燃煤發電廠機組長周期運行實踐探索

李 奎，陳歡樂

（1.國家電投集團協鑫濱海發電有限公司，江蘇 鹽城 224500；2.上海明華電力科技有限公司，上海 200090）

0 引言

隨著國家能源結構的深入調整，以及“3060”目標計劃的逐步實施，新能源為主的電力構架將成為新型電網大力發展的方向，但由于新能源供電不穩定特性，燃煤機組的定位也會發生很大變化，為電網“兜底”作用更為突出，同時頻繁、大幅度調峰調頻將成為常態[1]。燃煤機組長時間低負荷運行、大幅度負荷變化，特別考驗機組的可靠性，能否長期保持穩定可靠運行，避免機組發生非計劃停運事件，將是重中之重[2]。

1 影響燃煤機組長周期運行的主要因素

經過調研了解，煤電機組非計劃停運的因素存在著一定的規律性。根據對2018年某集團公司煤電機組共計120臺次非計劃停運原因進行統計分析，造成燃煤機組非停的主要原因有設備、人為和其他，其中設備原因占比最大，達95%。分析行業內其他煤電機組非停因素，結論基本一致。

表1 2018年某集團公司煤電機組“非停”統計Table 1 'Non-stop' statistics of a coal-fired power units in 2018

2018年某集團公司煤電機組跳閘中：設備原因114臺次，其中鍋爐方面占比最高，達55%，而“四管”泄漏發生38臺次，占鍋爐原因的60%。人為原因6臺次，主要是誤操作、誤碰和運行調整不當。

因此，燃煤電廠要想實現機組長周期運行，工作重點將在于如何實現設備的高效、可靠管理和人員防誤管控以及季節性自然災害的預防。

2 燃煤發電廠實現機組長周期運行探索

根據電力行業煤電機組非停因素的共性特點，本文觀點堅持以強化運行管理和提升設備可靠性為抓手，針對人、物、環境特點及薄弱環節采取相應措施，為實現機組長周期安全穩定運行提供根本保證。

2.1 以提升設備可靠性為目標，強化關鍵設備管理

2.1.1 結合哈爾濱鍋爐廠新一代1000MW鍋爐特點，保證鍋爐運行可靠性

燃煤發電廠鍋爐是3大主設備之一，運行狀況直接影響機組整體運行工況，在行業內“四管”泄漏已成為影響機組的安全經濟運行的主要因素之一。本文以哈爾濱鍋爐廠新一代1000MW鍋爐為例，某廠2號機組連續運行419天，未發生鍋爐異常事件，機組連續3年實現鍋爐四管“零泄漏”，開展實踐探索。

1）加強鍋爐防磨防爆管理。制定了《鍋爐防磨防爆管理制度》以及防磨防爆3年滾動計劃，按照滾動計劃全方位開展鍋爐防磨防爆工作，以“逢停必查、查必細致”的原則，利用有限的檢修窗口，將鍋爐本體泄漏隱患徹底消除。

2）狀態檢修消除隱患。歷次檢修發現多起嚴重危及鍋爐安全運行的問題，逐步做到鍋爐本體受熱面狀態檢修工作制度化、流程化、科學化，使鍋爐受熱面真正實現可控、在控。發現重大隱患均得到及時有效地治理，為長周期運行打下堅實基礎。

圖1 2號機組1瓦軸振處理前后曲線Fig.1 Curves before and after the 1-watt shaft vibration treatment of Unit 2

3）根據不同煤種的燃燒特性，合理摻配，調整磨煤機的組合和配風方式，使爐內熱負荷分布盡量均勻，大幅降低受熱面超溫事件。并開發壁溫監測系統，使運行人員更加直觀地監視鍋爐受熱面熱偏差，為防止鍋爐超溫運行提供有力保障。

2.1.2 結合上海電氣集團1000MW汽輪發電機組特點，保證機組穩定運行

以上海電氣集團汽輪機廠引進西門子技術設計生產的超超臨界汽輪機組為例，該汽輪機行業內整體運行狀況良好。但是根據目前投產運行的所有上海電氣集團1000MW汽輪機組統計情況來看，普遍存在以下幾個問題：

1）汽輪機1號軸承軸振大。國內上汽機組近一半的汽輪機都存在這個問題。

2）補汽閥開啟造成汽輪機振動大。部分電廠補汽閥開啟會造成汽輪機1、2號軸承處軸振不同程度地上升，甚至導致汽輪機振動大跳閘。

3）主機測速探頭損壞。汽輪機的主機測速探頭受中壓缸熱輻射影響，多廠出現頻繁損壞，甚至造成汽輪機超速保護動作跳閘。

針對上海電氣集團1000MW汽輪發電機組普遍存在的問題，建議從自基建期開始至正常運營期，從設計、調試、運行、檢修等方面就采取卓有成效的措施，提高設備運行可靠性。

a）振動偏大問題

某廠多方調研同類型機組相似軸振偏大處理經驗，最后創新嘗試采取了在1瓦頂部軸承箱上蓋加裝頂絲的措施，大幅降低1瓦軸振并長期保持在60μm～80μm左右，將一項影響機組長周期運行的重大風險降至最低，保障了機組長周期安全穩定運行。

b）補汽閥開啟造成汽輪機振動大

表2 近5年江蘇電網統調發電機組熱控主保護動作對照表Table 2 Comparison table of thermal control main protection action of Jiangsu power grid in recent 5 years

根據業內運行經驗，為了避免振動異常，可考慮優化汽輪機補汽閥控制邏輯，機組在任何負荷都閉鎖開啟補汽閥，避免影響機組振動。

c）主機測速探頭損壞

為了避免汽輪機的主機測速探頭受中壓缸熱輻射而損壞，在測速探頭處加裝了壓縮空氣冷卻系統，改善了探頭所處的惡劣環境，確保運行期間測速探頭正常監測。

2.1.3 防微杜漸，提高電氣設備運行可靠性

為保證電氣設備安全、可靠、長周期運行，梳理行業內電氣設備引起的機組非停事件，總結歸納出以下幾個方面的原因：

1）電氣設備尤其是主設備預防性試驗或定檢不到位，技術監督質量差，造成設備“帶病”運行，嚴重時造成機組非停。

2）設備運行維護管理不到位，未能及時發現設備異常，導致隱患擴大，造成機組非停。

3）繼電保護誤整定造成保護誤動或拒動，引起機組非停。

針對以上幾個方面的問題，采取以下措施提高電氣設備可靠性：

a）根據行業內異常事故開展同類型隱患排查，以及通過設備預防性試驗、保護檢驗整組傳動等手段，及時發現異常情況，防止事故擴大。

b）借助發電機轉子匝間短路、發電機軸電壓軸電流、變壓器油色譜、GIS局放等在線監測裝置，開展數據分析，盡早發現設備潛伏性隱患。

c）強化繼電保護定值管理，每半年對涉網保護定值進行一次校核；實行繼電保護定值“雙簽”管理，即現場定值整定由檢修人員輸入、運行人員核對無誤后共同在定值單簽字確認。

2.1.4 依據行業統計分析，開展熱控設備隱患排查和綜合治理，保障設備穩定、可靠運行

熱控設備的可靠性直接影響機組安全穩定運行周期。從近5年江蘇電網統調發電機組熱控主保護動作統計數據來看[3]，平均每年約有35%的熱控主保護誤動率。

另外，熱控主保護誤動原因排前3名的是就地設備異常、控制邏輯不完善、控制系統故障。

針對行業數據統計分析結果，重點開展以下3項工作，保障熱控設備可靠性。

1）提升測量信號可靠性

熱控測量信號大致可分為壓力、流量、溫度、振動、限位等[4]。除了按期校驗一次測量元件外，主要開展3方面工作以提升測量信號可靠性。

①鑒于壓力變送器相對于壓力開關具有可監視、穩定性高等優點，用于重要聯鎖、保護的壓力、流量測點全部采用壓力變送器，降低一次元件故障率，從而大幅減小誤動率。

②對重要測量信號開展冗余和獨立性配置排查。

③提高現場測量裝置防雨、防凍等級。迎峰度夏前對現場重要測點開展防臺專項檢查，重要設備加裝防雨罩，電纜套管采取防水及排水措施；迎峰度冬前對伴熱裝置、管道保溫全面排查試驗，伴熱溫度實現DCS監視。

2）控制邏輯優化

對控制邏輯不完善的地方進行優化完善，提升熱控保護可靠性。

①參與聯鎖、保護的測點只有單個測點，存在較大安全隱患，及時研究增加信號判斷，設計溫度單點保護優化控制邏輯，降低保護誤動率。

②ETS主保護邏輯中存在較多卡件故障、元件壞點參與保護的情況，及時取消相關卡件故障、元件壞點條件判斷，降低保護誤動率。

2.2 以預防為手段，強化運維操作精細化管理

運維操作管理主要包括防人員誤操作、誤碰和運行調整不當。

2.2.1 以“技防、物防、人防”手段嚴防誤操作

防誤操作主要以技防、物防、人防為基礎，特別是采用“技防、物防”手段消除“人”的誤操作這一個不確定因素，夯實操作精準性。

1）將設備自動投入率作為設備正常運行的重要考核指標，自動投入率100%。

2）高度重視可視化工作，不斷完善開關室、電氣柜、操作盤等標識和警示，做到“一看就能明白、一看就能發現、一看就能做對”，實現安全信息、風險控制措施、應急處置和管理要求的可視化。

3）操作過程通過增加旁站式監督、攝像頭、錄音筆、執法記錄儀等錄音錄像設備，規范運行操作行為，不斷實現各類型運行操作的規范化。

4）現場開展運行設備檢修作業時，增設安全圍欄，在相鄰帶電間隔懸掛安全爆閃警示燈，提醒作業人員勿入帶電間隔，通過硬件設施防止檢修誤走錯間隔。

2.2.2 以硬隔離手段防設備誤碰誤動

防誤碰主要包括防誤碰重要保護按鈕、帶電設備、設備緊急停運按鈕、電動門等。

1）現場所有重要的保護按鈕、開關、閥門增加保護罩、警示牌，提醒和防止人員誤碰誤動。特別是對影響重大的設備，增加機械鎖，確保萬無一失。

2）對于一些不常用閥門，特別是油系統、氫氣系統、定冷水系統等閥門，誤操作可能導致機組跳閘嚴重后果的，將閥門操作手柄取下或增加鏈條鎖將閥門位置鎖定，防止誤碰導致閥門誤關，從根本上杜絕閥門誤碰誤操作的發生。

3）現場重要熱工測點、主要測量裝置增加目視化警示提醒，避免取樣裝置異常導致測點故障，造成異常發生。

3 結論

鑒于電力行業煤電機組非計劃停運因素的共性特點，結合機組實際情況，制定針對措施，保障機組長周期運行。

1）鍋爐四管“泄漏”是控制重點，以“逢停必查、查必細致”的原則，利用有限的檢修窗口，將鍋爐本體泄漏隱患徹底消除。

2）深入了解機組主要設備運行業績以及存在的問題。針對問題，提前采取針對性措施。比如，上海汽輪機廠引進西門子技術設計生產的1000MW超超臨界汽輪機組和哈爾濱鍋爐廠新一代1000MW超超臨界鍋爐。

3）分析了解電力行業電氣設備、熱控設備經常發生的故障原因，采取有效措施，控制避免。