山西电网机组非计划停运监测应用研究

徐宏锐

（国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西 太原 030001）

山西电网机组非计划停运监测应用研究

徐宏锐

（国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西 太原 030001）

针对山西电网发电机组非停事件，利用和谐调度系统在线监测功能，开发了和谐系统机组非停监测模块，并将其应用到了非停原因分析中。通过分析，可以提前判断机组非停的潜在风险及故障原因。有效填补了机组非停影响电网安全稳定的空白，为日内或日前电网平衡做好充分准备，且为电网安全稳定运行提供有力的技术保障。

和谐调度；机组非停；四管泄漏；设备跳闸

0 引言

2013年山西电网范围内全年共发生非计划停运事件314台次。这些非停事件的发生对山西电网安全稳定运行造成了很大的影响。在实际调度过程中，突然跳闸等非停事件无法预判，但其他非停事件往往是电厂在机组出现故障无法坚持运行的情况下才会联系省调汇报情况，这无疑给电网调度、电力平衡工作带来巨大压力。为了分析非停事件的原因，寻找解决非停事件的办法，进一步提高山西电网稳定运行水平，结合和谐调度系统的在线监测功能[1]，特开展了山西电网非停事件监测模块应用研究工作。

1 机组非停统计分析

2013年山西电网范围内全年共发生非计划停运事件314台次。通过对机组非停事件发生前后的相关测点曲线进行观察可以发现，机组发生停机事件很容易能够进行监测，但是从和谐调度系统相关测点的曲线变化趋势却很难确诊机组真实的停机原因。

机组非停事件中，突然跳闸127台次，被迫停机96台次。这两类事件占到机组非停事件的绝大部分。两类停机事件的区别是：突然跳闸导致停机通常是由于机组控制系统保护动作造成机组停运，一般机组负荷迅速降低到零，并且相关保护动作信号会发生变化；被迫停运类是指机组由于已知的缺陷或原因，运行人员为避免发生事故或者防止事故进一步扩大而主动逐渐减低负荷至零的停机过程［1-4］。

从这一角度来看，突然跳闸类的停机事件初步设想可以通过查看各保护动作发生的先后顺序，进一步定位导致机组突然跳闸的具体原因。但是和谐调度系统中基本没有采集机组相关保护动作的信号，因此可以考虑机组在发生停机事件后，触发高频采集工具，由高频采集工具将相关主要保护动作的信号采集后上传到主站服务器，以便能够进行相关原因的分析。对于被迫停运的非停事件，除了部分设备严重缺陷时发生快速停机事件以外，其他被迫停运事件停机前一般都有较长的过程，相关参数的变化仍然在保护动作范围之内，一般偏离正常值不会太离谱。因此考虑从某一事件发生时相关参数必然会发生的一些变化趋势来开展停机事件原因的诊断和分析，这一类诊断追求的目标是根据相关参数的变化，按照相关事件发生的可能性大小依次给出可能的非停事件原因。

2 和谐系统机组非停事件监测结构设计

机组停机事件主要是根据机组的负荷变化情况进行各机组启停状态进行捕捉。当机组启机输出1，停机输出-1，当机组发生启停机时，自动会触发纵向取数启停机事件高频取数任务进行高频数据采集。

非停监测功能整体系统结构及数据流程如图1所示。

图1 非停监测系统结构部署图

子站前端服务器运行综合调度进行机组正常取数计算，机组计算服务为MS（Matlab Service）计算准备计算数据，MS计算服务通过单元机组计算服务准备的数据，进行事件捕捉计算，并将计算结果（事件发生的状态量）写入前端数据库事件状态表。纵向取数工具监测事件状态量，当事件发生，纵向取数工具开始从实时数据库按照设定的频率、事件对应的参数和开始结束时间进行高频采集数据，并将数据写入数据库事件数据表和输出TXT数据文件。随后输出的TXT数据经隔离器、后端服务器上传到主站服务器。

子站前端MS计算后能够给出事件发生与否的状态量，如事件发生、事件恢复、正常持续、异常持续、怀疑发生等5个状态量，MS将计算结果输出到事件状态表，对应写入数据库事件状态拓展标准表。设备事件状态与对应状态量对照情况如下所示。

事件发生：-1（页面展示颜色，红色）。

恢复正常：1（页面展示颜色，黄色）。

正常持续：2（页面展示颜色，绿色）。

异常持续：-2（页面展示颜色，蓝色）。

怀疑发生：0（页面展示颜色，橙色）。

3 机组非停事件捕捉

前面已经提到机组突然跳闸和紧急停运占到非停异常事件的绝大部分，因此本次机组非停监测模块也以四管泄漏事件捕捉和机组跳闸事件捕捉为主。

3.1 四管泄漏事件捕捉

四管泄漏事件是火电机组非停事件中发生十分普遍的现象[5-6]，也是电网最为关注的事件。因此电网关于四管泄漏事件造成机组非停事件的捕捉和分析将是本次非停监测功能中研究的重中之重。

3.1.1 存在困难

由于四管泄漏事件发生时缺少必要的充要条件测点支持，因此在研究过程中存在诸多困难。

a）由于现场运行情况复杂，运行情况并非绝对稳定，因此在发生较小流量泄漏时，单从参数上很难完成泄漏事件判断。

b）锅炉设备本身热惯性较大，一些反应事件发生的现象在实际过程中波动不是很明显。

c）由于监测锅炉运行相关测点本身存在一定误差，事件发生时的干扰很难与机组正常运行过程中的参数波动区分开来。

虽然存在以上技术上的一些困难，但是对于明显的四管泄漏事件监测还是能够比较容易地捕捉，对于其他泄漏量很小、症状不明显的泄漏事件，由于其本身的危害性还不至于要求立刻停机，可以不必过于在意，而且待其发展到一定程度，症状明显的时候，系统也就能够自动进行捕捉。而真正困扰相关工作的问题在于泄漏量已经达到一定程度、影响到机组的正常运行，而本身的症状不是特别明显的四管泄漏事件。

3.1.2 事件捕捉思路

为了排除一些外界干扰，对于四管泄漏事件进行准确地捕捉，初步有以下几条工作思路。

a）用关键参数的实时值和移动平均值代替单参数点的波动值进行判断。当参数的实时值连续10min（5min频率，2个点）持续较大突变或者移动平均值超过一定限制时判断为泄漏事件发生。例如主给水流量-主蒸汽流量值超过正常上限，锅炉定排未开启，且引风机电流出现明显增加时可以判断该机组发生了四管泄漏事件；对于机组相关特征参数不明显时，用机组相关事件所有特征参数的移动平均值与指定时间段以前的移动平均值发生一定比例的偏差，也可以判定事件发生；当事件对应部分特征参数移动平均值变化幅度高于偏差值，或者75%以上特征参数变化幅度高于偏差限值时，则可以判断为怀疑该事件发生。

b）利用分工况统计数据排除负荷等其他外界因素的干扰。为了排除机组负荷变化、环境温度变化等外界因素的影响，可以参照类似于机组能耗指标工况寻优的思路建立工况表，将机组当前工况下的特征参数与近期对应工况下的历史参数统计值进行比较，以排除外界因素的特征参数发生变化的干扰。

c）四管泄漏事件捕捉首先考虑是否泄漏，然后再考虑泄漏的定位。对于四管泄漏，无论何处泄漏，都有一些共性的特征参数变化，如引风机电流增大、给水与主汽流量差增大、排烟温度降低等，可以首先将这些共性的特征参数进行分析，确定是否发生泄漏事件，然后再以烟温左右侧偏差发生突变、前后连续的烟温数据发生一升一降、蒸汽压力下降等现象进一步定位漏点。

3.1.3 四管泄漏对应参数

四管泄漏事件发生时主要参数的变化情况对比如表1所示。

表1 四管泄漏参数变化表

3.1.4 四管泄漏监测差别

按照经验，四管发生泄漏后，锅炉部分参数会存在共性的变化趋势，但随着泄漏位置不同，也会存在一些差别，主要如下。

a）水冷壁泄漏：炉膛负压变为正压；汽包水位先降后升；主汽压力基本不变；烟道烟温、主汽温度、再热温度、排烟温度升高，给水与主汽流量差发生明显增加。

b）省煤器泄漏：排烟温度降低；省煤器出口烟温差增大；两侧排烟温度偏差增大。

c）过热器泄漏：炉膛负压先正后负；汽包水位先升后降；主汽压力明显降低；过热器管壁温度升高，给水与主汽流量差发生明显增加。

d）再热器泄漏：炉膛负压基本不变；汽包水位基本不变；再热汽压明显降低；两侧排烟温度偏差增大；给水流量与主蒸汽流量差值明显增大。

3.2 设备跳闸事件捕捉思路

设备跳闸类事件在机组非停中占据绝大部分，但是由于设备跳闸一般都有相应的跳闸信号，因此只要SIS系统（火电厂厂级监控信息系统）中有相应的状态信号，通过MS很容易对相关事件发生的事件进行捕捉。对于设备跳闸类的事件捕捉工作难点在于对跳闸类事件发生的首出原因进行分析。

一般主保护动作时，会触发所有配套设备跳闸，而且由控制系统自动完成。各设备信号的变化在瞬间完成，一般变化的时间差都在毫秒级，很难用子站采集的跳闸先后顺序判断主保护动作的首出原因，因此考虑当相应主保护动作时对各保护动作的二级触发条件进行秒级取数来组态分析。通过二级触发条件的描述参数趋势变化来确定造成主保护动作的原因分析。现将锅炉跳闸时各测点参数变化判断思路说明如下。

a）发生锅炉跳闸事故时，总煤量、磨煤机电流、一次风机电流、燃油压力、燃油速断阀门开度共5个参数为燃煤机通用的判断参数，数据全部归0。

b）发生锅炉跳闸事故时，炉侧主蒸汽流量、炉侧主蒸汽温度、过热减温水量、再热减温水量共4个参数为通用的佐证参数，数据全部降低。

c）除通用的测点参数变化外，其他测点参数需根据跳闸条件不同而对应不同测点。如汽包水位高III值保护动作跳机，首出跳闸佐证测点为汽包水位测点及事故放水阀门开度测点，且测点的变化趋势为跳闸后汽包水位超高至警戒值，后下降，同时事故放水自动打开。

同理，可以做出汽轮机及发电机跳闸的测点参数变化判断思路，这里不再详细列出，可以通过D5000系统的综合智能告警判断故障。

4 应用情况

实例取山西电网1台300MW级机组发生过热器泄漏事件。根据四管泄漏参数变化监测差别的原则，通过和谐系统进行对比分析，可以很快定位该机组的故障点。

a）根据锅炉四管泄漏时机组补给水流量增加的特性，排除补水流量间歇性变化对时间分析的干扰，分析过程取机组补给水流量2 h移动平均值进行分析，最后验证了补给水流量2 h移动平均值突增的点正是电厂机组四管泄漏的开始时间点。

b）将排烟温度与机组负荷数据进行归一化处理，对比分析得出负荷下降过程中排烟温度不降反而升高，说明可以排除省煤器故障。

c）根据给水与主蒸汽流量的差值判断机组故障过程中该差值未发生明显变化，排除水冷壁和过热器，最终可以断定是再热器发生泄漏［5-6］。

5 结束语

本文根据山西电网机组非停情况进行了统计分析，针对发生概率较高的四管泄漏及设备跳闸事件，进行了事件捕捉思路分析，并将和谐系统在线监测数据作为来源，采用本文分析思路对机组的非停事件进行实例验证，结果表明山西电网和谐系统非计划停运监测模块可快速有效地定位机组故障点，为电网安全稳定运行提供有力的技术保障。

［1］ 陈佩琳，谷岳，张建伟.山西电网和谐调度支持系统研究与应用.［J］.山西电力，2012(3):16-20.

［2］ 陈国年.江苏大机组可靠性分析［J］.华东电力，2006，34（3）:80-82.

［3］ 何育生，孙和泰，徐钢.2012年度江苏电网并网机组发电设备可靠性分析.2013，41（6）:1382-1385.

［4］ 陈国年.江苏电网大机组非计划停运分析［J］.江苏电机工程，2006，25（1）:59-61.

［5］ 李强，陈红.太原第一热电厂300 MW机组可靠性现状分析［J］.山西电力技术，1999（2）:13-15.

［6］ 刘玲霞.210MW机组可靠性指标统计分析及应用［J］.山西电力，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

徐宏锐（1984），男，山西汾阳人，2010年毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业，工程师，从事电力系统调度、运行与控制工作。