金培君，王歡歡

(上海奉賢燃機(jī)發(fā)電有限公司，上海 201403)

1 機(jī)組概述

上海奉賢燃機(jī)發(fā)電有限公司(以下簡稱奉賢發(fā)電公司)采用美國GE公司生產(chǎn)的PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)，于2005年年底先后投產(chǎn)發(fā)電。機(jī)組投運(yùn)以來，隨著對9E燃?xì)廨啓C(jī)的深入了解，發(fā)現(xiàn)9E燃?xì)廨啓C(jī)存在透平框架冷卻風(fēng)機(jī)設(shè)計冗余不夠的缺陷，對機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成一定的威脅。

機(jī)組原設(shè)計2臺50%容量的透平框架冷卻風(fēng)機(jī)，透平框架冷卻風(fēng)機(jī)的基本作用是冷卻透平排氣框架以及透平缸外層，在燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火后先后投入使用。若燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中框架冷卻風(fēng)機(jī)發(fā)生故障導(dǎo)致冷卻風(fēng)量瞬時失去或者突然減少，會使機(jī)組排氣框架及汽缸的受熱工況發(fā)生變化，造成局部過熱，對相關(guān)零部件的壽命有較大的影響。因此，透平框架冷卻風(fēng)機(jī)能否安全、穩(wěn)定運(yùn)行，對燃?xì)廨啓C(jī)能否正常運(yùn)行有重要影響。

奉賢發(fā)電公司是一個調(diào)峰電廠，機(jī)組啟動時就是電網(wǎng)最需要電力負(fù)荷的時候，故要求機(jī)組能隨時啟、停，在運(yùn)行中不允許機(jī)組非計劃停運(yùn)，故提高機(jī)組的安全、穩(wěn)定性就顯得尤為重要。一旦機(jī)組不能按時投運(yùn)或運(yùn)行中由于故障而停機(jī)，公司除需承擔(dān)設(shè)備受損、機(jī)組停機(jī)檢修造成的重大損失外，還可能引起局部地區(qū)拉閘限電，造成惡劣的社會影響。

為此，奉賢發(fā)電公司成立了“9E燃?xì)廨啓C(jī)透平框架冷卻系統(tǒng)優(yōu)化研究”課題組，進(jìn)行專題研究試驗。致力于消除上述重大設(shè)備隱患的同時，也使奉賢發(fā)電公司技術(shù)人員對該機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)構(gòu)成等有比較深入的認(rèn)識，逐步熟悉、掌握GE的MarkⅤ程序和相關(guān)電氣設(shè)計回路。

2 原框架冷卻系統(tǒng)存在的問題

2．1 系統(tǒng)概況

機(jī)組原框架冷卻系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 機(jī)組原框架冷卻系統(tǒng)

機(jī)組設(shè)計有2臺50%容量的透平框架冷卻風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)出口設(shè)有1個壓力開關(guān)及1個逆止閥，機(jī)組啟動點(diǎn)火后，風(fēng)機(jī)依次啟動，當(dāng)管道風(fēng)壓達(dá)到壓力開關(guān)63TK設(shè)定值時，壓力開關(guān)閉合，風(fēng)機(jī)啟動正常。

燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計有透平框架冷卻風(fēng)機(jī)故障保護(hù)，該保護(hù)是燃?xì)廨啓C(jī)的一項重要保護(hù)。風(fēng)機(jī)風(fēng)壓低于3．81 kPa時，壓力開關(guān)63TK動作，發(fā)出風(fēng)機(jī)故障報警。如果2臺風(fēng)機(jī)同時出現(xiàn)故障，則機(jī)組自動降負(fù)荷停機(jī)處理;如果1臺風(fēng)機(jī)故障報警，為了保障設(shè)備的安全性，需手動降負(fù)荷，維持排煙溫度不高于490℃，同時密切注意燃?xì)廨啓C(jī)輪間溫度、振動、排煙溫度等，若出現(xiàn)異常應(yīng)立即降負(fù)荷停機(jī)。

2．2 存在的問題

就設(shè)備本身而言，汽缸外層及排氣框架等高溫部位失去冷卻風(fēng)或者冷卻風(fēng)量驟然下降，勢必會引起局部過熱，造成一定變形。而汽缸變形可能會導(dǎo)致動靜摩擦異常，出現(xiàn)異常振動，從而使燃?xì)廨啓C(jī)葉片受到損傷，誘發(fā)重大設(shè)備事故。燃?xì)廨啓C(jī)熱通道部件價格昂貴且修理周期較長，一旦失去冷卻風(fēng)或者驟減冷卻風(fēng)可能導(dǎo)致重大設(shè)備損失。而透平框架冷卻風(fēng)機(jī)屬于重要的輔機(jī)設(shè)備，2臺50%容量的風(fēng)機(jī)一般都會設(shè)計有第3臺風(fēng)機(jī)備用。為分析GE公司的設(shè)計思路，奉賢發(fā)電公司的技術(shù)人員仔細(xì)研讀了GE公司的操作維護(hù)手冊，發(fā)現(xiàn)在相關(guān)系統(tǒng)的概述中也有第3臺風(fēng)機(jī)的描述。同時咨詢了一部分采用同類型機(jī)組的燃?xì)廨啓C(jī)電廠的相關(guān)人員，發(fā)現(xiàn)南方的幾個電廠在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行規(guī)程中都有關(guān)于透平框架冷卻風(fēng)機(jī)故障的緊急應(yīng)對措施。

奉賢發(fā)電公司作為一個調(diào)峰電廠，僅2臺風(fēng)機(jī)的設(shè)計加大了機(jī)組非計劃停機(jī)的可能性，降低了機(jī)組運(yùn)行的可靠性，而調(diào)峰電廠的非計劃停運(yùn)可能造成嚴(yán)重的社會影響。

3 技術(shù)重點(diǎn)和優(yōu)化方案

3．1 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

(1)框架冷卻系統(tǒng)本質(zhì)上的問題是冷卻風(fēng)總?cè)萘坎蛔?。常見的?yōu)化方法:一是風(fēng)機(jī)本身的擴(kuò)容改造，把50%容量的風(fēng)機(jī)改造成100%容量的風(fēng)機(jī);二是增加1臺50%容量的風(fēng)機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)原配風(fēng)機(jī)為法國Flakt公司制造的離心式風(fēng)機(jī)，價格比較昂貴，但安裝調(diào)試則相對簡單。若對風(fēng)機(jī)進(jìn)行擴(kuò)容改造，雖然擴(kuò)容改造技術(shù)比較成熟，但原風(fēng)機(jī)為進(jìn)口設(shè)備，基礎(chǔ)資料缺乏。

(2)燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)在相當(dāng)程度上被國外制造廠商所壟斷，特別在控制系統(tǒng)方面(Mark V)存在不少技術(shù)難點(diǎn)。改造后系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)機(jī)啟動控制、風(fēng)機(jī)故障自動停機(jī)切換程序的修改等關(guān)鍵技術(shù)，需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行研究。

3．2 方案選擇

奉賢發(fā)電公司的技術(shù)人員仔細(xì)查閱了風(fēng)機(jī)的相關(guān)資料，得到的信息相當(dāng)有限，操作維護(hù)手冊上的產(chǎn)品資料與現(xiàn)場設(shè)備嚴(yán)重不符。對原有風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，需加大葉輪直徑和寬度、加大進(jìn)風(fēng)口等，以達(dá)到風(fēng)機(jī)擴(kuò)容改造的目的，該方案在現(xiàn)場實施有較大的難度。

(1)原系統(tǒng)2臺風(fēng)機(jī)安裝在一個隔音罩內(nèi)，布置比較緊湊。擴(kuò)容改造后葉片的尺寸發(fā)生變化，勢必造成風(fēng)機(jī)、電動機(jī)的基礎(chǔ)發(fā)生改變，風(fēng)機(jī)隔音罩也要重新安裝，這些基礎(chǔ)的變動將帶來極大的土建工程量及較長的施工周期，代價較大。

(2)風(fēng)機(jī)改造需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，缺乏制造廠資料使風(fēng)機(jī)改造缺少了很多理論數(shù)據(jù)支持，整個改造需進(jìn)行多次試驗，周期長、花費(fèi)高。

因此，選擇增加1臺50%容量風(fēng)機(jī)的方案。首先考慮原配flakt廠的風(fēng)機(jī)，但此款風(fēng)機(jī)需進(jìn)口，供貨周期長，價格昂貴。由風(fēng)機(jī)銘牌參數(shù)可以看出，該型號風(fēng)機(jī)參數(shù)屬于常見參數(shù)，最終決定選擇南方風(fēng)機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的88TK－No9A型風(fēng)機(jī)。該型號風(fēng)機(jī)的額定流量為4 300～10 672m3/h，風(fēng)壓為10189～14 704 Pa，與原配風(fēng)機(jī)參數(shù)基本一致，標(biāo)準(zhǔn)工況下出口壓力與流量略高于原風(fēng)機(jī)。

選擇在與原風(fēng)機(jī)外側(cè)平行的位置安裝第3臺風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)安裝在此處不會影響將來機(jī)組的大修，也靠近原風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)，給風(fēng)機(jī)的選型提供了方便，基本不需要考慮風(fēng)機(jī)管道的損耗，如圖2所示。

從安全性、經(jīng)濟(jì)性方面考慮，原配風(fēng)機(jī)及電動機(jī)制造商都是有一定知名度的廠家，而且根據(jù)電動機(jī)型號可知，現(xiàn)場電動機(jī)是LEROY SOMER公司應(yīng)用于最苛刻環(huán)境下的產(chǎn)品。因此，在啟動程序上選擇第3臺風(fēng)機(jī)作為備用風(fēng)機(jī)，并網(wǎng)后原2臺風(fēng)機(jī)任意一臺出口壓力低時，備用風(fēng)機(jī)啟動。

此外，國產(chǎn)風(fēng)機(jī)噪聲偏大，所以在該風(fēng)機(jī)外加裝獨(dú)立的防雨隔音罩，使離心風(fēng)機(jī)的噪聲得到控制。

3．3 控制邏輯修改

每臺燃?xì)廨啓C(jī)原設(shè)計有2臺TK風(fēng)機(jī)(TK1，TK2)，燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火后2臺風(fēng)機(jī)依次啟動，一起運(yùn)行，共同保證燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件的冷卻。每臺風(fēng)機(jī)出口有1個風(fēng)壓低開關(guān)，監(jiān)視對應(yīng)風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)壓。當(dāng)2臺風(fēng)機(jī)同時低風(fēng)壓報警時，燃?xì)廨啓C(jī)就要進(jìn)入降負(fù)荷通道。

圖2 原風(fēng)機(jī)布置圖及增加1臺風(fēng)機(jī)后的布置圖

為了提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，現(xiàn)給每臺燃?xì)廨啓C(jī)增設(shè)1臺TK風(fēng)機(jī)(TK3)，其控制邏輯設(shè)計為:

(1)TK3風(fēng)機(jī)的控制信號由燃?xì)廨啓C(jī)MarkⅤ控制系統(tǒng)發(fā)出，其運(yùn)行反饋也送至燃?xì)廨啓C(jī)MarkⅤ控制系統(tǒng)。

(2)TK1，TK2中任意一臺風(fēng)機(jī)風(fēng)壓低時，報警并啟動第3臺TK風(fēng)機(jī)。風(fēng)壓報警消失后3 s，風(fēng)機(jī)停運(yùn)。

(3)TK1，TK2風(fēng)機(jī)風(fēng)壓低且第3臺TK風(fēng)機(jī)未啟動，燃?xì)廨啓C(jī)減負(fù)荷。

3．4 具體組態(tài)配置

風(fēng)機(jī)控制信號和反饋信號的接線見表1。

表1 風(fēng)機(jī)控制信號和反饋信號的接線

3．4．1 邏輯組態(tài)

在文件F:UNIT1SITE．ASG中定義新的中間變量:

?VQ T4TKZ SEC64?

風(fēng)機(jī)TK3的“控制信號”命名為L4TKZ3(反邏輯)，“風(fēng)機(jī)運(yùn)行”信號命名為 L52TK3，在文件F:UNIT1IO．ASG里定義其輸入、輸出通道:

修改組態(tài)文件F:UNIT1SEQ_AUX．SRC。

TK3啟動程序及風(fēng)機(jī)保護(hù)邏輯如圖3所示，圖3中信號的意義如下:

上述邏輯表示:發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后任意一臺風(fēng)機(jī)出口壓力低，則TK3延時3 s啟動;TK1，TK2出口壓力低(風(fēng)機(jī)故障)，但TK3正常運(yùn)行，則機(jī)組減負(fù)荷。

3．4．2 畫面修改

在燃?xì)廨啓C(jī)“UNIT CONTROL”下的“MOTORS”

圖3 TK3啟動程序及風(fēng)機(jī)保護(hù)邏輯

畫面上增加風(fēng)機(jī)TK3的狀態(tài)顯示(排在TK1，TK2之后)，如圖4所示。

圖4 Mark V畫面修改

3．5 動態(tài)驗證

就地接線和邏輯修改完成后，接下來進(jìn)行了信號傳動、靜態(tài)邏輯測試、動態(tài)試驗等工作。

4 優(yōu)化前、后效果對比及經(jīng)濟(jì)性分析

4．1 試運(yùn)行

對系統(tǒng)進(jìn)行改造和組態(tài)優(yōu)化后，在畫面強(qiáng)制啟、停風(fēng)機(jī)進(jìn)行通道測試，監(jiān)測風(fēng)機(jī)振動情況并記錄啟動電流和運(yùn)行電流，原風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)見表2，增加風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)見表3。由試運(yùn)行測試結(jié)果可知，所增加風(fēng)機(jī)與原風(fēng)機(jī)各參數(shù)基本一致。

表2 原風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)(典型工況)

4．2 運(yùn)行比較試驗

試運(yùn)行正常后，風(fēng)機(jī)正式投入使用并在機(jī)組運(yùn)行時進(jìn)行試驗，以考察其實際使用情況。

表3 增加風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)

為保證機(jī)組運(yùn)行安全，在機(jī)組停機(jī)前手動關(guān)閉TK2，以試驗聯(lián)鎖保護(hù)，若TK3自啟動不成功，則進(jìn)入停機(jī)程序。燃?xì)廨啓C(jī)試驗負(fù)荷為6W，保持該負(fù)荷15m。記錄燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度、輪間溫度并觀察燃?xì)廨啓C(jī)振動。試驗時嚴(yán)禁投IGV溫控。

運(yùn)行組數(shù)據(jù)見表4，對比組數(shù)據(jù)見表5。

表4 運(yùn)行組數(shù)據(jù)(TK1和TK2運(yùn)行)

表5 對比組數(shù)據(jù)(加裝風(fēng)機(jī)TK3和原風(fēng)機(jī)TK1運(yùn)行)

通過比較試驗發(fā)現(xiàn)，改造的基本設(shè)想都已經(jīng)得到了落實:在邏輯上任意一臺風(fēng)機(jī)失去，備用風(fēng)機(jī)自啟動;在實際出力工況下，風(fēng)機(jī)啟動后，燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度、輪間溫度都能保持穩(wěn)定。

4．3 效益分析

(1)安全效益。系統(tǒng)優(yōu)化的成果主要體現(xiàn)在安全上。此次系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)后，能避免透平框架風(fēng)機(jī)故障引起的緊急停機(jī)，大大提高了機(jī)組的安全性、可靠性。

(2)社會效益。作為調(diào)峰電廠，每次非正常停機(jī)都會帶來一定的社會影響。此次系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)后，可降低機(jī)組非停機(jī)概率，有利于維護(hù)社會和諧、提高企業(yè)形象。

(3)經(jīng)濟(jì)效益。通過系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)，能有效降低機(jī)組因非正常停機(jī)導(dǎo)致的市調(diào)度中心考核損失和電量的損失，避免風(fēng)機(jī)故障后處置不當(dāng)造成的重大設(shè)備損失。

5 結(jié)論

通過試驗發(fā)現(xiàn)，透平框架冷卻系統(tǒng)優(yōu)化后能在1臺常用風(fēng)機(jī)停用后迅速啟動備用風(fēng)機(jī)，并保持了機(jī)組輪間溫度、排氣溫度、機(jī)組振動等基本參數(shù)不發(fā)生變化。這表明機(jī)組在風(fēng)機(jī)發(fā)生故障后，整個透平框架冷卻系統(tǒng)仍能保持正常運(yùn)行，從而有效消除了風(fēng)機(jī)故障造成非計劃停運(yùn)和事故的隱患。系統(tǒng)優(yōu)化改造達(dá)到了預(yù)期的效果。

奉賢發(fā)電公司各專業(yè)人員也在此次優(yōu)化改造的過程中努力鉆研技術(shù)，更加深入了解公司的機(jī)組設(shè)備，提高了自身的專業(yè)水平，有利于今后更好地開展工作。該項目的研究對于提高同類型機(jī)組運(yùn)行可靠性具有借鑒價值。