富兆龍

(深圳鈺湖電力有限公司，廣東 深圳 518111)

幾例PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)熱工控制系統(tǒng)故障事件和處理辦法

富兆龍

(深圳鈺湖電力有限公司，廣東 深圳 518111)

介紹了PG9171E型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組在長期運(yùn)行實(shí)踐中總結(jié)的熱工專業(yè)方面的幾起故障事件和處理方法。通過技術(shù)改造和優(yōu)化工藝，提高了熱工設(shè)備的安全性和可靠性，預(yù)防了人為誤操作。這為同類型的燃?xì)怆姀S提供了經(jīng)驗(yàn)和參考。

PG9171E型；燃?xì)廨啓C(jī)；熱工控制

PG9171E型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組采用“一拖一”的工作方式。最新控制系統(tǒng)為GE公司的MarkVIe系列?，F(xiàn)將近年在9E型DLN1.0燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)營實(shí)踐中涉及熱工控制的故障事件和處理辦法整理如下。

(1)啟機(jī)過程燃燒模式切換失敗和處理。

(2)透平排氣溫度主保護(hù)信號人為誤動導(dǎo)致跳閘事件和處理。

(3)2號軸承瓦振測點(diǎn)故障和處理。

(4)啟機(jī)點(diǎn)火失敗故障和處理。

(5)零起盤車失敗事件和處理。

1 9E型DLN1.0燃?xì)廨啓C(jī)啟機(jī)過程中燃燒模式切換失敗和處理

1.1 燃燒模式工作原理

DLN1.0燃?xì)廨啓C(jī)組共設(shè)計有8種燃燒模式(見表1)。機(jī)組正常啟動過程按照先后順序依次為初始燃燒模式、貧貧(正)燃燒模式、二次切換模式、預(yù)混切換模式和預(yù)混穩(wěn)定模式5種燃燒模式。模式之間的切換觸發(fā)變量為燃?xì)廨啓C(jī)燃燒溫度值(TTRF1)[1](見表2)。

表2 深圳某燃?xì)怆姀S燃燒模式切換溫度、死區(qū)

注：℉為華氏溫度。1℃=1.8℉；0℃時為32℉。

1.2 燃?xì)廨啓C(jī)啟機(jī)過程燃燒模式切換失敗事件

圖1為某DLN1.0改造9E燃?xì)怆姀S在啟機(jī)過程中，先后2次燃燒模式切換失敗的曲線趨勢，事件較為典型。

第1次事件為機(jī)組在轉(zhuǎn)為PM_XFER模式后，燃燒溫度TTRF1波動下幅劇烈，燃燒室1區(qū)重點(diǎn)火，燃機(jī)回切到LL_NEG模式。

第2次事件為運(yùn)行人員在機(jī)組尚運(yùn)行在LL_NEG模式下，再次選擇BASE LOAD，機(jī)組不能執(zhí)行正常啟機(jī)燃燒模式切換流程，不能進(jìn)入PM_SS模式，啟機(jī)再次失敗。

1.3 切換失敗事件分析

圖1 深圳某DLN1.0改造9E燃?xì)怆姀S在啟機(jī)燃燒模式切換失敗曲線

9E型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒溫度TTRF1受到環(huán)境溫度、環(huán)境壓力、燃料熱值、控制閥組工作狀態(tài)、IGV開度、透平燃燒狀況(反映為排氣溫度、排氣分散度)等多因素的影響。在啟停機(jī)過程中，會偶發(fā)燃燒模式切換失敗的問題。在啟機(jī)時，集中發(fā)生在預(yù)混切換模式(PM_XFER) → 預(yù)混穩(wěn)定模式(PM_SS)轉(zhuǎn)換過程[2]。

如圖1所示，在事件1中，機(jī)組進(jìn)入PM_XFER模式后，TTRF1有較大幅度的下降，數(shù)值低至1 989.6°F，小于1 990°F(FXKTL2- FXKTL2DB)。邏輯觸發(fā)燃燒室1區(qū)重點(diǎn)火指令L3FXTV1，機(jī)組進(jìn)入LL_NEG模式。

在事件2中，機(jī)組進(jìn)入L-L_NEG模式，負(fù)荷降至72 MW后，運(yùn)行人員選擇 BASE LOAD。但此時TTRF1為1 967°F，不滿足回切至LL_POS的溫度值1 950°F(FXKTS1- FXKTS1DB)條件，邏輯不允許機(jī)組直接回切至預(yù)混模式，機(jī)組依然運(yùn)行在LL_NEG模式。機(jī)組再次嘗試啟機(jī)切至PM_SS失敗。

1.4 切換失敗優(yōu)化方法

針對事件1，在預(yù)混切換模式(PM_XFER) → 預(yù)混穩(wěn)定模式(PM_SS)轉(zhuǎn)換過程中，燃燒溫度下降幅度大的問題，從根源進(jìn)行排查處理。

(1)檢查燃燒系統(tǒng)傳動裝置。首先，對液壓油路檢查，伺服閥濾網(wǎng)清潔，油質(zhì)為合格。遂對IGV和控制閥組進(jìn)行標(biāo)定，指令和反饋(就地和遠(yuǎn)方)偏差小于標(biāo)準(zhǔn)值0.5%，以及傳動試驗(yàn)閥組無波動問題，可排除傳動裝置的影響。

(2)檢查機(jī)械燃燒熱部件。重點(diǎn)檢查一級燃燒噴嘴(包括旋流器)、二級燃燒噴嘴的損壞和孔洞結(jié)焦情況。經(jīng)孔探檢查部件完好，可排除熱部件的影響。

(3)修正燃燒切換點(diǎn)溫度值參數(shù)，以降低切換條件的門檻。即降低預(yù)混切換模式→ 預(yù)混穩(wěn)定模式切換溫度FXKTL2，或增加相應(yīng)的切換死區(qū)溫度FXKTL2DB。但經(jīng)運(yùn)行試驗(yàn)得知該機(jī)組預(yù)混燃燒模式下的燃燒脈動臨界值為1 980 °F。依表2可知，如適當(dāng)放大FXKTL2DB或降低切換溫度FXKTL2，在機(jī)組停機(jī)中，執(zhí)行預(yù)混穩(wěn)定模式→貧貧(負(fù))燃燒模式切換期間，機(jī)組將進(jìn)入燃燒脈動區(qū)間。該方法不適用本機(jī)組。

(4)在運(yùn)行操作上進(jìn)行優(yōu)化。預(yù)選適當(dāng)負(fù)荷值(以深圳某9E型燃?xì)怆姀S為例，機(jī)組穩(wěn)定在75 MW負(fù)荷運(yùn)行15 min)，保證在機(jī)組進(jìn)入二次切換模式前，穩(wěn)定燃燒一段時間后，再進(jìn)行BASE LOAD方式選擇，以保證燃燒溫度不因“二次切換→預(yù)混切換→預(yù)混穩(wěn)定模式”過程中，IGV和控制閥組的變動，不至使燃燒溫度有過大的下降。

針對事件2，當(dāng)啟機(jī)過程中，發(fā)生機(jī)組重點(diǎn)火，且進(jìn)入LL_NEG模式，需要使機(jī)組重新運(yùn)行在預(yù)混穩(wěn)定模式，要先降低負(fù)荷(燃燒溫度)，確保機(jī)組重新進(jìn)入貧貧(正)燃燒模式，即燃燒溫度值TTRF1<(FXKTS1-FXKTS1DB)，再重新執(zhí)行升負(fù)荷指令。

2 9E型燃?xì)廨啓C(jī)透平排氣溫度主保護(hù)信號人為誤動導(dǎo)致的跳閘事件和處理

2.1 型燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度主保護(hù)

PG9171E型燃機(jī)的透平排氣溫度是由安裝在透平后缸的24支K分度熱電偶獲取的(部分機(jī)組采用J分度熱電偶)。其位置分布如圖2所示，熱電偶編序應(yīng)與控制邏輯保持一致[2]。

圖2 PG9171E型燃機(jī)的透平排氣溫度測點(diǎn)位置分布

PG9171E型燃機(jī)的透平排氣熱電偶參與的主保護(hù)控制功能如下：

(1) 透平排氣超溫保護(hù)(L86TXT)；

(2) 透平排氣溫度分散度保護(hù)(L30SPT)；

(3) 透平排氣熱電偶故障保護(hù)(L86TFB)。

2.2 溫度主保護(hù)信號誤動跳閘事件

深圳某燃機(jī)電廠在運(yùn)期間發(fā)生14號排氣熱電偶故障開路問題。根據(jù)透平排氣熱電偶故障保護(hù)(L86TFB)可知，當(dāng)在24支透平排氣熱電偶中，有任意相鄰的2支熱電偶同時出現(xiàn)壞值量，機(jī)組執(zhí)行跳機(jī)程序。

為防止故障擴(kuò)大而引起排氣溫度主保護(hù)動作，采取臨時退保護(hù)措施，即強(qiáng)制L86TFB置0，以期在機(jī)組停運(yùn)后，對故障熱電偶進(jìn)行更換處理。

此時的L86TFB為False(0)狀態(tài)，需人為激活“Force value”以使其信號保持為“Flase”。但執(zhí)行過程中，在激活“Force value”后，人為錯誤選中信號翻轉(zhuǎn)指令“Toggle Value”，如圖3所示，導(dǎo)致L86TFB置1，機(jī)組跳機(jī)。

2.3 信號誤動跳閘事件總結(jié)

圖3為MarkVIe控制系統(tǒng)強(qiáng)制信號操作界面(Send Value)。對當(dāng)前狀態(tài)為“Flase”的信號進(jìn)行“Flase”強(qiáng)制，正確的執(zhí)行步驟為勾選“Force value”→選中“Next Value”欄中的“Flase”指令→點(diǎn)擊“Send&Close”。

MarkVIe控制系統(tǒng)在“Send Value”界面中，設(shè)有“Toggle Value”，作用是為方便進(jìn)行系統(tǒng)的傳動試驗(yàn)，但也增加了誤動的風(fēng)險。

故而，在對邏輯信號進(jìn)行強(qiáng)制作業(yè)時，要明確強(qiáng)制信號所要求的最終狀態(tài)后，方可對“Next Value”欄中的“Flase”或“True”指令進(jìn)行選擇。同時，慎用“Toggle Value”功能。

圖3 MarkVIe控制系統(tǒng)強(qiáng)制信號操作界面(Send Value)

3 9E型燃?xì)廨啓C(jī)2號軸承瓦振測點(diǎn)故障和處理

3.1 燃?xì)廨啓C(jī)軸承瓦振工作原理

9E型燃?xì)廨啓C(jī)共裝有8個瓦振，為動圈式電磁傳感器，分別位于透平側(cè)的1號軸承(BB1、BB2)、2號軸承(BB3)、3號軸承(BB4、BB5)，以及發(fā)電機(jī)側(cè)的4號軸承(BB10、BB11)和5號軸承(BB12)。透平側(cè)瓦振安裝位置結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 9E型燃?xì)廨啓C(jī)透平側(cè)瓦振布置結(jié)構(gòu)

燃機(jī)軸承瓦振測點(diǎn)參與本體主保護(hù)控制邏輯如表3所示，控制策略也根據(jù)就地實(shí)際測點(diǎn)分為兩部分。

表3 9E燃?xì)廨啓C(jī)軸承瓦振保護(hù)邏輯

3.2 燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)期間2號軸承BB3故障事件

圖5所示為深圳某燃機(jī)電廠3號機(jī)在冷態(tài)啟機(jī)并網(wǎng)帶65 MW時，2號軸承BB3瓦振測點(diǎn)異常波動，數(shù)值由1.52 mm/s跳變至75.24 mm/s，又迅速降至0～0.01 mm/s，并在此區(qū)間開始小幅波動。MarkVIe系統(tǒng)觸發(fā)“Vibration input for seismic Sensor3”報警。

同時，透平側(cè)的BB1、BB2數(shù)值在1.26～1.28 mm/s范圍,并且BB4、BB5數(shù)值在1.72～1.83 mm/s范圍，屬正常區(qū)間，無異常。

該狀況在2015～2016年間，已頻繁發(fā)生。

圖5 深圳某9E燃?xì)怆姀S2號軸承BB3瓦振測點(diǎn)異常波動曲線

3.3 燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)期間2號軸承BB3故障原因分析

外觀檢查，BB3傳感器本體和延長電纜無損壞，中間接頭連接處無破損或因滲水滲汽問題。對BB3輸出值進(jìn)行就地接線回路測量，輸出值為0V。

在安裝工藝上，9E型燃?xì)廨啓C(jī)2號軸承BB3瓦振測點(diǎn)因其本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計所限，采用倒裝方式安裝在在2號軸承座上，位于燃燒室底部，貼近燃燒溫度峰值位置，且臨近滑油管路法蘭面(此處存在漏氣問題)。工作環(huán)境惡劣[3]。

通過加裝臨時溫度測點(diǎn)，得到3號機(jī)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行過程時，BB3安裝處溫度值，與同型號機(jī)組在同時段同工況的數(shù)據(jù)對比，如表4所示。3號機(jī)BB3工作環(huán)境溫度明顯偏高。

表4 某9E燃?xì)怆姀S1號機(jī)和3號機(jī)BB3工作環(huán)境溫度數(shù)據(jù)對比表

BB3測點(diǎn)采用Metrix5485c系列的動圈式磁電傳感器(見圖6)。此傳感器的敏感元件(動線圈、永性磁鐵等)和信號處理電子元件(如運(yùn)算放大器、檢波器等)位于同一殼體內(nèi)，所以能承受的外界溫度受到限制。

圖6 Metrix5485c系列的動圈式磁電傳感結(jié)構(gòu)

故而得到結(jié)論，該故障的頻繁發(fā)生是因?yàn)锽B3測點(diǎn)長期處于高溫工況下，致使信號放大元件損壞。

3.4 BB3瓦振測點(diǎn)頻繁故障的處理方法

為根本上解決9E型燃?xì)廨啓C(jī)2號軸承BB3瓦振測點(diǎn)因高溫環(huán)境受損的問題，對其進(jìn)行選型替換。新型瓦振測點(diǎn)采用Bently330752型。基本參數(shù)選型原則遵循：

(1) 輸出量的靈敏系數(shù)保持一致；

(2) 輸出量的單位保持一致；

(3) 輸出量的量程保持一致。

330752型傳感器在設(shè)計上將敏感元件與信號處理電子元件分開，如圖7所示。敏感元件獨(dú)立安裝在高溫區(qū)域，用延長電纜將信號引至安裝在溫度較低位置的信號處理電子元件，再用連接電纜做傳感器信號傳輸介質(zhì)變更，引至MarkVIe控制系統(tǒng)。該種安裝方式，可實(shí)現(xiàn)傳感器在高溫工況下運(yùn)行的要求，耐溫可達(dá)到400℃。

圖7 Bently330752型壓電式傳感結(jié)構(gòu)

因Bently330752型壓電式傳感器不同于動圈式傳感器，需變更為系統(tǒng)供電方式，故而要在系統(tǒng)軟硬件設(shè)置上進(jìn)行如下優(yōu)化處理：

(1)ToolboxST軟件組態(tài)設(shè)置測點(diǎn)類型、靈敏度等；

(2)MarkVIe系統(tǒng)I/O Park進(jìn)行供電方式的跳線處理。

4 9E型燃?xì)廨啓C(jī)啟機(jī)點(diǎn)火失敗故障和處理

4.1 燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火裝置工作原理

點(diǎn)火裝置的火花塞安裝結(jié)構(gòu)如圖8所示。其工作原理為MarkVIe控制系統(tǒng)給出點(diǎn)火指令時(l2tvx1=1)，輸出繼電器回路供給AC110 V至燃?xì)廨啓C(jī)透平間點(diǎn)火變壓器。變壓器升壓為AC15 000 V輸出。該高電壓、小電流擊穿空氣放電，接觸空氣和天然氣混合物實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火[4]。

火花塞由固定裝置安裝在11號、12號火焰筒上，火花塞穿過火焰筒外殼，塞頭伸入導(dǎo)流襯套[5]。

圖8 火花塞安裝結(jié)構(gòu)

4.2 燃?xì)廨啓C(jī)啟機(jī)點(diǎn)火失敗事件

深圳某燃機(jī)電廠對燃機(jī)火焰筒進(jìn)行拆裝更換，完成點(diǎn)火裝置的復(fù)裝后(工作前，對火花塞外觀檢查，殼體無劃損，陶瓷內(nèi)套無破裂)，進(jìn)行假點(diǎn)火試驗(yàn)。切斷氣源，強(qiáng)制MarkVIe控制系統(tǒng)l2tvx1信號為1?，F(xiàn)場確認(rèn)11號、12號火焰筒有明顯打火聲響。

機(jī)組進(jìn)行正常啟機(jī)流程。當(dāng)清吹計時結(jié)束后，液力變扭器角度由50°降至15°，電磁閥20TU-1失電，燃機(jī)轉(zhuǎn)速開始下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至12%TNH時，控制系統(tǒng)發(fā)點(diǎn)火命令，計時60 s(K2F)，一區(qū)火焰探測器顯示無火焰，點(diǎn)火失敗，點(diǎn)火失敗后手動轉(zhuǎn)入CRANK模式。

4.3 燃?xì)廨啓C(jī)啟機(jī)點(diǎn)火失敗事件分析

經(jīng)孔探確認(rèn)，11號、12號火焰筒上兩支火花塞安裝均未伸入導(dǎo)流襯套，高壓電弧不能與燃料充分接觸，致使機(jī)組點(diǎn)火失敗。

4.4 燃?xì)廨啓C(jī)的火花塞安裝工藝優(yōu)化方法

為避免火花塞安裝出現(xiàn)類似問題，對工藝進(jìn)行如下優(yōu)化。

(1) 外觀檢查。重點(diǎn)檢查殼體有無破損，塞頭陶瓷部分有無破裂。

(2) 筒外打火試驗(yàn)。將火花塞固定在火焰筒外，強(qiáng)制信號l2tvx1=1。觀察火花塞放電打火情況。試驗(yàn)過程中，嚴(yán)控距離，保證人身安全。

(3) 按照圖紙尺寸，安裝火花塞，保證塞頭進(jìn)入導(dǎo)流襯套的深度在0.35～0.41 cm。

(4) 孔探驗(yàn)證。對火焰筒內(nèi)的火花塞的插入深度進(jìn)行驗(yàn)證，已確認(rèn)火花塞塞頭伸入導(dǎo)流襯套適當(dāng)距離，且與襯套無接觸。

(5) 筒內(nèi)打火試驗(yàn)。強(qiáng)制信號l2tvx1=1，監(jiān)聽火花塞放電打火聲響。

但需要注意的是，對返修件不能完全依賴圖紙，孔探驗(yàn)證很有必要。

5 9E型燃?xì)廨啓C(jī)零起盤車失敗事件和處理

5.1 啟動裝置工作原理

啟動裝置為燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組啟動提供動力。當(dāng)燃機(jī)點(diǎn)火成功，并達(dá)到自持轉(zhuǎn)速時，啟動裝置自動脫扣。其主要組成部分為啟動馬達(dá)(88CR)、液力變扭器、液力變扭器導(dǎo)葉電機(jī)(88TM)等。

5.2 零起盤車失敗事件

深圳某燃機(jī)電廠燃機(jī)檢修后，投盤車試運(yùn)。運(yùn)行人員點(diǎn)擊“Cooldown on”，輔助潤滑油泵、頂軸油泵、抽油霧風(fēng)機(jī)啟動，潤滑油母管油壓和油箱負(fù)壓建立正常。點(diǎn)擊“Start”，延時30 s后主保護(hù)L4=1，啟動馬達(dá)88CR啟動。隨后，HMI始終顯示轉(zhuǎn)速為0。MarkVIe控制系統(tǒng)因未能監(jiān)測到加速度信號，執(zhí)行L4T跳閘命令[5]。

5.3 零起盤車失敗事件分析和處理

對88CR啟動馬達(dá)進(jìn)行點(diǎn)停試運(yùn)，確認(rèn)其工作正常。遂檢查液力變扭器油路是否通暢，對液力變扭器充油放油電磁閥20TU-1進(jìn)行傳動試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電磁閥傳動機(jī)構(gòu)不動作。檢查其供電電壓和線圈電阻無異常。拆下電磁閥，外觀檢查發(fā)現(xiàn)閥桿固定螺帽丟失。

判斷因該處固定螺帽松脫而導(dǎo)致電磁閥閥桿跑位，閥位不動作，油路不通。液力變扭器無工作介質(zhì)。

更換同型號電磁閥后，傳動試驗(yàn)驗(yàn)證閥門動作正常，油路暢通。機(jī)組正常執(zhí)行盤車程序。

6 結(jié)語

本文結(jié)合多家PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)生的問題，總結(jié)出相應(yīng)的處理和優(yōu)化辦法。目的在于最終提高機(jī)組的安全可靠性和防止人為誤操作。這為同類型燃?xì)怆姀S提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

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(本文編輯：楊林青)

電力簡訊

全國能源工作會議確定2017年度重點(diǎn)工作

2017年能源工作重點(diǎn)做好以下工作：

一要堅定不移去產(chǎn)能，不折不扣地將化解煤炭過剩產(chǎn)能一抓到底，高度重視防范化解煤電產(chǎn)能過剩問題。

二要全面推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略，推進(jìn)非化石能源規(guī)?；l(fā)展、化石能源清潔高效利用。

三要加快能源領(lǐng)域改革創(chuàng)新步伐，在電力、石油、天然氣行業(yè)改革實(shí)現(xiàn)新的突破，集中力量推進(jìn)能源關(guān)鍵技術(shù)裝備創(chuàng)新。

四要大力實(shí)施能源民生工程，增加清潔民生能源供應(yīng)，加快推進(jìn)農(nóng)村能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式變革，全面開展能源扶貧。五要進(jìn)一步強(qiáng)化安全責(zé)任意識，牢牢守住安全生產(chǎn)底線。同時，要切實(shí)履行全面從嚴(yán)治黨“兩個責(zé)任”，持續(xù)推進(jìn)管理理念管理職能管理方式管理作風(fēng)轉(zhuǎn)變。

(本刊訊)

SeveralFailureEventsandSolutionsforThermalControlSystemofPG9171EGasTurbine

FUZhao-long

(ShenzhenYuhuPowerCo.,Ltd.,Shenzhen518111,China)

ThispaperintroducesseveralfailureeventsandsolutionsforthethermalcontrolsystemofPG9171Egasturbineduringtheoperation.Byprocessoptimizationandtechnicaltransformation,thesecurityandreliabilityofthethermalequipmentsarehighlyimproved,andtheman-madewrongoperationisprevented.Thisresearchcanprovidesomeexperienceandreferencetothesametypeofthermalpowerplants.

PG9171E;gasturbine;thermalcontrol

10.11973/dlyny201701017

富兆龍(1985)，男，碩士，工程師，從事燃?xì)廨啓C(jī)熱控管理工作。

TK473；TP

A

2095-1256(2017)01-0072-06

2016-11-12