6FA燃氣輪機進氣加熱系統(tǒng)跳機故障分析處理

金向陽，梁華鋒，俞立凡，丁智華

（杭州華電下沙熱電有限公司，杭州 310018）

0 引言

燃氣輪機的IBH（進氣加熱系統(tǒng)）通常用于防止冬季壓氣機進口結冰[1]，具有擴限制壓比超限的作用，在壓氣機進口可轉導葉的配合下，可以有效解決干式低NOX燃燒室預混燃燒工作范圍狹窄的問題[2]。

通常GE燃機具有10%的通流余量，通過IBH可使6F機組的壓氣機喘振余量達到12%。在實際運行中，IBH不僅會影響燃機的功率和熱效率；而且在IBH故障時，還可能影響機組的安全運行。因此，下面就6FA燃機IBH的一次故障跳機原因進行分析探討，提出了提高燃機機組可靠性的管理及技術建議，為燃氣輪機機組的安全運行提供參考。

1 概況

1.1 IBH的原理

6FA燃機IBH的原理如圖1所示，該系統(tǒng)通過將少量壓氣機排氣抽出，回送到壓氣機進口，實現(xiàn)對壓氣機進氣加熱[3]。即：IBH是壓氣機進口—出口間的再循環(huán)，利用它可以將出口大于300℃的排氣引到進口，以提高進口溫度（防冰）；在燃燒初期，雖然IGV（壓氣機進口導葉）開度已經在最小，但可以作為減少燃燒空氣量的手段；另外，也是在低負荷階段控制燃燒排放的手段[4]。

圖1 燃氣輪機進氣加熱系統(tǒng)原理

IBH控制閥是由儀用氣壓力調節(jié)閥和具有I/P（電流-氣動壓力）轉換的氣動執(zhí)行機構驅動組成的系統(tǒng)，氣源來自機組的儀用空氣系統(tǒng)。當控制系統(tǒng)輸出不同的電流時，經I/P轉換后，控制閥在不同的氣壓作用下開度不同[5-6]。根據(jù)GE資料，IBH動作特性見表1。

表1 6FA型燃機IBH動作特性

1.2 IBH的主要保護

IBH設置了進氣加熱系統(tǒng)故障報警和進氣加熱控制閥保護開啟[7]，其中：燃氣輪機全速后在以下3種情況下，將發(fā)出進氣加熱系統(tǒng)故障信號（IBH指令反饋不跟蹤報警）：

（1）控制閥反饋未能跟蹤命令值，偏差大于15%，且持續(xù)15 s以上。

（2）IBH手動控制閥未開。

（3）進氣加熱系統(tǒng)控制閥后壓力變送器故障。

以下3種情況會使進氣加熱控制閥保護開啟（IBH故障，自動保持全開狀態(tài)）：

（1）大氣壓力變送器指示在高限值，即變送器指示達到 822.96 mmHg。

（2）機組全速情況下，控制閥反饋未能跟蹤命令值，偏差大于15%，且持續(xù)15 s以上。

（3）壓氣機壓比超過最大允許極限持續(xù)超過規(guī)定時間。

2 IBH故障引起跳機事件分析與處理

正常情況下，IBH控制閥跟蹤控制命令輸出。如果一段時間內，閥門的實際位置偏離閥門命令設定點Ⅰ值（一般為10%）時將報警；偏離設定點Ⅱ值（一般為15%）15 s后進氣加熱保護動作（IBH全開）。IBH系統(tǒng)用來監(jiān)控壓氣機入口空氣流的溫升，溫度的升高作為排氣流量的指示值。如果在一個設定的時間內沒有檢測到一個足夠的溫升，那IBH也會保護動作全開[8-10]。

2.1 跳機事件經過

2017-03-03 T 07：14：50 機組并網(wǎng)后負荷為18 MW，07：24：59 IBH 控制閥反饋偏差大于10%、偏差大于15%報警，IBH控制閥電磁閥跳指令觸發(fā)， 07：25：00 3 號、 4 號火焰探測信號丟失， 07：25：01發(fā)電機逆功率動作跳閘，燃機全速空載，07：25：10燃機燃燒分散度高跳機（燃機報警界面首次出現(xiàn)）。

2.2 事件后檢查

查閱歷史記錄，IBH進氣加熱控制閥反饋與指令偏差大于15%且開度大于50%，IBH控制閥電磁閥動作指令觸發(fā)，儀用氣控制閥失電，IBH閥全開，L83GVMN（IBH故障IGV最小允許）信號動作，IGV開度43.5%升至55%。在IBH、IGV開啟過程中，燃燒出現(xiàn)異常，燃機分散度開始上升、負荷不斷波動并驟降（18 MW降到0 MW）至燃機全速空載，發(fā)電機解列動作。隨后，排氣分散度升至跳機值，最終觸發(fā)燃機主保護動作。

檢查IBH進氣加熱控制閥，指令-1%，反饋-7.8%?，F(xiàn)場檢查IBH進氣控制閥反饋指示位置偏離，模擬給定IBH進氣加熱控制閥指令20%，盤面顯示反饋為2.7%，模擬給定指令開度40%，盤面顯示反饋為17.8%，模擬給定指令開度90%，盤面顯示反饋為64.8%；檢查就地IBH閥門傳動桿下部固定螺栓松動，如圖2所示，造成位置反饋電位器受傳動桿被壓，反饋上限約70%，連桿受歸位彈簧作用，會跟著閥門的變化，但存在較大偏差。

圖2 IBH閥閥位傳動、反饋機構照片

2.3 原因分析

檢查發(fā)現(xiàn)事件是傳動桿固定螺栓松動，造成位置反饋電位器與閥位傳動桿脫離，導致閥位指令與閥位反饋偏差較大，當偏差大于10%時報警；大于15%且持續(xù)15 s后IBH全開。位置反饋電位器與閥位傳動桿脫開情況可以分成以下兩種可能：

（1）脫開時位于傳動桿的上部，由于位置反饋電位器上有歸位彈簧，所以，位置反饋應一直顯示100%。

（2）脫開在傳動桿的下部，位置反饋電位器受傳動桿壓著，開到約70%就上不去了，又受歸位彈簧作用，會跟著閥門的變化，但會存在偏差。此外，由于閥門反饋跟不上（偏小），會造成IBH實際開度過大，一則再循環(huán)降低壓氣機出口空氣量；二則再循環(huán)提高壓氣機空氣溫度，降低壓氣機效率，還將降低壓氣機出口空氣量，即燃機燃燒的空氣量不夠，引起排氣溫度會偏高。

2.4 結論

根據(jù)上述分析，跳機原因為IBH進氣控制閥傳動桿反饋固定螺母松動，引起反饋偏差大于15%，觸發(fā)IBH控制閥開度故障報警并全開，同時IBH故障信號致IGV開度瞬間從43.5%開大到55%，導致燃燒不穩(wěn)定，3號、4號火焰探測器探測到火焰丟失，燃機負荷同時快速下降至0 MW后，發(fā)電機逆功率保護動作，跳發(fā)電機斷路器，隨后，燃機在全速空載過程中，因分散度高導致跳機。

事件后，緊固IBH控制閥傳動部件松動的螺母，采取防松動措施，校對控制閥指令與反饋在標準范圍內，機組運行正常。

3 提高燃機機組可靠性措施

隨著國內燃機發(fā)電機組數(shù)量不斷增加，控制系統(tǒng)運行維護的可靠性對機組的安全運行已日趨重要[11-12]，如上述事件僅僅是IBH進氣控制閥傳動桿反饋固定螺母松動引起，如果檢修維護到位本應可以避免。為減少類似事件的發(fā)生，提出以下防范措施供參考。

（1）IBH在燃機系統(tǒng)中雖然屬于輔助系統(tǒng)，但安全可靠性也影響機組的安全。因此，通過跳機案例的分析，引起機組運維人員的重視。今后啟動試驗增加IBH閥位試驗；每周維護增加IBH現(xiàn)場閥位反饋機構的檢查。

（2）熱控原因導致燃機機組跳閘事件時有發(fā)生，雖然因素很多，但主要還是與各類人員自身安全意識淡薄、安裝調試把關不嚴、工作不嚴謹、檢修維護不到位等有關[13-14]。因此，應通過收集熱控系統(tǒng)典型故障分析處理案例，統(tǒng)計、總結和提煉經驗與教訓，再有針對性的對熱控人員進行培訓，以提高專業(yè)人員的安全意識、故障分析處理能力和操作技能。

（3）為貫徹落實“堅持預防為主，落實安全措施，確保安全生產”的方針，提高熱控系統(tǒng)的可靠性和機組運行的安全穩(wěn)定性，應收集并針對燃機電廠熱控系統(tǒng)曾經發(fā)生故障的原因，事故的教訓和運行檢修維護管理工作中的問題，專題研究后，提出燃機電廠熱控系統(tǒng)可靠性優(yōu)化要求與事故預控技術措施，指導現(xiàn)場人員查找設備缺陷和潛在隱患，制定有效措施加以預控[15]。

（4）迄今為止，我國尚無適合燃機機組熱控系統(tǒng)與設備檢修運行維護的規(guī)程，一直以來以參考DL/T 774進行，但該規(guī)程中相當部份內容不滿足燃機機組熱工設備運行檢修的需要，且一些重要設備與系統(tǒng)的檢修運行維護規(guī)程中沒有給出。因此應在消化吸收國外技術管理經驗的基礎上，收集、總結、提煉國內燃機機組自動化設備運行檢修和管理經驗和事故教訓，制定一部燃氣輪機熱工設備檢修運行維護相關的規(guī)程，可為規(guī)范燃機控制系統(tǒng)的檢修維護工作提供標準指導，以提高燃機機組檢修運行維護質量。

4 結語

燃氣輪機自動化程度高，機組的啟動、運行、停機過程全程按邏輯自動執(zhí)行，除了對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很高的要求外，現(xiàn)場設備的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常都可能導致運行中斷，出現(xiàn)類似非停事故。技術人員在注重現(xiàn)場設備巡查、檢修外，還需慎重的審查保護邏輯，加強管理，提高對設備狀態(tài)的把握能力，確保機組的安全、穩(wěn)定運行。

當然，加強與設備廠家的溝通也非常必要，如設備制造商若能對控制邏輯（在IGV開度小于55%工況下，因IBH故障，將導致IGV迅速開大造成的燃燒脈動，并由此觸發(fā)保護動作）進行優(yōu)化，則更合理。