燃煤发电机组检修间隔优化研究

　　摘要：煤炭价格波动、发电负荷降低及电力市场改革对燃煤发电企业的经济效益带来了越来越大的影响，为降低燃煤火电机组的检修费用，本文建立了考虑到机组上网电量、检修投入、非计划停运以及机组能耗变化等因素的检修优化模型，并以某2×300MW机组电厂为例为研究目标进行了计算。计算结果显示，随着检修投入的增加，机组检修优化后的收益变大：在机组检修费用为1000万元/次、且检修时间为500h时，每优化减少一次检修所获得的收益可以超过1500万元。但另一方面，机组检修优化的收益大小还要受非计划停运事件次数、非计划停运设备维修费用以及机组能耗变化的影响，因此机组检修间隔的延长也需要有一定的范围。该模型的计算结果表明，文中所建模型可以用于机组检修间隔优化的定量分析，能够为电厂合理安排检修次数提供技术参考。

　　关键词：安全工程;设备管理;燃煤发电;机组检修;检修模型;检修优化;检修间隔

　　目前，随着我国发电装机容量的迅速发展[1]，发电企业的设备利用小时数在呈现逐年下降趋势：2019年，我国6MW及以上容量发电厂发电设备利用小时数为3828h，同比下降了51h[2]。与此同时，受新能源发展及电力市场化改革的影响，燃煤发电厂协议售电量在不断增加，售电价格也有所下降，对其经济效益产生了严重的影响。因此，降低发电机组的检修成本也成了目前燃煤火力发电厂所面临的一个重要问题[3,4]。在现有的行业标准中对发电机组的检修等级及检修周期做了规定[5]，但很多发电企业并不一定完全按照该标准进行执行，因此在电厂实际日常维护中经常会出现该修不修或者过度检修的问题[6,7]。

　　发电论文范例：光伏发电站在纺织企业的应用

　　另一方面，随着发电设备生产、制造工艺技术水平不断提高，加之现在各种状态监控技术也在不断发展，发电设备的整体可靠性在不断提高，为设备状态较好、技术水平较高的发电机组检修优化提供了有利条件，国内部分电厂或专家学者对检修优化问题做了大量的研究。发电机组或设备的优化检修研究的主要目的是在保证设备安全可靠的情况下如何降低机组的检修成本：2017年，邓旭阳等将机械工程领域的设备等劣化理论引入到电力设备运行分析中，推导出了各检修周期内设备可靠度之间的关系，建立了设备基于风险的检修策略优化模型结合一个具体算例，求得了最优检修间隔[8]。

　　2020年，史进渊提出了基于疲劳与蠕变寿命设计结果的汽轮机起动加权系数与负荷变动加权系数的计算方法、汽轮机第二种等效运行小时数的计算方法、汽轮机检修周期的优化方法、汽轮机年均寿命损耗与机组年均等级检修费用的计算方法，并给出了应用实例[9]。周小艺等于2014年对电力系统检修计划优化问题的研究历史、现状和有待研究的问题做了比较系统的总结和展望，指出了电力网络检修优化领域有待研究的问题和面临的挑战[10]。

　　2012年，孟祥萍等建立了考虑经济性与技术性的新检修计划优化模型，并将改进算法应用到机组检修计划优化模型，仿真验证了改进算法及模型可取得良好效果[11]。发电机组延长检修周期可以有效降低检修成本，降低检修现场安全管控风险，但延长检修周期可能会造成设备可靠性下降，带来设备的非停风险[12~14]，同时也会造成设备经济性指标如机组效率的下降，间接影响机组效益。

　　因此，为全面衡量、科学决策机组是否具备检修间隔延长条件，在本文中建立了考虑了机组非停风险及机组能耗变化的检修间隔优化模型，并对某300MW机组的检修间隔进行了研究。 另一方面，检修对于机组的能效指标即供电煤耗可能有一定的影响，如果机组开展A级检修，那么汽轮机的效率会有所改善。或者其他级别的检修，比如通过检修降低了空气预热器的漏风率，清洗可以清除凝汽器结垢，或者提高了吹灰器的效能降低了锅炉排烟温度等，不同的检修级别对机组能耗指标的影响可能有所不同，因此机组通过不同级别的检修，检修后的机组煤耗会有不同程度的降低。

　　随着检修费用的增加，每减少一次检修所带来的收益也逐渐增加，在机组检修费用达到1000万元/次时，减少一次检修所带来的收益则超过了1500万元。考虑到机组非计划停运时不同部位的修复费用并不相同，所以在本图的计算中，修复费用取值从10万元到1000万元。不过从计算结果看，对于机组非计划停运，修复故障部位费用对整个机组的收益影响并不明显，主要是因为该电厂两台机组的非计划停运次数较低所致。在本图计算中，两台机组非计划停运概率的差异仅有0.005次/年。

　　当非计划停运概率差异增加时，非计划停运修复费用带来的影响则会有显著增加。给出了全国300MW机组不同服役年限与非计划停运次数的统计值，从中可以看出，在总体趋势上，随着机组服役年限的增加，机组非计划停运次数先降低后增加，符合“澡盆曲线”理论。该电厂两台机组服役年限为16年，因此进一步分析结果表明，该服役年限下相同容量机组计划检修1次与2之间的非计划停运次数差异大约为0.33次。

　　如果以0.33次为基准计算，减少一次检修的收益结果，所呈现出的规律类似，随着检修费用的增加，每减少一次检修所带来的收益也逐渐增加，不过由于图7中非计划停运次数增加，所以机组修复故障部位的检修费用也随之增加，因此在机组检修费用同样达到1000万元/次时，减少一次检修所带来的收益则降低至约1200万元。应用本文所建模型，经过对某2×300MW检修优化计算，结果表明，减少一次机组的检修可以带来较大的收益，收益与检修费用密切相关，检修费用越高，则收益越大。

　　由于该电厂机组目前处于故障率较低的时期，而且减少检修后的收益较高，因此建议可以对机组的检修周期适当优化，以取得更好的效果。不过，由于机组延长检修间隔后，非计划停运事件的概率将会增加，同时机组的能耗水平也会有所增加，一定程度上抵消了部分收益，所以机组检修间隔的延长需要有一定的范围。

　　不过需指出的是，由于模型参考数据为电厂提供数据，受数据收集周期及前期测点、试验数据不完全准确影响，所以计算结果势必有一定误差。首先是在计算中做了一定的简化假设，其次是两次检修减少一次，那么在这一次检修过程中可能需要检修更多的项目，从而增加时间和费用。不过本文的目的在于提供一个合理的检修优化决策模型，因此尽管在计算中采取了简化假设，其结果仍能够定性的分析问题。在实际使用模型的过程中建议尽量代入电厂运行管理的实际数据，或者根据该模型的需求，电厂尽量安排电力试验单位做机组有关性能试验，以使得该模型在使用过程中边界条件更为准确，这样计算的结果更为精确，对电厂检修为周期的合理选取参考性更强。

　　结论

　　(1)由于充分考虑了燃煤机组上网电量、检修投入、非计划停运以及机组能耗变化等因素，本文所建的检修优化模型可以用于定量分析机组的检修优化收益;(2)对于本文中所研究的机组，由于状态较为稳定，机组发生非计划停运的次数较低，所以适当延长检修周期的收益较高，在机组检修费用为1000万元/次，当检修时间为500h时，每优化减少一次检修所获得的收益可以超过1500万元，但对于服役期限较短或者接近退役状态的机组，由于非停概率增加，延长检修周期收益会有一定程度的下降;(3)为进一步完善本文中所建立的模型，建议机组通过性能试验取得煤耗与运行时长的精确函数关系式，以更为准确的预测机组检修优化后的收益。

　　参考文献

　　[1]ChinaElectricityCouncil(中国电力企业联合会)，ChinaPowerIndustryAnnualDevelopmentReport(中国电力行业年度发展报告)[M]，Beijing：ChinaBuildingMaterialsIndustryPress，2020.06

　　[2]ChinaElectricityCouncil(中国电力企业联合会)，AnnualDevelopmentReportonReliabilityofChina'sPowerIndustry(中国电力行业可靠性年度发展报告)[M]，Beijing：ChinaBuildingMaterialsIndustryPress，2020.09

　　作者：李勇1李建锋2杨娟2马更生1