楊添名

北京京豐燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司 北京 100074

引言

某電廠采用天然氣為燃料的410MW級(jí)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)采用具有可調(diào)入口導(dǎo)葉（IGV）的17級(jí)高效軸流壓氣機(jī)，透平部分由4級(jí)靜葉環(huán)和4級(jí)反動(dòng)式葉片組成。該機(jī)組2006年投產(chǎn)，至今已平穩(wěn)運(yùn)行17年[1]。2021年11月冬季供暖期間，多次出現(xiàn)二級(jí)輪盤間隙溫度超溫報(bào)警現(xiàn)象，出現(xiàn)異常時(shí)，通過(guò)調(diào)整TCA風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式的方式使問(wèn)題得到了解決[2]。后續(xù)，又通過(guò)對(duì)TCA-C風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，使得問(wèn)題得到徹底解決，輪盤間隙溫度沒(méi)有再次出現(xiàn)超溫報(bào)警現(xiàn)象，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)。

1 設(shè)備概述

某電廠采用天然氣為燃料的410MW級(jí)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)采用同軸布置，蒸汽輪機(jī)布置在燃?xì)廨啓C(jī)冷端及發(fā)電機(jī)之間。燃?xì)廨啓C(jī)選用為三菱M701F-3型。燃?xì)廨啓C(jī)類型為單軸、重型（工業(yè)型），型號(hào)M701F-3，額定功率270300kW，額定功率下排氣流量2409.lt/h，排氣溫度587℃ ，排氣壓力3.30kPa。燃?xì)廨啓C(jī)采用具有可調(diào)入口導(dǎo)葉（IGV）的17級(jí)高效軸流壓氣機(jī)。燃燒室由環(huán)繞機(jī)軸布置的20個(gè)燃燒小室組成，每個(gè)小室有9個(gè)燃?xì)鈬娮?。在?、＃9燃燒室安裝有點(diǎn)火裝置， #18、＃19燃燒室安裝有火焰探測(cè)器。燃?xì)廨啓C(jī)透平部分由4級(jí)靜葉環(huán)和4級(jí)反動(dòng)式葉片組成。

M701F-3型燃?xì)廨啓C(jī)冷卻空氣系統(tǒng)包括燃機(jī)葉片冷卻空氣、燃機(jī)固定導(dǎo)葉冷卻空氣、元器件冷卻空氣等。分別使用壓氣機(jī)低壓、中壓、高壓抽氣作為燃機(jī)第4級(jí)、燃機(jī)第3級(jí)、燃機(jī)第2級(jí)葉片和固定導(dǎo)向葉片的冷卻空氣。來(lái)自壓氣機(jī)出口的抽氣通過(guò)透平空氣冷卻器后供應(yīng)為轉(zhuǎn)子冷卻空氣。位于燃?xì)廨啓C(jī)排氣管道內(nèi)的振動(dòng)傳感器采用儀用壓縮空氣進(jìn)行冷卻。

冷卻轉(zhuǎn)子和透平動(dòng)葉的空氣來(lái)自壓氣機(jī)排氣，壓氣機(jī)排氣經(jīng)過(guò)TCA并過(guò)濾后冷卻轉(zhuǎn)子。直接冷卻發(fā)生在每一級(jí)動(dòng)葉樅樹形根部，這種冷卻方式向暴露在燃?xì)飧邷赝ǖ赖膭?dòng)葉和透平轉(zhuǎn)子輪盤間提供熱障。

透平靜葉通過(guò)幾種不同的方式進(jìn)行冷卻。第一級(jí)靜葉使用壓氣機(jī)排氣從燃機(jī)內(nèi)部進(jìn)行冷卻。第二級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)靜葉分別使用第14級(jí)、第11級(jí)、第6級(jí)壓氣機(jī)抽氣進(jìn)行冷卻。靜葉還為冷卻空氣提供通到級(jí)間氣封腔室的內(nèi)部通道。冷卻空氣被導(dǎo)入由級(jí)間氣封和轉(zhuǎn)子形成的通道，最后通過(guò)相應(yīng)的氣體流道。該冷卻空氣維持輪盤處于可以接受的環(huán)境溫度中。第2、3、4級(jí)的輪盤腔室溫度用熱電偶監(jiān)測(cè)，熱電偶插入級(jí)間迷宮的空氣通道中，當(dāng)輪盤溫度超過(guò)報(bào)警值時(shí)，為避免轉(zhuǎn)子輪盤燒損必須通過(guò)降負(fù)荷以降低輪盤溫度。

2 M701F-3型燃?xì)廨啓C(jī)二級(jí)輪盤間隙溫度高報(bào)警異常概述

2021年11-12月期間，北方冬季供暖期伊始。某電廠機(jī)組進(jìn)入冬季供暖運(yùn)行模式，機(jī)組負(fù)荷長(zhǎng)期保持在350~380MW之間，一般情況下，在機(jī)組在晚峰期間帶380MW負(fù)荷，晚峰后負(fù)荷降至350MW。在此期間，多次在晚峰后機(jī)組降負(fù)荷時(shí)，出現(xiàn)TCS系統(tǒng)發(fā)出“GT No.2 ROW DISC CAVITY TEMP HI”,即“燃機(jī)2級(jí)輪盤間隙溫度高”報(bào)警。

對(duì)于輪盤間隙溫度數(shù)值，M701F-3型燃?xì)廨啓C(jī)具體規(guī)定如下：

表1 M701F-3型燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度及輪盤間隙溫度報(bào)警設(shè)定參數(shù)

M701F-3型燃?xì)廨啓C(jī)，二級(jí)輪盤間隙溫度高的報(bào)警值為460℃，有左右兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)取平均值，當(dāng)平均值達(dá)到460℃時(shí)發(fā)報(bào)警，當(dāng)平均值低于455℃時(shí)，報(bào)警復(fù)位。此報(bào)警不會(huì)觸發(fā)燃機(jī)保護(hù)動(dòng)作。

為了驗(yàn)證二級(jí)輪盤間隙溫度高報(bào)警是否為誤發(fā)，我們調(diào)取燃?xì)廨啓C(jī)歷史數(shù)據(jù)曲線，從歷史數(shù)據(jù)可以明確，報(bào)警發(fā)出時(shí)，二級(jí)輪盤間隙溫度（左）達(dá)到了451℃、（右）達(dá)到了470℃、平均值達(dá)到了461℃，實(shí)際溫度確實(shí)超過(guò)了460℃，達(dá)到了報(bào)警值。因此可以判定，本機(jī)組多次出現(xiàn)的二級(jí)輪盤間隙溫度高報(bào)警不是誤發(fā)，實(shí)際確實(shí)存在二級(jí)輪盤間隙溫度超溫現(xiàn)象。

3 二級(jí)輪盤間隙溫度超溫的原因分析及處理措施

3.1 原因分析

根據(jù)M701F-3型燃?xì)廨啓C(jī)二級(jí)輪盤間隙溫度測(cè)點(diǎn)位置，燃機(jī)透平動(dòng)、靜部分構(gòu)造，燃機(jī)空氣和燃?xì)庀到y(tǒng)運(yùn)行流程，當(dāng)出現(xiàn)二級(jí)輪盤間隙溫度高現(xiàn)象時(shí)，主要從以下幾方面考慮。

3.1.1 熱電偶故障。熱電偶故障，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中即為測(cè)點(diǎn)問(wèn)題，M701F-3型燃?xì)廨啓C(jī)的輪盤間隙溫度熱電偶從靜葉環(huán)導(dǎo)管插入，穿過(guò)透平缸、靜葉環(huán)、靜葉及氣封體，插入氣封體蜂窩密封底部[3]。檢查熱電偶工作極為煩瑣，難度較高。但我們通過(guò)調(diào)取歷史數(shù)據(jù)曲線，發(fā)現(xiàn)二級(jí)輪盤間隙溫度左右兩個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度，以及計(jì)算出的平均值，所有數(shù)據(jù)都是線性變化，因此，熱電偶問(wèn)題可以排除。

3.1.2 冷卻空氣系統(tǒng)工作不正常。透平冷卻空氣冷卻器性能惡化；冷卻空氣管線堵塞。如果該因素成立，輪盤間隙溫度及RCA溫度應(yīng)該全面上升，而不是這種偶發(fā)上升，經(jīng)檢查冷卻空氣系統(tǒng)工作正常，平冷卻空氣冷卻器出口溫度正常，冷卻空氣管線無(wú)堵塞，因此該因素可以排除。

3.1.3 密封空氣系統(tǒng)工作不正常。密封環(huán)間隙增大。燃?xì)廨啓C(jī)的密封件磨損, 密封裝置故障。燃?xì)廨啓C(jī)透平2、3、4級(jí)輪盤動(dòng)、靜部分都設(shè)置了密封環(huán)，防止高溫?zé)煔飧Z入輪盤內(nèi)部冷卻腔室。當(dāng)密封環(huán)磨損嚴(yán)重時(shí)，動(dòng)、靜部分之間的間隙增大，腔室中的冷卻空氣發(fā)生泄漏，壓力平衡被破壞，熱煙氣進(jìn)入密封腔室引起輪盤超溫。

根據(jù)過(guò)往變化，由于冬季高負(fù)荷運(yùn)行，3臺(tái)TCA風(fēng)機(jī)全部運(yùn)行，因此轉(zhuǎn)子冷卻空氣（RCA）溫度較低，這有可能會(huì)導(dǎo)致密封環(huán)間隙增大，這也就間接導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子冷卻空氣會(huì)更多地漏入大氣，導(dǎo)致進(jìn)入輪盤間隙冷卻的空氣流量減少，因此會(huì)造成二級(jí)輪盤間隙溫度上升。

3.1.4 燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障。受外界溫度和IGV開度的影響。查詢了發(fā)生異常時(shí)的溫度變化，發(fā)現(xiàn)大氣溫度變化不大，因此可以排除這個(gè)原因。眾所周知，隨著機(jī)組負(fù)荷下降，IGV開度降低，冷卻空氣量減小，2級(jí)輪盤間隙溫度上升，反之，2級(jí)輪盤間隙溫度下降。

所以我們可以大致推斷出，因?yàn)镮GV開度快速下降，壓縮空氣量減少，14級(jí)抽氣量隨之下降，導(dǎo)致冷卻空氣量下降，2級(jí)輪盤間隙溫度上升。但目前IGV自動(dòng)控制，人為無(wú)法干預(yù)，且負(fù)荷漲落不可避免，因此該原因也可以排除。

3.1.5 外部管道發(fā)生泄漏。經(jīng)對(duì)燃機(jī)系統(tǒng)全面檢查，并未發(fā)現(xiàn)有泄漏現(xiàn)象，因此該原因可以排除。

3.2 處理措施

一般情況下，當(dāng)出現(xiàn)輪盤間隙溫度高報(bào)警時(shí)，應(yīng)立刻降負(fù)荷直到報(bào)警復(fù)位，并確定報(bào)警發(fā)生原因。檢查輪盤間隙左右溫度熱電偶，判斷熱電偶是否短路、接地或開路，如果溫差大，應(yīng)檢查并校正[4]。如果確定是熱電偶的問(wèn)題，更換故障熱電偶。檢查透平冷卻空氣冷卻器出口溫度，如果出口空氣溫度高于正常值，對(duì)其進(jìn)行檢修。檢查冷卻空氣管線是否堵塞，尤其是入口段，如果發(fā)生堵塞情況，清理管線。密封環(huán)的磨損增大了冷卻空氣的泄漏，可以考慮增大冷卻空氣管線向高溫的輪盤供氣的入口尺寸，增加冷卻空氣流量。檢查IGV工作是否正常，燃燒系統(tǒng)是否正常。當(dāng)該問(wèn)題嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行時(shí)，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)調(diào)度，申請(qǐng)停機(jī)處理。

通過(guò)我們上述問(wèn)題原因分析，我們可以確定影響該機(jī)組輪盤間隙溫度的根本原因是，密封環(huán)間隙大，密封不嚴(yán)[5]。直接原因應(yīng)為轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度在負(fù)荷下降時(shí)過(guò)低，導(dǎo)致密封環(huán)間隙增大，這也就間接導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子冷卻空氣會(huì)更多地漏入大氣，導(dǎo)致進(jìn)入輪盤間隙冷卻的空氣流量減少，因此會(huì)造成二級(jí)輪盤間隙溫度上升。

綜上所述，由于冬季供暖期機(jī)組連續(xù)運(yùn)行，無(wú)法停機(jī)處理，本著保運(yùn)行的原則，我們通過(guò)調(diào)整TCA風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式，手動(dòng)停運(yùn)TCA-C風(fēng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)報(bào)警發(fā)出后，如果停運(yùn)TCA-C風(fēng)機(jī)，可以導(dǎo)致RCA溫度上升，溫度上升，密封環(huán)間隙會(huì)減小，冷卻空氣量不會(huì)減少，輪盤間隙溫度不會(huì)觸發(fā)報(bào)警，或者報(bào)警觸發(fā)后，可以快速?gòu)?fù)位。

由于該機(jī)組配置有3臺(tái)定頻TCA風(fēng)機(jī)，冬季高負(fù)荷情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度達(dá)到210℃時(shí)，TCA-C風(fēng)機(jī)才會(huì)啟動(dòng)，負(fù)荷下降時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度達(dá)到155℃時(shí)，TCA-C風(fēng)機(jī)才會(huì)停止?；谀壳盃顩r，在后續(xù)供暖期結(jié)束后，對(duì)TCA-C風(fēng)機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造，將此風(fēng)機(jī)改造成變頻風(fēng)機(jī)，設(shè)定目標(biāo)溫度為200℃，這樣就可以保持轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度穩(wěn)定，避免由于轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度低，造成燃?xì)廨啓C(jī)密封環(huán)間隙增大，導(dǎo)致二級(jí)輪盤間隙溫度超溫。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于M701F-3型燃?xì)廨啓C(jī)，發(fā)出輪盤間隙溫度高，報(bào)警不帶有保護(hù)動(dòng)作，但必須加強(qiáng)監(jiān)視。如果長(zhǎng)時(shí)間在這種情況下運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致密封環(huán)、保持環(huán)等金屬部件產(chǎn)生組織變化，影響使用壽命，進(jìn)而會(huì)造成燃機(jī)機(jī)組振動(dòng)增大，引起機(jī)組跳閘。同時(shí)，由于輪盤間隙溫度高，造成密封間隙增大，機(jī)組熱效率下降，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降，機(jī)組負(fù)荷受限，也無(wú)法參與電網(wǎng)調(diào)峰，不利于電網(wǎng)調(diào)度。

一些其他電廠的M701F-3型燃?xì)廨啓C(jī)也曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)輪盤間隙溫度高的異?，F(xiàn)象，但大多出現(xiàn)在南方，都是一些不參與供暖的機(jī)組。本文所述機(jī)組，此前未出現(xiàn)過(guò)此問(wèn)題，且出現(xiàn)問(wèn)題前夏季運(yùn)行良好，秋季檢修檢查燃機(jī)也并未發(fā)現(xiàn)設(shè)備老化等問(wèn)題，機(jī)組性能良好。因此，出現(xiàn)此次問(wèn)題后并未考慮改變?nèi)紮C(jī)結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整運(yùn)行方式的方法解決了此次異常，后續(xù)又通過(guò)對(duì)TCA-C風(fēng)機(jī)的變頻改造，徹底解決了冬季轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度偏低的問(wèn)題，改造至今未再次出現(xiàn)輪盤間隙溫度超溫現(xiàn)象。