李新建，王少偉

(華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204)

1 機(jī)組概況

華電濰坊發(fā)電有限公司Ⅱ期2×670 MW超臨界發(fā)電機(jī)組的三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器為上海市東方海事工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的容克式空氣預(yù)熱器，自動(dòng)漏風(fēng)控制系統(tǒng)LCS(Leakage Control System)采用觸摸屏作為人機(jī)界面，西門子PLCS7－200型可編程控制器作為主控設(shè)備，通過操作觸摸屏對(duì)空氣預(yù)熱器熱端扇形板與轉(zhuǎn)子徑向密封片的間隙進(jìn)行控制。圖1為A側(cè)空氣預(yù)熱器#1扇形板控制畫面，另外有LCS故障、LCS－PLC故障等綜合信號(hào)送至集控室光字牌報(bào)警。

圖1 空氣預(yù)熱器A－1扇形板控制畫面

2 工作原理

為了減少空氣預(yù)熱器熱端的漏風(fēng)，冷態(tài)時(shí)LCS傳感器探頭與裝在轉(zhuǎn)子圓周角鋼上的傳感瓣保持0.8～1.2 mm的間隙，在機(jī)組投運(yùn)熱態(tài)時(shí)，該系統(tǒng)使扇形板定時(shí)向下跟蹤轉(zhuǎn)子的熱態(tài)變形，減少扇形板與轉(zhuǎn)子徑向密封面之間的間隙(減少漏風(fēng)面積)，漏風(fēng)面積隨著溫度梯度的增大而增加。當(dāng)轉(zhuǎn)子的一端(熱端)比另一端(冷端)熱時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)不均勻地膨脹，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生蘑菇狀變形，于是，轉(zhuǎn)子的熱端徑向密封的間隙增大引起漏風(fēng)面積增大，扇形板向下跟蹤，裝在扇形板側(cè)部的探測(cè)頭隨之向下，直到與傳感瓣接觸，屆時(shí)扇形板與轉(zhuǎn)子之間的間隙為最小允許值;陏后探桿向上移動(dòng)，觸發(fā)初級(jí)限位開關(guān)，此開關(guān)使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)2 s，然后倒轉(zhuǎn)，扇形板回升到扇形板與轉(zhuǎn)子密封片的最佳間隙(觸摸屏中可設(shè)定，一般為2～3 mm)。LCS工作原理圖如圖2所示，傳感器示意圖如圖3所示。

3 空氣預(yù)熱器電流越限，增加LCS強(qiáng)制提升功能

3.1 故障過程

2006－11－24 T 21:31，#3機(jī)組負(fù)荷370 MW，發(fā)出“空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制系統(tǒng)故障”報(bào)警信號(hào)，10 min后，3 A空氣預(yù)熱器電流不斷升高，21:53，3 A空氣預(yù)熱器主電動(dòng)機(jī)因過流而跳閘，輔電動(dòng)機(jī)聯(lián)啟后跳閘，投氣動(dòng)馬達(dá)不成功。運(yùn)行人員立即投油、停磨煤機(jī)減負(fù)荷，因分離器水位難以控制，水位達(dá)到跳閘值14.5 m，觸發(fā)鍋爐主燃料跳閘 MFT(Main Fuel Trip)。

3.2 原因分析

當(dāng)運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)3A空氣預(yù)熱器報(bào)警后，立即到就地觸摸屏檢查，發(fā)現(xiàn)A3提升器故障報(bào)警，自動(dòng)跟蹤已經(jīng)解除。按下A3“強(qiáng)制提升”按鈕后發(fā)出故障報(bào)警，即到就地控制箱處檢查，發(fā)現(xiàn)A3地控制箱上“下行”燈亮，扇形擋板機(jī)械標(biāo)尺下行，指示偏低，運(yùn)行人員將控制箱的就地開關(guān)撥至“上行”位，而“上行”燈不亮。作者判斷A3扇形擋板已經(jīng)下落，3A空氣預(yù)熱器電流增大報(bào)警是由于上部扇形擋板下落過大且與3A空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子密封片摩擦引起的。

調(diào)閱歷史曲線發(fā)現(xiàn)，3A空氣預(yù)熱器于21:31發(fā)出“空氣預(yù)熱器間隙傳感器異?！眻?bào)警，根據(jù)其內(nèi)部邏輯，控制方式由自動(dòng)控制轉(zhuǎn)為溫度控制，且自動(dòng)將扇形擋板調(diào)整至“0”位，扇形擋板的上、下間隙為－10～35 mm，1個(gè)行程耗時(shí)約30 min。從20:40開始，#3機(jī)組負(fù)荷由550MW逐步下降，到21:40減至370 MW。在此期間，3 A空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子密封片四周由向下變形改為向上，而扇形擋板在自動(dòng)控制下已逐步提高到上部位置。當(dāng)控制方式改變且要求到“0”位時(shí)，扇形擋板是處于向下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的，由此加劇了與轉(zhuǎn)子扇形擋板的摩擦，電流大報(bào)警，在4 min內(nèi)造成3A空氣預(yù)熱器主電動(dòng)機(jī)跳閘，由于摩擦嚴(yán)重，造成主、輔電動(dòng)機(jī)及氣動(dòng)馬達(dá)均無法投入。當(dāng)3 A空氣預(yù)熱器主電動(dòng)機(jī)跳閘后，扇形板自動(dòng)提升至“完全回復(fù)”，說明空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)聯(lián)鎖動(dòng)作正常，就地可編程控制(PLC)系統(tǒng)沒有死機(jī)。

3.3 暴露的問題

3 A空氣預(yù)熱器A3控制器的“空氣預(yù)熱器間隙傳感器異?！眻?bào)警發(fā)出后，過一段時(shí)間又消失的現(xiàn)象說明:初級(jí)限位開關(guān)失效，扇形板下行時(shí)碰到次級(jí)限位開關(guān)，系統(tǒng)中斷原來的工作模式，自動(dòng)切換到溫控運(yùn)行。將扇形板提升到完全回復(fù)位置的同時(shí)采集檢測(cè)煙氣進(jìn)口溫度，并判斷其屬于哪個(gè)負(fù)荷溫度段，再驅(qū)動(dòng)扇形板按“溫控設(shè)定”所對(duì)應(yīng)的扇形板下降值下降，到達(dá)指定位置后停止驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。此外，當(dāng)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化且超出原先的負(fù)荷溫度段時(shí)，系統(tǒng)會(huì)按預(yù)設(shè)定的扇形板下降值再次自動(dòng)運(yùn)行跟蹤一次。傳感器的初級(jí)限位開關(guān)為接近開關(guān)，次級(jí)限位開關(guān)為微動(dòng)開關(guān)，用紅外線測(cè)溫儀測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，開關(guān)附近環(huán)境最高溫度達(dá)50℃是初級(jí)限位開關(guān)失效的次因，防護(hù)罩內(nèi)布滿灰塵是初級(jí)限位開關(guān)失效的主因。要精確測(cè)量一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體的位置，接近開關(guān)位移飄忽不可避免，這是此次事件發(fā)生的起因。

空氣預(yù)熱器密封控制系統(tǒng)的控制方式轉(zhuǎn)換后，無論當(dāng)時(shí)處于何種位置均要調(diào)整至“0”位且無空氣預(yù)熱器過流保護(hù)，說明該系統(tǒng)的保護(hù)邏輯還不完善，這是造成3 A空氣預(yù)熱器跳閘的主要原因。

3.4 防范措施

(1)加強(qiáng)對(duì)空氣預(yù)熱器密封控制系統(tǒng)的維護(hù)，特別是傳感器測(cè)量部件要定期檢查、校驗(yàn)，確保顯示正常。對(duì)該系統(tǒng)的保護(hù)邏輯進(jìn)行修改，在空氣預(yù)熱器間隙控制系統(tǒng)中加入A，B空氣預(yù)熱器主馬達(dá)電流越限信號(hào)(2副無源干接點(diǎn)信號(hào)由分散控制系統(tǒng)(DCS)送出至就地LCS)，作為“緊急提升”的條件之一，當(dāng)電流越限時(shí)系統(tǒng)中斷原來的工作模式，將扇形擋板緊急提升至完全回復(fù)。

(2)重新定義就地分控箱上控制按鈕功能，以保證在緊急情況下能及時(shí)將扇形擋板緊急提升至完全回復(fù)位置。

1)就地分控箱上停止按鈕改為“緊急停機(jī)”功能，按下該按鈕，系統(tǒng)將中斷原來的工作模式，扇形擋板停止動(dòng)作。

2)上行按鈕改為“緊急提升”功能且不受控制方式限制，在自動(dòng)跟蹤或手動(dòng)狀態(tài)下均能實(shí)現(xiàn)提升。

(3)定期檢查傳感系統(tǒng)上、下運(yùn)動(dòng)是否靈活精確，定期調(diào)整初級(jí)限位、次級(jí)限位測(cè)量傳感系統(tǒng)，更換失去精度的測(cè)量探頭。在高溫長(zhǎng)期烘烤下，接近開關(guān)每隔1個(gè)大修期就要更換，傳感系統(tǒng)冷卻風(fēng)銅管直徑由原來的8 mm增至12 mm，壓力經(jīng)過濾減壓閥后由原來的0.3 MPa調(diào)整為0.5 MPa，加大了冷卻和吹掃效果。接近開關(guān)完好無損是實(shí)現(xiàn)微距測(cè)量、提高控制精度、降低漏風(fēng)的重要保障。

4 實(shí)現(xiàn)保護(hù)信號(hào)的雙重冗余

4.1 故障過程

2009年8月，#4機(jī)組4B空氣預(yù)熱器B2在提升過程中，完全復(fù)位開關(guān)固定螺絲因松動(dòng)沒有及時(shí)動(dòng)作，造成螺旋千斤頂外殼破裂，軸承損壞(如圖4所示)，使LCS長(zhǎng)時(shí)間失效，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率最大達(dá)30%。漏風(fēng)使風(fēng)機(jī)負(fù)荷加重，電耗增大，廠用電率升高。

圖4 加載機(jī)構(gòu)示意圖

4.2 防范措施

2009年12月，在#4機(jī)組小修期間，為避免因開關(guān)故障而造成LCS失效，采用了容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方法，從控制邏輯方面對(duì)運(yùn)行中容易出現(xiàn)故障的單個(gè)開關(guān)進(jìn)行了優(yōu)化和完善。在加載機(jī)構(gòu)提升桿上焊接一行程反饋桿，分別加裝一最大變形和完全復(fù)位行程開關(guān)，將行程開關(guān)的常閉點(diǎn)與原來行程限位開關(guān)箱的最大變形和完全復(fù)位常閉點(diǎn)串聯(lián)接到PLC系統(tǒng)，減少或消除干擾信號(hào)或開關(guān)故障，確保信號(hào)的可靠性。

5 優(yōu)化后的效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

#3鍋爐LCS優(yōu)化前、后漏風(fēng)率比較情況如圖5所示。

圖5 #3鍋爐LCS優(yōu)化前、后漏風(fēng)率比較

從圖5可以看出，LCS優(yōu)化后，減少了空氣預(yù)熱器間隙控制系統(tǒng)故障次數(shù)，間隙信號(hào)可準(zhǔn)確測(cè)量，可根據(jù)閉環(huán)動(dòng)態(tài)跟蹤扇形板和轉(zhuǎn)子之間的距離來調(diào)節(jié)間隙，保證扇形板和轉(zhuǎn)子之間的密封間隙為給定值，極大地降低了空氣預(yù)熱器的熱漏風(fēng)，直接降低了風(fēng)機(jī)電耗和供電煤耗，提高了鍋爐熱效率及機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。漏風(fēng)率1年平均減少了1.5%左右，從空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)系數(shù)與鍋爐效率的影響關(guān)系看，鍋爐空氣預(yù)熱器熱端漏風(fēng)系數(shù)每變化0.010個(gè)百分點(diǎn)，鍋爐效率變化0.005個(gè)百分點(diǎn)，因此，可提高鍋爐效率:0.005% ×(1.5/0.010)=0.75%，鍋爐效率提高1%，每年可節(jié)約標(biāo)煤5 000 t，煤價(jià)按400元/t計(jì)算，單臺(tái)機(jī)組可節(jié)約燃煤費(fèi)用:5 000×400×0.75=150(萬元)，2臺(tái)機(jī)組共節(jié)約300萬元。

6 結(jié)束語

在電力技術(shù)快速發(fā)展的過程中，既要抓經(jīng)濟(jì)，也要抓安全，只有對(duì)設(shè)備盡早檢測(cè)，)盡早發(fā)現(xiàn)故障，盡早預(yù)防、軟化、控制和排除故障，避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，才能保證設(shè)備的健康運(yùn)行。

［1］侯典來.330 MW機(jī)組空氣預(yù)熱器間隙控制系統(tǒng)改進(jìn)［C］//2008年全國(guó)發(fā)電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議論文集.長(zhǎng)沙:中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)，2008.

［2］王紅艷.600 MW機(jī)組鍋爐空氣預(yù)熱器技術(shù)優(yōu)化與改造［J］.鍋爐制造，2006(5):20 －21.

［3］金晏海.鍋爐空氣預(yù)熱器控制系統(tǒng)的改進(jìn)［J］.華電技術(shù)，2010，32(7):17 －22.