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胡 洲，应光耀，余 斌，李卫军，顾正皓 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 ［结论］通过对2015—2018 年纳入浙江省技术监督管理系统的火力发电机组非计划停运事件的统计与分析，发现受监部件泄漏、热机故障、热控故障为引起火力发电机组非计划停运的主要原因。过热、拉裂或应力开裂以及焊接质量原因是造成受监部件发生泄漏的主要原因；EH 油及安全油系统泄漏、给水泵组系统故障、机组轴系振动、引风机失速或动叶执行机构等故障是热机设备故障中的常见易发故障；通信、信号电缆、执行机构、测量元件、控制及保护系统等是热控系统的薄弱环节，易引起热控系统发生故障。发电厂应重视这些生产运行过程中的薄弱环节，有针对性制定防范措施，减少火力发电机组非计划停运事件的发生。 0 引言火力发电机组发生非计划停运会大大降低机组运行的可靠性，影响发电厂的发电量；机组的非计划停运还会对电网的安全稳定运行造成冲击，导致出现发供电不平衡或局部电网稳定性受到破坏，严重时甚至造成系统频率瓦解、电网崩溃。因此，有必要开展火力发电机组非计划停运事件的统计与分析工作，分析总结造成机组非计划停运的故障原因，掌握生产运行过程中的薄弱环节，针对性制定预防措施，减少火力发电机组非计划停运事件的发生，提高机组运行的可靠性和电网稳定性[1-3]。 2015—2018 年，浙江省燃煤、燃气联合循环机组非计划停运情况统计见表1。从表1 可以看出，全省机组、燃煤机组非计划停运次数及台次整体基本呈现先缓慢上升、后大幅下降的变化规律；燃气联合循环机组非计划停运次数及台次基本表现为整体下降的变化规律。[汽机监督] 1 非计划停运原因统计情况对2015—2018 年浙江省火力发电机组非计划停运的原因进行统计分析，主要分为受监部件泄漏、热机故障、热控故障、运行操作、维护和管理、电气故障以及其它故障六类，统计结果见表2。 从表2 可以看出，受监部件泄漏、热机故障、热控故障基本为每年引起机组非计划停运的主要原因，也是累计引起机组非计划停运的主要原因，累计共引起机组非计划停运178 次，共计占比达80.91%。 2 金属受监部件泄漏故障统计分析与预防2.1 泄漏部位统计分析对2015—2018 年金属受监部件（受热面、管道和主要阀门）泄漏发生的部位进行统计分析，统计结果见表3。从表3 可以看出，金属受监部件泄漏发生在锅炉四管（水冷壁、过热器、再热器、省煤器）以及其它部位（管道和阀门），锅炉四管为主要泄漏发生部位[4-6]。 2.2 锅炉四管泄漏原因统计分析对2015—2018 年锅炉四管泄漏原因进行统计分析，统计结果见表4。从表4 可以看出，过热原因基本为每年造成锅炉四管泄漏的主要原因，累计占锅炉四管泄漏总数的44.78%；拉裂或应力开裂、焊接质量不良原因累计造成锅炉四管泄漏次数也较多，是造成锅炉四管泄漏的另两大主要原因，累计占比均为16.42%。 2.3 过热故障原因分析与预防过热引起过热器、再热器和水冷壁部件失效泄漏的原因与上述锅炉受热面换热管内的工质为高温高压状态，换热管处在相对恶劣的环境有关。由于锅炉受热面换热管内有剥落的氧化皮或其它异物堵管或节流，或者受运行方式、锅炉构造等因素影响，造成换热管处局部烟温高，管内介质冷却不足等原因引起受热面换热管长期超温运行，最终导致过热爆管。 为减少过热引起受热面发生泄漏故障，建议采取以下预防措施： （1）调整锅炉相关控制策略，加强燃烧优化调整，控制锅炉烟温偏差，消除局部高温现象。 （2）定期检查锅炉燃烧器执行机构，防止燃烧器执行机构故障或操作不当导致火焰中心出现严重偏移。[汽机监督] （3）开展氧化皮剥落爆管预防工作，采用磁性检测和射线检测等综合方法检查高温受热面底部弯头部位有无严重的内壁氧化皮剥落、堆积等情况发生。 表1 浙江省火力发电机组非计划停运情况统计 表2 浙江省火力发电机组非计划停运原因统计 表3 金属受监部件泄漏统计 表4 锅炉四管泄漏原因统计 （4）在经常性爆管的部位增加壁温测点，加强壁温监测，避免出现长时间、大幅度超温情况。 2.4 拉裂或应力开裂故障原因分析与预防拉裂或应力开裂引起受热面发生泄漏的主要原因有： （1）水冷壁结构设计不合理，承重部件与水冷壁焊接位置不规范，水冷壁间鳍片过宽、冷却不良、膨胀不畅再加上焊接质量不佳等。 （2）机组运行中大屏与后屏发生相对运动，大屏和后屏的焊接式硬性连接处长期受额外应力，连接块与大屏管子连接处焊缝易发生拉裂。 （3）检修工艺不到位，管子存在裂纹，热态时管子发生较大的弯曲变形时，管子裂纹处产生较大的应力而发生拉裂。 为减少拉裂或应力开裂引起受热面发生泄漏故障，建议采取以下预防措施：针对存在设计缺陷的受热面部件，应及时改进和优化结构设计；加强检修管理，提升检修工艺质量水平；运行中严格控制锅炉启停炉的升温、升压速率和负荷升降速率。 2.5 焊接质量不良故障原因分析与预防焊接质量不良引起受热面发生泄漏有多种主要原因：焊接工艺不当、热处理环节缺失为内在因素，在进行受热面喷涂部位焊接打磨时未引起足够重视，部件结构和受力状况与设计不符等为外在因素，导致微小焊接缺陷逐步扩展最终引发失效。水冷壁鳍片管焊缝焊接存在质量缺陷，焊缝宽度较正常鳍片焊缝宽度过大，焊接过程中存在堆焊操作，焊缝区为韧性差的过热组织，极易在负荷变动或启停机时外部应力变化过程中产生开裂失效。 为减少焊接质量不良引起受热面发生泄漏故障，建议采取以下预防措施： （1）对锅炉受热面焊接区，尤其是有异常补焊、基建遗留缺陷部位重点安排外观检查和无损检测。 （2）加大受热面检修过程中的焊接工艺控制及监督管理，受热面喷涂部位施焊前必须打磨干净，去除喷涂成分后方允许焊接作业。 （3）对炉外管更换或改造过程中形成的检修焊口原则上应100%安排无损检测，以确保焊接质量得到保证。 （4）对频繁发生早期失效的异种钢焊口，应结合机组检修安排结构改造。 3 热机故障统计分析与预防3.1 热机故障统计分析对2015—2018 年热机故障引起机组非计划停运的原因进行统计分析，统计结果见表5。从表5 可以看出，汽（燃）机辅机及其系统故障基本为每年造成热机故障的主要原因，累计占热机故障总数的44.12%；汽（燃）机本体故障、锅炉辅机及其系统故障累计引起的热机故障次数也较多，是造成热机故障的另外两大主要原因，累计分别占热机故障总数的20.59%和27.94%。 3.2 汽（燃）机辅机及系统故障原因分析与预防对2015—2018 年汽（燃）机辅机及系统故障的原因进行分类统计，统计结果见表6。从表6可以看出，EH（抗燃）油及安全油系统泄漏[7-9]、给水泵组系统故障是造成汽（燃）机辅机及系统故障的主要原因，累计分别占汽（燃）机辅机及系统故障总数的26.67%和20.0%。 表5 热机故障原因统计 表6 2015—2018 年汽（燃）机辅机及系统故障原因统计 3.2.1 EH 油及安全油系统泄漏故障原因分析与预防 造成EH 油及安全油系统泄漏的原因主要O型密封圈质量不可靠，长时间运行老化破损；EH油管接头密封件存在毛刺，或安装工艺不规范导致管接头处存在剪切应力，O 型密封圈受挤压破损；管道长期振动，造成EH 油管接头O 型密封圈受损漏油等。 为减少EH 油及安全油系统发生泄漏故障，建议采取以下预防措施： （1）对设计不合理的EH 油管路结构进行改造，消除管路振动。 （2）重视EH 油管的布置和安装工艺，消除管接头处剪切应力。 （3）检查并消除管接头密封面处的锐角利口、毛刺和密封面不平整、不光洁的缺陷，O 型密封圈安装前必须将安装槽清理干净，并确认O 型密封圈完全入槽并紧固到位。[汽机监督] （4）选用质量可靠的O 型密封圈，及时更换质量不可靠、老化和使用超期的O 型密封圈。 （5）加强巡检和日常维护，发现渗漏情况时及时处理，防止泄漏扩大。 3.2.2 给水泵组系统故障原因分析与预防 造成给水泵组系统故障的原因主要有：汽泵振动大、给水泵调速系统故障、前置泵联轴器齿轮脱落、汽泵出口阀液压腔室泄压管泄漏等。 为减少给水泵组系统发生故障，建议采取以下预防措施： （1）加强泵组振动监测和分析，及时消除振源，对老化的设备或部件及时更换。 （2）加强运行、维护和管理，定期巡检，及时发现和消除泵组系统故障。 3.3 汽（燃）机本体故障原因分析与预防对2015—2018 年汽（燃）机本体故障的原因进行分类统计，统计结果见表7。从表7 可以看出，机组轴系振动大[10-12]是造成汽（燃）机本体故障的主要原因，累计占汽（燃）机本体故障总数的42.86%。 表7 2015—2018 年汽（燃）机本体故障原因统计 造成机组轴系振动大的原因主要有：转子不平衡或热不平衡量发生变化；轴瓦刚度不足或轴瓦安装质量等原因；汽轮机轴瓦或瓦枕电腐蚀[13-14]严重、抬轴不合理等，造成汽轮机轴承振动大、轴瓦碎瓦等故障；发电机转子与密封瓦发生动静碰摩[15]，引起轴瓦振动爬升。 为消除机组轴系振动大故障，建议采取以下预防措施： （1）对存在轴系不平衡量的机组择机安排现场动平衡处理。 （2）检查并调整汽轮机转子、动叶与汽封齿的动静间隙，降低动静碰摩故障的发生。 （3）检查轴承座基础和轴瓦、轴颈情况，修复受损轴颈与轴瓦，通过调整轴承标高、轴系中心、轴瓦顶隙与侧隙等手段，提高轴瓦紧力和轴系稳定性。 （4）对轴瓦或瓦枕出现的电腐蚀问题进行彻查并及时予以消除。 （5）在机组冲转或带负荷运行时，根据情况适当提高轴封汽及密封油温度，防止发生动静碰摩故障。 3.4 锅炉辅机及其系统故障原因分析与预防对2015—2018 年锅炉辅机及系统故障的原因进行分类统计，统计结果见表8。从表8 可以看出，引风机故障是造成锅炉辅机及系统故障的主要原因，累计占锅炉辅机及其系统故障总数的26.32%。 造成引风机系统故障的原因主要有引风机失速[16-17]、动叶执行机构故障、出口烟道膨胀结破裂、润滑油品质差等，其中引风机失速、动叶执行机构故障为引风机系统典型故障，引起的机组非正常停运次数也较多。引风机进、出口挡板全部或部分关闭、动叶调节开度超限、烟风系统阻力增加等原因容易引发引风机失速，进而引发抢风或喘振，严重时甚至引起风机叶片损坏、进口密封围带破裂等故障；引风机动叶执行机构故障将导致动叶无法调节。引风机发生失速或动叶执行机构故障均会影响炉膛压力的正常控制调节，导致炉膛压力失控，最终造成机组非正常停运。 表8 2015—2018 年锅炉辅机及系统故障原因统计 为减少引风机发生失速或动叶执行机构故障，建议采取以下预防措施： （1）关注引风机电流、出口压力、烟气流量等参数，避免低风量高压头的运行模式，避开引风机不稳定工作区，防止动叶调节开度超限引起引风机失速。 （2）检查烟风系统，对烟风系统中阻力大的设备进行改造，降低烟风系统运行阻力。 （3）加强引风机系统的运行维护管理和定期检查，消除引风机及动叶调节机构故障。 （4）提高运行、维护技能水平，增强引风机失速等异常工况的分析判断和事故处理能力。 4 热控故障统计分析与预防4.1 热控故障统计分析对2015—2018 年热控故障引起机组非计划停运的原因进行分类统计，统计结果见表9。从表9 可以看出，通信、电缆或信号线故障、执行机构及元件故障、测量元件或反馈装置故障、控制及保护系统故障引起的机组非正常停运次数较多，是造成热控故障的四大主要原因，这4 类故障的累计总和占热控故障总数的89.74%。 表9 热控故障原因统计 4.2 热控主要故障原因分析与预防4.2.1 通信、电缆或信号线故障原因分析与预防 通信、电缆或信号线故障的原因主要涉及控制系统内部或远程通信故障、信号电缆损伤或接头松动、控制电缆断裂等。[汽机监督] 为防范通信、电缆或信号线发生故障，建议采取以下预防措施： （1）定期对控制系统通信回路进行巡查和检测，对质量差、严重老化、运行不稳定的通信模件、卡槽等重要部件，及时进行更换或改造。 （2）定期检查信号电缆和控制电缆的使用情况，防止信号电缆和控制电缆出现接线松动、磨损、烫伤、断裂等故障。 4.2.2 执行机构及元件故障原因分析与预防 执行机构及元件故障的原因主要涉及执行机构卡涩或误关闭、电磁阀失去控制功能等。执行机构及其元件因进水、受潮、受冻等原因，容易造成执行机构及其元件损坏；电磁阀质量差时，易发生线圈烧毁故障。 为防范执行机构及元件类故障发生，建议采取以下预防措施： （1）做好执行机构的防雨、防潮、防冻措施。 （2）具有重要功能的电磁阀应选购质量可靠的产品。 （3）加强检修质量管理，检修项目中应增加重要电磁阀的性能检测试验，及时更换老化、质量不可靠的电磁阀。 （4）研究设计重要电磁阀的冗余改造方案，降低电磁阀故障的影响程度。 4.2.3 测量元件或反馈装置故障原因分析与预防 测量元件或反馈装置的故障原因主要涉及测温或测速元件、水位开关、阀门状态反馈故障等。机组主要保护及自动控制系统采用单点保护或控制时，容易在单点测量元件发生故障时导致机组自动控制失控或跳闸保护动作；汽轮机轴瓦测温元件选型不合理，引出线易被油流冲刷或高温烫伤；汽轮机转速回路自检装置在一个转速探头故障触发保护输出时未停止循环检测，导致检测中双通道保护同时触发，达到机组跳闸保护动作条件。 为防范测量元件或反馈装置发生故障，建议采取以下预防措施： （1）加强定期巡查和维护。 （2）优化重要系统的单点保护控制逻辑，或改为三取二保护控制逻辑，减少保护控制误动。 （3）汽轮机轴瓦测温元件的选型应带有金属软管防护层，安装时应捆扎牢固，防止晃动或与金属部件摩擦。 （4）转速回路自检功能应设计信号故障报警和自锁功能，以提高超速保护动作的正确性和可靠性。 4.2.4 控制及保护系统故障原因分析与预防 控制及保护系统故障的原因主要是：由于随着机组运行年限的增加，DCS（分散控制系统）逐步出现元件老化、控制系统老化落后、缺少程序补丁等现象，导致机组误跳闸的次数逐渐增多。 为防范控制及保护系统发生故障，建议采取以下预防措施： （1）对老化的控制系统及卡件、电源模件等及时进行更新和改造，优化控制逻辑，减少控制系统误动。 （2）梳理涉及保护的重要柜间信号，设计采取三取二保护控制逻辑，防止保护系统误动，并增设状态监视画面和大屏报警。 5 结语通过对2015—2018 年纳入浙江省技术监督管理系统的火力发电机组非计划停运事件的统计与分析，发现受监部件泄漏、热机故障、热控故障为引起火力发电机组非计划停运的主要原因。 过热、拉裂或应力开裂以及焊接质量原因是造成受监部件发生泄漏的主要原因；EH 油及安全油系统泄漏、给水泵组系统故障、机组轴系振动、引风机失速或动叶执行机构等故障是热机设备故障中的常见易发故障；通信、信号电缆、执行机构、测量元件、控制及保护系统等是热控系统的薄弱环节，易引起热控系统发生故障。发电厂应重视这些生产运行过程中的薄弱环节，有针对性制定防范措施，减少火力发电机组非计划停运事件的发生。 参考文献： [1]蔡伯华，杨建伟，孟凡晨.影响电网安全运行的各类故障及其相应对策[J].华北电力技术，2010（8）:43-45. 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