Maszyny Eletryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) 185 Sławomir Szymaniec Politechnia Oolsa, Oole SAYSYKA USZKODZEŃ W ELEKROWNIACH ZAWODOWYCH SAISICS OF FAILURES IN ELECRIC POWER SAION Streszczenie: Niezawodność dużych bloów energetycznych zawsze miała i nadal ma duże znaczenie dla racy Krajowego Systemu Eletroenergetycznego. W artyule rzedstawiono definicje odstawowych wsaźniów niezawodności bloów energetycznych, stosowanych w Polsce i na świecie. W ierwszej olejności są obliczane liczby i czasy trwania wyróżnionych stanów: (, r,, s, b, a,, L r, L, Ls, Lb, La, Lw) gdzie: czas racy blou lub gruy bloów w rozatrywanym oresie, r czas ostojów blou lub gruy bloów w rezerwie w rozatrywanym oresie, czas ostojów blou lub gruy bloów w remoncie aitalnym, s czas ostojów blou lub gruy bloów w remoncie średnim, b czas ostojów blou lub gruy bloów w remoncie bieżącym, a czas ostojów blou lub gruy 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), Lr liczba ostojów w rezerwie, L liczba ostojów w remoncie aitalnym, Ls liczba ostojów w remoncie średnim, Lb liczba ostojów w remoncie bieżącym, La liczba ostojów w remoncie awaryjnym, Lw liczba wszystich ostojów. Na odstawie wyżej wymienionych wielości są obliczane nastęujące wsaźnii: wsaźni dysozycyjności AF, udział czasu awarii w czasie alendarzowym FOF, wsaźni awaryjności FOR, wsaźni wyorzystania mocy zainstalowanej GCF, wsaźni użytowania mocy osiągalnej GOF, wsaźni remontów lanowych SOF, wsaźni wyorzystania czasu alendarzowego SF, średni czas ruchu AR. Abstract: he reliability of large ower units has always had and continues to have a significant meaning to the oeration of the Polish Power System. his aer resents definitions of the basic indices of ower unit reliability used in Poland and in the world. First, numbers and the duration of secific states are calculated: (, r,, s, b, a,, Lr, L, Ls, Lb, La, Lw) where: run (service) time of the ower unit or a grou of ower units within the analysed eriod of time, r outage on stand-by time of the ower unit or a grou of ower units within the analysed eriod of time, outage during a general overhaul time of the ower unit or a grou of ower units, s outage during a medium-scale overhaul time of the ower unit or a grou of ower units, b outage during routine maintenance time of the ower unit or a grou of ower units, a outage during emergency reairs time of the ower unit or a grou of ower units, time to which the calculations aly (this value is calculated by the system but is only used to calculate indices and is not rinted anywhere), Lr number of outages on stand-by, L number of outages during a general overhaul, Ls number of outages during a medium-scale overhaul, Lb number of outages during routine maintenance, La number of outages during emergency reairs, and Lw number of all outages. Based on the above-mentioned 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 caacity installed GCF, utilisation index of the achievable caacity GOF, index of scheduled overhauls SOF, utilisation factor of the calendar time SF, average run time AR. Słowa luczowe: esloatacja, zesół maszynowy, stan techniczny, diagnostya, monitorowanie, niezawodność, bloi energetyczne, wsaźnii niezawodności Keywords: exloitation, machine units, technical condition, diagnostic, monitoring, reliability, ower units, reliability indices 1. Wstę Wsółcześnie w rajowej eletroenergetyce oza Głównym Urzędem Statystycznym ratycznie nie funcjonują dobrowolne, centralne systemy gromadzenia i rzetwarzania danych technicznych i eonomicznych [3]. Wyjątiem w tym zaresie jest utrzymywany w Agencji Rynu Energii S.A. system gromadzenia i rzetwarzania danych o awaryjności bloów energetycznych o mocach 0 500 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,
186 Maszyny Eletryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) że nastęuje systematyczna orawa wsaźniów niezawodności jednoste wytwórczych w eletrowniach z bloami o mocy zainstalowanej od 0 do 500 MW [3]. 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 dysozycyjność 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 oczątu srawiały duże roblemy esloatacyjne. Krajowe bloi energetyczne, za wyjątiem bloów o mocy zainstalowanej 500 MW, mają zbliżoną do zachodnich dysozycyjność AF (1) i czasami niższą awaryjność FOR (3) i FOF (2), wyższy wsaźni remontów lanowych SOF (6), co otwierdza znaczenie właściwej diagnostyi technicznej i otymalizacji remontów dla ograniczenia czasu ostoju blou energetycznego. 2. Wsaźnii niezawodnościowe i esloatacyjne rajowych bloów Wsaźnii esloatacyjne umożliwiają rzerowadzenie oceny awaryjności, dysozycyjności i niezawodności rajowych bloów energetycznych [3]. Obliczenia wyonuje się dla bloów energetycznych, o mocach jednostowych, co najmniej 0 MW, w eletrowniach cielnych i dla dużych bloów ciełowniczych za odowiedni ores racy. Dla ażdego blou oraz dla gruy bloów obliczane są nastęujące arametry: czas ruchu, czas ostoju w rezerwie, czas ostoju w remoncie (aitalnym, średnim, bieżącym, awaryjnym), liczba odstawień do (rezerwy, remontu aitalnego, średniego, bieżącego, awaryjnego), z tórych wyliczane są nastęujące wsaźnii: remontów lanowych, dysozycyjności, awaryjności, stonia wyorzystania mocy zainstalowanej, stonia użytowania mocy osiągalnej, udziału czasu awarii w czasie alendarzowym, wyorzystania czasu alendarzowego oraz średniego czas ruchu. W ierwszej olejności obliczane są nastęujące wielości: czas racy blou lub gruy bloów w rozatrywanym oresie, r czas ostojów blou lub gruy bloów w rezerwie w rozatrywanym oresie, czas ostojów blou lub gruy bloów w remoncie aitalnym, s czas ostojów blou lub gruy bloów w remoncie średnim, b czas ostojów blou lub gruy bloów w remoncie bieżącym, a czas ostojów blou lub gruy bloów w remoncie awaryjnym, czas oresu, za tóry wyonywane są obliczenia (miesięcznie, wartalnie, rocznie), L r liczba ostojów w rezerwie, L liczba ostojów w remoncie aitalnym, L s liczba ostojów w remoncie średnim, L b liczba ostojów w remoncie bieżącym, L a liczba ostojów w remoncie awaryjnym, L w liczba wszystich ostojów. Do obliczeń wyorzystujemy onadto oniższe dane: A n wyroduowana energia eletryczna, P z moc zainstalowana, P os moc osiągalna. Na odstawie wyżej wymienionych wielości obliczane są nastęujące wsaźnii [3]: Wsaźni dysozycyjności AF: + r AF = 100 (1) AF = (czas racy + czas ostojów w rezerwie / czas oresu) * 100 Udział czasu awarii w czasie alendarzowym FOF: a (2) FOF = 100 FOF = (czas ostojów awaryjnych/czas oresu) * 100 Wsaźni awaryjności FOR: a FOR = 100 + FOR = (czas ostojów awaryjnych / czas racy + czas ostojów awaryjnych) * 100 An GCF = P z a 100 (3) Wsaźni wyorzystania mocy zainstalowanej GCF: GCF = (wyroduowana energia eletryczna / czas oresu * moc zainstalowana) * 100 (4)
Maszyny Eletryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) 187 Wsaźni użytowania mocy osiągalnej GOF: An GOF = 100 P (5) GOF = (wyroduowana energia eletryczna / czas racy * moc osiągalna) * 100 Wsaźni remontów lanowych SOF: + s + b SOF = 100 (6) SOF = (czas ostojów w remoncie: aitalnym, średnim, bieżącym / czas oresu) * 100 Wsaźni wyorzystania czasu alendarzowego SF: SF = os AR = L 100 SF = (czas racy / czas oresu) * 100, w (7) Średni czas ruchu (obliczeniowy) AR: (8) 3. Analiza awaryjności maszyn w rajowych eletrowniach W jednej z rajowych eletrowni rzeanalizowano awaryjność, dysozycyjność, czasy awarii i remontów zesołów maszynowych od 1973 do 2000 rou [167]. Poszczególne bloi energetyczne, ażdy o 200 MW zostały rzeazane do esloatacji w latach 1972-1978. Analizowany ores ruchu eletrowni - 28 lat, charateryzuje się wdrażaniem diagnostyi zesołów maszynowych w utrzymaniu ruchu maszyn i stoniowym odchodzeniem od rowadzenia remontów zaobiegawczych warunowanych czasem na rzecz remontów warunowanych stanem maszyny. W latach 1992 1994 zainstalowano system ciągłego monitorowania i diagnostyi dla maszyn rytycznych. - tabela 1 i 2, W ierwszych latach uruchamiania oszczególnych bloów energetycznych wsaźni awaryjności był stosunowo wysoi (do 11,4%). Wiązało się to z oresem oanowywania technologii ruchu bloów. Po tym oresie nastęuje sade awaryjności sowodowany stoniowym wdrożeniem diagnostyi w utrzymaniu ruchu zesołów maszynowych. Po zainstalowaniu systemu monitorowania i diagnostyi wsaźni awaryjności nie rzeroczył 1,7%. AR = czas racy/liczba ostojów ogółem. abela 1. Awaryjność, dysozycyjność, czas awarii i remontów w jednej z rajowych eletrowni dla bloów 1 8 [1] Ro Wyszczególnienie Bloi 1 2 3 4 5 6 7 8 Czas remontów h 788 284 174 0 0 0 0 0 Czas awarii h 1400 392 240 0 0 0 0 0 1973 Awaryjność % 10,0 15,7 8,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Dysozycyjność % 75,0 82,3 76,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Czas remontów h 88 1433 32 711 0 0 0 0 Czas awarii h 703 266 279 860 0 0 0 0 1974 Awaryjność % 9,3 3,6 3,7 11,7 0,0 0,0 0,0 0,0 Dysozycyjność % 77,3 80,0 82,7 80,5 0,0 0,0 0,0 0,0 Czas remontów h 1599 783 1062 760 0 0 0 0 Czas awarii h 474 406 363 737 0 0 0 0 1975 Awaryjność % 6,7 5,1 4,7 9,2 0,0 0,0 0,0 0,0 Dysozycyjność % 76,3 86,4 83,7 82,9 0,0 0,0 0,0 0,0 Czas remontów h 744 1750 1683 226 0 0 0 0 Czas awarii h 425 551 724 1046 0 0 0 0 1976 Awaryjność % 5,3 7,8 10,2,2 0,0 0,0 0,0 0,0 Dysozycyjność % 86,7 73,8 72,6 85,5 0,0 0,0 0,0 0,0 Czas remontów h 1551 736 640 1676 0 0 0 0 Czas awarii h 863 369 367 160 0 0 0 0 1977 Awaryjność %,0 4,6 4,5 2,3 0,0 0,0 0,0 0,0 Dysozycyjność % 72,4 87,4 88,5 79,1 0,0 0,0 0,0 0,0
188 Maszyny Eletryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) 1978 1979 1980 1998 1999 2000 Czas remontów h 940 686 738 402 464 532 489 0 Czas awarii h 648 304 695 872 418 475 0 0 Awaryjność % 8,3 3,8 8,7 10,4 6,0 11,9 0,0 0,0 Dysozycyjność % 81,9 88,7 83,6 85,5 87,0 77,7 66,7 100,0 Czas remontów h 1342 1577 737 96 893 725 359 1504 Czas awarii h 393 77 288 596 330 506 537 514 Awaryjność % 5,4 1,1 3,7 8,1 4,2 6,3 6,4 7,1 Dysozycyjność % 80,2 81,1 88,3 78,4 86,0 85,9 89,8 77,0 Czas remontów h 872 649 1308 827 1372 1637 880 1340 Czas awarii h 04 582 338 476 450 476 535 634 Awaryjność % 15,3 7,4 4,7 6,2 6,3 6,7 7,0 8,7 Dysozycyjność % 76,4 86,0 81,3 85,2 79,3 75,9 83,9 77,5 Czas remontów h 55 3187 592 384 1407 164 290 877 Czas awarii h 48 137 5 22 53 18 9 Awaryjność % 0,2 1,1 1,9 0,1 0,5 1,4 0,2 0,1 Dysozycyjność % 85,5 63,1 91,7 95,6 83,7 97,5 96,5 89,9 Czas remontów h 377 508 3086 297 465 2932 328 572 Czas awarii h 29 54 51 107 19 9 178 297 Awaryjność % 0,4 0,7 1,0 1,6 0,8 0,3 2,9 4,9 Dysozycyjność % 95,4 93,6 64,2 95,4 94,5 66,4 94,2 90,1 Czas remontów h 621 252 182 795 2947 478 1521 506 Czas awarii h 13 5 0 55 39 9 167 Awaryjność % 0,2 0,3 0,1 0,0 2,4 1,0 0,1 2,2 Dysozycyjność % 92,8 97,0 97,9 91,0 65,8 94,1 82,6 92,3 Na rys. 1 rzedstawiono wsaźnii awaryjności i dysozycyjności oszczególnych bloów w latach 1973 2000. Na rys. 2 4 rzedstawio- no czas racy i różnego rodzaje ostoje bloów oraz orównanie czasów ostojów bloów w remoncie bieżącym ze wsaźniiem awaryjności. Rys. 1. Wsaźnii awaryjności i dysozycyjności jednej z rajowych eletrowni w latach 1973 2000 [1]
Maszyny Eletryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) 189 Rys. 2. Czas racy i ostojów jednej z rajowych eletrowni [3] Rys. 3. Czas ostoju z odziałem na rodzaje w jednej z rajowych eletrowni [3] Rys. 4. Czas awarii z odziałem na rodzaje urządzeń w jednej z rajowych eletrowni [3] 4. Awaryjność maszyn otrzeb własnych Statystya awaryjności maszyn eletrycznych otrzeb własnych, w tym naędów z silniami inducyjnymi latowymi WN, w jednej z rajowych eletrowni rzedstawia się nastęująco - tabela 3. abela 3. Ilość awarii silniów latowych WN w rzyładowej rajowej eletrowni Ro 1994 1995 Liczba Liczba awarii awarii mechaniczogółem nych 44 27 37 25 Liczba awarii eletrycznych 17 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 20042007 20082009 201020 30 37 31 33 29 23 27 27 21 23 21 20 18 16 18 19 8 5 3 9 14 10 13 11 7 9 8 4 3 2
190 Maszyny Eletryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2016 (109) Z rzedstawionego 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 rzemysłowych jest odobnie [4]. Analizując szczegółowo rzyczyny awarii i nieoczeiwanych, nielanowanych ostojów naędów z silniami inducyjnymi latowymi WN, w oarciu o własne doświadczenia i obserwacje, autor ustalił nastęującą listę rzyczyn [4]: stan łożys, izolacja uzwojeń silniów, niewywaga, nieosiowość i luzy związane z ruchem wirnia, rezonanse, niesymetria szczeliny omiędzy stojanem, a wirniiem, uzwojenie latowe wirnia, stan onstrucji wsorczych, fundamentów i mocowania. Listę odano w olejności, od rzyczyn najczęściej wystęujących do tych, tóre wystęują najrzadziej. Według dwóch niezależnych ameryańsich źródeł IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) i EPRI (Electric Power Research Institute), łożysa toczne należą do najczęstszych, oważnych rzyczyn awarii silniów inducyjnych. Zestawienie uszodzeń silniów inducyjnych ilustruje rys. 5 [2]. 5. Uwagi ońcowe Wsaźnii esloatacyjne umożliwiają rzerowadzenie oceny awaryjności, dysozycyjności i niezawodności rajowych bloów energetycznych oraz naędów otrzeb własnych. Autor stwierdza sade awaryjności zesołów maszynowych w rajowej energetyce sowodowany stoniowym wdrożeniu diagnostyi i monitoringu w utrzymaniu ruchu zesołów maszynowych. Ilość awarii eletrycznych jest zdecydowanie mniejsza od liczby awarii mechanicznych. Literatura [1]. Materiały udostęnione rzez 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, 2004. [3]. Dwoja J., Szymaniec S.: Diagnostya esloatacyjna zesołów maszynowych w energetyce. Wyd. Oficyna Wydawnicza Politechnii Oolsiej 2013, Oole, Studia i Monografie, zeszyt nr 344. [4]. Szymaniec S.: Badania, esloatacja i diagnostya zesołów maszynowych z silniami inducyjnymi latowymi. Wyd. Oficyna Wydawnicza Politechnii Oolsiej 2013, Oole, Studia i Monografie, zeszyt nr 333. Autor rof. dr hab. inż. Sławomir Szymaniec Politechnia Oolsa. Wydział Eletrotechnii, Automatyi i Informatyi Katedra Eletrowni i Systemów Pomiarowych 45-758 Oole ul. Prószowsa 76 s.szymaniec@o.oole.l Rys. 5. Najczęściej wystęujące uszodzenia silniów inducyjnych według dwóch niezależnych ameryańsich źródeł [2]