李華鋒

（浙江浙能長興天然氣熱電有限公司，浙江 湖州 313100）

0 引言

西門子V94.3A型燃?xì)廨啓C2006年首次在國內(nèi)投運，機組總體設(shè)計性能良好，在滿足電網(wǎng)調(diào)度發(fā)電需求、減少污染物排放和降低單位發(fā)電能耗等方面發(fā)揮了較大的作用。隨著多次技術(shù)升級，V94.3A型燃?xì)廨啓C同一型號出現(xiàn)了多個版本。在實際運行中多臺該型號燃?xì)廨啓C發(fā)生過點火失敗的故障，直接延誤機組的正常啟動。目前浙江省內(nèi)燃機發(fā)電廠大多數(shù)采用日開夜停二班制運行模式，機組點火啟動十分頻繁，發(fā)生點火失敗的概率和次數(shù)也隨之增加。燃?xì)廨啓C點火失敗將造成機組并網(wǎng)時間延遲，發(fā)電氣耗和廠用電率上升，經(jīng)濟(jì)性下降。本文結(jié)合燃?xì)廨啓C實際運行及檢修經(jīng)驗，從影響點火成功率的外部原因和內(nèi)部原因展開分析，針對造成點火失敗的主要因素提出針對性的優(yōu)化改進(jìn)措施。

1 影響機組點火性能的外部原因

通過統(tǒng)計分析燃?xì)廨啓C點火失敗故障事件，發(fā)現(xiàn)引起機組點火失敗的外部原因主要包括點火系統(tǒng)故障、火檢系統(tǒng)故障和天然氣燃料成分變化三個方面。

1.1 點火系統(tǒng)故障

1.1.1 工作機理

V94.3A型燃?xì)廨啓C配置24個混合燃燒器，每個燃燒器天然氣出口安裝2根電極。220 V廠用電分別經(jīng)24個微型整流變壓器整流升壓后產(chǎn)生±5 000 V的高壓接于燃燒器外部接線柱，燃燒室燃燒器布置如圖1所示。燃機啟動過程中，點火系統(tǒng)接到邏輯指令后在電極末端間隙放電點火，過程持續(xù)9 s。在點火開始12 s內(nèi)火焰探測器監(jiān)測到火焰則點火成功，反之則點火失敗。

1.1.2 點火系統(tǒng)故障事件分析

2017年某發(fā)電廠1號機組發(fā)生了12次點火失敗，打開燃燒室人孔后，實際打火檢查確認(rèn)共有8個燃燒器點火裝置失效，占總數(shù)1/3。對點火裝置實效原因進(jìn)行分類，其中4個為線路問題（7號、8號、19號、20號），3個為點火電極故障（9號、21號、22號），1個為放電部位間隙不當(dāng)（11號）。由于全面檢修條件不足，臨時檢修恢復(fù)了其中2個。后續(xù)15次點火均一次成功。

1.1.3 點火系統(tǒng)故障分析及檢查處理

圖1 燃燒室燃燒器布置

點火系統(tǒng)的常見故障主要包括點火變壓器故障、點火電極故障和放電部位間隙不當(dāng)三種。各類故障的故障現(xiàn)象、判定方法和處理措施見表1。

（1）整流變壓器故障。變壓器不工作或出線端升壓電壓不夠，需對整流變壓器進(jìn)行更換。

（2）點火電極故障。在燃燒器組裝過程中點火電極折斷或點火電極與其他導(dǎo)電體接觸造成短路或低電壓。建議通過改造加裝肋條以加強對電極的保護(hù)，改造前后對比如圖2所示。

（3）放電部位間隙不當(dāng)。放電部位電極間隙過大或過小導(dǎo)致電弧難以產(chǎn)生。在點火電極安裝完成和檢修結(jié)束后燃燒室人孔門封閉前，應(yīng)分別進(jìn)行放電試驗，以排除因安裝不當(dāng)導(dǎo)致的電極折斷或放電部位間隙變化。

1.2 火檢系統(tǒng)故障

1.2.1 工作機理

火檢探頭透過火焰觀測孔石英玻璃捕捉燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生的可見光，通過凸透鏡聚光到光感元件上，光感元件轉(zhuǎn)化可見光，計算出火焰強度信號工作原因如圖3所示。

圖2 點火電極增加保護(hù)肋條改造前后對比

圖3 火檢探頭工作原理

1.2.2 火檢探頭故障事件分析

事件1：2015年1月某發(fā)電廠日常檢查中發(fā)現(xiàn)燃機一側(cè)火檢探頭窺視孔透光石英玻璃有一條永久貫穿性裂紋，特氟龍板自身也存在一定的變形，如圖4所示；檢查另一側(cè)火檢探頭，發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)石英玻璃有局部破損，且存在間隙0.75 mm。及時對兩組火檢系統(tǒng)進(jìn)行了維修，更換石英玻璃及特氟龍板，機組隨后的點火啟動均正常。

事件2：某發(fā)電廠在2017年8月，發(fā)生一組火檢系統(tǒng)失效（每臺機組共2組），停機檢查發(fā)現(xiàn)表面積污較嚴(yán)重，如圖5所示，燃機火焰檢測探頭有三分之一區(qū)域有明顯的積灰，經(jīng)過清理，故障現(xiàn)象消失。

表1 點火系統(tǒng)故障檢查

圖4 火檢探頭窺視孔透光石英玻璃裂紋

圖5 火檢探頭窺視孔透光石英玻璃積灰照片

1.2.3 火檢系統(tǒng)的故障分析及檢查處理

火檢系統(tǒng)的常見故障主要有以下4種情況，見表2。

（1）外缸透光石英玻璃積污。外缸透光石英玻璃積污將引起透過的可見光過少或亮度過低，可見光難以被捕捉到。特別是點火階段，火焰自身就比較孱弱，積污嚴(yán)重可能導(dǎo)致點火失敗。建議加強對火檢玻璃的巡檢和清理。

（2）特氟龍板安裝偏心。由于特氟龍板安裝不當(dāng)及自身嚴(yán)重變形，引起火檢探頭未正對石英玻璃，造成可見光從石英玻璃透出也無法被火檢探頭感知。建議安裝時用游標(biāo)卡尺測量好固定螺栓長度，日常運維中加強巡檢。

（3）火檢探頭故障。內(nèi)部透鏡破裂或光感元件故障造成探頭對可見光的感知失效。建議及時更換故障探頭。

（4）光強度顯示靈敏度過低。在燃機點火過程中點火確實成功，但因為靈敏度設(shè)置不當(dāng)，引起邏輯認(rèn)為點火失敗而停機。在正常情況下，用打火機正對火檢探頭時，光感強度顯示3格較適宜。

1.3 天然氣燃料成分改變

1.3.1 天然氣燃料成分改變的影響

V94.3A型燃?xì)廨啓C啟動點火采取值班燃燒方式。由升速控制器、速度/負(fù)荷控制器、溫度控制器、負(fù)荷極限控制器、冷卻空氣極限控制器和壓氣機壓比極限控制器組成的中央最小值選擇邏輯電路完成選擇后，將所需天然氣需求量信號送入天然氣分配模塊，結(jié)合天然氣密度和閥門流量開度曲線進(jìn)行控制閥開度計算，計算完成后控制信號進(jìn)入值班閥門開度控制器通過伺服器和執(zhí)行器對閥進(jìn)行調(diào)節(jié)[1]。在燃?xì)廨啓C新安裝機組調(diào)試時，燃?xì)廨啓C點火轉(zhuǎn)速的選擇依據(jù)之一是天然氣與空氣的配比[2]。天然氣成分是根據(jù)新機組調(diào)試時實際天然氣成分進(jìn)行設(shè)定的，在日常運行中的點火轉(zhuǎn)速下，如果天然氣成分發(fā)生較大變化，將引起天然氣熱值很難與該轉(zhuǎn)速下空氣量很好的匹配而建立穩(wěn)定的點火混合氣，造成點火失敗。

1.3.2 天然氣燃料成分改變故障分析及處理

排除上述兩個點火失敗外部原因后，需分析天然氣燃料成分改變的可能性?？赏ㄟ^將天然氣成分分析報告或在線分析儀數(shù)據(jù)與最近正常的天然氣成分分析數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷。確定因天然氣成本改變的原因引起的點火失敗，可適當(dāng)降低燃?xì)廨啓C點火轉(zhuǎn)速來降低天然氣成分小幅改變的影響，同時降低點火轉(zhuǎn)速也可以減少對初始火焰的干擾，一般可從原先3.5 Hz左右按0.2 Hz的步長降至3.0 Hz左右，根據(jù)點火的實際情況進(jìn)行小幅度調(diào)整。

表2 火檢系統(tǒng)故障檢查

目前發(fā)電廠一般在天然氣母管上安裝了天然氣成分在線分析儀[3-7]，用于天然氣成分在線分析比對和運行方式優(yōu)化。另外可在每臺燃?xì)廨啓C前置模塊增裝天然氣成分在線分析儀，并將分析數(shù)據(jù)接入燃?xì)廨啓C燃料監(jiān)視系統(tǒng)，將該數(shù)據(jù)與天然氣建立函數(shù)關(guān)系，引入燃?xì)廨啓C燃料控制系統(tǒng),在天然氣燃料成分發(fā)生改變時可進(jìn)行供應(yīng)量的實時調(diào)整。

2 影響機組點火性能的內(nèi)部原因

引起燃?xì)廨啓C點火失敗的內(nèi)部原因主要有點火時IGV（壓氣機進(jìn)口導(dǎo)葉）開度較大漂移、值班閥開度設(shè)置漂移、天然氣環(huán)管堵塞以及其他硬件故障等[8-11]。

2.1 IGV開度較大漂移

IGV開度較大漂移會引起壓氣機的進(jìn)空氣量過大或過小，造成天然氣與空氣的配比發(fā)生較大改變而引起點火失敗。

通過現(xiàn)場實測IGV角度，并與系統(tǒng)顯示進(jìn)行比較判斷，出現(xiàn)較大偏移情況則應(yīng)重新調(diào)整IGV葉片角度。某機組原配置單個角度變送器，2017年發(fā)生IGV反饋異常引起系統(tǒng)判斷IGV開度發(fā)生較大漂移而點火失敗。通過加裝了兩個角度變送器構(gòu)成三取中冗余方式，測量準(zhǔn)確性提高后，運行至今未發(fā)生類似問題。建議對單反饋信號配置進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 值班閥開度設(shè)置漂移

值班閥開度設(shè)置發(fā)生漂移引起天然氣與空氣的配比發(fā)生較大改變，造成點火失敗。需對各調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢查校驗，恢復(fù)至原設(shè)置位置。

2.3 天然氣環(huán)管堵塞

天然氣環(huán)管堵塞將引起進(jìn)入24個燃燒器的天然氣量大幅減少而引起點火失敗。需打開位于環(huán)管兩側(cè)的觀測孔，通過內(nèi)窺鏡檢查，清理堵塞物，保持流道暢通。

2.4 其他硬件故障

V94.3A型燃?xì)廨啓C點火須滿足燃機點火設(shè)定的21條允許啟動點火條件，啟動點火過程中出現(xiàn)某一條件不符合，則啟動點火失敗。 系統(tǒng)監(jiān)控畫面自動顯示出相應(yīng)的未滿足條件，需根據(jù)提示進(jìn)行相應(yīng)的故障排除。

3 結(jié)語

在燃?xì)廨啓C啟動過程中多次發(fā)生點火失敗時，應(yīng)通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)、曲線和故障異?，F(xiàn)象，對常見的可能因素進(jìn)行快速排查，分析故障原因，及時找出故障點并修復(fù)，確保燃?xì)廨啓C盡快啟動并網(wǎng)。同時根據(jù)各版本西門子燃?xì)廨啓C實際點火故障現(xiàn)象，有針對性的加強設(shè)備管理和設(shè)備改進(jìn)，提高燃?xì)廨啓C點火成功率。本文結(jié)合實際的工作經(jīng)驗，針對燃?xì)廨啓C點火失敗總結(jié)出了以上這些解決方法，供同類型機組在解決類似故障時借鑒參考[12]。