РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ
НАДЕЖНОСТЬ ГЕНЕРИРУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
6.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Генерирующее оборудование (ГО) в системах энергетики (СЭ) находится на низшем иерархическом уровне, но вместе с тем является основным структурным элементом в производстве электроэнергии. Генерирующее оборудование состоит из двух групп элементов (ГЭ), неразрывно связанных между собой технологией производства, но принципиально различных по физическим и химическим процессам, протекающим при работе.
Одна группа - электротехническое оборудование, другая - теплосиловое. В первой - механическая работа трансформируется в электрическую энергию, во второй - химическая энергия топлива или теплота, выделяющаяся при делении атомов, или кинетическая энергия падающей воды превращается в механическую работу. В зависимости от первичного источника энергии ГО компонуется в паротурбинные установки и гидроагрегаты. Физико-химические процессы в электротехническом оборудовании всех групп ГО идентичны. Физико-химические процессы атомных, тепловых и гидравлических ГЭ принципиально отличны друг от друга. Поэтому постановка задачи определения свойств надежности не является однозначной и делится на два самостоятельных направления.
Основной постулат первой задачи декларирует, что ГЭ это единичное и неделимое целое - генерирующий агрегат, надежность которого оценивается по результатам выполнения заданных функций без учета физических и химических процессов. Здесь свойства надежности оцениваются по вероятностным стандартным или ведомственным показателям.
Во второй задаче учитывается вид первичной энергии. Надежность определяется по детерминированным показателям изменения свойств материалов, из которых изготовлено ГО, взаимодействия рабочих сред, других факторов, отражающих влияние первичной энергии. Этот подход в общем случае не исключает характеристику свойств надежности показателями, используемыми в первой задаче.
Динамика показателей ГО в фундаментальных и прикладных исследованиях, а также нестандартных задачах определяется методами и вычислительным аппаратом, зависящим от поставленных целей. Задачи оценки уровня надежности и управления надежностью приводятся к анализу и синтезу причин изменения значения показателей, характеризующих безотказность, ремонтопригодность, долговечность, · сохраняемость и на этой основе к разработке рекомендаций, реализация которых улучшает эти показатели или позволяет поддерживать их на заданном уровне.
Генерирующим оборудованием низшего уровня иерархии является энергоблок при блочной схеме паротурбинной установки и установка с поперечной связью при неблочной.
К ГО энергоблочной паротурбинной установки относят энергоблок, представляющий в элементарном случае по схеме надежности последовательное соединение парового котла (реактора), паропроводов, паровой турбины, питательного трубопровода, электрического генератора. Различают две компоновки энергоблока: моноблочную и дубль-блочную.
Характерной особенностью моноблочной схемы является отсутствие резерва основных ГЭ. В дубль-блочной схеме предусматривается резервирование паропроизводительности котла за счет его деления на два самостоятельно работающих корпуса. Принципиальная схема надежности неблочной установки имеет обязательное резервирование всех ГЭ. В разд. 6 приводятся справочные данные только об энергоблочных установках.
Параграф 6.2 посвящен анализу надежности ГО. Общая характеристика методов анализа надежности выполнена в п. 6.2.1. Дана классификация возможных подходов, приводятся требования к отдельным методам.
В п. 6.2.2 рассмотрена модель анализа надежности оборудования с учетом нескольких типов рабочих состояний. Эта модель носит достаточно общий характер и используется для решения различных задач. Согласно общей классификации эта модель описывает генерирующий агрегат как сложную систему, поскольку наряду с полностью работоспособным (рабочим и исправным) и неработоспособным (нерабочим) состояниями включает и неисправные (рабочие) состояния. Анализ доведен до формул, позволяющих рассчитать отдельные показатели надежности.
В § 6.3 рассмотрен ряд задач, связанных с влиянием различных факторов на надежность генерирующего оборудования и оптимизацией его надежности при эксплуатации. Одним из важнейших факторов, характеризующих ремонтное обслуживание, является величина межремонтного периода (МРП). Возможность оптимизации МРП основана на следующих соображениях. При увеличении МРП снижаются ежегодные издержки на предупредительные ремонты. Вместе с тем при этом можно ожидать увеличения ежегодных издержек на аварийные ремонты и снижения надежности ЭЭС в связи с увеличением ненадежности оборудования. Отсюда возникают задачи определения влияния длительности МРП на надежность генерирующего оборудования (см. вторую и третью части п. 6.3.1). Поскольку величина МРП влияет на затраты плановых и аварийных ремонтов противоположным образом, при некоторой оптимальной длительности МРП суммарные затраты минимизируются (см. первую часть п. 6.3.1).
Оптимизационная модель п. 6.3.1 по постановке имеет сходные черты с типовой оптимизационной моделью п. 5.5.3 тома 1 настоящего справочника [1] (оптимизация регламентного технического обслуживания систем), однако существенно отличается от нее в конкретной реализации. Предлагаемый в п. 6.3.1 подход распространяется на энергоблоки тепловых, гидравлических и атомных электростанций, их основное оборудование (котлы, турбины, генераторы, реакторы), и недублированные вспомогательные агрегаты, отказ которых приводит к отказу энергоблока в целом. Основные используемые здесь показатели надежности - это параметр потока отказов и время восстановления.
Для мощных тепловых блоков конденсационных ТЭС, спроектированных для работы в базовых режимах, особое значение имеют режимы переменной нагрузки, так называемые маневренные режимы. Исследование влияния маневренности на надежность тепловых блоков и их элементов предполагает выбор основных параметров маневренности, анализ связи между этими параметрами и показателями надежности (см. первую часть п. 6.3.2). Это исследование интересно не только само по себе, но и для выбора оптимальной стратегии маневрирования с совместным учетом экономичности и надежности энергоблоков (см. вторую часть п. 6.3.2).
Оптимизационная модель п. 6.3.2 не имеет аналогов среди типовых моделей оптимизации надежности. В исходной постановке эта модель включает в себя условия работы блоков в системе, однако затем упрощается и учитывает показатели только отдельного теплового энергоблока. Используются типовые показатели надежности - параметр потока отказов и время восстановления, а также нестандартные показатели - среднегодовые продолжительности капитальных, средних и текущих ремонтов.
С влиянием наработки на показатели надежности наиболее тесно связан выбор оптимального ресурса агрегата или его элементов. Для ’’нестареющих” агрегатов не существует и оптимального ресурса. Для ’’стареющих” агрегатов можно ожидать, что оптимальный ресурс близок к величине наработки, при которой показатели надежности резко ухудшаются. Задачи этого типа рассмотрены в п. 6.3.3.
Оптимизационная модель п. 6.3.3 достаточно близка к типовой модели оптимизации надежности п. 5.5.2 [1] (оптимальная профилактическая замена элемента по информации о его наработке), однако различается тем, что здесь рассматриваются агрегаты и элементы, восстанавливаемые, а не заменяемые после отдельных отказов. Подход п. 6.3.3 может быть распространен на энергоблоки ТЭС, ГЭС и АЭС, их основное оборудование (котел, турбина, генератор, реактор), отдельные восстанавливаемые конструктивные узлы основного оборудования, а также сдублированные вспомогательные элементы. Основные используемые здесь показатели надежности - это параметр потока отказов и среднегодовое время восстановления.
Методы и модели диагностики состояния генерирующего оборудования рассмотрены в § 6.4. В п. 6.4.1 классифицированы основные направления диагностики (оперативная и ремонтная), описаны отдельные методы диагностирования. Для анализа надежности в этом случае может быть использована обобщенная модель п. 6.2.2. Оптимизационная модель ремонтнотехнического обслуживания на основе диагностики, ориентированная на оперативную диагностику (см. п. 6.4.2), существенно отличается от типовой модели оптимизации поиска отказавших элементов (см. § 5.4 [1]), предназначенной преимущественно для ремонтной диагностики и не учитывающей специфики оперативной диагностики. Область применения и основные используемые показатели надежности здесь такие же, как и в п. 63.1, причем дополнительно используется еще вероятность отказа и безотказной работы.
Вопросы сбора и обработки ретроспективной информации о надежности ГО и его элементов рассмотрены в § 6.5. Формулируются цели сбора и обработки информации. Описана совокупность необходимых организационно-технических мероприятий. Конкретизируются источники информации и формы используемых документов.
В ряде случаев изложение методов и математических моделей сопровождается демонстрацией возможности их применения. Характер представленных результатов достаточно разнообразен - от простых иллюстраций до практических рекомендаций.
