基于風機失速的機組定期工作風險管控措施

鄒 明

(神華福能發電有限責任公司, 福建 石獅 362700)

近年來,大型火電機組鍋爐3大風機(送風機、一次風機、引風機)時常發生單臺風機失速情況,嚴重影響運行設備的可靠性,危及機組的安全運行。據不完全統計,風機失速已經成為大型火電機組中最常見的異常故障[1-5],因此對其進行研究具有重要的現實意義。

本文以某電廠一起定期工作中1 000 MW機組一次風機失速為例,分析了風機失速原因及防范措施,并提出了相關建議。

1 設備概述

某電廠1 000 MW機組風機采用豪頓華工程有限公司生產的動葉可調軸流式風機,型號為ANT-2063/1250N,Test Block(TB)點工況風量為727.9 t/h,熱耗率驗收(Turbine Heat Acceptance,THA)點工況風量為560 t/h,TB點工況風機全壓為16 647.9 Pa,THA點工況風機全壓為11 630.1 Pa,具體參數如表1所示。

表1 一次風機參數

2 故障分析

2.1 事件發生前機組運行狀態

某年3月16日9:49,4#機組A/B/C/D/E磨煤機運行,有功功率為1 016.00 MW,總風量為3 286.85 t/h,總煤量為387.85 t/h,爐膛負壓為-62.22 Pa,主蒸汽溫度為600.71 ℃,主蒸汽壓力為25.97 MPa,一次風母管壓力為9.26 kPa。A/B一次風機電流為179.79 A和184.12 A;A/B一次風機動葉開度為60.59%和61.00%;A/B一次風機出口風量為492.24 t/h和508.61 t/h。

2.2 故障經過

風機調節量SP信號主要由4部分組成:分別為總燃料量與一次風壓對于折線函數、一次風壓偏置設定手操、給水加速信號、一次風壓過程值4個回路,如圖1所示。

圖1 風機調節量SP信號邏輯

當天9:49,將熱一次風母管壓力1,2,3強制為當前值,即9.26 kPa,9.31 kPa,9.33 kPa。9:50,4A/4B一次風機動葉指令均為62.43%。由于風機調節量SP正向偏差一直存在,一次風機動葉指令緩慢增大,動葉開度也逐漸增大,如圖2所示。

圖2 一次風機動葉開度歷史趨勢示意

10:22,機組負荷為1 016 MW,4B一次風機電流由230 A突降至165 A,出口風量由525 t/h突降為零,出口風壓由13.8 kPa降至8.2 kPa;4A一次風機電流由231 A上升至243 A,出口風量由530 t/h上升至777 t/h,判斷B一次風機無出力。立即快速降負荷處理,將A/B一次風機動葉自動解除,退出機組協調控制系統(Coordination Control System,CCS),手動調整一次風壓,如圖3所示。

圖3 一次風機出口風量突變歷史趨勢示意

10:30,機組負荷降至800 MW,一次風機B出力突然增加,A一次風機出口風量降至零,判斷為B一次風機搶風,手動調整A/B一次風機的動葉,維持熱一次風母管壓力在8.5 kPa。

11:00,負荷降至486 MW,A一次風機退出運行,B一次風機運行正常,將熱一次風母管壓力測點1,2,3強制點恢復,隨后手動調整重新并入A一次風機,維持熱一次風母管壓力在9 kPa。A/B一次風機的出口風量恢復正常,A/B一次風機的動葉投入自動,CCS投入。

2.3 故障原因分析

將熱一次風母管壓力1,2,3強制為當前值,即9.26 kPa,9.31 kPa,9.33 kPa,該邏輯設置3個測點值為三取中方式,因此熱一次風母管壓力強制后為9.31 kPa,而一次風壓設定值為9.35 kPa,存在0.04 kPa的偏差。該偏差經分布式控制系統(Distributed Control System,DCS)邏輯運算,生成一次風壓SP值為0.20 kPa的偏差。由于一次風壓調節自動未切除,一次風壓SP值一直存在偏差,2臺一次風機動葉自動調節輸出指令持續上升。其邏輯圖如圖4所示。

在一次風機動葉指令由62.43%升至76.83%的過程中,2臺風機動葉開度增量14.5%。根據風機設備性能數據,A一次風機風量已經超過THA工況風機運行風量,并超過TB點風機風量總裕量;在風機性能曲線上標記出A和B風機失速前運行工況點(紅點為A一次風機的工況點、藍點為B一次風機的工況點、綠點為正常一次風機THA的工況點),A/B一次風機已經在理論失速線上運行。當2臺一次風機動葉開度達到76%以上時,進入風機失速區,B一次風機出現失速,如圖5所示。

圖4 一次風機動葉自動調節輸出指令邏輯示意

2.4 故障暴露的問題

此次機組非降的直接原因是由B一次風機失速造成風機無出力引起的,但并非無法避免,如果定期工作開展前做好充分的風險分析,熟悉掌握機組DCS自動、保護邏輯邏輯組態,采取可靠的防控措施,可以避免風機出現搶風現象。此次故障暴露的問題具體如下:

(1) 將熱一次風母管壓力1,2,3過程值強制為當前值,沒有考慮到強制后對一次風調節系統可能造成的影響,工作前風險辨識不到位,預控措施不完善;

(2) 對涉及保護強制的操作重視不足,工作開始前未組織有效的風險交底,重要工作重視程度不足,交底流程執行不到位;

(3) 參與人員對機組DCS自動、保護邏輯掌握深度不夠,對于部分單體設備的自動控制和聯鎖邏輯不熟悉;

(4) 對重要工作監控不到位,未能及時發現一次風系統參數出現的異常變化,監盤工作存在漏洞。

2.5 針對此次故障的優化措施

(1) 一次風機快速減負荷(Run Back,RB)允許動作條件為機組負荷大于520 MW,負荷低于520 MW時,RB動作條件不滿足,不觸發RB動作,解除CCS自動不存在RB風險。因此,為防止一次風壓波動調整未及時導致一次風機失速或者跳閘觸發RB,影響機組安全穩定運行,定期工作開展前需要退出機組自動發電控制(Automatic Generation Control,AGC)、退出A/B一次風機動葉自動。一次風機RB允許邏輯圖如圖6所示。

(2) 定期工作完成后,確認一次風機母管壓力測點正常后,工作人員根據工況投入一次風機動葉自動,投入機組CCS和AGC等方式。

3 定期工作的風險辨識與防控

3.1 風險點辨識

開展定期工作的目的是為了確保運行設備的可靠性,在做好安全措施的前提下通過在線操作來實現。但是,如果事前不全面進行危險點分析,不做好事故預想和采取預控措施,對運行機組來說風險很大,不僅達不到目的,反而會適得其反,人為制造出異常事件,造成設備跳閘、非降、非停等事故。

一般定期工作存在的風險主要體現在以下4個方面。

(1) 參與人員專業技能水平不高。工作人員對聯鎖保護測點的相關保護邏輯不熟悉,保護測點強制后對相關系統的影響風險辨識不清楚,對相關設備的附屬特性不了解,技術要點掌握不到位,在定期工作中思想麻痹大意,工作當中全憑經驗干活。

(2) 工作時機不當。遇到重大節日、特殊政治保電任務、上級領導檢查時,機組帶高負荷時,重要輔機出現故障及雷電暴雨等惡劣天氣時,可能暫停開展定期工作,但沒有選擇合適的時機補做。

(3) 沒有技術風險安全交底。定期工作目的就是為了消除隱患,工作人員對涉及保護設備的定期工作重視不足,工作開始前未組織有效的風險交底,交底流程執行不到位,因此一旦運行設備發生異常就會手忙腳亂,措手不及,結果造成處理不當,后果擴大。

(4) 工作票審核不嚴。工作票簽發人審核工作票不嚴格,履行職責不到位,審核過程中對風險預控票的措施不完善和工作流程不全,沒有進行有效的提醒和措施補充;工作票許可人對工作票的審核批準存在管理漏洞,批準的允許工作時間過長,對此類工作的重要性認識不足,沒有提出明確的工作時間要求;對風險預控票中的風險預控措施不全,沒有提出質疑。

3.2 相關防控措施

(1) 完善定期工作流程,杜絕管理漏洞。為了減小對機組安全運行帶來的影響,根據DL/T 774—2004《火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程》[6]的規定,需要定期對控制系統軟件、硬件以及現場設備進行定期維護工作。要嚴格遵守管理制度與流程。工作開展前必須確認機組運行負荷、重要輔機性能狀況、天氣條件等是否滿足定期工作的前提條件,做好危險點分析,包括機組負荷大小、主要輔機是否運行正常、當值工作量的多少以及天氣狀況等;參與人員對工作所涉及的設備邏輯應進行全面的分析,確認設備邏輯無誤,具備試驗條件。期間,合理安排,明確分工,做好監護,防止誤操作;盤上、現場加強聯系,工作過程中出現異常應立即停止,按照應急方案果斷處理,防止異常擴大,最大限度減小對機組安全運行的影響。

(2) 突出重點,梳理所有定期工作清單。火力發電機組的定期工作種類較多,需要列出所有定期工作的清單,仔細梳理,認真開展風險評估,制定危險點控制措施,同時應逐項制定行之有效的標準作業指導書,針對可能影響系統運行和重要輔機的狀況,組織專業人員討論風險后果,制定完備的標準作業指導書庫,杜絕人為誤操作。

(3) 加強學習,完善風險預控措施。相關人員應重新學習,工作負責人、工作簽發人、工作許可人應履行的職責,對風險預控票的管控措施要認真審核,完善風險預控措施;對于涉及到保護投退工作的風險預控票作為重點工作進行管理;對工作票內容、風險預控票的措施應嚴格審核,確認工作所帶來的風險后方可批準。同時,要認真執行重大定期工作分級匯報和監護制度,提前上報主管領導和專業管理人員。

4 結 語

加強對機組的日常維護工作,提高設備安全運行的準確性和可靠性,及時發現設備存在的問題及隱患并加以解決,進一步貫徹落實“安全第一、預防為主、綜合治理”的方針,對火力發電機組的安全穩定運行具有重要的現實意義。