徐宏銳

（國網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

山西電網(wǎng)機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究

徐宏銳

（國網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

針對(duì)山西電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組非停事件，利用和諧調(diào)度系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)功能，開發(fā)了和諧系統(tǒng)機(jī)組非停監(jiān)測(cè)模塊，并將其應(yīng)用到了非停原因分析中。通過分析，可以提前判斷機(jī)組非停的潛在風(fēng)險(xiǎn)及故障原因。有效填補(bǔ)了機(jī)組非停影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定的空白，為日內(nèi)或日前電網(wǎng)平衡做好充分準(zhǔn)備，且為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的技術(shù)保障。

和諧調(diào)度；機(jī)組非停；四管泄漏；設(shè)備跳閘

0 引言

2013年山西電網(wǎng)范圍內(nèi)全年共發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)事件314臺(tái)次。這些非停事件的發(fā)生對(duì)山西電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大的影響。在實(shí)際調(diào)度過程中，突然跳閘等非停事件無法預(yù)判，但其他非停事件往往是電廠在機(jī)組出現(xiàn)故障無法堅(jiān)持運(yùn)行的情況下才會(huì)聯(lián)系省調(diào)匯報(bào)情況，這無疑給電網(wǎng)調(diào)度、電力平衡工作帶來巨大壓力。為了分析非停事件的原因，尋找解決非停事件的辦法，進(jìn)一步提高山西電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行水平，結(jié)合和諧調(diào)度系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)功能[1]，特開展了山西電網(wǎng)非停事件監(jiān)測(cè)模塊應(yīng)用研究工作。

1 機(jī)組非停統(tǒng)計(jì)分析

2013年山西電網(wǎng)范圍內(nèi)全年共發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)事件314臺(tái)次。通過對(duì)機(jī)組非停事件發(fā)生前后的相關(guān)測(cè)點(diǎn)曲線進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)組發(fā)生停機(jī)事件很容易能夠進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是從和諧調(diào)度系統(tǒng)相關(guān)測(cè)點(diǎn)的曲線變化趨勢(shì)卻很難確診機(jī)組真實(shí)的停機(jī)原因。

機(jī)組非停事件中，突然跳閘127臺(tái)次，被迫停機(jī)96臺(tái)次。這兩類事件占到機(jī)組非停事件的絕大部分。兩類停機(jī)事件的區(qū)別是：突然跳閘導(dǎo)致停機(jī)通常是由于機(jī)組控制系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作造成機(jī)組停運(yùn)，一般機(jī)組負(fù)荷迅速降低到零，并且相關(guān)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)會(huì)發(fā)生變化；被迫停運(yùn)類是指機(jī)組由于已知的缺陷或原因，運(yùn)行人員為避免發(fā)生事故或者防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大而主動(dòng)逐漸減低負(fù)荷至零的停機(jī)過程［1-4］。

從這一角度來看，突然跳閘類的停機(jī)事件初步設(shè)想可以通過查看各保護(hù)動(dòng)作發(fā)生的先后順序，進(jìn)一步定位導(dǎo)致機(jī)組突然跳閘的具體原因。但是和諧調(diào)度系統(tǒng)中基本沒有采集機(jī)組相關(guān)保護(hù)動(dòng)作的信號(hào)，因此可以考慮機(jī)組在發(fā)生停機(jī)事件后，觸發(fā)高頻采集工具，由高頻采集工具將相關(guān)主要保護(hù)動(dòng)作的信號(hào)采集后上傳到主站服務(wù)器，以便能夠進(jìn)行相關(guān)原因的分析。對(duì)于被迫停運(yùn)的非停事件，除了部分設(shè)備嚴(yán)重缺陷時(shí)發(fā)生快速停機(jī)事件以外，其他被迫停運(yùn)事件停機(jī)前一般都有較長(zhǎng)的過程，相關(guān)參數(shù)的變化仍然在保護(hù)動(dòng)作范圍之內(nèi)，一般偏離正常值不會(huì)太離譜。因此考慮從某一事件發(fā)生時(shí)相關(guān)參數(shù)必然會(huì)發(fā)生的一些變化趨勢(shì)來開展停機(jī)事件原因的診斷和分析，這一類診斷追求的目標(biāo)是根據(jù)相關(guān)參數(shù)的變化，按照相關(guān)事件發(fā)生的可能性大小依次給出可能的非停事件原因。

2 和諧系統(tǒng)機(jī)組非停事件監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)組停機(jī)事件主要是根據(jù)機(jī)組的負(fù)荷變化情況進(jìn)行各機(jī)組啟停狀態(tài)進(jìn)行捕捉。當(dāng)機(jī)組啟機(jī)輸出1，停機(jī)輸出-1，當(dāng)機(jī)組發(fā)生啟停機(jī)時(shí)，自動(dòng)會(huì)觸發(fā)縱向取數(shù)啟停機(jī)事件高頻取數(shù)任務(wù)進(jìn)行高頻數(shù)據(jù)采集。

非停監(jiān)測(cè)功能整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流程如圖1所示。

圖1 非停監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部署圖

子站前端服務(wù)器運(yùn)行綜合調(diào)度進(jìn)行機(jī)組正常取數(shù)計(jì)算，機(jī)組計(jì)算服務(wù)為MS（Matlab Service）計(jì)算準(zhǔn)備計(jì)算數(shù)據(jù)，MS計(jì)算服務(wù)通過單元機(jī)組計(jì)算服務(wù)準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)，進(jìn)行事件捕捉計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果（事件發(fā)生的狀態(tài)量）寫入前端數(shù)據(jù)庫事件狀態(tài)表?？v向取數(shù)工具監(jiān)測(cè)事件狀態(tài)量，當(dāng)事件發(fā)生，縱向取數(shù)工具開始從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫按照設(shè)定的頻率、事件對(duì)應(yīng)的參數(shù)和開始結(jié)束時(shí)間進(jìn)行高頻采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫事件數(shù)據(jù)表和輸出TXT數(shù)據(jù)文件。隨后輸出的TXT數(shù)據(jù)經(jīng)隔離器、后端服務(wù)器上傳到主站服務(wù)器。

子站前端MS計(jì)算后能夠給出事件發(fā)生與否的狀態(tài)量，如事件發(fā)生、事件恢復(fù)、正常持續(xù)、異常持續(xù)、懷疑發(fā)生等5個(gè)狀態(tài)量，MS將計(jì)算結(jié)果輸出到事件狀態(tài)表，對(duì)應(yīng)寫入數(shù)據(jù)庫事件狀態(tài)拓展標(biāo)準(zhǔn)表。設(shè)備事件狀態(tài)與對(duì)應(yīng)狀態(tài)量對(duì)照情況如下所示。

事件發(fā)生：-1（頁面展示顏色，紅色）。

恢復(fù)正常：1（頁面展示顏色，黃色）。

正常持續(xù)：2（頁面展示顏色，綠色）。

異常持續(xù)：-2（頁面展示顏色，藍(lán)色）。

懷疑發(fā)生：0（頁面展示顏色，橙色）。

3 機(jī)組非停事件捕捉

前面已經(jīng)提到機(jī)組突然跳閘和緊急停運(yùn)占到非停異常事件的絕大部分，因此本次機(jī)組非停監(jiān)測(cè)模塊也以四管泄漏事件捕捉和機(jī)組跳閘事件捕捉為主。

3.1 四管泄漏事件捕捉

四管泄漏事件是火電機(jī)組非停事件中發(fā)生十分普遍的現(xiàn)象[5-6]，也是電網(wǎng)最為關(guān)注的事件。因此電網(wǎng)關(guān)于四管泄漏事件造成機(jī)組非停事件的捕捉和分析將是本次非停監(jiān)測(cè)功能中研究的重中之重。

3.1.1 存在困難

由于四管泄漏事件發(fā)生時(shí)缺少必要的充要條件測(cè)點(diǎn)支持，因此在研究過程中存在諸多困難。

a）由于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況復(fù)雜，運(yùn)行情況并非絕對(duì)穩(wěn)定，因此在發(fā)生較小流量泄漏時(shí)，單從參數(shù)上很難完成泄漏事件判斷。

b）鍋爐設(shè)備本身熱慣性較大，一些反應(yīng)事件發(fā)生的現(xiàn)象在實(shí)際過程中波動(dòng)不是很明顯。

c）由于監(jiān)測(cè)鍋爐運(yùn)行相關(guān)測(cè)點(diǎn)本身存在一定誤差，事件發(fā)生時(shí)的干擾很難與機(jī)組正常運(yùn)行過程中的參數(shù)波動(dòng)區(qū)分開來。

雖然存在以上技術(shù)上的一些困難，但是對(duì)于明顯的四管泄漏事件監(jiān)測(cè)還是能夠比較容易地捕捉，對(duì)于其他泄漏量很小、癥狀不明顯的泄漏事件，由于其本身的危害性還不至于要求立刻停機(jī)，可以不必過于在意，而且待其發(fā)展到一定程度，癥狀明顯的時(shí)候，系統(tǒng)也就能夠自動(dòng)進(jìn)行捕捉。而真正困擾相關(guān)工作的問題在于泄漏量已經(jīng)達(dá)到一定程度、影響到機(jī)組的正常運(yùn)行，而本身的癥狀不是特別明顯的四管泄漏事件。

3.1.2 事件捕捉思路

為了排除一些外界干擾，對(duì)于四管泄漏事件進(jìn)行準(zhǔn)確地捕捉，初步有以下幾條工作思路。

a）用關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)值和移動(dòng)平均值代替單參數(shù)點(diǎn)的波動(dòng)值進(jìn)行判斷。當(dāng)參數(shù)的實(shí)時(shí)值連續(xù)10min（5min頻率，2個(gè)點(diǎn)）持續(xù)較大突變或者移動(dòng)平均值超過一定限制時(shí)判斷為泄漏事件發(fā)生。例如主給水流量-主蒸汽流量值超過正常上限，鍋爐定排未開啟，且引風(fēng)機(jī)電流出現(xiàn)明顯增加時(shí)可以判斷該機(jī)組發(fā)生了四管泄漏事件；對(duì)于機(jī)組相關(guān)特征參數(shù)不明顯時(shí)，用機(jī)組相關(guān)事件所有特征參數(shù)的移動(dòng)平均值與指定時(shí)間段以前的移動(dòng)平均值發(fā)生一定比例的偏差，也可以判定事件發(fā)生；當(dāng)事件對(duì)應(yīng)部分特征參數(shù)移動(dòng)平均值變化幅度高于偏差值，或者75%以上特征參數(shù)變化幅度高于偏差限值時(shí)，則可以判斷為懷疑該事件發(fā)生。

b）利用分工況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)排除負(fù)荷等其他外界因素的干擾。為了排除機(jī)組負(fù)荷變化、環(huán)境溫度變化等外界因素的影響，可以參照類似于機(jī)組能耗指標(biāo)工況尋優(yōu)的思路建立工況表，將機(jī)組當(dāng)前工況下的特征參數(shù)與近期對(duì)應(yīng)工況下的歷史參數(shù)統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行比較，以排除外界因素的特征參數(shù)發(fā)生變化的干擾。

c）四管泄漏事件捕捉首先考慮是否泄漏，然后再考慮泄漏的定位。對(duì)于四管泄漏，無論何處泄漏，都有一些共性的特征參數(shù)變化，如引風(fēng)機(jī)電流增大、給水與主汽流量差增大、排煙溫度降低等，可以首先將這些共性的特征參數(shù)進(jìn)行分析，確定是否發(fā)生泄漏事件，然后再以煙溫左右側(cè)偏差發(fā)生突變、前后連續(xù)的煙溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)生一升一降、蒸汽壓力下降等現(xiàn)象進(jìn)一步定位漏點(diǎn)。

3.1.3 四管泄漏對(duì)應(yīng)參數(shù)

四管泄漏事件發(fā)生時(shí)主要參數(shù)的變化情況對(duì)比如表1所示。

表1 四管泄漏參數(shù)變化表

3.1.4 四管泄漏監(jiān)測(cè)差別

按照經(jīng)驗(yàn)，四管發(fā)生泄漏后，鍋爐部分參數(shù)會(huì)存在共性的變化趨勢(shì)，但隨著泄漏位置不同，也會(huì)存在一些差別，主要如下。

a）水冷壁泄漏：爐膛負(fù)壓變?yōu)檎龎?；汽包水位先降后升；主汽壓力基本不變；煙道煙溫、主汽溫度、再熱溫度、排煙溫度升高，給水與主汽流量差發(fā)生明顯增加。

b）省煤器泄漏：排煙溫度降低；省煤器出口煙溫差增大；兩側(cè)排煙溫度偏差增大。

c）過熱器泄漏：爐膛負(fù)壓先正后負(fù)；汽包水位先升后降；主汽壓力明顯降低；過熱器管壁溫度升高，給水與主汽流量差發(fā)生明顯增加。

d）再熱器泄漏：爐膛負(fù)壓基本不變；汽包水位基本不變；再熱汽壓明顯降低；兩側(cè)排煙溫度偏差增大；給水流量與主蒸汽流量差值明顯增大。

3.2 設(shè)備跳閘事件捕捉思路

設(shè)備跳閘類事件在機(jī)組非停中占據(jù)絕大部分，但是由于設(shè)備跳閘一般都有相應(yīng)的跳閘信號(hào)，因此只要SIS系統(tǒng)（火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)）中有相應(yīng)的狀態(tài)信號(hào)，通過MS很容易對(duì)相關(guān)事件發(fā)生的事件進(jìn)行捕捉。對(duì)于設(shè)備跳閘類的事件捕捉工作難點(diǎn)在于對(duì)跳閘類事件發(fā)生的首出原因進(jìn)行分析。

一般主保護(hù)動(dòng)作時(shí)，會(huì)觸發(fā)所有配套設(shè)備跳閘，而且由控制系統(tǒng)自動(dòng)完成。各設(shè)備信號(hào)的變化在瞬間完成，一般變化的時(shí)間差都在毫秒級(jí)，很難用子站采集的跳閘先后順序判斷主保護(hù)動(dòng)作的首出原因，因此考慮當(dāng)相應(yīng)主保護(hù)動(dòng)作時(shí)對(duì)各保護(hù)動(dòng)作的二級(jí)觸發(fā)條件進(jìn)行秒級(jí)取數(shù)來組態(tài)分析。通過二級(jí)觸發(fā)條件的描述參數(shù)趨勢(shì)變化來確定造成主保護(hù)動(dòng)作的原因分析?，F(xiàn)將鍋爐跳閘時(shí)各測(cè)點(diǎn)參數(shù)變化判斷思路說明如下。

a）發(fā)生鍋爐跳閘事故時(shí)，總煤量、磨煤機(jī)電流、一次風(fēng)機(jī)電流、燃油壓力、燃油速斷閥門開度共5個(gè)參數(shù)為燃煤機(jī)通用的判斷參數(shù)，數(shù)據(jù)全部歸0。

b）發(fā)生鍋爐跳閘事故時(shí)，爐側(cè)主蒸汽流量、爐側(cè)主蒸汽溫度、過熱減溫水量、再熱減溫水量共4個(gè)參數(shù)為通用的佐證參數(shù)，數(shù)據(jù)全部降低。

c）除通用的測(cè)點(diǎn)參數(shù)變化外，其他測(cè)點(diǎn)參數(shù)需根據(jù)跳閘條件不同而對(duì)應(yīng)不同測(cè)點(diǎn)。如汽包水位高III值保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)，首出跳閘佐證測(cè)點(diǎn)為汽包水位測(cè)點(diǎn)及事故放水閥門開度測(cè)點(diǎn)，且測(cè)點(diǎn)的變化趨勢(shì)為跳閘后汽包水位超高至警戒值，后下降，同時(shí)事故放水自動(dòng)打開。

同理，可以做出汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)跳閘的測(cè)點(diǎn)參數(shù)變化判斷思路，這里不再詳細(xì)列出，可以通過D5000系統(tǒng)的綜合智能告警判斷故障。

4 應(yīng)用情況

實(shí)例取山西電網(wǎng)1臺(tái)300MW級(jí)機(jī)組發(fā)生過熱器泄漏事件。根據(jù)四管泄漏參數(shù)變化監(jiān)測(cè)差別的原則，通過和諧系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，可以很快定位該機(jī)組的故障點(diǎn)。

a）根據(jù)鍋爐四管泄漏時(shí)機(jī)組補(bǔ)給水流量增加的特性，排除補(bǔ)水流量間歇性變化對(duì)時(shí)間分析的干擾，分析過程取機(jī)組補(bǔ)給水流量2 h移動(dòng)平均值進(jìn)行分析，最后驗(yàn)證了補(bǔ)給水流量2 h移動(dòng)平均值突增的點(diǎn)正是電廠機(jī)組四管泄漏的開始時(shí)間點(diǎn)。

b）將排煙溫度與機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，對(duì)比分析得出負(fù)荷下降過程中排煙溫度不降反而升高，說明可以排除省煤器故障。

c）根據(jù)給水與主蒸汽流量的差值判斷機(jī)組故障過程中該差值未發(fā)生明顯變化，排除水冷壁和過熱器，最終可以斷定是再熱器發(fā)生泄漏［5-6］。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)山西電網(wǎng)機(jī)組非停情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，針對(duì)發(fā)生概率較高的四管泄漏及設(shè)備跳閘事件，進(jìn)行了事件捕捉思路分析，并將和諧系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為來源，采用本文分析思路對(duì)機(jī)組的非停事件進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，結(jié)果表明山西電網(wǎng)和諧系統(tǒng)非計(jì)劃停運(yùn)監(jiān)測(cè)模塊可快速有效地定位機(jī)組故障點(diǎn)，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的技術(shù)保障。

［1］ 陳佩琳，谷岳，張建偉.山西電網(wǎng)和諧調(diào)度支持系統(tǒng)研究與應(yīng)用.［J］.山西電力，2012(3):16-20.

［2］ 陳國年.江蘇大機(jī)組可靠性分析［J］.華東電力，2006，34（3）:80-82.

［3］ 何育生，孫和泰，徐鋼.2012年度江蘇電網(wǎng)并網(wǎng)機(jī)組發(fā)電設(shè)備可靠性分析.2013，41（6）:1382-1385.

［4］ 陳國年.江蘇電網(wǎng)大機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)分析［J］.江蘇電機(jī)工程，2006，25（1）:59-61.

［5］ 李強(qiáng)，陳紅.太原第一熱電廠300 MW機(jī)組可靠性現(xiàn)狀分析［J］.山西電力技術(shù)，1999（2）:13-15.

［6］ 劉玲霞.210MW機(jī)組可靠性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析及應(yīng)用［J］.山西電力，2004（5）:14-20.

Application of Generators Unp lanned Outage M onitoring of Shanxi Power Grid

XU Hongrui
（Shanxi Electric Power Dispatch and Control Center of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

To solve the problem of generators unplanned outage in Shanxi power grid,we developed themonitoringmodule of harmoniousdispatch supporting system by using itson-linemonitoring function.By analyzing,we can predictin advance the potential risks and the cause of generators unplanned outage.The application effectively filled the blank of the impact on the security and stability of ShanxiPower Grid,which notonly prepared for the power balance in days or a few days ago,butalsomade a strong technical support for the safeand stable operation of the powergrid.

harmoniousdispatch supporting system；generatorsunplanned outage；leakage ofboiler tube；equipment trip

TM311

A

1671-0320（2015）02-0025-04

2014-12-26，

2015-02-05

徐宏銳（1984），男，山西汾陽人，2010年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度、運(yùn)行與控制工作。