引风机动叶调整故障原因分析及优化方案研究

彭博伟

(安徽华电六安发电有限公司 生产技术部, 安徽 六安 237126)



引风机动叶调整故障原因分析及优化方案研究

彭博伟

(安徽华电六安发电有限公司 生产技术部, 安徽 六安 237126)

以某厂动调轴流引风机为研究对象,介绍了一起因液压缸故障引起机组跳闸的事故,并分析了故障原因,主要有两点:动叶指令函数死区过大;RB保护动作无法触发.针对以上原因,提出了一种对风机状态参数信号进行综合判断的优化方案,对引风机的故障进行融合处理,并触发引风机跳闸,再通过RB保护动作,从而有效避免了机组主燃料跳闸,提高了机组安全运行性能.

引风机; 动叶指令; RB保护; 机组MFT

引风机作为火力发电厂锅炉3大风机之一,也是电厂锅炉最重要的辅助设备之一,是一种从动流体机械,其主要依靠机械能来提高气体压力并且排送气体,以达到通风、引风的目的.近年来,为了节能降耗,大型火电机组普遍采用以液压缸方式为主的轴流式引风机,通过液压系统改变叶片角度来改变风机调节特性曲线,加工制造精度要求较高,结构相对复杂,但其具有调节灵敏、耗电量低和运行效率高等特点,在一定程度上减轻了风机的运行磨损和振动.因此,以液压调节为主的调节方式将是未来引风机控制的发展方向.但在火电厂的实际运行中,引风机由于处于长期连续工作状态,运行环境恶劣,故障率较高.动叶故障是轴流引风机常见的故障之一,严重影响机组的安全稳定运行,因此如何预防并排除轴流式引风机故障成为当前各电厂急需解决的技术难题[1-5].

本文对一起由引风机液压缸故障导致锅炉主燃料跳闸(Main Fuel Trip,MFT)事件,分析其故障原因,提出优化建议并应用于机组实际运行,以提高机组运行的安全性能.

1 设备概况

某电厂3#和4#机组锅炉为上海锅炉厂制造生产的超超临界变压运行螺旋管圈直流炉,单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式,型号为SG-2024/26.15-M6002.引风机为沈阳鼓风机集团有限公司生产的双级动调轴流吸风机,型号为ASS-3150/1500/-2J.液压缸为晋中航天液压制造有限公司生产,型号为350/5H,动叶执行器为智能型罗托克.

在机组建设过程中,由于先后进行了增加低温省煤器及脱硫增容改造工作,引风机运行参数和系统阻力均发生了变化,具体情况如表1所示.风机厂仅对电动机功率进行调整,风机本体部分也仅对联轴器进行增大,其余并未做调整,导致液压自身的调节特性与实际工况不匹配.

表1 系统发生变化后系统阻力数据

从设备使用中发现,因工况不匹配,风机运行多次出现故障.虽经检修进行局部改造,但仍有部分故障未消除,引风机处于“带病”工作状态,机组安全稳定运行存在不可控因素.引风机运行时常见故障如下:

(1) 液压调节油站始终处于6.3～6.5 MPa高压运行状态,液压系统故障频繁;

(2) 风机曲柄、滑块、导环频繁出现损坏;

(3) 液压调节机构轴承腐蚀卡涩;

(4) 轮毂与液压缸制造、安装配合精度不良;

(5) 液压缸出现腐蚀现象及润滑油颗粒度易超标;

(6) 执行器连杆与液压调节装置连接的联轴器膜片破损断裂.

其中,液压系统的故障较多,且危害性也较为严重.一旦液压缸出现故障,将导致动叶调节失效,对炉膛压力的调节造成极大的影响,严重时可造成机组非计划停运[3-6].

2 引风机动叶调整故障经过

分布式控制系统(DCS)事故动作曲线如图1所示.

图1 DCS事故动作曲线

2016年4月17日06∶36∶17,3#机组负荷587 MW,主汽压力24.1 MPa,自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)投入正常,3#炉A,B,C,D,E磨煤机运行,炉膛压力为-24 Pa,A引风机动叶指令44.5%,反馈44.09%,电机电流355.2 A,轴承振动1.78 mm/s;B引风机动叶指令44.5%,反馈44.09%,电机电流355.2 A.当天06∶36∶34,机组发电机功率587.2 MW,炉膛压力上升至2 121 Pa,3#炉MFT保护动作,3#汽轮机跳闸,3#发电机解列,跳闸首出(发生事故性跳闸出现的第一个报警信号)为:炉膛压力高,锅炉MFT炉膛压力开关动作值为2 500 Pa.

由图1可以看出:06∶36∶18,3#机组发电机功率为587.5 MW,炉膛压力为-18 Pa,A引风机动叶指令44.5%,反馈44.09%,电机电流瞬间突变为175.5 A.风机无法调节,液压缸自动全关,叶片处于零位,风机不出力,导致炉膛压力高,机组MFT动作,机组停运.

3 故障原因分析

机组停运后,经解体发现风机液压缸推盘与液压缸支撑盖连接螺栓全部断裂,导致执行器连接膜片断裂,如图2所示.

图2 执行器与液压缸连接膜片断裂

初步分析,造成执行器连接膜片断裂的原因有两点.

3.1 引风机动叶指令函数死区过大 对抑制炉膛负压变化不起作用

炉膛压力控制逻辑的前馈由3部分组成,分别为机组负荷指令、送风机总指令和炉膛负压3个回路,如图3所示.

这3个回路由不同的函数进行计算,直接叠加到风机动叶指令中.其中,炉膛负压所对应的引风机动叶指令函数如下:

(1)

式中:f(x)——引风机动叶指令,%;x——炉膛压力,Pa.

在整个事故中,机组的负荷和主要参数并没有发生变化,只有炉膛负压在17 s内由-24 Pa上升至2 205 Pa并触发MFT.由式(1)可以看出,炉膛压力对于引风机动叶指令的函数死区为600 Pa.在死区范围内,炉膛负压的前馈对于抑制炉膛负压变化不起任何作用,超出死区范围后,引风机动叶在前馈作用下才开始变化,A引风机的动叶开度由44%上升至54%,B引风机的动叶开度由66%上升至80%.

图3 炉膛负压前馈逻辑

3.2 A引风机一直处于运行状态 RB无法触发

辅机故障减负荷(RUNBACK,RB)指机组主要辅机故障跳闸造成机组实发功率受到限制时,为适应设备出力,控制系统强制将机组负荷减到尚在运行辅机所能承受的负荷目标值.

在整个事件中,A引风机已经没有出力.但在炉膛负压上升期间,A引风机电机一直处于运行状态,并没有跳闸,RB无法触发,能够避免机组跳闸的最重要一项保护措施已失去作用.查阅机组调试期间的报告,单台引风机跳闸,机组RB动作是成功的.因此,在这种工况下,若能增加一个可以有效辨识风机异常的判据,触发引风机跳闸,通过RB保护动作,快速、平稳地把负荷降低到机组出力允许范围内,就完全有可能避免机组跳闸[4,6-8].

4 优化方案

4.1 炉膛负压的前馈函数优化

在事故初始阶段,A引风机液压缸无出力,炉膛负压持续上升.超过600 Pa后,前馈作用中的炉膛负压函数才能发挥作用,但由于死区过大,导致后续调节错过最佳时机,已经无法抑制炉膛负压的快速增长.因此,需要对于炉膛负压函数的死区进行调整.

对此次MFT事故进行分析研究,发现在加强对炉膛负压信号滤波的前提下,可对炉膛负压函数死区范围进行调节,将其调整到±200～300 Pa之间,满足机组正常运行时炉膛负压控制在-20～-80 Pa之间.调整死区后的炉膛负压前馈函数可发挥作用,有效避免了机组MFT.

4.2 引风机跳闸判据有效性

从风机故障到MFT动作期间,风机始终处于运行状态,并未跳闸.因此需要增加一种新的能够有效辨识风机的异常状态的判据,避免事故扩大化.分析此次事故,发现若利用风机电流和风机动叶指令的比值辨识风机运行状态,可避免机组MFT动作.表2中记录了部分时刻风机电流和动叶指令的比值数据.

表2 风机电流与动叶指令的比值

由表2可以看出,跳闸时,风机电流为162 A,动叶指令为54,比值为3.该比值已经超出动叶正常调节时的范围.在此基础上,增加风机电流有效合理判据,共同触发RB动作,就可避免事故扩大化.风机改进调节前后的触发原理图分别如图4和图5所示.

图4 风机改进前的触发原理

图5 风机改进后的触发原理

对风机进行最大出力试验,其电流为660 A,动叶开度85%.风机启动电流为190 A.因此,将风机电流过大定值设定为660 A,风机电流过小定值设定为190 A,则风机电流与动叶指令之比

超范围设定值小于3.目前,风机改进后的触发逻辑已经进行在DCS中实现,如图6所示.对现场运行情况进行分析判断,在风机动叶异常时,能够避免事故的再次发生[7-10].

图6 风机改进后的触发逻辑

5 结 语

动叶故障是威胁风机和机组安全稳定运行的重要隐患,若不及时处理分析,会导致更严重的机组故障.针对此次引风机动叶故障进行认真研究与分析,提出了优化方案并应用于DCS中,取得良好的效果,有效避免了机组MFT,使风机调节系统的可靠性大大提高,为机组的安全稳定运行提供了保障.本文分析的事故仅是风机异常的一种情况,但所提出的优化方案可供其他引风机事故借鉴和思考.

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(编辑 桂金星)

Cause Analysis on Faults of Rotating Blades Regulation ofInduced Draft Fan and Optimization Research

PENG Bowei

(ProductionTechnologyDepartmant,AnhuiHuadianLu’anPowerPlant,Lu’an237126,China)

Induced draft fan of some power plant is taken as a research object,and an accident of unit trip with fault of hydraulic actuator is introduced.By means of analysis,it is discovered that there are two main causes for the fault:oversized instruction function dead of rotating blades and RB protection is not triggered.Relevant optimization researches are adopted in allusion to the above causes.It makes fusion process for the fault of the induced draft fan,and triggers trip of the induced draft fan through movement of RB protection.Accordingly,it effectively prevents the unit MFT and improves the safe operation of unit performance.

induced draft fan; rotating blades instruction; RB protection; unit MFT

10.3969/j.issn.1006-4729.2016.05.018

2016-06-30

简介：彭博伟(1984-),男,硕士,工程师,河北博野人.主要研究方向为火电厂自动控制.E-mail:pengbowei@163.com.

TK223.26

A

1006-4729(2016)05-0499-05