桐柏抽水蓄能机组可靠性分析

章 亮，潘菊芳，陈 勤

(华东桐柏抽水蓄能发电有限公司，浙江天台 317200)

0 引言

随着国民经济的高速发展以及人民生活水平的不断提高，电力工业的迅猛发展，中国电力发展已步入了大电网，大机组，自动化，信息化的新阶段，电力已成为经济发展和人民生活不可缺少的生产资料和生活资料，保证安全可靠的电力供应至关重要.电网瓦解和大面积停电事故，不仅会造成巨大的经济损失，影响人民正常生活，还会危及公共安全，造成严重的社会损失.确保电网的安全运行，对抽水蓄能电厂而言，在面临电网需要紧急调用调峰填谷之时能可靠启动是电网安全的重要保障，因此，分析并提高抽水蓄能电厂机组的启动可靠性显得尤为重要[1］.

1 抽水蓄能机组可靠性介绍

目前针对抽水蓄能机组可靠性的规程还在酝酿阶段，以往的电力可靠性规程更多的针对火电机组或常规水力发电机组.

电力可靠性管理的基本任务是:依据相关规定，制订电力可靠性准则和统计评价规程;评价和分析电力系统运行可靠性;研究和拟订电力系统及电力设备最佳可靠性目标;建立可靠性效益评价系统，提高电力系统安全、经济运行水平和可靠性管理水平.

对于抽水蓄能电站，电力可靠性包含了发电可靠性和抽水可靠性，指处于备用状态的机组在指定时间内从停机稳态到指定工况的完成能力.就发电可靠性，涵盖了机组从停机稳态到发电工况和发电调相工况的完成能力，而抽水可靠性则作为机组从停机稳态到抽水工况和抽水调相工况完成能力的体现.

新建机组可靠性统计从首次并网开始.

可靠性通过统计各机组的主要相关参数等效可用系数、等效强迫停运率、发电及抽水启动成功率进行分析，有非常明确的定量指示.下面对可靠性主要参数进行介绍[2］.

等效可用系数(%)EAF=(可用小时－降低出力等效停运小时)/统计期间小时×100%

其中，可用小时指设备处于可用状态的小时数.这里提及的“降低出力等效停运小时”，原是指火电机组不带满负荷运行小时，在抽水蓄能机组实际运行过程中并不存在这种状态，因而上述公式可修正为:

等效可用系数(%)EAF=可用小时/统计期间小时×100%

显然，等效可用系统越高，机组可靠性也越高.由公式可知，提高等效可用系数的办法是在指定统计期间内提高可用小时.

等效强迫停运率(%)EFOR=(强迫停运小时+第1、2、3类非计划降低出力运行等效停运小时之和)/(运行小时+强迫停运小时+第1、2、3类非计划降低出力备用等效停运小时之和)×100%

其中，运行小时:设备处于运行状态的小时数，指机组在指定工况运行的时间.强迫停运小时:机组处于第1～3类非计划停役状态的小时数之和.计划停运行指设备处于计划检修期内的状态.非计划停役则相对于计划停运，指设备处于不可用而又不是计划停运的状态.对于非计划停役，根据其紧迫程度分成1－5类.考虑到抽水蓄能机组实际运行过程中不存在非计划降低出务备用等效停运，因而上述公司可简化为:

等效强迫停运率(%)EFOR=强迫停运小时/(运行小时+强迫停运小时)×100%

那么，我们可以这么理解，相对一定的运行小时，等效强迫停运率越大，说明强迫停运时间越长，机组可靠性越低.要提高机组可靠性，势必要减小等效强迫停运率，也就是减少强迫停运事件的发生，尽量缩短强迫停运小时.

发电启动可靠度(%)SR:发电启动成功次数/(发电启动成功次数+发电启动失败次数)×100%

抽水启动可靠度(%)SR:抽水启动成功次数/(抽水启动成功次数+抽水启动失败次数)×100%

需要特别说明的是，抽水蓄能机组到达抽水工况必定先将机组从停机稳态转为抽水调相工况，再转为抽水工况，因而抽水启动可靠度中抽水启动成功次数指的是抽水调相启动成功次数[3］.

从上述各参数的介绍中不难看出，要提高可靠性，需要尽量减少或避免机组非计划停役.机组非计划停役在电力系统中是要严格考核的[4］.引起非计划停役的原因是多方面的:机组本身故障、辅助系统设备故障和外来因素等.设备故障有的是不可避免的，但在运行工作中加强巡视，定期维护，精心监视能避免很多这样的因素，发现缺陷后及时有效地采取措施，往往能排除各种隐患，使机组稳定运行.外来因素包括人为因素、不可抗拒的自然因素等.因而不断提高生产人员技术水平、强化生产人员安全意识，关注生产人员工作状态对机组安全运行有着不可或缺的作用.对于可预知的不可抗拒因素，应未雨绸缪，使其带来的破坏降到最低.

2 桐柏抽水蓄能电站数据分析

桐柏抽水蓄能电站是日调节纯抽水蓄能电站，第一台机组于2005年12月20日并网发电，2006年12月27日，第四台机组并网运行，标志着电站四台机组全部投入商业运行.在商运前期进行了大量试验、试运行和调试工作，期间数据影响到机组正常运行的统计和分析.因此，为了保证统计的准确性，本文从2007年开始对桐柏抽水蓄能电站全年的可靠性指标进行有针对性的分析和合理化建议.

2007－2009年桐柏抽水蓄能电站四台机组的可靠性参数见表1.

下面对各参数逐年进行分析.

2007年，电站年度等效可用系数达到89.23%，从表格中可知，2号机组当年等效可用系数较低，影响了全年参数.2号机当年因计划停役小时达到1 458.1，使得可用时间大大减少，致使等效可用系数也相应减少.

再来看当年的年度等效强迫停运率0.47%，原因出在3号机和4号机的两个较高的等效强迫停运率上，3号机当年强迫停运小时为19.62，4号机强迫停小时为19.03，我们不妨横向比较一下，不难发现，这是两个相当高的数据，查阅资料发现3号机2007年共发生非计划停役事件6次，其中4次为强迫停运事件，最严重的一次因为励磁系统功率柜整流桥2号风机A相断线，从查明故障点到更换相关部件，花了十多个小时.另有两次是由于通讯系统元件故障，引起机组跳闸.从几次非停事件可以发现，导致非停的原因大部分出在机组的辅助设备上，并且其质量原因占了大比例.因此在选购设备零部件时应把好质量关.另外，故障发生后查找原因、处理问题时应迅速、准确，尽量缩短机组不在可用状态的时间.

最后是发电、抽水启动成功率，四台机组相比，发电启动成功率最低的是2号机，抽水启动成功率最低的是3号机.做为全厂投运后第1个完整的年份，2007年的启动成功率数据在与2008年、2009年比较中，明显存在着较大差距.投产初期机组在磨合期，主机及与辅助设备之间配合不可避免地存在一些问题，机组启动可靠度有较大的提升空间.经过对每次启动失败的分析，总结出影响启动成功的主要是以下几个方面的原因:

(1)抽水工况启动过程中SFC设备故障引起的启动不成功.SFC，英文全称为“Static Frequency Converter”(即静止变频器)，桐柏抽水蓄能电站配备有一套SFC启动设备，用于机组抽水工况及抽水调相工况的启动，它具有无级变速、启动平稳、反应速度快、调整方便等优点.在投产初期，SFC及其辅助设备、SFC与机组配合以及SFC与监控系统数据传输过程等故障导致了绝大部分的抽水启动不成功事件.为此，维护人员对SFC进行了从跳闸逻辑的完善到保护回路的多项异动、改造，确保了此后SFC启动的可靠度.

(2)机组LCU通讯故障引起的发电、抽水启动不成功.LCU即机组的现地控制单元，机组所有的信号都要通过它来处理和上送远方控制端.桐柏抽水蓄能电站每台机组的LCU通讯模块都有2个CPU模块保证信号良好的传输，但在CPU切换的时候，通讯功能消失，如果此时上位机有启动命令，则很有可能造成启动不成功.同样，运行维护人员在加强设备的检查和维护后，机组的启动可靠度也得到了提升.

(3)励磁系统故障引起的发电、抽水启动不成功.由于励磁系统功率柜整流桥风机断线和断路器灭弧部分灭弧室静触头电阻超标，造成启动不成功，在更换不良设备零件后，也同样不再由于类似问题发生启动不成功.

至2008年年初，经过2007年1年时间的运行，主机与辅机间的配合、运行方式以及运行维护工作的不断完善，机组可靠性有了显著提高:年度等效可用系数增长明显;年度强迫停运率大幅下降;发电启动成功率达到100%;抽水启动成功率也达到98%以上.等效可用系数的增长与当年计划停役时间较少有直接的关系.强迫停运事件控制在1次，为2号水轮机组导水机构中导叶信号器位置开关固定螺栓松动，使摩擦片信号动作，导致正在发电运行的机组跳闸.机械零部件松动原因出在施工工艺上，抽水蓄能机组特殊的运行方式对设备、施工、维护、运行工作都带来新的挑战.

2009年，发电启动成功率继续保持100%，抽水启动成功率也接近100%，但是因为4号机的计划停运时间同比增加了60%，所以年度等效可用系数比上年还是有所下降，当然这并不是说明电站的可靠性在下降，在剔除同比增加的计划停运时间，2009年的等效可用系数与2008年的相仿.全年只发生了一次非计划停役，原因是继电保护500 kV变压器保护微机差动VFC(A/D)变换器件松动，导致2号机强迫停运.

经过近3年的数据分析，充分诠释了利用可靠性分析和有针对性地重点巡视管理、设备改造、逻辑完善的方法的优越性，真正做到了在系统中峰谷调配和正常供电的可靠、可用.根据电力工业部1996年发布的《电力行业一流水力发电厂考核标准》，混流可逆式机组的等效可用系数考核基础值为83.5%，桐柏电站机组的等效可用系数远远超过该标准，并呈逐年递增的良好趋势[5］.而在机组启动成功率的考核上，根据华东电网考核标准，除2007年抽水启动成功率低于98.5%外，2008年、2009年每台机组的启动成功率都超过了该标准，综合接近100%.

3 结语

提高抽水蓄能机组可靠性，除了以高标准，严要求的生产工作态度，加大设备缺陷的巡查排除力度，加强运检人员在工作上的责任教育，力争在计划停运期间将所有不可靠因素排除，还要继续用系统的统计方法和严格的分析方式，重点排查设备缺陷，做好设备的事故预想，切实做到沉着应对，争取避免各种不可靠因素的发生.

[1]梅祖彦.抽水蓄能发电技术[M］.北京:机械工业出版社，2000.

[2]中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T836－2003供电系统用户供电可靠性评价规程[S］.北京:中国电力出版社，2003.

[3]中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T793－2001发电设备可靠性评价规程[S］.北京:中国电力出版社，2001.

[4]王利亚.浅谈抽水蓄能机组可靠性管理[J］.广东电力，2003(5):23－24.

[5]中国网.电力可靠性监督管理办法[EB/OL］.2007－05－16[2011 －06 －20］.http://www.china.com.cn/law/flfg/txt/2007－05/16/content_8263281.htm.