#2燃气轮机运行故障分析及处理

《摘要》 本文针对#2燃气轮机机在运行中IGV故障辅助液压油泵联动及负荷大幅度摆动，从燃机系统和MK V控制两方面分析故障的原因并提出处理对策

 

主题词：  燃机 运行故障 分析 处理

 

0概述

    #2燃气轮机从2005年11月25日到28日运行期间，出现了由于IGV故障造成辅助液压油泵88HQ联动的现象；并多次出现预选负荷运行时负荷大幅度波动，幅度高达30MW，造成系统运行不稳定。这两种故障严重危及电厂的安全运行。本文针对出现的运行故障问题进行一般性的讨论，分析原因并提出对策。

1运行故障1

11月25日21:53，#2燃机突然出现“辅助液压油泵运行”报警。值班员就地检查辅助液压油泵运行，检查主液压油泵运行正常后，手动试停辅助液压油泵，系统液压油压力正常。

23：54和0：24分，#2燃机负荷预选运行突然开始摆动，历史记录显示最高摆至42.73MW，最低降至11.23MW，造成整个系统负荷摆动。在天然气模块间清楚的看到#2燃机负荷摆动时，VSR阀和VGC阀频繁调整，两阀出现大幅度抖动，气流声音变化非常大。

1.1 原因分析

1.1.1辅助液压油泵联动

造成辅助液压油泵联动的原因有：

a：主液压油泵故障，系统压力低

b：液压油系统故障泄漏

c：压力开关误动引起

d：液压油系统摆动

由于出现辅助油泵联动后，能够手动停止运行且压力正常，可以排除a引起的液压油泵联动；通过运行检查和停机后的调试情况也排除了b和c 两种情况。因此造成辅助液压油泵联动的原因应该是液压油系统摆动引起。

燃机系统中气体燃料VSR、VGC；液体燃料VC3和IGV系统是通过液压油进行调节的。由于燃机是100%GAS运行，排除液体燃料系统引起。主要检查VSR、VGC、IGV的动作情况

1）检查VSR、VGC

a：若出现抖动，说明伺服阀调整存在问题

b：摩擦主要是检查导向杆是否存在摩擦

c：检查阀杆密封是否存在泄露

d：检查阀杆是否存在变形或摩擦

手动标定VSR、VGC：开启和关闭VSR、VGC无卡涩，动作灵活，且跟踪情况较好；自动标定也能顺利完成；现场检查导向杆也没有问题。因此排除VSR和VGC引起的液压油摆动。

2）检查IGV

a：IGV机械故障

b：电液伺服阀故障

c：LVDT反馈装置及相关回路

首先进行手动的开关，发现该阀门动作比较灵活，但阀门输出与反馈相差比较大。于是决定对IGV阀重新进行标定，在标定过程中发现，IGV阀门在开到76度时，再也开不到86度。进行多次标定后仍存在该现象，决定解体检查伺服阀和线性差动变压器。在检查过程中发现如下问题:

(1):检查发现IGV液压油管路过滤器FH6的压差指示跳出。更换过滤器。

(2):伺服阀用原#1燃机IGV拆下的伺服阀替换试验，阀门不动作，因此将原伺服阀检查无油污后重新回装，试验阀门动作情况，但阀门输出与反馈仍相差较大。

(3):检查线性差动变压器96TV-1，2，拆下可变衔铁后，发现两个衔铁磨损严重。96TV-1圆柱形空心杆被磨成有棱角的一个平面；96TV-2电压不在正常零位；线圈内铁锈较多。

更换96TV-1、2后，对IGV阀门进行多次手动标定，直到阀门输出与反馈基本一致，阀门动作灵活无卡涩，且阀门跟踪曲线光滑。

结论：机组在运行过程中，由于IGV的反馈存在问题，造成IGV的反馈角度CSGV和给定CSRGV差别大，频繁开关，造成液压油压力摆动，辅助液压油泵联动。从机组实际的运行情况来看，当泵联动时，燃机负荷是35MW，IGV的开度为76。这与标定时IGV刚好在76度时无法调整现象一致。

1.1.2机组负荷摆动

   从25日的负荷摆动和IGV的检查动作情况，我们初步分析认为：燃机负荷摆动是因为IGV反馈存在问题，加减负荷时，IGV频繁动作造成液压油压力摆动，引起VGC、VSR阀门的摆动，造成机组燃料负荷摆动。

11月26日晚0:00点缺陷处理完毕重新启动#2燃机并网带负荷，加减负荷和投退IGV机组运行正常。

2运行故障2

2.1故障现象

在11月28日凌晨7点38分和17点02分#2燃机负荷又出现了两次摆动，数据见表1:

17：02分燃机负荷摆动时，发现VSR的反馈FSGR由19%上升到了30%左右，1分半左右在反复摆动中恢复到正常值19%。当机组减负荷停机过程时，负荷到3MW时，FSGR有突然上升，然后反复摆动，最大到达40%，曲线成锯齿状态，FPG2也同时摆动。当转速到0后，仍然显示开度为30左右。

以上两组数据看出：当机组负荷摆动时，IGV的角度一直在57度，没有发生变化，这就推翻了第一次的结论：燃机负荷摆动是因为IGV频繁动作造成液压油压力摆动，引起VGC、VSR阀门的摆动，造成机组燃料负荷摆动。

2.2气体燃料控制原理

    气体燃料的控制是通过VSR（比率/速比阀）和VGC的相互配合，调整进入燃烧室的燃料量，满足机组转速和负荷的需要。VSR的作用是调节进入阀间压力使压力P2成为转速的函数同时在正常或事故停机的时候，能够迅速的截断燃料； VGC根据机组转速和外界负荷的要求，不断的改变控制阀的开度，从而调节进入燃烧室的燃料量。

正常调整过程中，96SR检测VSR的开度、FPG3检测压力，它们的信号送到MK V控制回路与给定的标准信号（FPRG=TNH*增益+偏置）比较，直到运算的结果为0，VSR就停止到某一个确定的位置。VGC的开度（96GC）信号送到MK V控制回路，控制65GC，确定VGC的开度。每一个FSR（燃料冲程基准FSR=（TNR-TNH）*增益+偏置）对应一个阀门的开度。

具体的控制图见表2

2.3数据分析

a：单纯从表1的负荷摆动数据分析：当负荷向下摆动时，VSR阀门能很快跟踪负荷变化增加燃料，而VGC阀门则跟踪比较缓慢，开度过小，造成FPG2阀间压力由17bar上升到20bar，而此时负荷却已经从5MW上升到37MW，VSR阀门又在1秒内又迅速关小8%，负荷回落后，VSR阀继续关到22%，此时负荷稳定在30MW，而VGC阀门基本维持在54%的开度。排汽温度的下降，说明燃机负荷确实下降，认为VSR和VGC能够正常的调整。无法正确判断事故原因所在。

因此当时怀疑功率变送器96GG存在问题,由于燃机是预选运行，如果96GG存在问题，将导致燃机负荷的摆动。决定停机处理。检查96GG和气体燃料控制系统。

b :从停机数据分析：在运行过程中，负荷21MW，VSR开度为19%，阀间压力FPG2为17bar左右，FSR（即VGC开度）为41%。若FSGR突然变大，将导致控制系统输出减小，关闭VSR；由于燃机并网运行，FSR将保持不变，即VGC的开度不变。使得FPG2迅速下降，导致进入燃机的突然燃料量减少，机组负荷下降。为了维持阀间压力，控制系统必须开大VSR，又使进入燃机的燃料量突然增加，导致负荷上升，直到达到一个新的平衡点。如果调整时间过长，就会造成VSR和VGC的反复调整，就像11月25日晚上一样。调整时间短，则造成负荷瞬间摆动。

从气体燃料控制的原理可以看出，造成负荷摆动的原因应该是VSR的反馈引起。

2.4处理

2.4.1检查功率变松器96GG

检查功率变送器96GG及相关接线没有发现问题。用信号发生器打信号，MKV显示正常.

2.4.2检查VSR，VGC

1）在燃机停机后，VSR阀门反馈不在零位，显示开度约在30%左右跳动，检查LVDT电压，其中LVDT1（南面）电压不正常地偏高。表明LVDT1（南面）处于故障状态。

2）  检查天然气模块接线箱过程中，发现VGC伺服阀的线路有四根线绝缘有损坏，线路

有接地现象，经处理后检查线圈阻值在正常范围。

3）  VGC阀门上半年小修后检查过LVDT线圈，发现内部铁锈较多，用汽油清洗后重新

回装标定正常。但在此次检查中，仍发现线圈内铁锈较多，衔铁有轻微磨损，用汽油清洗后回装，重新调整机械零位，自动标定成功，阀门动作无异常。

4）  VSR阀门清洗LVDT线圈，发现内部铁锈较多，用汽油清洗后重新回装标定正常。

从以上的处理过程可以看出，造成燃机负荷摆动的原因是由于VSR的反馈96SR存在问

题，主要是线圈中铁锈太多，影响了LVDT的线性度，造成VSR反复调整，从而引起负荷波动。

经过上述处理后，重新启动燃机通过对启动过程数据及运行中加减负荷数据的分析，

VSR、VGC、IGV动作正常；机组没有发生负荷摆动的现象。

3几点想法

3.1燃气轮机控制系统采用了三倍冗余16位微处理器、关键控制和保护采用2/3表决和软件容错技术，最大限度的保证燃机运行的安全性和可靠性。在机组的运行过程中，对燃机的控制最终是通过对气体燃料、液体燃料和IGV的控制。因此，保证燃料系统和IGV的运行正常，对燃机的安全运行起着关键的作用。

在燃机的运行管理中，控制程序设计、调试完毕后，一般不会出现故障，除非在运行过程中，控制器失电。最容易出现故障的是一次设备，因此明确燃机对燃料的控制机理，同时对燃机一次设备进行正确的检查和维护，确保控制的精确性，及时发现控制中出现的问题，对保证燃机安全运行具有非常重大的意义

3.2在运行过程中，应密切注意相关参数的变化，并进行科学的综合分析，避免事故处理无谓的扩大。

3.3从近几年来燃机出现的事故来看，单纯的从VSR、VGC、IGV的自动标定并不能完全发现潜在的故障。

2003年4月#2燃机小修完不到一天由于90TV油孔有铁屑造成IGV控制故障跳闸；

本次VSR在26日自动标定正常28日LVDT就出现问题。

3.4做好燃机关键设备的备品备件工作，并熟悉和正确掌握

 

表1  燃机负荷摆动数据

第一次负荷摆动

时间

TTXM

FPG3

DWATT

FPG2

FSG

FSGR

FSR2

IGV

CPD

7:38:02

532

20.71

30

17

54

22

54

57

9

7:38:40

532

20.71

 

 

53

 

54

57

9

7:38:49

533

 

5

 

 

 

 

57

9

7:38:50

532

 

 

20

56

36

 

57

9

7:38:51

493

 

37

 

55

28

55

57

9

7:38:52

533

 

32

18

 

23

51

57

9

7:38:54

532

 

 

 

53

22

 

57

9

7:39:02

533

20.77

30

 

54

 

 

57

9

7:39:28

532

 

 

17

53

 

 

57

9

7:40:02

532

20.81

 

 

 

 

 

57

9

第二次负荷摆动

时间

TTXM

FPG3

DWATT

FPG2

FSG

FSGR

FSR2

IGV

CPD

16:59:10

440

21.25

21.50

17.05

41.96

18.59

 

57

9

16:59:43

440

21.25

20.41

 

40.96

 

 

57

9

17:00:10

440

21.22

21.09

17.00

 

 

 

57

9

17:00:16

 

 

21.05

 

42.02

 

 

57

9

17:00:35

 

 

20.88

 

 

 

 

57

9

17:00:43

 

 

14.58

 

40.81

 

 

57

9

17:00:50

 

 

21.05

 

41.96

 

 

57

9

17:00:55

 

 

20.00

 

 

18.73

 

57

9

17:01:10

 

 

21.44

 

 

18.66

 

57

9

17:03:32

431

 

 

16.96

42.46

27.60

 

57

9

17:03:35

438

 

 

 

41.23

29.69

 

57

9

17:04:13

440

21.33

20.19

17.99

41.85

25.87

 

57

9

17:04:14

 

 

21.23

16.70

 

25.87

 

57

9

17:04:35

441

 

19.19

 

 

26.63

 

57

9

17:04:36

 

 

 

 

41.85

26.63

 

57

9

17:04:37

 

 

20.69

 

 

25.36

 

57

9

17:05:06

441

21.24

20.58

16.95

40.62

19.01

 

57

9

17:05:13

 

 

21.24

 

41.74

20.03

 

57

9

17:05:35

 

 

21.20

 

 

18.78

 

57

9

               

 

     燃机VSR控制原理图