楼宇型燃气分布式能源故障停运分析及对策研究

刘心喜，阮慧锋，贾小伟，张钟平

楼宇型燃气分布式能源故障停运分析及对策研究

刘心喜，阮慧锋，贾小伟，张钟平

（华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030；浙江省蓄能与建筑节能技术重点实验室，浙江 杭州 310030）

燃气分布式能源因就地消纳、清洁、高效、灵活等优点得到越来越多人的重视，但同时发现楼宇型分布式能源故障停运次数远高于常规火电。以某电力集团在役4座楼宇型分布式能源站共16台机组为例，分别对其2017年及2018年的故障停运次数及原因进行了分析，总结存在的共性问题及行之有效的降故障停运的措施，最后给出了提高机组可靠性的建议，为今后楼宇型分布式能源规划、设计、建设及运行提供指导。

分布式能源；楼宇型分布式能源；故障停运；冷热电三联供

燃气分布式能源是指以天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上[1]，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式[2]。与传统集中式供能方式相比，天然气分布式能源具有能效高、清洁环保、安全性好、削峰填谷、经济效益好等优点[3]。燃气分布式能源根据供能对象的不同一般分为区域型及楼宇型燃气分布式能源。某电力集团提前谋划，积极布局，率先在全国范围内建设燃气分布式能源。自首个楼宇型项目2014年投产以来，各项目陆续投产，积累了大量的运行经验，运行期间发生多起故障停运事件。为了深入了解楼宇型分布式能源故障停运现状，针对某电力集团4座楼宇型分布式能源站共计16台机组，统计分析了其2017年及2018年停运次数及原因分析，剖析了减少故障停运采取的措施，同时也为今后楼宇型分布式能源规划、设计、建设及运行提供了指导。

1 基本情况

某电力集团在主题乐园、会展中心、科研院校及商务中心建设楼宇型燃气分布式能源项目，4座分布式能源站原动机均采用GE颜巴赫4 MW级内燃机，一拖一配置溴化锂冷热水机组，并以电制冷机组、燃气热水锅炉、蓄冷热罐为调峰设备。在役楼宇型分布式能源企业基础信息如表1所示。

2 故障停运情况

2.1 故障停运统计

2017年内燃机4家共16台机组，共发生170次故障停运，年台均10.63次/台。甲项目发生故障停运80次，台均40次/台；乙项目发生故障停运32次，台均6.4次/台；丙项目发生故障停运19次，台均6.3次/台；丁项目发生故障停运39次，台均6.5次/台。除甲项目由于天然气品质差、成分变化快导致过多故障停运外，其他3家内燃机故障停运次数台均约为6.4次/台。

表1 某电力集团在役楼宇型燃气分布式能源企业基础信息表

序号项目名称开工日期投产日期燃机装机容量/MW项目类型原动机机型 1甲2012-102014-062×4.044 楼宇型GE颜巴赫内燃机 2乙2013-052015-035×4.401 楼宇型GE颜巴赫内燃机 3丙2014-092016-013×4.4 楼宇型GE颜巴赫内燃机 4丁2014-042016-086×4.035 楼宇型GE颜巴赫内燃机

2018年共发生21次故障停运，年台均1.31次/台。甲项目发生故障停运2次，台均1次/台，年总环比下降97.5%；乙项目发生故障停运6次，台均1.2次/台，年总环比下降81.3%；丙项目发生故障停运6次，台均2.0次/台，年总环比下降68.4%；丁项目发生故障停运7次，台均1.2次/台，年总环比下降82.1%。在役楼宇型分布式能源项目故障停运次数统计如图1所示。

2.2 原因分析

故障停运原因中，因内燃机火花塞或预燃室阀、电网波动、传感器故障等造成的问题较为集中，原因基本可分为管理、内燃机本体、边界条件三大类，部分项目停运原因及次数统计如表2所示。

表2 丙丁项目2017—2018年故障停运原因及次数统计表

序号故障停运原因2017年2018年 丙丁丙丁 1预燃室阀堵塞、调节器失调122024 2火花塞造成点火电压失调1700 3电网波动2210 4电气保护、机组保护值设定1011 5机务（油泵故障、传感器故障、电磁阀故障、蓄电池故障等）2522 6燃气品质因素0300 7SAFI模块及导火电轨损坏0200 8机组误报火警1000 总计—193967

管理方面，一方面燃气分布式项目运行人员大多之前从事煤机等大型机组发电，对内燃机组运行缺乏一定经验，对报警及警告未能作出提前预判，难以避免故障停机；另一方面，内燃机企业发生故障跳机后，设备厂家以往对无明显规律的故障或者不能确定的故障采取尝试的方式排除故障，这样往往人为造成故障跳机次数较多。

内燃机本体方面，对于所采用的内燃机，由于采用24缸设计，每个缸体需配备独立的预燃阀与火花塞。内燃机24个火花塞均以25次/秒的频率持续放电，在任一预燃阀发生严重积碳或任一火花塞发生故障的情况下，均会引起机组跳闸。这一特性，导致集团内几乎所有的内燃机组，由于火花塞或预燃阀引起的故障停运事件均在50%以上。2018年因预燃室阀问题故障停运中，甲项目1次，乙项目1次，丙项目2次，丁项目4次。

边界条件方面，主要问题为电网故障波动、天然气品质差。特殊保护与逻辑固化问题导致故障停运问题突出，按照厂家要求对机组继电保护进行整定，整定较为灵敏，因此，系统发生波动均会导致能源站机组跳闸。燃气内燃机设置了针对电网的特殊保护，用于在电网发生波动时避免逆向影响电机，进而损坏内燃机部件。该保护对电网频率及电压波动过于敏感，且无延时，因此，整定值按照厂家默认值设定，如果电网发生微弱波动，则容易引起机组故障停运。而电网在一定范围内波动属于必然事件，对电网参数的变化过于敏感，导致2017年此类问题频发。而当前内燃机普遍对天然气成分波动过于敏感，同时，天然气成分变化又是导致敲缸、预燃室阀积碳堵塞的重要原因，降低了机组运行的可靠性。

3 减少故障停运措施

3.1 管理方面措施

随着燃气分布式项目运行人员运行能力以及经验的增长，对机组运行情况有了更深刻的掌握，对一些报警及警告提前作出预判，根据报警重要程度区别对待，选择继续运行或手动提前停机，避免机组异常跳机。

针对内燃机基建阶段存在的问题，督促制造厂家彻底解决，避免同类事情再次发生而引发故障停运跳机。乙项目因排烟管破裂导致跳机4次，其中2次是烟气泄漏导致气缸测温元件损坏，点火模块高温报警跳机。

内燃机企业发生故障跳机后，以往对无明显规律的故障或不能确定的故障采取尝试的方式排除故障，这样往往人为造成故障跳机次数较多。目前，一方面随着内燃机GE代理商维护技术能力的增强以及经验的增长，其处理故障的能力更强；另一方面，分布式能源企业也进一步要求内燃机GE代理商提高技术水平，并对其维护工作制订考核措施，对无法确定的问题坚决不允许随意尝试排除，只有比较有倾向的故障时才允许起机。两方面共同举措，因GE代理商处理故障而造成的停机次数大大减少。

生产管理与经营管理之间存在一定的矛盾，燃气分布式电厂人员定额较少，整体盈利能力也有限，分布式能源企业始终面临着提高机组可靠性与增加企业运维成本的矛盾，导致运维成本和机组可靠性方面统筹欠缺。对于内燃机企业，以往对预燃室阀以及火花塞都存在一定的超期使用或采用更换故障零件、新旧零部件混用模式，而现在大多采用定期停机统一更换预燃室阀及火花塞的方式，这样显著提高了机组的可靠性，但这无疑增加了运维成本。

3.2 技术方面措施

内燃机火花塞及预燃室阀方面采取的措施如下：①运行人员加强对内燃机24个气缸废气温度的监视，定时查看运行机组的气缸废气温度，尤其是机组刚开机后的1 h内更要经常查看对比，如果温度与正常值有偏差则要重点监视，如果出现严重偏差或出现“气缸废气温度偏离平均值的最大值”黄色报警时，应立即停机安排检查处理；②日常运行时做好缸温、点火电压、点火正时的记录工作，发现异常及时更换新的预燃阀；③运作好内燃机所有火花塞、预燃阀的台账，详细记录火花塞、预燃阀的更换日期、运行时间、间隙调整，明确火花塞、预燃阀的更换周期，达到寿命期限时必须立即更换预燃阀，预燃室阀到期不再超期使用。

电网故障波动方面，责成内燃机厂家对相关过于敏感的参数等相关定值进行充分论证后调整，后因固有值设定造成的停机大幅减少。

天然气品质方面，管道天然气常会出现品质波动大现象（夏季较少出现），主要是甲烷、乙烷、丙烷含量突增会导致内燃机组产生爆震现象，此时，应严密监视点火正时及敲缸强度，超标则应采取主动降负荷措施。天然气品质长周期波动时，安生部联系公司计划部发函给燃气公司，要求燃气公司说明原因并改善，确保机组的安全运行。

4 结论及建议

4.1 结论

统计范围内的燃气分布式机组故障停运频率远高于常规火电，2018年较2017年故障停运次数整体大幅减少。各楼宇型分布式能源企业制定管理、技术方面措施并执行，故障停运控制效果显著，但仍有进一步提升空间，对内燃机预燃室阀、火花塞引起的问题有待进一步解决。

4.2 建议

为了进一步提高燃气分布式机组的可靠性，缩短故障停运时间，提出了以下建议：①加强顶层设计，降低运维费用。建议利用集团规模优势，在设备采购、安装、维护阶段进行合同谈判，以制订有利于降低运维费用的方法措施。②加强备品备件联储联备，提高统筹效率。建议集团公司或各区域公司建立备品备件超市，统一购置调度备品配件以实现资源的最优化配置，减小资金压力。③加强技术监督，提高设备可靠性，加强故障停运事件回头看，落实精益化管理。④加强检修维护质量，强化责任落实，加强对GE代理商的检修维护工作监督以及考核，严禁其随意起机试错来查找缺陷。⑤加强技能培训，提高技术人员技能水平。⑥争取电网气网侧协调，降低外部干扰。

［1］国家发展和改革委员会，财政部，住房和城乡建设部，等，发改能源〔2011〕2196号.关于发展天然气分布式能源的指导意见［S］.2011-10-09.

［2］韩晓平.分布式能源艰难迎来曙光［J］.中国电力企业管理，2011（23）：85-89.

［3］吴波.分布式能源冷热电多联产系统能效分析与可比性方法研究［D］.北京：北京科技大学，2015.

TK478

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.027

2095－6835（2019）17－0063－02

刘心喜（1991—），男，江西赣州人，硕士研究生，工程师，主要从事分布式能源检测、系统评价评估、可靠性管理研究工作。

〔编辑：张思楠〕