东莞中电新能源热电有限公司 523127
摘要：针对大型燃气—蒸汽联合循环发电机组运行、 维护、 检修等方面出现的技术问题，从单轴燃机—汽机转子系统振动故障、 联合循环汽轮机快速启动方法、 燃气轮机热部件维护维修策略、 燃气轮机 IGV（进口导流叶排）控制及温控线优化技术等方面综述其研究现状，分析目前的研究热点。
关键词：联合循环机组；维护技术；关键问题
0 前 言
燃气轮机及其联合循环发电机组以其热效率高、造价低、环境性能好、占地少、运行调节灵活[1，2]等优点得到了快速发展。到2010年，综合考虑经济发展水平和电力结构调整的力度以及提高发电效率和降低电耗水平等因素，我国发电装机容量将超过6亿千瓦。其中，燃气轮机装机容量至少达到3200万千瓦，约占发电装机的5%。特别是随着“西气东输”及“引进液化天然气”工程的实施，“十五”期间将建设天然气发电机组1200万千瓦，利用“西气东输”天然气发电的上海漕泾电厂、江苏戚墅堰电厂、张家港电厂、望亭电厂和利用液化天然气的广东惠州、深圳前湾、深圳东部电厂等约800万千瓦天然气发电项目已经陆续开工建设[3]。针对当前和今后一个时期我国燃机电站的发展状况，本文就大型燃气—蒸汽联合循环电厂建设中需注意的有关问题进行了探讨，供工程建设中参考。
1 单轴燃机—汽机转子系统振动研究
实际运行经验和研究表明：单轴燃机—汽机转子系统在可倾瓦上容易出现油膜涡动和油膜振荡故障，以及由燃机快速启动引起在冷态启动过程中的热态瞬变振动等故障。
1.1 油膜涡动和油膜振荡
旋转机械在运行中具有很多非线性现象，最突出的是由于非线性油膜力引起的自激振荡，从而产生油膜振荡和油膜失稳。
许多学者和工程技术人员从理论和实践两方面对此展开了研究。 文献通过理论和试验对转子系统中的油膜涡动、 油膜振荡进行了研究，提出了油膜力的修正模型。 文献对单盘转子系统进行了试验研究，观察到了在失稳转速阈值以下时，对转子施加小扰动后转子失稳的现象。 文献分析了在非稳态油膜力作用下，有限长油膜轴承支撑的刚性 Jeffcott 转子的油膜振荡。 文献给出了某燃气—蒸汽联合循环机组高压缸进汽 2 min后 3 号、 4 号瓦发生油膜振荡的故障实例，分析了引起故障的可能原因，提出了有针对性的解决方案。 文献研究了由非线性油膜力引起的转子—轴承系统的非线性振动特性以及各种影响因素，提出了若干可行的在线消除油膜振荡的办法和非线性油膜力的表达式，使非线性转子系统不平衡量的在线识别成为可能。 文献给出了某 9F燃机的油膜涡动和油膜振荡故障实例，指出可倾瓦仍然会发生油膜振荡故障。
某院以国内首套 9FA 燃机为研究对象，开展了燃机转子—轴承系统非线性特性研究，从理论上深层次揭示工程实际中表现出来的油膜振荡形式的多样性。 通过频谱、 间隙电压、轴承温度的变化形成油膜振荡新判据，指出转子轴颈涡动中心上浮是可倾瓦油膜振荡的主要因素，采取降低不平衡量、 提高轴承负载、 减小轴承宽度等措施能有效抑制油膜振荡故障的发生。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
现阶段，有关油膜振荡的研究大多集中在依靠经验进行故障诊断和治理等方面，缺少理论上的深层次探讨。 以非线性理论为基础的转子轴承油膜力的模型还不完善，油膜振荡的治理方法也缺少系统性。 油膜失稳仍是大型旋转机械的疑难问题，需作进一步研究，研究内容主要为：通过对油膜失稳机理的分析，完整揭示造成转子失稳的原因，寻找切实可行的在工程实际中能应用于燃机油膜振荡诊断和治理的一整套方法。
1.2 热态瞬变振动
热态瞬变振动现象是由于受热不均匀而产生的一种振动现象，会随着温度变均匀在较短时间内消失。 由于 GE 燃机转子为抽气冷却结构、 采用叠加装配，因此普遍存在热态瞬变振动现象，严重的热态瞬变振动会导致燃机停机。 热态瞬变的振动量是转子起始温度的函数，大振动值对应较冷的转子初始温度。
然而，目前常用的一些动平衡技术，还缺少在单轴燃机—汽机转子系统上应用的业绩，并且大多数平衡方法都没有考虑冷态启动过程热态瞬变振动的影响。 对于动平衡的处理，进一步的研究需要综合考虑各阶段的燃机转子振动，即热态瞬变的振动和各负荷阶段振动，才能有效解决热态瞬变的振动问题。
2 燃气轮机热部件维护维修策略研究
GE 公司的重型燃气轮机具有很高的可用率，合理的维护维修计划能减少总体费用，使停机时间保持最短，改善启动和运行的可靠性及提高机组可用率，进而增加效益。 燃气轮机热部件按其工作环境的不同可分为 3 类，即燃烧系统、 热通道和转子部件。
对于燃气轮机的维护，以 GE 公司为代表的动力设备制造厂在燃气轮机和联合循环热力设计、 试验方面经过多年的研究，积累了大量的经验，采用互相独立的启动次数和运行小时数来计算维护间隔。 GE 公司结合互联网推出了实时远程辅助决策服务，通过互联网把分布于世界各地的燃气轮机运行数据传输至设在美国亚特兰大的控制中心，运行专家凭借计算机程序和专家经验知识进行分析，得出的诊断结果提供给燃气轮机运行人员，以帮助决策，使机组安全、 稳定、 经济地运行，世界范围内已有百余台（套）燃气轮机接入系统。 尽管该系统是可靠和安全的，却不适合在我国使用，原因一方面是服务的价格不菲，另一方面是这种方式采集的数据不透明，不向当地的运行人员公开，只返回分析结果，特别是在一定权限下，系统甚至可以控制燃气轮机，因此对机组的安全运行及国家安全造成潜在威胁。
目前，对燃气轮机热部件维护维修策略的研究在我国逐渐得到重视。 文献详细论述了燃气轮机计划性检修中有关维修周期、 备件计划、部件修理和现场检修便利性问题。 文献从设备定期维护、 运行优化从而延长机组运行时间，传统检修模式与状态检修模式的结合，备品备件配置优化等方面论述了延长燃气轮机检修周期的检修策略。 文献提出了基于 EOH（等效运行时间）分析的燃气轮机寿命评估法，根据 EOH 分析的结果，提出了检修策略的优化方案，分析了影响燃机热部件寿命的 3 个主要因素，并在此基础上详细讨论了各种常用的燃气轮机寿命评估方法。
文献通过对 9F 级燃气轮机热部件使用寿命影响因素的分析，剖析检修间隔的计算公式，合理计算出燃气轮机的检修间隔，并通过 GE 有关文件的指导，总结出合理的检修策略。 文献研究了燃气轮机燃烧室注水后对排放物、 性能和检修等方面的影响；阐述了 SGTS-2000E 燃气轮机的维护和检修特点，并对如何制定和实施检修计划作了详细说明。
3 燃气轮机 IGV 控制及温控线优化技术研究
某联合循环机组采用 DELTA 公司生产的卧式三压再热自然循环余热锅炉，在燃气轮机 80～160 MW 负荷区域普遍存在主蒸汽容易超温、 温度最高甚至达到 574℃（此时喷水减温器后蒸汽温度已接近饱和温度），引起燃机、 汽轮机 RB（辅机故障减负荷），极端情况下燃机跳闸。 因此，主蒸汽超温和燃机排烟温度过高已成为目前亟待解决的问题。 其主要原因是：该负荷区域燃机的排烟温度已达到 649.9℃，IGV 温控介入，IGV 的开启使进入余热锅炉的高温烟气流量大幅增加，而此时余热锅炉高压蒸发器所产生的蒸汽量与烟气流量不匹配，余热锅炉在设计时考虑设计工况较多，换热面积以及蒸汽温度和减温水的配置按考核工况进行设计，由于燃气轮机排烟温度在整个负荷变化过程中存在驼峰特性，温度变化为低 -高 - 低，在部分负荷工况下考虑不足，最终导致主蒸汽超温。
目前国内的研究未能从本质上改变温控困难的状况，只是采取浅层次的温控参数修正等措施。 而燃机温控是燃机核心控制技术，需要科研人员通过不断研究和试验，优化部分负荷时的温控线，保证主蒸汽温度自动控制在部分负荷阶段能够投入，并保证温度不发生超温报警，这样才能从根本上解决国内燃气轮机运行中普遍存在的主蒸汽容易超温的问题。
4 总 结
通过对目前研究状况的分析，提出了进一步的研究方向。 燃气—蒸汽联合循环发电技术正在逐步成熟，解决这些问题对于联合循环机组的工程实际应用是非常必要和迫切的，对我国电力行业的发展具有非常重要的积极意义。
参考文献：
[1]王柏仁.燃气—蒸汽联合循环发电技术发展对策研究[J].湖北电力，2007，31（1）：64-66.
[2]童小忠，应光耀.半山1号燃气机组油膜涡动和油膜振荡分析及处理[J].汽轮机技术，2006，48（1）：63-66.
[3]张光.国产200 MW 汽轮机高中压整体转子瞬态温度场和热应力场[J].中国电机工程学报，1993（01）：35-39.
[4]DEEPAK J C，NOAH S T.Experimental verification ofsubcritical whirl bifurcation of a rotor supported on a flu-id film bearing[J].Journal of tribology，1998，120（3）：605-609.
[5]高志军.600 MW 汽轮机转子冷态启动热应力计算与分析[J].汽轮机技术，2005，47（4）：269-270.
论文作者:文勇
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/1
标签：油膜论文; 燃气轮机论文; 转子论文; 蒸汽论文; 机组论文; 温度论文; 文献论文; 《基层建设》2016年9期论文;