戴初成

(琥珀能源有限公司，杭州 310013)

1 故障簡介

琥珀能源有限公司下屬德能廠的機(jī)組為南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司配套生產(chǎn)的PG6581B型燃?xì)廨啓C(jī)，于2005年投產(chǎn)，2013年燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行了DLN改造。在改造之后的啟動(dòng)過程中，由于適逢極端高溫天氣，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火后，在較低的轉(zhuǎn)速時(shí)(48%TNH)，燃?xì)廨啓C(jī)即進(jìn)入FSR溫度控制。燃?xì)廨啓C(jī)升速緩慢，使燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)時(shí)間大大延長。嚴(yán)重時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)在啟動(dòng)電機(jī)脫扣轉(zhuǎn)速之前就停止升速，甚至轉(zhuǎn)速下降，最終只能停機(jī)。

為解決這一問題，我們分析了熱懸掛產(chǎn)生的原因，從各個(gè)角度入手，采取了修正點(diǎn)火FSR與暖機(jī)FSR參考值、修正計(jì)算P2壓力常數(shù)的參考值、適當(dāng)開大IGV的角度、調(diào)節(jié)液力變扭器的回油孔板大小等一系列措施，最終使機(jī)組恢復(fù)正常啟動(dòng)。

2 熱懸掛原因分析

德能廠的燃?xì)廨啓C(jī)采用MARK V控制系統(tǒng)。其燃料行程基準(zhǔn)主控系統(tǒng)有6個(gè)核心控制子系統(tǒng)，包括啟動(dòng)控制系統(tǒng)輸出啟動(dòng)燃料控制行程基準(zhǔn)FSRSU，轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速控制燃料行程基準(zhǔn)FSRN，溫度控制系統(tǒng)輸出溫度控制燃料行程基準(zhǔn)FSRT，加速控制系統(tǒng)輸出加速控制燃料行程基準(zhǔn)FSRACC，停機(jī)控制系統(tǒng)輸出停機(jī)控制燃料行程基準(zhǔn)FSRSD，手動(dòng)控制系統(tǒng)輸出手動(dòng)信號(hào)FSRMAN。任何時(shí)候這6個(gè)子系統(tǒng)各自都在運(yùn)算和輸出，其運(yùn)算出的基準(zhǔn)量作為各自的分量進(jìn)入，最小選擇門選出各個(gè)分量中的最小值作為輸出，此時(shí)，該子系統(tǒng)的分量即為當(dāng)前實(shí)際使用的FSR控制信號(hào)指令。

啟動(dòng)控制方式控制燃?xì)廨啓C(jī)從點(diǎn)火到啟動(dòng)程序完成這一過程。啟動(dòng)時(shí)，F(xiàn)SRSU是最小值，在燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火、暖機(jī)結(jié)束后，F(xiàn)SRSU以一個(gè)較小的斜升速率(FSKSU_IA)緩慢增加，燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速隨之上升，此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度TTXM也不斷增加，根據(jù)溫度控制燃料基準(zhǔn)的算法(圖1)，F(xiàn)SRT會(huì)不斷減小。當(dāng)FSRT小于FSRSU成為最小值時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入溫度控制。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)剛剛進(jìn)入FSR溫控時(shí)，因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速仍在上升，隨著空氣進(jìn)氣量的增加，排氣溫度TTXM可能會(huì)有所降低，根據(jù)算法，F(xiàn)SRT會(huì)隨之增大，當(dāng)FSRT＞FSRSU時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)又會(huì)進(jìn)入啟動(dòng)控制。在這個(gè)階段，F(xiàn)SRSU和FSRT會(huì)交替成為最小值，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速仍會(huì)繼續(xù)上升。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速越升越慢，F(xiàn)SRSU隨著時(shí)間持續(xù)增加，F(xiàn)SR最終保持在溫度控制，不會(huì)再增加。

當(dāng)前的FSR，如果仍能使燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速緩慢上升，那么將大大延長燃?xì)廨啓C(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)前的FSR，如果不足以使燃?xì)廨啓C(jī)升速，那么就會(huì)出現(xiàn)熱懸掛現(xiàn)象。在這種情況下，只能選擇停機(jī)。

圖1 溫控燃料基準(zhǔn)FSRT

3 應(yīng)對(duì)措施

熱懸掛的原因，簡而言之，就是在啟動(dòng)過程中燃?xì)廨啓C(jī)排煙溫度太高，溫度控制過早介入。而降低了啟動(dòng)過程中的排煙溫度，也就解決了熱懸掛。

針對(duì)消除熱懸掛，采用的一系列方法是:

1)檢查核對(duì)IGV角度，并適當(dāng)調(diào)大最小基準(zhǔn)值，以增加啟動(dòng)過程中空氣的進(jìn)氣量。

2)適當(dāng)修改點(diǎn)火FSR、暖機(jī)FSR、升速率常數(shù)及P2壓力計(jì)算常數(shù)，在保持機(jī)組可以繼續(xù)升速的情況下盡可能減小啟動(dòng)過程時(shí)的FSR。

3)提升液力變扭器輸出力矩，使啟動(dòng)電機(jī)能傳遞更多的扭矩給主軸。

3.1 調(diào)大IGV的最小基準(zhǔn)角度

壓氣機(jī)進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉的作用是調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣量，其目的有兩個(gè):一是在啟機(jī)和停機(jī)過程中的一定階段通過將IGV角度保持在最小值(與CSKGVCS3參考值有關(guān))來限制進(jìn)氣量，避免出現(xiàn)壓氣機(jī)喘振;二是實(shí)現(xiàn)IGV溫控，即在部分負(fù)荷時(shí)通過適當(dāng)關(guān)小IGV角度，維持燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度在一個(gè)較高的水平以保證整個(gè)聯(lián)合循環(huán)的效率。在燃?xì)廨啓C(jī)的啟動(dòng)過程中，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速在78%TNH前(與CSKGVPS1參考值相關(guān))，IGV的角度一直保持在最小基準(zhǔn)值。如果在這個(gè)階段開度有偏差，會(huì)影響燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣量。

為避免IGV開度的影響，我們實(shí)測了IGV的角度，對(duì)IGV重新進(jìn)行了標(biāo)定。另外，我們將IGV的最小基準(zhǔn)(CSKGVCS3)由34°改為35°，以這個(gè)方法來提高壓氣機(jī)的進(jìn)氣量。

重新啟動(dòng)后，進(jìn)入溫控的時(shí)間推遲到了52%TNH，但是熱懸掛的問題沒有得到徹底解決。

3.2 修改控制程序的參數(shù)

主控系統(tǒng)中啟動(dòng)燃料控制系統(tǒng)FSRSU的變化規(guī)律如圖2所示。

圖2 啟動(dòng)控制的FSRSU曲線

MARK V控制系統(tǒng)以開環(huán)方式控制啟動(dòng)過程中的FSR，在燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)過程中，F(xiàn)SRSU算法要求既可使燃?xì)廨啓C(jī)升速，又可維持點(diǎn)火溫升比較緩和。為了點(diǎn)燃燃燒系統(tǒng)并提供燃燒室之間的聯(lián)焰，在點(diǎn)火火花塞打火時(shí)，啟動(dòng)FSR階躍到點(diǎn)火值FSKSU_FI。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)檢測到火焰后，F(xiàn)SRSU需下調(diào)到暖機(jī)值FSKSU_WU。在暖機(jī)計(jì)時(shí)器的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)SR保持在這個(gè)暖機(jī)值上，以減少在轉(zhuǎn)子上的熱應(yīng)力。當(dāng)暖機(jī)結(jié)束之后，F(xiàn)SRSU按預(yù)先設(shè)置的變化速率(FSKSU_IA)斜升，最高可能到加速設(shè)定基準(zhǔn)(FSKSU_AR)。隨后以另一個(gè)預(yù)先設(shè)置的速率(FSKSU_IM)繼續(xù)斜升。第二個(gè)上升斜率是為了使啟動(dòng)控制系統(tǒng)讓出對(duì)FSR的控制權(quán)。

根據(jù)啟動(dòng)控制系統(tǒng) FSRSU的算法，要控制FSRSU，我們可以調(diào)整的參數(shù)有點(diǎn)火FSR基準(zhǔn)、暖機(jī)FSR基準(zhǔn)和斜升常數(shù)FSKSU_FI。

另外，進(jìn)入燃燒室的天然氣量還與GCV的閥前壓力有關(guān)。而GCV閥前壓力是由速比閥(SRV)按燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速(TNH)的倍數(shù)加預(yù)置值來控制的。

嘗試將點(diǎn)火FSR(FSKSU_FI)由15.5%降到12%，將暖機(jī)FSR(FSKSU_WU)由14%降到10%。重新啟動(dòng)后，進(jìn)入溫控的轉(zhuǎn)速提高到54%TNH。

接著修改了計(jì)算P2壓力的常數(shù)，修改了斜升常數(shù) FSKSU_IA(從0.05%/s改到0.04%/s)。但是，隨著燃料的減小，燃?xì)廨啓C(jī)的升速過程也減慢了。在啟動(dòng)電機(jī)脫扣之前，仍舊進(jìn)入了FSR溫控。

3.3 提升液力變扭器輸出力矩

液力變扭器將啟動(dòng)機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)系起來，使得兩者的扭矩特性相匹配。在啟動(dòng)過程中，啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)對(duì)油液作功，使油獲得速度環(huán)量來沖擊渦輪，對(duì)渦輪作功，用來帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)。

油液高速循環(huán)流動(dòng)，當(dāng)油液經(jīng)過導(dǎo)葉折轉(zhuǎn)后，以一定的入口角進(jìn)入泵輪，在低轉(zhuǎn)速下可使輸出扭矩增大若干倍，在制動(dòng)工況時(shí)扭矩最大。變扭器進(jìn)口油壓稱為“基壓”，由節(jié)流孔板控制。變扭器供油泵油量隨轉(zhuǎn)速增加而增加。通過減小回油量，可以提升液力變扭器工作壓力，使液力變扭器傳輸扭矩更大，燃?xì)廨啓C(jī)的升速率增加，減少啟動(dòng)時(shí)間。

在現(xiàn)場，我們測得液力變扭器基壓為0.37 MPa。根據(jù)說明書，液力變扭器基壓范圍在0.3～0.7 MPa之間。通過調(diào)節(jié)液力變扭器泄油電磁閥上的調(diào)節(jié)旋鈕，使液力變扭器基壓升到0.45 MPa。再次啟動(dòng)，從點(diǎn)火到燃?xì)廨啓C(jī)升到50%轉(zhuǎn)速，花費(fèi)的時(shí)間少了約1.5 min。燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)時(shí)間縮短了，沒有進(jìn)入FSR溫控。熱懸掛問題終于得以解決。

4 結(jié)語

在采取了上述一系列措施后，燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)時(shí)間基本恢復(fù)正常。此前燃用重油的機(jī)組，由于一級(jí)噴嘴的結(jié)垢，對(duì)性能影響較大。在環(huán)境溫度較高時(shí)，往往會(huì)有啟動(dòng)時(shí)間延長乃至出現(xiàn)熱懸掛的現(xiàn)象。當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)大都采用天然氣作為燃料，機(jī)組發(fā)生熱懸掛的情況極少。因此，本文一些處理熱懸掛的經(jīng)驗(yàn)，可供兄弟電廠參考。

［1］ 章素華.燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)［M］.北京:中國電力出版社，2013:210-234.

［2］南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司.PG6581B燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組使用維護(hù)說明書(電啟動(dòng))［R］.南京:南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，2008:20-25.