)試可靠性顯著增長，并結(jié)合AMSAA增長模型，計(jì)算出了可靠性增長的模型點(diǎn)估計(jì)值，且得到了擬合優(yōu)度檢驗(yàn)。利用該模型，可以對(duì)今后機(jī)組安全運(yùn)行的可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，可以更加有的放矢地采取預(yù)防及消缺措施，進(jìn)一步保障和促進(jìn)機(jī)組的可靠運(yùn)行。此外，建議國內(nèi)現(xiàn)階段的調(diào)試程序，可以參考國外機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，如引進(jìn)720 h可靠性試運(yùn)考核等[4]，以適應(yīng)今后更大參數(shù)、更加先進(jìn)的超超臨界機(jī)組的不斷發(fā)展。