CN103049613B - 一种火电机组可靠性的设计监控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种火电机组可靠性的设计监控装置，其特征在于，包括火电机组可靠性计算服务器、数据库服务器、网页服务器和用户端浏览器，计算服务器与数据库服务器和网页服务器连接，网页服务器与用户端浏览器连接。本发明的另一个技术方案是提供了一种采用上述的火电机组可靠性的设计监控装置的火电机组可靠性设计监控方法。本发明实现了火电机组可靠性的定量预测和设计监控。如果火电机组的等效强迫停运率达不到优良值，通过改进火电机组高温蒸汽管道的材料设计或重要辅助设备及系统采用冗余设计，或采用成熟产品，实现火电机组可靠性的优化改进，达到了通过可靠性设计监控提高火电机组可靠性的技术效果。

Description

一种火电机组可靠性的设计监控装置及方法

技术领域

本发明涉及一种火力发电机组可靠性的设计监控装置及方法，应用于火力发电机组可靠性的定量预测和优化改进，属于火力发电机组的技术领域。

背景技术

评价火电机组可靠性的指标是等效强迫停运率EFOR，在火电机组的使用阶段，采用电力行业标准《发电设备可靠性评价规程》(DL/T793)，通过火电机组运行历史数据的统计分析，可以确定火电机组的等效强迫停运率EFOR的运行数据统计值。已申请过《一种火力发电机组等效强迫停运率的预测方法》，申请号200810042763.7，可以在使用阶段定量预测火电机组的等效强迫停运率。在火电机组的设计阶段，成套火电机组可靠性的定量预测、优化改进和设计监控，还没有合适的装置及方法可供使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种火电机组可靠性设计监控装置及方法，在设计阶段实现火电机组可靠性的定量预测和优化改进。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种火电机组可靠性的设计监控装置，其特征在于，包括火电机组可靠性计算服务器、数据库服务器、网页服务器和用户端浏览器，计算服务器与数据库服务器和网页服务器连接，网页服务器与用户端浏览器连接。

本发明的另一个技术方案是提供了一种采用上述的火电机组可靠性的设计监控装置的火电机组可靠性设计监控方法，其特征在于，运行在计算服务器上，应用于火电机组可靠性的设计监控，具体步骤为：

第一步、确定火电机组设计综合系数A_k，A_k＝1-K₁-K₂，其中，K₁为火电机组高温蒸汽管道材料设计系数，其值为主蒸汽管道设计系数、一次再热蒸汽管道及二次再热蒸汽管道设计系数之和，K₂为火电机组的辅助设备及系统冗余设计系数，其值为所有辅助设备及厂用电系统的冗余设计系数之和；

第二步、确定辅助设备及系统的运行可用度A_oa，SH为火电机组的运行小时数，FOH_a为火电机组的辅助设备及系统的强迫停运小时数，C_a为辅助设备修正系数；

第三步、确定锅炉的运行可用度A_ob，FOH_b为电站锅炉的强迫停运小时数，C_b为电站锅炉修正系数；

第四步、确定火电机组控制与保护系统的运行可用度A_oc，FOH_c为火电机组控制与保护系统的强迫停运小时数，C_c为火电机组控制与保护系统修正系数；

第五步、确定发电机的运行可用度A_og，FOH_g为发电机的强迫停运小时数，C_g为发电机修正系数；

第六步、确定汽轮机的运行可用度A_ot，FOH_t为汽轮机的强迫停运小时数，C_t为汽轮机修正系数；

第七步、计算火电机组的等效强迫停运率EFOR，EFOR＝1-A_oa·A_ob·A_oc·A_og·A_ot·A_K；

第八步、确定火电机组可靠性设计监控的优良值EFOR₀，EFOR₀＝min{EFOR₁，EFOR₂}，其中，EFOR₁为电站业主要求的火电机组可靠性设计监控的优良值，EFOR₂为规范要求的等效强迫停运率的指标值；

第九步、火电机组可靠性的设计监控：

将优良值EFOR₀与等效强迫停运率EFOR作比较，若EFOR≤EFOR₀，表明该台火电机组的等效强迫停运率达到了优良值，可靠性设计监控结束，否则进入第十步；

第十步、需要在火电机组的设计阶段进行可靠性优化改进，改进后，重新执行第一步至第九步，直到EFOR≤EFOR₀为止。

优选地，还包括：

第十一步、打印输出结果：

输出并打印火电机组的高温蒸汽管道的设计选材、火电机组辅助设备及系统的冗余设计、火电机组设计综合系数A_k、辅助设备及系统的运行可用度A_oa、锅炉的运行可用度A_ob、火电机组控制与保护系统的运行可用度A_oc、发电机的运行可用度A_og、汽轮机的运行可用度A_ot、火电机组的等效强迫停运率EFOR与火电机组可靠性设计监控的优良值EFOR₀。

优选地，所述辅助设备至少包括磨煤机的制粉系统、给煤机的制粉系统、给水系统、凝结水系统及循环系统。

本发明的优点是提供了火电机组可靠性设计监控装置及方法，实现了火电机组可靠性的定量预测和设计监控。如果火电机组的等效强迫停运率EFOR达不到优良值，通过改进火电机组高温蒸汽管道的材料设计或重要辅助设备及系统采用冗余设计，或采用成熟产品，实现火电机组可靠性的优化改进，达到了通过可靠性设计监控提高火电机组可靠性的技术效果。

附图说明

图1为本发明所采用的可靠性设计监控装置的方框图；

图2为火电机组系统的功能框图；

图3为本发明所采用的可靠性设计监控方法的流程图；

图4为本发明所采用方法的计算机软件框图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本发明提供了一种火电机组可靠性设计监控装置，包括火电机组可靠性计算服务器、数据库服务器、网页服务器和用户端浏览器，计算服务器与数据库服务器和网页服务器连接，网页服务器与用户端浏览器连接。

本的发明还提供了上述装置所采用的火电机组可靠性设计监控方法，采用C语言编写的火电机组可靠性计算软件，运行在计算服务器上，应用于火电机组可靠性的设计监控，具体步骤为：

第一步：确定火电机组设计综合系数A_k：

火电机组设计综合系数A_k确定使用下式：A_k＝1-K₁-K₂；

式中，K₁为火电机组高温蒸汽管道材料设计系数，从数据库中查取高温蒸汽管道的蒸汽温度和材料牌号，按照高温蒸汽管道在不同蒸汽温度下的设计选用材料划分A区和B区表示在表1，火电机组高温蒸汽管道材料设计系数i＝1，2，3；定义A区k_i＝0，B区k_i＝0.002；

表1

K₂为火电机组的重要辅助设备及系统冗余设计系数，从数据库中查找制粉系统、给水系统、凝结水系统、循环水系统、厂用电系统的设备冗余设计数据，按照火电机组的重要辅助设备及系统不同的冗余设计结果划分为A区和B区表示在表2，火电机组的重要辅助设备系统冗余设计系数i＝1，2，3，4，5，6；定义A区k_i＝0，B区k_i＝0.002；

表2

第二步：确定辅助设备及系统的运行可用度A_oa：

从数据库中调取同类火电机组的辅助设备及系统的可靠性历史数据统计值，其运行可用度A_oa依据历史数据统计值表示的计算公式为：

$A_{\mathrm{oa}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_a\×C_a};$

式中，SH为火电机组的运行小时数，FOH_a为火电机组的辅助设备及系统的强迫停运小时数，C_a为辅助设备修正系数，辅助设备采用了成熟产品C_a＝0.8，辅助设备采用了同类型产品C_a＝1.0，辅助设备采用了新研制产品C_a＝1.2；

第三步：确定锅炉的运行可用度A_ob：

从数据库中调取同类火电机组的锅炉的可靠性历史数据的统计值，其运行可用度A_ob依据历史数据统计值表示的计算公式为：

$A_{\mathrm{ob}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_b\×C_b};$

式中，FOH_b为电站锅炉的强迫停运小时数，C_b为锅炉设备修正系数，电站锅炉采用了成熟产品C_b＝0.8，电站锅炉采用了同类型产品C_b＝1.0，电站锅炉采用了新研制产品C_b＝1.2；

第四步：确定火电机组控制与保护系统的运行可用度A_oc：

从数据库中调取同类火电机组的控制与保护系统的可靠性历史数据统计值，其运行可用度A_oc依据历史数据统计值表示的计算公式为：

$A_{\mathrm{oc}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_c\×C_c};$

式中，FOH_c为火电机组控制与保护系统的强迫停运小时数，C_c为控制设备修正系数，控制与保护系统采用了成熟产品C_c＝0.8，控制与保护系统采用了同类产品，C_c＝1.0，控制与保护系统采用了新产品，C_c＝1.2；

第五步：确定发电机的运行可用度A_og：

从数据库中调取同类火电机组的发电机的可靠性历史数据的统计值，其运行可用度A_og依据历史数据统计值表示的计算公式为：

$A_{\mathrm{og}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_g\×C_g};$

式中，FOH_g为发电机的强迫停运小时数，C_g为发电机设备修正系数，发电机采用了成熟产品C_g＝0.8，发电机采用了同类型产品C_g＝1.0，发电机采用了新研制产品C_g＝1.2；

第六步：确定汽轮机的运行可用度A_ot：

从数据库中调取同类火电机组的汽轮机的可靠性历史数据的统计值，其运行可用度A_ot依据历史数据统计值表示的计算公式为：

$A_{\mathrm{ot}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_t\×C_t}$

式中，FOH_t为汽轮机的强迫停运小时数，C_t为汽轮机设备修正系数，汽轮机采用了成熟产品C_t＝0.8，汽轮机采用了同类型产品C_t＝1.0，汽轮机采用了新研制产品C_t＝1.2；

第七步：计算火电机组的等效强迫停运率EFOR：

采用C语言编写的火电机组可靠性计算软件，运行在计算服务器上，火电机组等效强迫停运率EFOR的计算公式表示为：

EFOR＝1-A_oa·A_ob·A_oc·A_og·A_ot·A_K；

第八步：确定火电机组可靠性设计监控的优良值EFOR₀

根据电站业主要求的EFOR₁和“电站设备研制与生产的可靠性通用大纲”要求的等效强迫停运率的指标值EFOR₂，确定火电机组等效强迫停运率设计监控的判据优良值EFOR₀表示为：EFOR₀＝min{EFOR₁，EFOR₂}；

第九步：火电机组可靠性的设计监控

把火电机组的等效强迫停运率的计算值EFOR与EFOR₀作比较：若EFOR≤EFOR₀，表明该台火电机组的等效强迫停运率达到了优良值，可靠性设计监控结束；

第十步：火电机组可靠性的优化改进

若EFOR＞EFOR₀，表示该台火电机组的等效强迫停运率没有达到优良值，需要在火电机组的设计阶段进行可靠性优化改进，优化改进措施包括：改进高温蒸汽管道的材料设计；或采用表2的A区所列的制粉系统、给水系统、凝结水系统、循环水系统、厂用电系统的冗余设计；或对火电机组的辅助设备及系统、锅炉、控制与保护系统、发电机、汽轮机采用成熟产品或同类型产品；重新进行第一步至第九步的火电机组可靠性的设计监控，直到火电机组的等效强迫停运率EFOR≤EFOR₀为止；

第十一步：打印输出结果

输出并打印火电机组的高温蒸汽管道的设计选材、火电机组辅助设备及系统的冗余设计、火电机组设计综合系数A_k、辅助设备及系统的运行可用度A_oa、锅炉的运行可用度A_ob、火电机组控制与保护系统的运行可用度A_oc、发电机的运行可用度A_og、汽轮机的运行可用度A_ot、火电机组的等效强迫停运率EFOR与火电机组可靠性设计监控的优良值EFOR₀。

以下结合具体数据来进一步说明本发明。

如图2所示，为火电机组系统的功能框图，某型号24.2MPa/566℃/566℃超临界600MW火电机组，一次再热机组，由锅炉、汽轮机、发电机、辅助设备及系统、控制与保护系统组成，图2中的箭头表示相互作用关系以及火电机组的输入与输出。

如图3所示，为本发明火电机组可靠性设计监控方法的流程图，如图4所示，为本发明采用的计算机软件框图，该软件安装在火电机组可靠性计算服务器上，应用于火电机组可靠性的设计监控与优化改进。在该型号600MW火电机组的设计阶段，使用本发明提供的可靠性设计监控装置及方法，得出该型号600MW火电机组可靠性的设计结果，具体步骤如下：

第一步：从数据库中查取高温蒸汽管道的蒸汽温度为566℃、初步设计选取主蒸汽管道材料CrMoV钢，按照高温蒸汽管道在不同蒸汽温度下的设计选用材料处于B区，该型号600MW火电机组高温蒸汽管道材料设计系数 $K_1=\underset{i}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i=(0.002+0.002+0)=0.004;$

从数据库中查找制粉系统、给水系统、凝结水系统、循环水系统、厂用电系统的设备冗余设计数据，该型号600MW火电机组的重要辅助设备及系统不同的冗余设计结果表示在表3，该型号600MW火电机组的重要辅助设备及系统冗余设计系数 $K_2=\underset{i}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i=(0+0+0+0+0.002+0.002)=0.004;$

得出该型号600MW火电机组设计综合系数为：A_K＝1-K₁-K₂＝1-0.004-0.004＝0.992

第二步至第六步：从数据库中调取同类600MW火电机组的可靠性历史数据统计值，SH＝40196543.33h，FOH_a＝124750.57h，FOH_b＝201752.23h，FOH_c＝6143.02h，FOH_g＝72282.90h，FOH_t＝68674.18h，辅助设备及系统、锅炉、控制与保护系统、发电机和汽轮机均采用了新研制产品，C_a＝C_b＝C_c＝C_g＝C_t＝1.2，该型号600MW火电机组的辅助设备及系统的运行可用度A_oa、锅炉的运行可用度A_ob，控制与保护系统的运行可用度A_oc、发电机的运行可用度A_og与汽轮机的运行可用度A_ot的计算结果分别为：

$A_{\mathrm{oa}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_a\×C_a}=\frac{40196543.33}{40196543.33+124750.57\×1.2}=0.99629$

$A_{\mathrm{ob}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_b\×C_b}=\frac{40196543.33}{40196543.33+201752.23\×1.2}=0.99401$

$A_{\mathrm{oc}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_c\×C_c}=\frac{40196543.33}{40196543.33+6143.02\×1.2}=0.99982$

$A_{\mathrm{og}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_g\×C_g}=\frac{40196543.33}{40196543.33+72282.90\×1.2}=0.99785$

$A_{\mathrm{ot}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_t\×C_t}=\frac{40196543.33}{40196543.33+68674.18\×1.2}=0.99795$

第七步：采用C语言编写的火电机组可靠性计算软件，运行在计算服务器上，该型号600MW火电机组等效强迫停运率EFOR的计算结果为：

EFOR＝1-A_oa·A_ob·A_oc·A_og·A_ot·A_K＝1-0.99629×0.99401×0.99982×0.99785×0.99795×0.992＝0.0219

第八步：根据电站业主要求该型号600MW火电机组的EFOR₁＝0.002，“电站没备研制与生产的可靠性通用大纲”要求等效强迫停运率的指标值EFOR₂＝0.06，确定该型号600MW火电机组等效强迫停运率设计监控的判据优良值EFOR₀表示为：

EFOR₀＝min{EFOR₁，EFOR₂}＝min{0.02，0.06}＝0.02

第十步至第十一步：把该型号600MW火电机组的等效强迫停运率的计算值EFOR与EFOR₀相比较，由于EFOR＝0.0219＞EFOR₀＝0.02，表示该型号600MW火电机组的等效强迫停运率没有达到优良值，需要在设计阶段进行可靠性优化改进；优化改进措施包括：改进高温蒸汽管道采用P91材料，K₁＝0；并采用表2的A区所列的制粉系统、给水系统、凝结水系统、循环水系统、厂用电系统的冗余设计，K₂＝0；A_K＝1-K₁-K₂＝1.0；对该型号600MW火电机组的辅助设备及系统、锅炉、控制与保护系统、发电机、汽轮机均采用同类型产品，有C_A＝C_B＝C_C＝C_G＝C_T＝1.0，重新进行第一步至第十步，该型号600MW火电机组可靠性的设计监控结果如下：

$A_{\mathrm{oa}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_a\×C_a}=\frac{40196543.33}{40196543.33+124750.57\×1.0}=0.99691$

$A_{\mathrm{ob}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_b\×C_b}=\frac{40196543.33}{40196543.33+201752.23\×1.0}=0.99500$

$A_{\mathrm{oc}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_c\×C_c}=\frac{40196543.33}{40196543.33-6143.02\×1.0}=0.99985$

$A_{\mathrm{og}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_g\×C_g}=\frac{40196543.33}{40196543.33-72282.90\×1.0}=0.99820$

$A_{\mathrm{ot}}=\frac{\mathrm{SH}}{\mathrm{SH}+{\mathrm{FOH}}_t\×C_t}=\frac{40196543.33}{40196543.33-68674.18\×1.0}=0.99829$

EFOR＝1-A_oa·A_ob·A_oc·A_og·A_ot·A_K＝1-×0.99691×0.99500×0.99985×0.99820×0.99829×1.0＝0.0117；

EFOR₀＝min{EFOR₁，EFOR₂}＝min{0.02，0.06}＝0.02；

由于EFOR＝0.0117＜EFOR₀＝0.02，表明该型号600MW火电机组的等效了用系数达到了优良值，可靠性设计监控结束。

使用本发明提供的火电机组可靠性设计监控装置及方法，实现了该型号600MW火电机组可靠性的定量预测和设计监控。初步计算该型号600MW火电机组的等效强迫停运率EFOR达不到优良值，通过改进该型号600MW火电机组高温蒸汽管道的材料设计；重要辅助设备及系统采用冗余设计，以及三大主机、辅助设备及系统、控制与保护系统均采用了同类型产品后，实现该型号600MW火电机组可靠性的优化改进，达到提高该型号600MW火电机组可靠性的技术效果。

Claims (3)

1.一种火电机组可靠性的设计监控装置的火电机组可靠性设计监控方法，该火电机组可靠性的设计监控装置包括火电机组可靠性计算服务器、数据库服务器、网页服务器和用户端浏览器，计算服务器与数据库服务器和网页服务器连接，网页服务器与用户端浏览器连接，其特征在于，运行在计算服务器上，应用于火电机组可靠性的设计监控，具体步骤为：

第一步、确定火电机组设计综合系数A_k，A_k＝1-K₁-K₂，其中，K₁为火电机组高温蒸汽管道材料设计系数，其值为主蒸汽管道设计系数、一次再热蒸汽管道及二次再热蒸汽管道设计系数之和，K₂为火电机组的辅助设备及系统冗余设计系数，其值为所有辅助设备及厂用电系统的冗余设计系数之和；

第二步、确定辅助设备及系统的运行可用度A_oa，SH为火电机组的运行小时数，FOH_a为火电机组的辅助设备及系统的强迫停运小时数，C_a为辅助设备修正系数；

第三步、确定锅炉的运行可用度A_ob，FOH_b为电站锅炉的强迫停运小时数，C_b为电站锅炉修正系数；

第四步、确定火电机组控制与保护系统的运行可用度A_oc，FOH_c为火电机组控制与保护系统的强迫停运小时数，C_c为火电机组控制与保护系统修正系数；

第五步、确定发电机的运行可用度A_og，FOH_g为发电机的强迫停运小时数，C_g为发电机修正系数；

第六步、确定汽轮机的运行可用度A_ot，FOH_t为汽轮机的强迫停运小时数，C_t为汽轮机修正系数；

第七步、计算火电机组的等效强迫停运率EFOR，EFOR＝1-A_oa·A_ob·A_oc·A_og·A_ot·A_K；

第八步、确定火电机组可靠性设计监控的优良值EFOR₀，EFOR₀＝min{EFOR₁，EFOR₂}，其中，EFOR₁为电站业主要求的火电机组可靠性设计监控的优良值，EFOR₂为规范要求的等效强迫停运率的指标值；

第九步、火电机组可靠性的设计监控：

将优良值EFOR₀与等效强迫停运率EFOR作比较，若EFOR≤EFOR₀，表明该台火电机组的等效强迫停运率达到了优良值，可靠性设计监控结束，否则进入第十步；

第十步、需要在火电机组的设计阶段进行可靠性优化改进，改进后，重新执行第一步至第九步，直到EFOR≤EFOR₀为止。

2.如权利要求1所述的一种设计监控装置的火电机组可靠性设计监控方法，其特征在于，还包括：

第十一步、打印输出结果：

输出并打印火电机组的高温蒸汽管道的设计选材、火电机组辅助设备及系统的冗余设计、火电机组设计综合系数A_k、辅助设备及系统的运行可用度A_oa、锅炉的运行可用度A_ob、火电机组控制与保护系统的运行可用度A_oc、发电机的运行可用度A_og、汽轮机的运行可用度A_ot、火电机组的等效强迫停运率EFOR与火电机组可靠性设计监控的优良值EFOR₀。

3.如权利要求1或2所述的一种设计监控装置的火电机组可靠性设计监控方法，其特征在于，所述辅助设备至少包括磨煤机的制粉系统、给煤机的制粉系统、给水系统、凝结水系统及循环系统。