摘要：针对9FA燃气轮机进气加热系统跳机故障案例，本文结合9FA机组进气加热控制阀的动作特性对故障展开了分析，发现进气加热控制阀出现了指令与反馈偏差超出15%的条件限制，以至于引起了机组主保护的发生。而故障产生与控制阀传动杆位置螺栓松动有关，还应通过加强日常检修维护防止类似故障的发生，为机组的环保、稳定运行提供保障。
关键词：9FA燃气轮机；进气加热系统；跳机故障
引言：在环境污染问题日渐突出的背景下，燃气轮机的环保运行问题引起了人们的关注。而采用9FA燃气轮机进行发电，可以通过配备进气加热系统实现机组环保运行。但从实践生产情况来看，机组配备的加热系统容易发生跳机故障，导致机组运行效率下降。因此，还应加强9FA燃气轮机进气加热系统跳机故障分析，从而实现故障有效处理。
1 9FA燃气轮机进气加热系统跳机故障分析
1.1故障现象
某厂在2018年引进F级燃气轮机联合循环机组，配备有进气加热系统等辅助系统能够保证机组安全、环保运行。通过为9FA机组配备进气加热系统，能够使机组DLN2.0燃烧器预混燃烧范围得到扩大，以免压气机进口出现结冰问题。但机组投运后，出现了进气加热系统跳机故障。2018年3月，机组并网后负荷达18MW，进气加热系统控制阀反馈偏差超出15%，发出报警信号，使控制阀电磁阀跳指令被触发，导致机组火焰探测信号丢失，随后发电机逆功率动作跳闸，燃机全速空载运行，发生燃烧分散度高跳机故障。
1.2故障分析
结合机组进气加热系统运行原理可知，在系统从压气机排气缸完成部分高温、高压空气抽出后，将利用手动阀和燃气轮机MARK VI控制的气动控制阀将这部分气体引入系统，使加热压气机进气[1]。在系统正常运行的情况下，需要利用气动控制阀VA20-1进行进气调节，实现系统入口位置压气机排气量控制。从控制基准上来看，气动控制阀需要满足压气机进口防冰、预混燃烧扩展和压气机运行保护三种标准，从中选取最大值实现控制阀位置命令的发送。如表1所示，为机组进气加热控制阀的动作特性。正常的情况下，预混燃烧只能在70%基本负荷以上发生，需要加强最小导叶开度和排气温度控制。配备进气加热系统，能够使导叶允许开度得到降低，促使排气温度范围扩大，使预混燃烧扩展到40%的基本负荷。为加强进气加热控制阀保护，设定在机组全速运行条件下，如果控制阀反馈未跟踪指令，并且二者偏差超出15%达到15s以上，机组将启动保护动作[2]。在事故发生后，对系统控制阀反馈和指令进行查看可以发现，在压气机进口导叶开度达50%的条件下，二者偏差超出15%，使得电磁阀动作指令被触发，导致机组出现气动控制阀失电情况，进气加热控制阀全开，导叶开度从43.5%提高至55%，随后控进气加热控制阀和气动控制阀开启，机组燃烧异常，分散度不断提升，负荷从18MW突然下降至0，最终引起机组主保护动作。
表1 9FA机组进气加热控制阀的动作特性
1.3故障原因
为确定故障原因，需要对进气加热控制阀进行检查，确定反馈指示偏离情况。在实际操作时，需要将控制阀指令设定为20%，从反馈来看为2.7%。将开度提高至40%，可以得到17.8%的反馈。将开度提高至90%，反馈为64.8%。针对跳机故障，怀疑是否与燃烧室熄火有关，然而根据现场允许人员反映和故障数据可知，机组未出现空燃比失衡等问题。因此根据反馈，初步推断进气控制阀位置存在传动故障，以至于反馈电位器未能及时随着阀门变化。因为在进气控制阀动作过程中，其开度和工作状态将受到进气导叶影响。而进气导叶与控制传动杆连接，在传动杆存在问题的情况下降对气体速度和进气量产生影响，导致压气机压力发生微小变化，经过加热系统反馈后将被放大。结合以往经验来看，燃气轮机进气控制阀传动杆经过自行改造和安装后，往往会出现与原配存在差异的问题，最终造成系统出现熄火、跳机等问题。针对这一情况，还要确认进气加热系统跳机故障是否与传动杆缺陷相关。
为确认故障原因，需要在现场进行进气控制阀位置检查，发现传动杆本身并无缺陷，但该位置螺栓已经松动，给传动杆控制功能实现带来了影响。由于传动杆不稳固，造成反馈电位器受压，只能达到70%反馈上限。在归位弹簧作用下，反馈电位器与传动杆脱离，造成阀位指令与偏差过大。这一问题的存在，可能造成两种故障现象发生。首先，如果传动杆上部脱开，电位器受归位弹簧影响，反馈显示100%。在传动杆下部脱开，电位器反馈仅能达到70%，但在弹簧影响下依然会发生变化，只是跟不上阀门变化，造成控制阀开度过大，使得压气机出口空气量减少，再循环过程中出现压气机空气温度过高的问题，使得机组效率和空气量下降，最终造成排出气体温度过高，引起气动阀门开度瞬间提高，机组出现燃烧不稳问题，引发系统跳机。
2 9FA燃气轮机进气加热系统跳机故障的处理措施
2.1事后处理
确定事故原因后，对系统跳机故障立即采取了拧紧传动杆螺栓的处理措施。在松动部分得到处理后，重新开启机组，对系统进气控制阀和气动控制阀进行校正，保证控制阀指令和反馈偏差处于正常范围内，能够达到标准要求。从机组运行情况来看，后续并未出现跳机问题。但考虑到传动杆螺栓松动问题可能再次出现，因此需要采取必要改进措施防止螺栓松动，从而实现跳机事故有效预防。
2.2改进处理
在燃气轮机运行的环保要求逐步提高背景下，引进9FA机组势必要加强进气加热系统的配备，保证系统抽取不超过5%压气机排气实现进口空气加热，以便在防止进口结冰问题发生的同时，使燃气轮机运行范围得到扩大。而实际进行机组运行管理，还应保证机组运行安全，所以需要对进气加热系统跳机问题进行改进，促使机组运行效率得到保证[3]。具体来讲，可以采取定期检修维护措施避免问题发生。然而实际上，作为辅助系统，进气加热系统难以得到燃气轮机检修维护人员重视，使得系统安全可靠性受到了影响。针对这一情况，还应将进气加热系统现场阀位反馈机构检查纳入到每周规定检查项目中，在启动试验中开展阀位试验，加强系统安装调试，保证维护检修工作能够落实到位。作为检修人员，还应加强与系统厂家沟通，督促制造商进行系统控制逻辑的优化，从而加强设备状态把握，使机组保持安全稳定运行。
结论：综上所述，在为9FA燃气轮机配备进气加热系统时，还应认识到除了进行机组燃烧成功调整，在机组日常运行中还要加强进气加热系统等额外系统运行维护，以便使系统能够正常发挥功能，促使机组保持高效运行。在实践工作中，针对燃气轮机进气加热系统跳机故障，还应通过深入分析确定故障原因，保证故障得到有效处理，继而避免故障再次发生。
参考文献：
[1]唐俊.9FA燃机进气加热系统的作用和制造的技术特点[J].水利水电施工，2016(04):37-38+53.
[2]王曙光，朱本刚.GE公司9E燃气轮机进气加热系统控制分析[J].燃气轮机技术，2017，30(04):47-50.
[3]杨根生.燃机进气加热系统改造工程研究[J].江苏科技信息，2018，35(27):56-58.
论文作者:冯华,王红续
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：机组论文; 燃气轮机论文; 系统论文; 控制阀论文; 故障论文; 反馈论文; 发生论文; 《电力设备》2019年第6期论文;