彭博偉

(安徽華電六安發(fā)電有限公司 生產(chǎn)技術(shù)部, 安徽 六安 237126)

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引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)整故障原因分析及優(yōu)化方案研究

彭博偉

(安徽華電六安發(fā)電有限公司 生產(chǎn)技術(shù)部, 安徽 六安 237126)

以某廠動(dòng)調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象,介紹了一起因液壓缸故障引起機(jī)組跳閘的事故,并分析了故障原因,主要有兩點(diǎn):動(dòng)葉指令函數(shù)死區(qū)過大;RB保護(hù)動(dòng)作無(wú)法觸發(fā).針對(duì)以上原因,提出了一種對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)信號(hào)進(jìn)行綜合判斷的優(yōu)化方案,對(duì)引風(fēng)機(jī)的故障進(jìn)行融合處理,并觸發(fā)引風(fēng)機(jī)跳閘,再通過RB保護(hù)動(dòng)作,從而有效避免了機(jī)組主燃料跳閘,提高了機(jī)組安全運(yùn)行性能.

引風(fēng)機(jī); 動(dòng)葉指令; RB保護(hù); 機(jī)組MFT

引風(fēng)機(jī)作為火力發(fā)電廠鍋爐3大風(fēng)機(jī)之一,也是電廠鍋爐最重要的輔助設(shè)備之一,是一種從動(dòng)流體機(jī)械,其主要依靠機(jī)械能來(lái)提高氣體壓力并且排送氣體,以達(dá)到通風(fēng)、引風(fēng)的目的.近年來(lái),為了節(jié)能降耗,大型火電機(jī)組普遍采用以液壓缸方式為主的軸流式引風(fēng)機(jī),通過液壓系統(tǒng)改變?nèi)~片角度來(lái)改變風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)特性曲線,加工制造精度要求較高,結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,但其具有調(diào)節(jié)靈敏、耗電量低和運(yùn)行效率高等特點(diǎn),在一定程度上減輕了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行磨損和振動(dòng).因此,以液壓調(diào)節(jié)為主的調(diào)節(jié)方式將是未來(lái)引風(fēng)機(jī)控制的發(fā)展方向.但在火電廠的實(shí)際運(yùn)行中,引風(fēng)機(jī)由于處于長(zhǎng)期連續(xù)工作狀態(tài),運(yùn)行環(huán)境惡劣,故障率較高.動(dòng)葉故障是軸流引風(fēng)機(jī)常見的故障之一,嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行,因此如何預(yù)防并排除軸流式引風(fēng)機(jī)故障成為當(dāng)前各電廠急需解決的技術(shù)難題[1-5].

本文對(duì)一起由引風(fēng)機(jī)液壓缸故障導(dǎo)致鍋爐主燃料跳閘(Main Fuel Trip,MFT)事件,分析其故障原因,提出優(yōu)化建議并應(yīng)用于機(jī)組實(shí)際運(yùn)行,以提高機(jī)組運(yùn)行的安全性能.

1 設(shè)備概況

某電廠3#和4#機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠制造生產(chǎn)的超超臨界變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐,單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式,型號(hào)為SG-2024/26.15-M6002.引風(fēng)機(jī)為沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的雙級(jí)動(dòng)調(diào)軸流吸風(fēng)機(jī),型號(hào)為ASS-3150/1500/-2J.液壓缸為晉中航天液壓制造有限公司生產(chǎn),型號(hào)為350/5H,動(dòng)葉執(zhí)行器為智能型羅托克.

在機(jī)組建設(shè)過程中,由于先后進(jìn)行了增加低溫省煤器及脫硫增容改造工作,引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和系統(tǒng)阻力均發(fā)生了變化,具體情況如表1所示.風(fēng)機(jī)廠僅對(duì)電動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行調(diào)整,風(fēng)機(jī)本體部分也僅對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行增大,其余并未做調(diào)整,導(dǎo)致液壓自身的調(diào)節(jié)特性與實(shí)際工況不匹配.

表1 系統(tǒng)發(fā)生變化后系統(tǒng)阻力數(shù)據(jù)

從設(shè)備使用中發(fā)現(xiàn),因工況不匹配,風(fēng)機(jī)運(yùn)行多次出現(xiàn)故障.雖經(jīng)檢修進(jìn)行局部改造,但仍有部分故障未消除,引風(fēng)機(jī)處于“帶病”工作狀態(tài),機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行存在不可控因素.引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)常見故障如下:

(1) 液壓調(diào)節(jié)油站始終處于6.3～6.5 MPa高壓運(yùn)行狀態(tài),液壓系統(tǒng)故障頻繁;

(2) 風(fēng)機(jī)曲柄、滑塊、導(dǎo)環(huán)頻繁出現(xiàn)損壞;

(3) 液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)軸承腐蝕卡澀;

(4) 輪轂與液壓缸制造、安裝配合精度不良;

(5) 液壓缸出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象及潤(rùn)滑油顆粒度易超標(biāo);

(6) 執(zhí)行器連桿與液壓調(diào)節(jié)裝置連接的聯(lián)軸器膜片破損斷裂.

其中,液壓系統(tǒng)的故障較多,且危害性也較為嚴(yán)重.一旦液壓缸出現(xiàn)故障,將導(dǎo)致動(dòng)葉調(diào)節(jié)失效,對(duì)爐膛壓力的調(diào)節(jié)造成極大的影響,嚴(yán)重時(shí)可造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)[3-6].

2 引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)整故障經(jīng)過

分布式控制系統(tǒng)(DCS)事故動(dòng)作曲線如圖1所示.

圖1 DCS事故動(dòng)作曲線

2016年4月17日06∶36∶17,3#機(jī)組負(fù)荷587 MW,主汽壓力24.1 MPa,自動(dòng)發(fā)電控制(Automatic Generation Control,AGC)投入正常,3#爐A,B,C,D,E磨煤機(jī)運(yùn)行,爐膛壓力為-24 Pa,A引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令44.5%,反饋44.09%,電機(jī)電流355.2 A,軸承振動(dòng)1.78 mm/s;B引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令44.5%,反饋44.09%,電機(jī)電流355.2 A.當(dāng)天06∶36∶34,機(jī)組發(fā)電機(jī)功率587.2 MW,爐膛壓力上升至2 121 Pa,3#爐MFT保護(hù)動(dòng)作,3#汽輪機(jī)跳閘,3#發(fā)電機(jī)解列,跳閘首出(發(fā)生事故性跳閘出現(xiàn)的第一個(gè)報(bào)警信號(hào))為:爐膛壓力高,鍋爐MFT爐膛壓力開關(guān)動(dòng)作值為2 500 Pa.

由圖1可以看出:06∶36∶18,3#機(jī)組發(fā)電機(jī)功率為587.5 MW,爐膛壓力為-18 Pa,A引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令44.5%,反饋44.09%,電機(jī)電流瞬間突變?yōu)?75.5 A.風(fēng)機(jī)無(wú)法調(diào)節(jié),液壓缸自動(dòng)全關(guān),葉片處于零位,風(fēng)機(jī)不出力,導(dǎo)致爐膛壓力高,機(jī)組MFT動(dòng)作,機(jī)組停運(yùn).

3 故障原因分析

機(jī)組停運(yùn)后,經(jīng)解體發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)液壓缸推盤與液壓缸支撐蓋連接螺栓全部斷裂,導(dǎo)致執(zhí)行器連接膜片斷裂,如圖2所示.

圖2 執(zhí)行器與液壓缸連接膜片斷裂

初步分析,造成執(zhí)行器連接膜片斷裂的原因有兩點(diǎn).

3.1 引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令函數(shù)死區(qū)過大 對(duì)抑制爐膛負(fù)壓變化不起作用

爐膛壓力控制邏輯的前饋由3部分組成,分別為機(jī)組負(fù)荷指令、送風(fēng)機(jī)總指令和爐膛負(fù)壓3個(gè)回路,如圖3所示.

這3個(gè)回路由不同的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算,直接疊加到風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令中.其中,爐膛負(fù)壓所對(duì)應(yīng)的引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令函數(shù)如下:

(1)

式中:f(x)——引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令,%;x——爐膛壓力,Pa.

在整個(gè)事故中,機(jī)組的負(fù)荷和主要參數(shù)并沒有發(fā)生變化,只有爐膛負(fù)壓在17 s內(nèi)由-24 Pa上升至2 205 Pa并觸發(fā)MFT.由式(1)可以看出,爐膛壓力對(duì)于引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令的函數(shù)死區(qū)為600 Pa.在死區(qū)范圍內(nèi),爐膛負(fù)壓的前饋對(duì)于抑制爐膛負(fù)壓變化不起任何作用,超出死區(qū)范圍后,引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉在前饋?zhàn)饔孟虏砰_始變化,A引風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉開度由44%上升至54%,B引風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉開度由66%上升至80%.

圖3 爐膛負(fù)壓前饋邏輯

3.2 A引風(fēng)機(jī)一直處于運(yùn)行狀態(tài) RB無(wú)法觸發(fā)

輔機(jī)故障減負(fù)荷(RUNBACK,RB)指機(jī)組主要輔機(jī)故障跳閘造成機(jī)組實(shí)發(fā)功率受到限制時(shí),為適應(yīng)設(shè)備出力,控制系統(tǒng)強(qiáng)制將機(jī)組負(fù)荷減到尚在運(yùn)行輔機(jī)所能承受的負(fù)荷目標(biāo)值.

在整個(gè)事件中,A引風(fēng)機(jī)已經(jīng)沒有出力.但在爐膛負(fù)壓上升期間,A引風(fēng)機(jī)電機(jī)一直處于運(yùn)行狀態(tài),并沒有跳閘,RB無(wú)法觸發(fā),能夠避免機(jī)組跳閘的最重要一項(xiàng)保護(hù)措施已失去作用.查閱機(jī)組調(diào)試期間的報(bào)告,單臺(tái)引風(fēng)機(jī)跳閘,機(jī)組RB動(dòng)作是成功的.因此,在這種工況下,若能增加一個(gè)可以有效辨識(shí)風(fēng)機(jī)異常的判據(jù),觸發(fā)引風(fēng)機(jī)跳閘,通過RB保護(hù)動(dòng)作,快速、平穩(wěn)地把負(fù)荷降低到機(jī)組出力允許范圍內(nèi),就完全有可能避免機(jī)組跳閘[4,6-8].

4 優(yōu)化方案

4.1 爐膛負(fù)壓的前饋函數(shù)優(yōu)化

在事故初始階段,A引風(fēng)機(jī)液壓缸無(wú)出力,爐膛負(fù)壓持續(xù)上升.超過600 Pa后,前饋?zhàn)饔弥械臓t膛負(fù)壓函數(shù)才能發(fā)揮作用,但由于死區(qū)過大,導(dǎo)致后續(xù)調(diào)節(jié)錯(cuò)過最佳時(shí)機(jī),已經(jīng)無(wú)法抑制爐膛負(fù)壓的快速增長(zhǎng).因此,需要對(duì)于爐膛負(fù)壓函數(shù)的死區(qū)進(jìn)行調(diào)整.

對(duì)此次MFT事故進(jìn)行分析研究,發(fā)現(xiàn)在加強(qiáng)對(duì)爐膛負(fù)壓信號(hào)濾波的前提下,可對(duì)爐膛負(fù)壓函數(shù)死區(qū)范圍進(jìn)行調(diào)節(jié),將其調(diào)整到±200～300 Pa之間,滿足機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)爐膛負(fù)壓控制在-20～-80 Pa之間.調(diào)整死區(qū)后的爐膛負(fù)壓前饋函數(shù)可發(fā)揮作用,有效避免了機(jī)組MFT.

4.2 引風(fēng)機(jī)跳閘判據(jù)有效性

從風(fēng)機(jī)故障到MFT動(dòng)作期間,風(fēng)機(jī)始終處于運(yùn)行狀態(tài),并未跳閘.因此需要增加一種新的能夠有效辨識(shí)風(fēng)機(jī)的異常狀態(tài)的判據(jù),避免事故擴(kuò)大化.分析此次事故,發(fā)現(xiàn)若利用風(fēng)機(jī)電流和風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令的比值辨識(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài),可避免機(jī)組MFT動(dòng)作.表2中記錄了部分時(shí)刻風(fēng)機(jī)電流和動(dòng)葉指令的比值數(shù)據(jù).

表2 風(fēng)機(jī)電流與動(dòng)葉指令的比值

由表2可以看出,跳閘時(shí),風(fēng)機(jī)電流為162 A,動(dòng)葉指令為54,比值為3.該比值已經(jīng)超出動(dòng)葉正常調(diào)節(jié)時(shí)的范圍.在此基礎(chǔ)上,增加風(fēng)機(jī)電流有效合理判據(jù),共同觸發(fā)RB動(dòng)作,就可避免事故擴(kuò)大化.風(fēng)機(jī)改進(jìn)調(diào)節(jié)前后的觸發(fā)原理圖分別如圖4和圖5所示.

圖4 風(fēng)機(jī)改進(jìn)前的觸發(fā)原理

圖5 風(fēng)機(jī)改進(jìn)后的觸發(fā)原理

對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行最大出力試驗(yàn),其電流為660 A,動(dòng)葉開度85%.風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電流為190 A.因此,將風(fēng)機(jī)電流過大定值設(shè)定為660 A,風(fēng)機(jī)電流過小定值設(shè)定為190 A,則風(fēng)機(jī)電流與動(dòng)葉指令之比

超范圍設(shè)定值小于3.目前,風(fēng)機(jī)改進(jìn)后的觸發(fā)邏輯已經(jīng)進(jìn)行在DCS中實(shí)現(xiàn),如圖6所示.對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析判斷,在風(fēng)機(jī)動(dòng)葉異常時(shí),能夠避免事故的再次發(fā)生[7-10].

圖6 風(fēng)機(jī)改進(jìn)后的觸發(fā)邏輯

5 結(jié) 語(yǔ)

動(dòng)葉故障是威脅風(fēng)機(jī)和機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要隱患,若不及時(shí)處理分析,會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的機(jī)組故障.針對(duì)此次引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉故障進(jìn)行認(rèn)真研究與分析,提出了優(yōu)化方案并應(yīng)用于DCS中,取得良好的效果,有效避免了機(jī)組MFT,使風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性大大提高,為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障.本文分析的事故僅是風(fēng)機(jī)異常的一種情況,但所提出的優(yōu)化方案可供其他引風(fēng)機(jī)事故借鑒和思考.

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(編輯 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

簡(jiǎn)介：彭博偉(1984-),男,碩士,工程師,河北博野人.主要研究方向?yàn)榛痣姀S自動(dòng)控制.E-mail:pengbowei@163.com.

TK223.26

A

1006-4729(2016)05-0499-05