Statystyka uszkodzeń w elektrowniach zawodowych

Transkrypt

1 Statystya uszodzeń w eletrowniach zawodowych Sławomir Szymaniec Wstęp Analizy awaryjności bloów energetycznych, systemu eletroenergetycznego mają bardzo duże znaczenie dla funcjonowania danego raju. Poważne awarie systemu zasilania pozbawiają energii eletrycznej miliony ludzi, dezorganizują życie społeczne i gospodarcze w danym raju, wywołując gigantyczne straty finansowe. Przyładem niech będą: blacout w 1965 rou w północno-wschodniej części USA i w Kanadzie, tóry pozbawił energii eletrycznej ooło 30 mln. ludzi, awarie w Kalifornii w latach 2000/2001, olejne blacouty w USA, Wieliej Brytanii, Włoszech, Niemczech potwierdziły wagę niezawodności systemu eletroenergetycznego [4]. Szczególne znaczenie dla pracy systemu eletroenergetycznego raju ma niezawodność dużych bloów energetycznych 120 MW [4]. Dlatego Agencja Rynu Energii SA prowadzi ocenę awaryjności i dyspozycyjności bloów energetycznych dużej mocy. Wsaźnii niezawodnościowe i esploatacyjne umożliwiają doonanie stosownej oceny. Obliczenia wyonuje się za odpowiedni ores pracy dla bloów energetycznych, o mocach jednostowych co najmniej 120 MW, w eletrowniach cieplnych i dla dużych bloów ciepłowniczych. Dla ażdego blou oraz dla grupy bloów obliczane są następujące parametry: czas ruchu, czas postoju w rezerwie, czas postoju w remoncie, apitalnym, średnim, bieżącym, awaryjnym, liczba odstawień do rezerwy, do remontu apitalnego, średniego, bieżącego, awaryjnego. Następnie wyliczane są wsaźnii: remontów planowych, dyspozycyjności, awaryjności, stopnia wyorzystania mocy zainstalowanej, stopnia Streszczenie: Niezawodność dużych bloów energetycznych zawsze miała i nadal ma duże znaczenie dla pracy Krajowego Systemu Eletroenergetycznego. W artyule przedstawiono definicje podstawowych wsaźniów niezawodności bloów energetycznych, stosowanych w Polsce i na świecie. W pierwszej olejności są obliczane liczby i czasy trwania wyróżnionych stanów: ( p, r, p, s, b, a,, L r, L p, L s, L b, L a, L w ) gdzie: p czas pracy blou lub grupy bloów w rozpatrywanym oresie; r czas postojów blou lub grupy bloów w rezerwie w rozpatrywanym oresie; p czas postojów blou lub grupy bloów w remoncie apitalnym; s czas postojów blou lub grupy bloów w remoncie średnim; b czas postojów blou lub grupy bloów w remoncie bieżącym; a czas postojów blou lub grupy bloów w remoncie awaryjnym; czas oresu, za tóry wyonywane są obliczenia (wartość ta jest w systemie obliczana, ale służy tylo do obliczenia wsaźniów, nie jest więc nigdzie druowana); L r liczba postojów w rezerwie; L p liczba postojów w remoncie apitalnym; L s liczba postojów w remoncie średnim; L b liczba postojów w remoncie bieżącym; L a liczba postojów w remoncie awaryjnym; L w liczba wszystich postojów. Na podstawie wyżej wymienionych wielości są obliczane następujące wsaźnii: wsaźni dyspozycyjności AF, udział czasu awarii w czasie alendarzowym FOF, wsaźni awaryjności FOR, wsaźni wyorzystania mocy zainstalowanej GCF, wsaźni użytowania mocy osiągalnej GOF, wsaźni remontów planowych SOF, wsaźni wyorzystania czasu alendarzowego SF, średni czas ruchu AR. Słowa luczowe: esploatacja, zespół maszynowy, stan techniczny, diagnostya, monitorowanie, niezawodność, bloi energetyczne, wsaźnii niezawodności Abstract: he reliability of large power units has always had and continues to have a significant meaning to the operation of the Polish Power System. his paper presents definitions of the basic indices of power unit reliability used in Poland and in the world. First, numbers and the duration of specific states are calculated: ( p, r, p, s, b, a,, L r, L p, L s, L b, L a, L w ) where: p run (service) time of the power unit or a group of power units within the analysed period of time; r outage on stand-by time of the power unit or a group of power units within the analysed period of time; p outage during a general overhaul time of the power unit or a group of power units; s outage during a medium-scale overhaul time of the power unit or a group of power units; b outage during routine maintenance time of the power unit or a group of power units; a outage during emergency repairs time of the power unit or a group of power units; time to which the calculations apply (this value is calculated by the system but is only used to calculate indices and is not printed anywhere); L r number of outages on stand-by; L p number of outages during a general overhaul; L s number of outages during a medium-scale overhaul; L b number of outages during routine maintenance; L a number of outages during emergency repairs, and L w number of all outages. Based on the abovementioned values, the following indices are calculated: availability index AF, share of the outage time in the calendar time FOF, failure index FOR, utilisation index of the capacity installed GCF, utilisation index of the achievable capacity GOF, index of scheduled overhauls SOF, utilisation factor of the calendar time SF, average run time AR. Keywords: exploitation, machine units, technical condition, diagnostic, monitoring, reliability, power units, reliability indices 100 Nr 4 Kwiecień 2017 r.

2 użytowania mocy osiągalnej, udziału czasu awarii w czasie alendarzowym, wyorzystania czasu alendarzowego oraz średniego czasu ruchu. Współcześnie w rajowej eletroenergetyce poza Głównym Urzędem Statystycznym pratycznie nie funcjonują dobrowolne, centralne systemy gromadzenia i przetwarzania danych technicznych i eonomicznych [3]. Wyjątiem w tym zaresie jest utrzymywany w Agencji Rynu Energii SA system gromadzenia i przetwarzania danych o awaryjności bloów energetycznych o mocach MW. System ten obejmuje 113 bloów energetycznych o łącznej mocy stanowiącej o. 2/3 zdolności wytwórczej rajowego systemu eletroenergetycznego. Z analizy statystyi awaryjności rajowych bloów energetycznych wynia, że następuje systematyczna poprawa wsaźniów niezawodności jednoste wytwórczych w eletrowniach z bloami o mocy zainstalowanej od 120 do 500 MW [3, 4]. Najniższą awaryjność FOR (3) odnotowano dla bloów o zainstalowanej mocy 360 MW, najwyższą dla bloów o mocy 200 MW na węgiel brunatny i dla dwóch bloów o mocy 500 MW. Najwyższą dyspozycyjność AF (1) osiągnęły nowoczesne bloi o mocy 360 MW, zaś najniższą odnotowano dla bloów o mocy 200 MW na węgiel brunatny i dla bloów o mocy 500 MW, tóre od początu sprawiały duże problemy esploatacyjne. Krajowe bloi energetyczne, za wyjątiem bloów o mocy zainstalowanej 500 MW, mają zbliżoną do zachodnich dyspozycyjność AF (1) i czasami niższą awaryjność FOR (3) i FOF (2), wyższy wsaźni remontów planowych SOF (6), co potwierdza znaczenie właściwej diagnostyi technicznej i optymalizacji remontów dla ograniczenia czasu postoju blou energetycznego. p czas pracy blou lub grupy bloów w rozpatrywanym oresie; r czas postojów blou lub grupy bloów w rezerwie w rozpatrywanym oresie; p czas postojów blou lub grupy bloów w remoncie apitalnym; s czas postojów blou lub grupy bloów w remoncie średnim; b czas postojów blou lub grupy bloów w remoncie bieżącym; a czas postojów blou lub grupy bloów w remoncie awaryjnym; czas oresu, za tóry wyonywane są obliczenia (miesięcznie, wartalnie, rocznie); L r liczba postojów w rezerwie; L p liczba postojów w remoncie apitalnym; L s liczba postojów w remoncie średnim; L b liczba postojów w remoncie bieżącym; L a liczba postojów w remoncie awaryjnym; L w liczba wszystich postojów. Do obliczeń wyorzystujemy ponadto poniższe dane: A n wyproduowana energia eletryczna; P z moc zainstalowana; P os moc osiągalna. Na podstawie wyżej wymienionych wielości obliczane są następujące wsaźnii [3, 4]: Wsaźni dyspozycyjności AF: p + r AF = 100 (1) AF = (czas pracy + czas postojów w rezerwie / czas oresu) 100 relama 2. Wsaźnii niezawodnościowe i esploatacyjne rajowych bloów Wsaźnii esploatacyjne umożliwiają przeprowadzenie oceny awaryjności, dyspozycyjności i niezawodności rajowych bloów energetycznych [3, 4]. W pierwszej olejności obliczane są następujące wielości [3, 4]: Udział czasu awarii w czasie alendarzowym FOF: a FOF = 100 (2) FOF = (czas postojów awaryjnych / czas oresu) 100 Nr 4 Kwiecień 2017 r. 101

3 Wsaźni awaryjności FOR: abela. 1. Wsaźnii niezawodnościowe i esploatacyjne bloów energetycznych w latach [4] a FOR = 100 (3) + p a Grupy bloów Wsaźnii AF FOF FOR GCF GOF SOF SF AR FOR = (czas postojów awaryjnych / czas pracy + czas postojów awaryjnych) 100 Węgiel brunatny bloi ondensacyjne (33 bloi) % h Wsaźni wyorzystania mocy zainstalowanej GCF: An GCF = 100 (4) P z GCF = (wyproduowana energia eletryczna / czas oresu moc zainstalowana) 100 Wsaźni użytowania mocy osiągalnej GOF: An GOF = 100 (5) P p GOF = (wyproduowana energia eletryczna / czas pracy moc osiągalna) 100 Wsaźni remontów planowych SOF: os p + s + b SOF = 100 (6) SOF = (czas postojów w remoncie: apitalnym, średnim, bieżącym / czas oresu) ,2 4,3 5,4 67,7 86,5 13,6 75,5 331, MW (5 bloów) 84,6 1,9 2,8 60,8 91,6 13,4 66,4 291, MW (14 bloów) 80,7 7,6 9,4 60,4 81,2 11,7 73,2 292, MW (13 bloów) 82,4 1,8 2,2 71,5 88,5 15,8 80,7 389,0 >500 MW (1 blo) 88,6 1,6 1,8 79,5 90,1 9,8 88,2 374,0 Biomasa bloi ondensacyjne (1 blo) 84,9 2,9 4,2 51,4 74,6 12,2 66,3 208, MW (14 bloów) 87,5 3,0 5,6 37,5 70,6 9,5 51,4 170, MW (45 bloów) 84,4 2,8 3,8 54,4 75,3 12,8 70,7 211, MW (5 bloów) 81,7 3,3 4,4 55,0 74,9 15,0 72,1 260,6 >500 MW (2 bloi) 85,6 3,4 5,7 43,3 73,3 11,0 55,9 306,4 Węgiel amienny bloi ciepłownicze (8 bloów) MW 74,4 3,5 5,4 49,2 80,2 23,1 61,7 349,8 RAZEM BLOKI KONDENSACYJNE I CIEPŁOWNICZE (108) 83,3 3,4 4,7 57,8 79,7 13,3 68,9 245, MW (27 bloów) 83,2 2,9 4,9 47,3 78,8 13,8 57,1 224, MW (60 bloów) 83,5 4,0 5,3 55,8 76,7 12,5 71,3 227, MW (18 bloów) 82,2 2,2 2,8 66,8 84,8 15,6 78,3 350,7 >500 MW (3 bloi) 86,4 2,9 4,3 56,9 81,2 10,7 64,5 327,9 Wsaźni wyorzystania czasu alendarzowego SF: p SF = 100 (7) 102 Nr 4 Kwiecień 2017 r. SF = (czas pracy / czas oresu) 100 Średni czas ruchu (obliczeniowy) AR: p AR = (8) L w AR = czas pracy / liczba postojów ogółem. Utrzymywany w Agencji Rynu Energii SA system gromadzenia i przetwarzania danych o awaryjności bloów energetycznych o mocach MW obejmuje 108 bloów energetycznych (do niedawna 113) o łącznej mocy stanowiącej o. 2/3 zdolności wytwórczej rajowego systemu eletroenergetycznego. Z analizy statystyi awaryjności rajowych bloów energetycznych wynia, że następuje systematyczna poprawa wsaźniów niezawodności jednoste wytwórczych w eletrowniach tabela 1 [4]. 3. Analiza awaryjności maszyn w rajowych eletrowniach W jednej z rajowych eletrowni przeanalizowano awaryjność, dyspozycyjność, czasy awarii i remontów zespołów maszynowych od 1973 do 2000 rou [1, 3]. Poszczególne bloi energetyczne, ażdy po 200 MW, zostały przeazane do esploatacji w latach Analizowany ores ruchu eletrowni 28 lat charateryzuje się wdrażaniem diagnostyi zespołów maszynowych w utrzymaniu ruchu maszyn i stopniowym odchodzeniem od prowadzenia remontów zapobiegawczych, warunowanych czasem na rzecz remontów,

4 abela 2. Awaryjność, dyspozycyjność, czas awarii i remontów w jednej z rajowych eletrowni dla bloów 1 8 [1] Ro Wyszczególnienie Bloi Czas remontów h Czas awarii h Awaryjność % 10,0 15,7 8,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Dyspozycyjność % 75,0 82,3 76,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Czas remontów h Czas awarii h Awaryjność % 9,3 3,6 3,7 11,7 0,0 0,0 0,0 0,0 Dyspozycyjność % 77,3 80,0 82,7 80,5 0,0 0,0 0,0 0,0 Czas remontów h Czas awarii h Awaryjność % 6,7 5,1 4,7 9,2 0,0 0,0 0,0 0,0 Dyspozycyjność % 76,3 86,4 83,7 82,9 0,0 0,0 0,0 0,0 Czas remontów h Czas awarii h Awaryjność % 5,3 7,8 10,2 12,2 0,0 0,0 0,0 0,0 Dyspozycyjność % 86,7 73,8 72,6 85,5 0,0 0,0 0,0 0,0 Czas remontów h Czas awarii h Awaryjność % 12,0 4,6 4,5 2,3 0,0 0,0 0,0 0,0 Dyspozycyjność % 72,4 87,4 88,5 79,1 0,0 0,0 0,0 0,0 Czas remontów h Czas awarii h Awaryjność % 8,3 3,8 8,7 10,4 6,0 11,9 0,0 0,0 Dyspozycyjność % 81,9 88,7 83,6 85,5 87,0 77,7 66,7 100,0 Czas remontów h Czas awarii h Awaryjność % 5,4 1,1 3,7 8,1 4,2 6,3 6,4 7,1 Dyspozycyjność % 80,2 81,1 88,3 78,4 86,0 85,9 89,8 77,0 Czas remontów h Czas awarii h Awaryjność % 15,3 7,4 4,7 6,2 6,3 6,7 7,0 8,7 Dyspozycyjność % 76,4 86,0 81,3 85,2 79,3 75,9 83,9 77,5 abela 3. Awaryjność, dyspozycyjność, czas awarii i remontów w jednej z rajowych eletrowni dla bloów 1 8 [1, 3], c.d. Ro Wyszczególnienie Blo Czas remontów h Czas awarii h Awaryjność % 0,2 1,1 1,9 0,1 0,5 1,4 0,2 0,1 Dyspozycyjność % 85,5 63,1 91,7 95,6 83,7 97,5 96,5 89,9 Czas remontów h Czas awarii h Awaryjność % 0,4 0,7 1,0 1,6 0,8 0,3 2,9 4,9 Dyspozycyjność % 95,4 93,6 64,2 95,4 94,5 66,4 94,2 90,1 Czas remontów h Czas awarii h Awaryjność % 0,2 0,3 0,1 0,0 2,4 1,0 0,1 2,2 Dyspozycyjność % 92,8 97,0 97,9 91,0 65,8 94,1 82,6 92,3 Nr 4 Kwiecień 2017 r. 103

5 warunowanych stanem maszyny. W latach zainstalowano system ciągłego monitorowania i diagnostyi dla maszyn rytycznych tabela 2 i 3, W pierwszych latach uruchamiania poszczególnych bloów energetycznych wsaźni awaryjności był stosunowo wysoi (do 11,4%). Wiązało się to z oresem opanowywania technologii ruchu bloów. Po tym oresie następuje spade awaryjności spowodowany stopniowym wdrażaniem diagnostyi w utrzymaniu ruchu zespołów maszynowych. Po zainstalowaniu systemu monitorowania i diagnostyi wsaźni awaryjności nie przeroczył 1,7%. Na rys. 1 przedstawiono wsaźnii awaryjności i dyspozycyjności poszczególnych bloów w latach Na rys. 2 4 przedstawiono czas pracy i różnego rodzaju postoje bloów oraz porównanie czasów postojów bloów w remoncie bieżącym ze wsaźniiem awaryjności. 4. Awaryjność maszyn potrzeb własnych Statystya awaryjności maszyn eletrycznych potrzeb własnych, w tym napędów z silniami inducyjnymi latowymi WN, w jednej z rajowych eletrowni przedstawia się następująco tabela 4. Z przedstawionego zestawienia widać, że ogólna ilość awarii silniów WN maleje, a liczba awarii eletrycznych jest zdecydowanie mniejsza od liczby awarii mechanicznych. Autor uważa, że w więszości rajowych załadów przemysłowych jest podobnie [5]. Analizując szczegółowo przyczyny awarii i nieoczeiwanych, nieplanowanych postojów napędów z silniami inducyjnymi latowymi WN, w oparciu o własne doświadczenia i obserwacje, autor ustalił następującą listę przyczyn [5]: stan łożys; izolacja uzwojeń silniów; niewywaga, nieosiowość i luzy związane z ruchem wirnia; rezonanse; niesymetria szczeliny pomiędzy stojanem a wirniiem; uzwojenie latowe wirnia; stan onstrucji wsporczych, fundamentów i mocowania. Rys. 1. Wsaźnii awaryjności i dyspozycyjności jednej z rajowych eletrowni w latach [1] Rys. 2. Czas pracy i postojów jednej z rajowych eletrowni [3] Rys. 3. Czas postoju z podziałem na rodzaje w jednej z rajowych eletrowni [3] Rys. 4. Czas awarii z podziałem na rodzaje urządzeń w jednej z rajowych eletrowni [3] 104 Nr 4 Kwiecień 2017 r.

6 Rys. 5. Najczęściej występujące uszodzenia silniów inducyjnych według dwóch niezależnych ameryańsich źródeł [2] abela 4. Ilość awarii silniów latowych WN w przyładowej rajowej eletrowni Ro Liczba awarii ogółem Liczba awarii mechanicznych Liczba awarii eletrycznych Uwagi ońcowe Wsaźnii esploatacyjne umożliwiają przeprowadzenie oceny awaryjności, dyspozycyjności i niezawodności rajowych bloów energetycznych oraz napędów potrzeb własnych. Autor stwierdza spade awaryjności zespołów maszynowych w rajowej energetyce, spowodowany stopniowym wdrażaniem diagnostyi i monitoringu w utrzymaniu ruchu zespołów maszynowych. Ilość awarii eletrycznych jest zdecydowanie mniejsza od liczby awarii mechanicznych. Literatura [1] Materiały udostępnione przez jedną z eletrowni. [2] Stone G.C., Boulter E.A., Culbert I., Dhirani H.: Electrical insulation for rotating machines. IEEE PRESS series on Power Engineering, USA, [3] Dwoja J., Szymaniec S.: Diagnostya esploatacyjna zespołów maszynowych w energetyce. Wyd. Oficyna Wydawnicza Politechnii Opolsiej, Opole 2013, Studia i Monografie, zeszyt nr 344. [4] Pasa J.: Niezawodność bloów energetycznych w Polsce i na świecie. Acta Energetica. Power Engineering Quarterly, nr 3, ro 2015, str [5] Szymaniec S.: Badania, esploatacja i diagnostya zespołów maszynowych z silniami inducyjnymi latowymi. Wyd. Oficyna Wydawnicza Politechnii Opolsiej Opole 2013, Studia i Monografie, zeszyt nr 333. Listę podano w olejności od przyczyn najczęściej występujących do tych, tóre występują najrzadziej. Według dwóch niezależnych ameryańsich źródeł IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) i EPRI (Electric Power Research Institute), łożysa toczne należą do najczęstszych poważnych przyczyn awarii silniów inducyjnych. Zestawienie uszodzeń silniów inducyjnych ilustruje rys. 5 [2]. prof. dr hab. inż. Sławomir Szymaniec Politechnia Opolsa; Wydział Eletrotechnii, Automatyi i Informatyi; Katedra Eletrowni i Systemów Pomiarowych; s.szymaniec@po.opole.pl artyuł recenzowany Nr 4 Kwiecień 2017 r. 105