中電神頭發(fā)電有限責(zé)任公司 王 軍 朱元濤 王俊山 郝江河 馬 峰 彭月璽

風(fēng)機是維持鍋爐機組壓力平衡的重要設(shè)備，主要包括一次風(fēng)機、送風(fēng)機和引風(fēng)機。一次風(fēng)機可以提供煤粉燃燒初期所需的空氣，并加熱、干燥、輸送煤粉[1]；送風(fēng)機主要提供助燃空氣，大約占總空氣量的60～85%；而引風(fēng)機一般安裝在鍋爐尾端，引送煙氣至煙囪[2]；各風(fēng)機相互協(xié)作，維持鍋爐爐內(nèi)的微負壓狀態(tài)和煤粉的燃燒。當(dāng)風(fēng)機發(fā)生故障時，鍋爐內(nèi)部的壓力平衡將在極短的時間內(nèi)被打破[3]，觸發(fā)鍋爐的自動保護機制，甚至出現(xiàn)機組主燃料跳閘（MFT），嚴重影響鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性[4]。因此，若能開發(fā)一種風(fēng)機動葉故障診斷模型，及時指導(dǎo)風(fēng)機做出故障響應(yīng)，將對提高鍋爐機組長期運行的穩(wěn)定性具有重要的作用。

1 問題描述

風(fēng)機動葉故障會引發(fā)電站鍋爐機組運行中較為嚴重的事故。本文首先對三個電廠的一次風(fēng)機和引風(fēng)機所發(fā)生的典型事故進行了詳細分析，以總結(jié)事故發(fā)生過程與特性。具體事故描述如下。

事故一：風(fēng)機動葉故障全開，對機組穩(wěn)定運行造成的影響

2018年6月25日21時45分，浙江某電廠#2機組在升負荷過程中出現(xiàn)機組主燃料跳閘（MFT）。事故過程為：21時31分39秒#2機組A 一次風(fēng)機電流開始自行增加，出現(xiàn)異常，手動干涉無效；21時35分30秒#2機組A 一次風(fēng)機電流上升至172A，運行人員手動停運故障風(fēng)機；但機組仍在風(fēng)機停運后，因爐膛負壓低，鍋爐MFT 動作，機組跳閘。事后檢查發(fā)現(xiàn)，#2機組A 一次風(fēng)機旋轉(zhuǎn)油封小室內(nèi)動葉連接拉叉脫落，從而導(dǎo)致動葉全開[5]。雖然手動停運故障風(fēng)機，但瞬間爐膛壓力保護也被觸發(fā)啟動，造成了機組MFT。

事故二：風(fēng)機動葉故障全關(guān)，對機組穩(wěn)定運行造成的影響

2018年7月1日，神頭電廠#2機組C 磨煤機突然跳閘。事故過程為：神頭電廠#2機組B 一次風(fēng)機電流突然降低，兩臺并列運行的一次風(fēng)機動出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象；一次風(fēng)壓低壓報警被觸發(fā)，煤量較多的C磨煤機跳閘；之后，運行人員手動增加#2機組A 一次風(fēng)機出力，維持一次風(fēng)壓在5.5kPa，同時降低負荷至320MW，穩(wěn)定鍋爐參數(shù)。事后就地檢查#2機組B 一次風(fēng)機動葉開執(zhí)行機構(gòu)，發(fā)現(xiàn)動葉調(diào)節(jié)機構(gòu)軸承脫開或損壞，具體為動葉調(diào)節(jié)軸承螺絲脫開。

事故三：風(fēng)機動葉連桿脫開，動葉全開對機組的影響

2018年11月8日4時09分，湖北大別山電廠#1機組MFT 跳閘。事故過程為：03時58分，#1機組 負 荷 調(diào) 至305.56MW；04時04分55秒，A 引 風(fēng)機控制油壓由4.23MPa 降為3.08MPa，動葉自動切為手動（控制油壓低于3.1MPa）；隨后兩臺風(fēng)機出力發(fā)生偏差，運行監(jiān)盤人員手動調(diào)關(guān)小動葉開度3%；04時07分56秒，爐膛負壓調(diào)節(jié)偏差大，其負壓測量值-834.6Pa，與設(shè)定值-124.3Pa 偏差大于400Pa；4時09分19秒，爐膛負壓至-2405Pa；4時09分24秒，壓力開關(guān)分別動作（定值-2.5kPa），爐膛壓力低延時3秒后，保護動作，鍋爐MFT，機組跳閘。事后就地檢查，發(fā)現(xiàn)A 引風(fēng)機動葉連桿脫開。

經(jīng)上述事故分析可見，無論是風(fēng)機動葉傳動軸承故障，還是動葉連桿脫開，風(fēng)機均不會進行自我調(diào)節(jié)；當(dāng)風(fēng)機動葉故障時，風(fēng)機出力不受控制，風(fēng)壓變化滯后，且故障產(chǎn)生時間較為短暫，一般是在1～4分鐘之間；在此極短的時間內(nèi)，人為手動操作無效，致使引發(fā)機組跳閘幾率較大。因此，若能建立風(fēng)機動葉故障診斷模型，使得在風(fēng)機動葉出現(xiàn)問題時自動識別，觸發(fā)風(fēng)機自身跳閘，從而減少對磨煤機、爐膛運行的影響，將對加強機組保護、提高運行的安全性具有重要的意義和作用。

2 模型建立

2.1 事故過程數(shù)據(jù)分析

本文應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析和機器邏輯語言編譯方法建立了風(fēng)機動葉故障診斷模型。首先，總結(jié)分析了上述三個事故的運行數(shù)據(jù)，共處理數(shù)據(jù)了6130800條。這些數(shù)據(jù)包括爐膛壓力、一次風(fēng)機和送風(fēng)機動葉開度指令、發(fā)電機電流及功率等。本文對各參數(shù)進行了詳細分析及規(guī)律總結(jié)，具體分析過程如下。

事故一：浙江某電廠一次風(fēng)機動葉故障全開參數(shù)分析

本文對浙江某電廠#2機組運行數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)事故中，負荷增加時，#2機組A 一次風(fēng)機電流與動葉開度不一致，一次風(fēng)機電流開始自行增加，且手動干涉無效；4分鐘后A 一次風(fēng)機電流上升至172A，而B 一次風(fēng)機電流為90A，兩臺風(fēng)機電流出現(xiàn)偏差；A 一次風(fēng)機電流變化率為20.5A/min。

事故二：神頭電廠一次風(fēng)機動葉故障全開參數(shù)分析

本文對神頭電廠#2機組運行數(shù)據(jù)（圖1）進行分析，發(fā)現(xiàn)事故過程中，如圖1所示，首先出現(xiàn)一次風(fēng)機電流偏差，偏差值為13A；之后兩臺風(fēng)機電流偏差達到29A，而B 風(fēng)機（故障風(fēng)機）電流從84.74A 變?yōu)?2A；而后，B 一次風(fēng)壓瞬間低至3.87kPa，C 磨煤機出現(xiàn)調(diào)機。事故過程中，B 一次風(fēng)機電流變化率為30.32A/min。

圖1 一次風(fēng)機故障全開參數(shù)分析圖

事故三：湖北大別山電廠引風(fēng)機動葉連桿脫開過程參數(shù)分析

本文對湖北大別山電廠#1機組運行數(shù)據(jù)（圖2）進行分析，發(fā)現(xiàn)事故過程中，如圖2所示，A 引風(fēng)機控制油壓由4.23MPa降為3.08MPa；A 引風(fēng)機動葉自動切為手動（控制油壓低于3.1MPa）后，10s 內(nèi)，A 引風(fēng)機電流由211.3A 上升至233.28A，漲幅為10.5%；而B 引風(fēng)機電流由205.3A 上升到273.3A，漲幅33.2%，兩臺風(fēng)機處理發(fā)生偏差。此外，事故中在2min 內(nèi)，爐膛壓力由-260Pa 迅速降到-2405Pa，變化幅度為825%。

圖2 引風(fēng)機動葉連桿脫開前后參數(shù)變化圖

從圖2中數(shù)據(jù)還可分析得出，4時07分39秒，兩臺風(fēng)機出力開始出現(xiàn)偏差；4時07分49秒偏差超過23A；4時09分24秒，A 風(fēng)機電流為397A，觸發(fā)鍋爐負壓保護動作；該過程，從電流變化到爐膛負壓增加跳閘，僅為1分45秒。

經(jīng)上述分析可以看出，運行中風(fēng)機動葉故障，存在一個共同點，即風(fēng)機動葉的開度與實際出力不一致。具體而言，故障風(fēng)機電流與正常風(fēng)機電流出現(xiàn)較大偏差，且故障時風(fēng)機電流變化速率較快，該結(jié)論為風(fēng)機動葉事故診斷模型的建立提供了新的思路。

2.2 風(fēng)機動葉故障診斷模型

本文進一步對事故過程進行大數(shù)據(jù)分析，總結(jié)風(fēng)機電流與動葉故障間的規(guī)律，并建立了基于風(fēng)機電流的動葉故障診斷模型。經(jīng)6130800條現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)計算分析后，風(fēng)機電流與動葉故障間的規(guī)律列于表1。

表1 故障風(fēng)機電流與動葉故障關(guān)系表

表中，β表示動葉開度，I表示電流值，Ie 表示額定電流值，dI/dt 表示風(fēng)機電流變化率，下標(biāo)A、B 分別表示A 風(fēng)機和B 風(fēng)機。由該表可以看出，三個事故均為風(fēng)機電流偏差大于某一值時開始出現(xiàn)故障，即風(fēng)機動葉開度與電流不匹配。因此，本文提出風(fēng)機動葉故障的診斷模型及判別邏輯，以A 風(fēng)機為例，故障診斷模型判別邏輯示于圖3。

圖3 風(fēng)機動葉故障診斷模型辨別邏輯圖

3 運行效果

本文將上述所建故障診斷模型和判別邏輯應(yīng)用于神頭電廠#2機組，經(jīng)長期運行數(shù)據(jù)顯示，運行效果良好。例如，2021年6月20日發(fā)生B 引風(fēng)機故障，如圖4所示，發(fā)生故障后，本文診斷模型和判別邏輯可及時進行響應(yīng)，觸發(fā)B 風(fēng)機跳閘，切斷風(fēng)機故障對爐膛運行的影響，維持爐膛壓力在±200Pa，沒有發(fā)生MFT，從而保障了機組的持續(xù)穩(wěn)定運行，有效降低了事故率。

圖4 風(fēng)機動葉故障診斷模型改造后運行效果

4 結(jié)語

本文詳細分析了風(fēng)機故障過程的運行數(shù)據(jù)，并總結(jié)了風(fēng)機電流與動葉開度之間的關(guān)系，建立了一種風(fēng)機動葉故障診斷模型，并將該模型應(yīng)用于神頭電廠#2機組，運行結(jié)果表明本文所建的風(fēng)機動葉故障診斷模型與方法可及時判別動葉故障，并在短時間內(nèi)觸發(fā)事故風(fēng)機跳閘，屏蔽了事故風(fēng)機對爐膛壓力、制粉系統(tǒng)的影響，從而避免了MFT，減少了機組的事故率。