第３３卷第５期 华电技术 Ｖ０１．３３ Ｎｏ．５ ２０１１年５月 Ｈｕａｄｉａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｖ．２０１１ 电站锅炉引风机叶片脱落事故的分析 胡志杰 （华电青岛发电有限公司，山东青岛２６６０３１） 摘要：华电青岛发电有限公司风机叶片因持续共振损坏导致严重事故，通过分析找出了事故的主要原因，提出了避免 此类事故的方法和措施。 关键词：引风机；变频器；共振；频率；事故 中图分类号：ＴＫ ２２３．２６ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７４—１９５１（２０１１）０５—０００５—０３ １事故概况 华电青岛发电有限公司 ２锅炉机组（３００ ＭＷ） 采用２台ＹＷＪ３０００／２１９０型子午加速轴流式风机。 额定风量为１ ０３４０９５ ｎｌ ／ｈ，全压为４４２２，８ Ｐａ，配用 ＹＫＫ８００—８一ｗ型电动机，电动机无调速装置，靠 改变风机静叶的角度来调节风量。该风机具有效率 高、调节性能好、安全可靠、操作方便、耐磨性能较好 等优点。但在变负荷运行过程中，叶片角度调节模 式下的调节速度较慢并存在一定精度误差，尤其是 ａ事故图片１ 在低负荷运行工况下，节流损失过大，不利于能量的 高效运用。随着变频器自身技术的进步以及相关设 备整体价格的下降，采用高效、节能的变频控制技 术，已成为电厂辅机工况调节的发展趋势。 华电青岛发电有限公司为响应中国华电集团公 司“节能减排”的倡议，改善自身运行能耗，提高设 备运行可靠性，于２０１０年９月开始对 ２机组进行 大修，检修维护整体设备，加装最新控制设备。其中 包括对 ２机组引风机进行技术升级，对原设备加装 ２套高压变频器，利用ＡＳＤ６０００Ｓ一２０００型电压源型 全数字控制变频器控制电动机的转速，以此来调节 ｂ事故图片２ 引风机的风量和风压，从而达到设备控制的目的。 图１事故现场图片 ２０１０年１０月底， ２机组大修完成正常点火运 致引风机叶片疲劳断裂，最终导致事故发生。本文 行后，２Ｂ引风机正常启运，运行工况良好。２０１０年 对此次事故的原因及处理措施分别进行介绍。 １１月中旬，２Ｂ引风机在变频过程中跳闸，引风机卡 ２原因分析 住不动。经检查，引风机叶轮脱落引发飞车事故并 导致轴承、联轴器出现一定损伤，２Ｂ引风机被迫停 此次２Ｂ引风机叶轮断裂事故是一起严重的设 机抢修，２Ａ引风机由于变频器原因提前切换至工频 备事故。事故导致 ２机组单引风机运行，负荷水平 运行，２Ｂ引风机变频设备前后运行时间共计３０ ｄ。 降低，对其他３台机组造成了较大的负荷压力。由 事故现场状况如图１所示。 于引风机轴承、联轴器等都受到了一定程度的破坏， 有关专家现场考察并对相关数据分析后认为： 使得抢修时间延长。事故发生时，正值集中供热的 设备运行时，频率变化过程中频繁产生共振现象，导 初始阶段， ２机组作为集中供热的主力机组之一， 其供热量大大减少，使得部分线路出现了供热不足 收稿日期：２０１０—１２—２８；修回日期：２０１０—１２—３０ 的不利局面。 ・６・ 华电技术 第３３卷 ２．１事故基本原理分析 对于引风机的动叶轮来讲，叶片存在着固有振 动频率，风机叶片在日常工作中，持续受到流通气流 的周期性激励作用，当这些激励力的运动频率与叶 片的固有频率重合时，叶片会发生共振现象。共振 的强度越大、时间越长，对设备的损坏程度就越高， 持续的共振损坏会导致严重事故的发生。２Ｂ引风 机在加装新的高变频设备后，由原先静叶角度的调 整控制变为效率更高、调整速度更快的变频器自动 ，使得原有人工调整共振的预防措施失去效用； 此外，在运行过程中，对于厂家给出的基本共振频率 公式过分倚重，只是理论上进行了共振频率波段躲 避操作，简化了设备测试与共振频率的调试过程，最 终导致共振躲避不当而发生此次事故。 ２．２ ２锅炉引风机固有频率与通频的分析比较 ２锅炉引风机叶轮固有频率与通频比较结果 见表ｌ，表中基频为转速除以６０。 表１ ２锅炉引风机叶轮固有频率与通频比较 从表１可以看出：在变频调速运行时， ２锅炉 引风机应避开的运行频率，一阶为２２．０４ Ｈｚ，二阶为 ４４．Ｏ８ Ｈｚ；为保证安全运行，避开频率须有一定的裕 量，因此，在引风机运行过程中，应当避开的频率为 ２１．５Ｏ～２３．Ｏ０ Ｈｚ，４３．００—４５．００ Ｈｚ。而在设备运行 之初，频率设定为２Ｏ．ｏ０～５Ｏ．ｏ０ Ｈｚ，致使引风机变 频运行过程中持续受到共振段频率破坏，直接导致 事故发生。 ２．３事故原因分析 ２．３．１ 生产管理不严，新设备运行问题认识不足 在 ２机组技术升级之初，华电青岛发电有限公 司派专人到相关公司学习新设备的操作控制，包括 引风机高频控制系统等，虽然经过了一段时间的接 触，但仅局限于基本操作方面，未对其调节原理深入 理解，在实际操作过程中面对出现的新问题，认识不 够充分，过分依赖设备的使用性能，惯性工作现象严 重，为事故的发生埋下了隐患。 华电青岛发电有限公司有丰富的日常运行经 验，多年的管理工作也取得了较大成就，但引进新设 备过程中过分追求速度和效率，面对新设备出现的 新问题时反应不够迅速。一方面，在引风机出现问 题端倪时，重视程度不够，未进行深入分析，单纯与 设备厂家沟通，对频率段进行了部分调整，但仍不够 准确；另一方面，在设备安装过程中未做好预防措 施，对工频和自动调节的转化和协调认识不足，操作 上经验不足，这都为事故的发生创造了条件。 ２．３．２设备启用前准备不充分 ２．３．２．１设备方面 引风机于１９９５年调试安装完毕后，同年随 ２ 机组投产运行，经过多次大修及小修，多处构件进行 了更换或升级，原先测得的固有频率已发生变化，在 进行变频控制更改时，应当对固有频率再次进行精 确测量，但仅采用了原始数据，使得Ｂ引风机在 ２１．５０～２３．００ Ｈｚ，４３．００—４５．ｏ０ Ｈｚ达到了共振重 合，致使发生共振。 ２．３．２．２厂家方面 设备厂家具备丰富的安装及设备运行经验，但 在 ２机组引风机变频设备的调试及运行过程中片 面追求时间和速度，未加装共振测点，致使对设备运 行工况监控不够全面，在出现问题时未能及时发现。 厂家在对产品进行安装调试时，未详尽说明可能出 现的问题并提出相应的备用方案。在２Ｂ引风机共 振现象发生的初始阶段，厂家对问题重视不足，只是 对共振频率段进行完善，未对设备进行精确测试，未 给予相应的指导和提出正确的改进措施，使得设备 错过了最佳补救时间，最终导致了事故的发生。 ３事故讨论及总结 ３．１技术和操作要全面可靠 通过此次事故可以看出：技术保证是设备正常 运行的根本，而正确操作是设备运行安全性的最大 保证。下面介绍从此次事故中得出的一些操作与控 制经验。 （１）在引风机变频调速过程中，当达到共振频 率波段时，可以调节变频速率，避免停留时间过长； 也可以设定一定的频率调节，对特定频率波段 调整时，采用调节引风机进口静叶开度的方式；还可 以采用２台并联引风机电动机频率输出一高一低的 运行方式，以不同的频率相互制约，以避开共振频 率，最终达到准确调节的目的。 （２）为保证引风机在变频运行情况下得到最佳 运行效率，可在工况运行稳定、共振频率相级较大 时，将引风机的进口静叶角度固定在０。（导叶方向 与轴向平行）下，单纯依靠变频设备调节工况，以达 第５期 胡志杰：电站锅炉引风机叶片脱落事故的分析 ・７・ 到高效节能的目的。 调速装置较为可靠，但为了确保锅炉安全运行，一旦 （３）将引风机改为高频控制调速运行后，实时 出现问题必须瞬时实现工频一变频运行的切换。一 频率变化对共振频率的敏感度加大，受设备内部及 旦一台引风变频故障，无法在短时间内恢复，需要由 外部环境的影响，设备自身频率可能发生变化。为 引风机自动控制改为原先的静叶调整方式。在此背 了能及时发现与了解引风机振动异常情况，防止出 景和需要下，必须停掉一台引风机变频，开大另一台 现事故，必须在引风机的内轴承处加装振动测点，对 引风机变频并将原引风机自动（静叶）投入相应的扰 异常情况及时发现、迅速处理，防患于未然。 动工况，经过相应的试验后，对相关的参数进行调整 ３．２对设备要进行恰当的选取 和修改，达到机组正常运行及事故处理的双重目的。 发电厂的发电负荷一般为５０％一１００％额定负 ３．４对事故经验进行借鉴和学习 荷，随发电机输出功率变化，锅炉也要相应调整，锅 华电青岛发电有限公司对 ３， ４锅炉引风机进 炉的送风量、引风量相应变化，过去主要靠改变风机 行技术升级改造时应吸取 ２锅炉的经验教训，不能 叶片的角度来实现引风机出力调整，现在一般加装 过分依赖设备出厂频率，应对叶轮叶片的固有频率 变频器以达到调节的目的。 进行精确测量，对获取的共振频率段进行误差处理。 在引风机变频设备的选取过程中，机组的日常 由于较快的频率变动可能产生较多的不确定因素， 运行工况及风机的特性是选择变频器的主要依据之 共振频率段可能发生一定的波动，为了避免相应共 一。根据风机的性能曲线，包括风机的流量、压头、 振事故工况的出现，必须在引风机的内轴承加装振 功率及效率等，得出相应的性能范围，再根据不同变 动测点，以便及时发现振动异常情况，防止严重事故 频设备的调节范围，在保证一定调节度的基础上，综 的发生。 合考虑经济、质量、安全等诸多因素后，对变频设备 进行选取。 ４结论 以此次采用的高频变频设备为例，控制部分由 通过对华电青岛发电有限公司 ２机组２Ｂ引风 高速单片机、人机界面和ＰＬＣ共同构成。单片机实 机加装高压变频设备后，因设备自身及操作不当等 现ＰＷＭ控制和功率单元的保护。人机界面提供友 原因发生叶轮飞车事故的分析，得出了相应高变频 好的全中文监控界面，同时可以实现远程监控和网 设备在工作时的注意事项，以及事故工况相应的解 络化控制。内置ＰＬＣ用于柜体内开关信号的逻辑 决方案。希望能为相关单位在设备选型及相关操作 处理，根据Ｂ引风机ＹＷＪ３０００／２１９０型子午加速轴 方面提供一定的参考。 流式风机的运行要求以及变频器控制的具体要求， （编辑：白银雷） 采取了分散控制系统（ＤＣＳ）与变频器接口、ＤＣＳ画 面设置等相应控制方案。 作者简介： ３．３做好应对事故工况的准备 胡志杰（１９７４一），男，山东青岛人，工程师，从事发电厂 锅炉安全运行是全厂动力的根本保证，虽然变频 集控运行方面的工作（Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｕｚｈｉｊｉｅ８８８＠１６３．ｔｏｍ）。 ０●０●０●０●◇●◇●＜＞●ｏ●ｏ●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●０●０●ｏ●ｏ●＜＞●ｏ●０●０●０●０●０●０●０●ｏ●０●＜＞●０●０●ｏ●ｏ●ｏ●０●＜＞●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●ｏ●＜＞●＜＞● （上接第４页）８＋Ｐ Ｍｗ×８＋Ｐ３３ｏＭｗ×４＝４４４．３×４＋ 约了大量的电能，为机组的安全、经济运行打下了坚 ３８５．０×８＋２５６．７×８＋１６７．８ ｘ４＝７５８２（ｋＷ・ｈ）。 实的基础，也是企业节能减排的重要举措之一。目 如１年按照运行３００ｄ计算，则每年每台机组节 前，华电潍坊发电有限公司Ⅱ期２×６７０ ＭＷ超临界 约厂用电：Ｗ＝Ｗ ×３００×２＝７ ５８２×３００×２＝ 机组三大风机由于选型比较大，已列为变频改造项 ４５４９２００（ｋＷ・ｈ）。 目，以期通过改造最大限度地降低厂用电率。 可见，节能效果与经济效益十分明显。 ８结束语 参考文献： 华电潍坊发电有限公司应用变频控制技术和调 ［１］张卫斌．凝泵变频自动控制的实施及优化［ｃ］／／２０１０年 节系统对三大风机改造应用过程的探讨充分说明： 全国发电厂热工自动化年会论文集．北京：电力行业热 采用变频调速技术，电动机是软启动，启动电流从零 工自动化技术委员会，２０１０． 开始上升，最大不超过额定电流，有效避免了电机启 （编辑：白银雷） 动时的强力冲击，保证了设备的安全。变频器转速 调节与挡板调节相比，有效提高了系统的控制精度 作者简介： 和调节品质，满足机组各种负荷下的需要和各种异 牛树森（１９６９一），男，山东潍坊人，高级工程师，从事电厂 常工况变化的要求；更重要的是降低了厂用电率，节 热工专业技术管理方面的工作（Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｓｓｌ２０９＠１２６．ｃｏｒｎ）。
