燃氣發電機組故障分析探究

王月龍　尹征

摘 要：目前國內對燃氣輪機等新興發電設備研究不斷加深，對其故障的分析方法也在不斷探索之中。燃氣輪機故障的分析判斷較為復雜，控制策略在國內解析度不足，因此對燃氣發電機組故障分析需要我們不斷的學習和探索。本文從燃氣輪機故障跳閘的直觀現象出發，循序漸進的進行了深入探索，并分類進行了討論。

關鍵詞：燃氣輪機；跳閘；測點故障；測量超限

中圖分類號： TM314 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）13-159-2

0 引言

目前國內燃氣輪機市場基本由三大主機外商所壟斷，即GE、西門子、三菱。因此對于燃氣輪機相關技術的探索研究從燃機進入中國市場開始就一直在進行。燃氣輪機跳閘邏輯主要有三大部分組成，即硬回路跳閘、FM458跳閘、常規跳閘（包含停機順控），且目前進口燃氣輪機系統內一般未設置首出查詢功能，因此需要結合實際情況及報警順序等信息確定跳閘原因，以便進一步確定燃氣輪機故障點。

1 觸發跳閘直接原因查詢

①打印SOE報表確認是否為硬回路跳閘，由于燃機硬回路跳閘速度快，無延時，ADDFEM_SOE模塊采樣速度極快，時序可靠性高，因此由硬回路產生的跳閘較容易進行判斷。②打印跳閘前5-10分鐘報警報表，找出與跳閘報警相鄰的主保護相關報警，將報警出口通過趨勢圖確定其與常規跳閘總出口在時間上的關系，判斷時間是否吻合，其中應重點注意邏輯中延時塊。從而進一步確定相關測量值是否越限，以便分析引起測量值超限的深層原因。例如圖1所示：由圖1可以看出，防喘閥故障觸發停機順控，約2s后加速度大于高三值（8g），燃機跳閘。主要時序無異常。③由上面報表看出FM458中加速度超限邏輯觸發燃機跳閘，由于FM458內所有跳閘測點均通訊至普通控制器報警，大約存在50ms左右通訊延時，而ESV閥門快關時間約200ms，對時序不構成影響。只需結合報警信息判斷觸發跳閘原因。

2 跳閘原因分析

通過上述方法查找到觸發燃機跳閘條件后，需要對跳閘原因作進一步分析，例如由加速度高引發燃機跳閘，在排除測量故障后需進一步分析引起加速度升高的原因，如燃料閥門是否控制異常、IGV是否控制異常、天然氣熱值是否變化、預混及值班管路是否存在通流異常、防喘閥狀態異常等能夠引起燃空比變化的因素。

根據引起燃氣輪機跳閘條件不同主要可以分為兩大類：一是由測點故障失去監控引發燃機跳閘或停機，二是測量超限觸發燃機跳閘。

2.1 測點故障類

此類故障引起燃機跳閘或停機一般是重要測點失去監視，為了防止機組出現意外情況而采取的保護措施。一般情況下此類停機對機組相關設備無損害，但應查明測點故障的原因。

2.2 測量超限類

主保護測點配置一般為多重冗余配置，在排除測量故障的情況下此類跳閘一般是由于主要設備或系統運行故障所導致。主要可以分為輔助系統重要參數超限和主機重要參數指標超限。

2.2.1 主機重要參數超限

一般來說，主機重要參數超限引發燃機跳閘需要引起高度重視，需要逐步進行檢查、分析和判斷來確定故障點。從燃氣輪機結構看主要由三大部分組成，即壓氣機、燃燒室、透平。下面從這三個部分進行依次分析：

壓氣機主要相關參數包括瓦振、喘振及軸承溫度。瓦振大觸發燃機跳閘，首先應排除測量原因誤動作，應當對整個控制回路進行排查，包括傳感器電容、電阻、絕緣、前置放大器接線、輸入模件等依次檢查測試。當排除測量故障后需根據振動大小確定是否對壓氣機葉片進行內窺檢查，確定故障點；喘振開關觸發燃機跳閘是由于壓氣機入口差壓降低，其目的是防止壓氣機內空氣流量過小而導致喘振。另外，在燃機升速喘振邊界防喘閥未打開易引起喘振。當壓氣機出現喘振現象時，內部空氣流速降低，出口壓力不穩定。因此當由于喘振開關或防喘閥動作引起燃機跳閘后，可以結合壓氣機出口壓力判斷是否出現喘振現象，以便進行后續檢查。

燃燒室相關主保護參數主要為加速度、火檢及排氣溫度。通常情況下排氣溫度引發的跳閘表征燃燒室內燃燒和溫度不均勻程度加劇，加速度引起的跳閘表征燃燒在較短的累積時間內出現了較大的波動，通常需要配合嗡鳴頻譜圖同時進行判斷，如圖2和圖3所示：

當排氣溫度出現明顯的熱點或冷點時，通常由于其對應的燃燒器內預混氣通流孔出現異常，需要進行檢查。當加速度及嗡鳴偏高時，在排除熱值及燃-空比異常可能后，應考慮燃燒調整。當加速度>GW3時應立即對燃燒室進行檢查。

透平側主要相關參數為振動和軸承溫度。與壓氣機相似，當參數指標超限，在排除傳感器及信號回路故障后應考慮對相應部件進行檢查。

2.2.2 輔助系統重要參數超限

燃氣輪機運行過程中主要的輔助系統是潤滑油、密封油、控制油、壓縮空氣及定子冷卻水，一般情況下在設計保護定值時均預留有一定的裕量，即防止情況進一步惡化對機組造成損壞。輔助系統引發燃機跳閘也應首先排除儀表及聯鎖控制的故障，然后結合工藝系統進一步分析導致參數超限的原因，排除故障后方可重新啟動。

3 總結

綜上所述，在判斷燃氣輪機故障點的過程中，需要根據故障現象，并結合與之相關的系統進行整體分析，才能提出正確的結論。

參 考 文 獻

[1] 北京能源投資（集團）有限公司，等.西門子燃機控制系統解析[M].北京：中國電力出版社，2016（4）.

[2] 上海電氣電站設備有限公司，上海汽輪機廠.SGT5-4000F燃氣輪機運行維護手冊.

[3] 南京西門子電站自動化有限公司.SPPA-T3000用戶手冊.