（國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

火力發(fā)電機組發(fā)生非計劃停運會大大降低機組運行的可靠性，影響發(fā)電廠的發(fā)電量；機組的非計劃停運還會對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成沖擊，導(dǎo)致出現(xiàn)發(fā)供電不平衡或局部電網(wǎng)穩(wěn)定性受到破壞，嚴(yán)重時甚至造成系統(tǒng)頻率瓦解、電網(wǎng)崩潰。因此，有必要開展火力發(fā)電機組非計劃停運事件的統(tǒng)計與分析工作，分析總結(jié)造成機組非計劃停運的故障原因，掌握生產(chǎn)運行過程中的薄弱環(huán)節(jié)，針對性制定預(yù)防措施，減少火力發(fā)電機組非計劃停運事件的發(fā)生，提高機組運行的可靠性和電網(wǎng)穩(wěn)定性[1-3]。

2015—2018 年，浙江省燃煤、燃氣聯(lián)合循環(huán)機組非計劃停運情況統(tǒng)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(shù)及臺次整體基本呈現(xiàn)先緩慢上升、后大幅下降的變化規(guī)律；燃氣聯(lián)合循環(huán)機組非計劃停運次數(shù)及臺次基本表現(xiàn)為整體下降的變化規(guī)律。

1 非計劃停運原因統(tǒng)計情況

對2015—2018 年浙江省火力發(fā)電機組非計劃停運的原因進行統(tǒng)計分析，主要分為受監(jiān)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(tǒng)計結(jié)果見表2。

從表2 可以看出，受監(jiān)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(jiān)部件泄漏故障統(tǒng)計分析與預(yù)防

2.1 泄漏部位統(tǒng)計分析

對2015—2018 年金屬受監(jiān)部件（受熱面、管道和主要閥門）泄漏發(fā)生的部位進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計結(jié)果見表3。從表3 可以看出，金屬受監(jiān)部件泄漏發(fā)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(fā)生部位[4-6]。

2.2 鍋爐四管泄漏原因統(tǒng)計分析

對2015—2018 年鍋爐四管泄漏原因進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)計結(jié)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(shù)的44.78%；拉裂或應(yīng)力開裂、焊接質(zhì)量不良原因累計造成鍋爐四管泄漏次數(shù)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(yù)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(nèi)的工質(zhì)為高溫高壓狀態(tài)，換熱管處在相對惡劣的環(huán)境有關(guān)。由于鍋爐受熱面換熱管內(nèi)有剝落的氧化皮或其它異物堵管或節(jié)流，或者受運行方式、鍋爐構(gòu)造等因素影響，造成換熱管處局部煙溫高，管內(nèi)介質(zhì)冷卻不足等原因引起受熱面換熱管長期超溫運行，最終導(dǎo)致過熱爆管。

為減少過熱引起受熱面發(fā)生泄漏故障，建議采取以下預(yù)防措施：

（1）調(diào)整鍋爐相關(guān)控制策略，加強燃燒優(yōu)化調(diào)整，控制鍋爐煙溫偏差，消除局部高溫現(xiàn)象。

（2）定期檢查鍋爐燃燒器執(zhí)行機構(gòu)，防止燃燒器執(zhí)行機構(gòu)故障或操作不當(dāng)導(dǎo)致火焰中心出現(xiàn)嚴(yán)重偏移。

（3）開展氧化皮剝落爆管預(yù)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(yán)重的內(nèi)壁氧化皮剝落、堆積等情況發(fā)生。

表1 浙江省火力發(fā)電機組非計劃停運情況統(tǒng)計

表2 浙江省火力發(fā)電機組非計劃停運原因統(tǒng)計

表4 鍋爐四管泄漏原因統(tǒng)計

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

2.4 拉裂或應(yīng)力開裂故障原因分析與預(yù)防

拉裂或應(yīng)力開裂引起受熱面發(fā)生泄漏的主要原因有：

（1）水冷壁結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，承重部件與水冷壁焊接位置不規(guī)范，水冷壁間鰭片過寬、冷卻不良、膨脹不暢再加上焊接質(zhì)量不佳等。

（2）機組運行中大屏與后屏發(fā)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(yīng)力，連接塊與大屏管子連接處焊縫易發(fā)生拉裂。

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

為減少拉裂或應(yīng)力開裂引起受熱面發(fā)生泄漏故障，建議采取以下預(yù)防措施：針對存在設(shè)計缺陷的受熱面部件，應(yīng)及時改進和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計；加強檢修管理，提升檢修工藝質(zhì)量水平；運行中嚴(yán)格控制鍋爐啟停爐的升溫、升壓速率和負(fù)荷升降速率。

2.5 焊接質(zhì)量不良故障原因分析與預(yù)防

焊接質(zhì)量不良引起受熱面發(fā)生泄漏有多種主要原因：焊接工藝不當(dāng)、熱處理環(huán)節(jié)缺失為內(nèi)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(jié)構(gòu)和受力狀況與設(shè)計不符等為外在因素，導(dǎo)致微小焊接缺陷逐步擴展最終引發(fā)失效。水冷壁鰭片管焊縫焊接存在質(zhì)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(qū)為韌性差的過熱組織，極易在負(fù)荷變動或啟停機時外部應(yīng)力變化過程中產(chǎn)生開裂失效。

為減少焊接質(zhì)量不良引起受熱面發(fā)生泄漏故障，建議采取以下預(yù)防措施：

（1）對鍋爐受熱面焊接區(qū)，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(jiān)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(yè)。

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

（4）對頻繁發(fā)生早期失效的異種鋼焊口，應(yīng)結(jié)合機組檢修安排結(jié)構(gòu)改造。

3 熱機故障統(tǒng)計分析與預(yù)防

3.1 熱機故障統(tǒng)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(tǒng)計分析，統(tǒng)計結(jié)果見表5。從表5 可以看出，汽（燃）機輔機及其系統(tǒng)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(shù)的44.12%；汽（燃）機本體故障、鍋爐輔機及其系統(tǒng)故障累計引起的熱機故障次數(shù)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(shù)的20.59%和27.94%。

3.2 汽（燃）機輔機及系統(tǒng)故障原因分析與預(yù)防

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

表5 熱機故障原因統(tǒng)計

表6 2015—2018 年汽（燃）機輔機及系統(tǒng)故障原因統(tǒng)計

3.2.1 EH 油及安全油系統(tǒng)泄漏故障原因分析與預(yù)防

造成EH 油及安全油系統(tǒng)泄漏的原因主要O型密封圈質(zhì)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(guī)范導(dǎo)致管接頭處存在剪切應(yīng)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(tǒng)發(fā)生泄漏故障，建議采取以下預(yù)防措施：

（1）對設(shè)計不合理的EH 油管路結(jié)構(gòu)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(yīng)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(rèn)O 型密封圈完全入槽并緊固到位。

（4）選用質(zhì)量可靠的O 型密封圈，及時更換質(zhì)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(fā)現(xiàn)滲漏情況時及時處理，防止泄漏擴大。

3.2.2 給水泵組系統(tǒng)故障原因分析與預(yù)防

造成給水泵組系統(tǒng)故障的原因主要有：汽泵振動大、給水泵調(diào)速系統(tǒng)故障、前置泵聯(lián)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(tǒng)發(fā)生故障，建議采取以下預(yù)防措施：

（1）加強泵組振動監(jiān)測和分析，及時消除振源，對老化的設(shè)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(fā)現(xiàn)和消除泵組系統(tǒng)故障。

3.3 汽（燃）機本體故障原因分析與預(yù)防

對2015—2018 年汽（燃）機本體故障的原因進行分類統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)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(shù)的42.86%。

表7 2015—2018 年汽（燃）機本體故障原因統(tǒng)計

造成機組軸系振動大的原因主要有：轉(zhuǎn)子不平衡或熱不平衡量發(fā)生變化；軸瓦剛度不足或軸瓦安裝質(zhì)量等原因；汽輪機軸瓦或瓦枕電腐蝕[13-14]嚴(yán)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(fā)電機轉(zhuǎn)子與密封瓦發(fā)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(yù)防措施：

（1）對存在軸系不平衡量的機組擇機安排現(xiàn)場動平衡處理。

（2）檢查并調(diào)整汽輪機轉(zhuǎn)子、動葉與汽封齒的動靜間隙，降低動靜碰摩故障的發(fā)生。

（3）檢查軸承座基礎(chǔ)和軸瓦、軸頸情況，修復(fù)受損軸頸與軸瓦，通過調(diào)整軸承標(biāo)高、軸系中心、軸瓦頂隙與側(cè)隙等手段，提高軸瓦緊力和軸系穩(wěn)定性。

（4）對軸瓦或瓦枕出現(xiàn)的電腐蝕問題進行徹查并及時予以消除。

（5）在機組沖轉(zhuǎn)或帶負(fù)荷運行時，根據(jù)情況適當(dāng)提高軸封汽及密封油溫度，防止發(fā)生動靜碰摩故障。

3.4 鍋爐輔機及其系統(tǒng)故障原因分析與預(yù)防

對2015—2018 年鍋爐輔機及系統(tǒng)故障的原因進行分類統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表8。從表8 可以看出，引風(fēng)機故障是造成鍋爐輔機及系統(tǒng)故障的主要原因，累計占鍋爐輔機及其系統(tǒng)故障總數(shù)的26.32%。

造成引風(fēng)機系統(tǒng)故障的原因主要有引風(fēng)機失速[16-17]、動葉執(zhí)行機構(gòu)故障、出口煙道膨脹結(jié)破裂、潤滑油品質(zhì)差等，其中引風(fēng)機失速、動葉執(zhí)行機構(gòu)故障為引風(fēng)機系統(tǒng)典型故障，引起的機組非正常停運次數(shù)也較多。引風(fēng)機進、出口擋板全部或部分關(guān)閉、動葉調(diào)節(jié)開度超限、煙風(fēng)系統(tǒng)阻力增加等原因容易引發(fā)引風(fēng)機失速，進而引發(fā)搶風(fēng)或喘振，嚴(yán)重時甚至引起風(fēng)機葉片損壞、進口密封圍帶破裂等故障；引風(fēng)機動葉執(zhí)行機構(gòu)故障將導(dǎo)致動葉無法調(diào)節(jié)。引風(fēng)機發(fā)生失速或動葉執(zhí)行機構(gòu)故障均會影響爐膛壓力的正?？刂普{(diào)節(jié)，導(dǎo)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(tǒng)故障原因統(tǒng)計

為減少引風(fēng)機發(fā)生失速或動葉執(zhí)行機構(gòu)故障，建議采取以下預(yù)防措施：

（1）關(guān)注引風(fēng)機電流、出口壓力、煙氣流量等參數(shù)，避免低風(fēng)量高壓頭的運行模式，避開引風(fēng)機不穩(wěn)定工作區(qū)，防止動葉調(diào)節(jié)開度超限引起引風(fēng)機失速。

（2）檢查煙風(fēng)系統(tǒng)，對煙風(fēng)系統(tǒng)中阻力大的設(shè)備進行改造，降低煙風(fēng)系統(tǒng)運行阻力。

（3）加強引風(fēng)機系統(tǒng)的運行維護管理和定期檢查，消除引風(fēng)機及動葉調(diào)節(jié)機構(gòu)故障。

（4）提高運行、維護技能水平，增強引風(fēng)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(tǒng)計分析與預(yù)防

4.1 熱控故障統(tǒng)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(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表9。從表9 可以看出，通信、電纜或信號線故障、執(zhí)行機構(gòu)及元件故障、測量元件或反饋裝置故障、控制及保護系統(tǒng)故障引起的機組非正常停運次數(shù)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(shù)的89.74%。

表9 熱控故障原因統(tǒng)計

4.2 熱控主要故障原因分析與預(yù)防

4.2.1 通信、電纜或信號線故障原因分析與預(yù)防

通信、電纜或信號線故障的原因主要涉及控制系統(tǒng)內(nèi)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(fā)生故障，建議采取以下預(yù)防措施：

（1）定期對控制系統(tǒng)通信回路進行巡查和檢測，對質(zhì)量差、嚴(yán)重老化、運行不穩(wěn)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(xiàn)接線松動、磨損、燙傷、斷裂等故障。

4.2.2 執(zhí)行機構(gòu)及元件故障原因分析與預(yù)防

執(zhí)行機構(gòu)及元件故障的原因主要涉及執(zhí)行機構(gòu)卡澀或誤關(guān)閉、電磁閥失去控制功能等。執(zhí)行機構(gòu)及其元件因進水、受潮、受凍等原因，容易造成執(zhí)行機構(gòu)及其元件損壞；電磁閥質(zhì)量差時，易發(fā)生線圈燒毀故障。

為防范執(zhí)行機構(gòu)及元件類故障發(fā)生，建議采取以下預(yù)防措施：

（1）做好執(zhí)行機構(gòu)的防雨、防潮、防凍措施。

（2）具有重要功能的電磁閥應(yīng)選購質(zhì)量可靠的產(chǎn)品。

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

（4）研究設(shè)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(yù)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(guān)、閥門狀態(tài)反饋故障等。機組主要保護及自動控制系統(tǒng)采用單點保護或控制時，容易在單點測量元件發(fā)生故障時導(dǎo)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(zhuǎn)速回路自檢裝置在一個轉(zhuǎn)速探頭故障觸發(fā)保護輸出時未停止循環(huán)檢測，導(dǎo)致檢測中雙通道保護同時觸發(fā)，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(fā)生故障，建議采取以下預(yù)防措施：

（1）加強定期巡查和維護。

（2）優(yōu)化重要系統(tǒng)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(yīng)帶有金屬軟管防護層，安裝時應(yīng)捆扎牢固，防止晃動或與金屬部件摩擦。

（4）轉(zhuǎn)速回路自檢功能應(yīng)設(shè)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(tǒng)故障原因分析與預(yù)防

控制及保護系統(tǒng)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(tǒng)）逐步出現(xiàn)元件老化、控制系統(tǒng)老化落后、缺少程序補丁等現(xiàn)象，導(dǎo)致機組誤跳閘的次數(shù)逐漸增多。

為防范控制及保護系統(tǒng)發(fā)生故障，建議采取以下預(yù)防措施：

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

（2）梳理涉及保護的重要柜間信號，設(shè)計采取三取二保護控制邏輯，防止保護系統(tǒng)誤動，并增設(shè)狀態(tài)監(jiān)視畫面和大屏報警。

5 結(jié)語

通過對2015—2018 年納入浙江省技術(shù)監(jiān)督管理系統(tǒng)的火力發(fā)電機組非計劃停運事件的統(tǒng)計與分析，發(fā)現(xiàn)受監(jiān)部件泄漏、熱機故障、熱控故障為引起火力發(fā)電機組非計劃停運的主要原因。

過熱、拉裂或應(yīng)力開裂以及焊接質(zhì)量原因是造成受監(jiān)部件發(fā)生泄漏的主要原因；EH 油及安全油系統(tǒng)泄漏、給水泵組系統(tǒng)故障、機組軸系振動、引風(fēng)機失速或動葉執(zhí)行機構(gòu)等故障是熱機設(shè)備故障中的常見易發(fā)故障；通信、信號電纜、執(zhí)行機構(gòu)、測量元件、控制及保護系統(tǒng)等是熱控系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，易引起熱控系統(tǒng)發(fā)生故障。發(fā)電廠應(yīng)重視這些生產(chǎn)運行過程中的薄弱環(huán)節(jié)，有針對性制定防范措施，減少火力發(fā)電機組非計劃停運事件的發(fā)生。