发电机功率异常引发燃气轮机超温跳机的原因分析

2010-07-30吴凡

综合智慧能源 2010年3期

吴凡

(杭州华电半山发电有限公司,浙江杭州 310015)

1 问题的提出

S109FA蒸汽 -燃气联合循环发电机组为大型单轴天然气发电机组,由 9FA燃气轮机、D10蒸汽轮机、三压无补燃余热锅炉、390H氢冷发电机等 4部分组成,单台容量 390MW。为保证联合循环机组的安全运行,机组设置了一系列保护功能。其中,为保护燃气轮机不因过热而发生损害,专门设置了燃气轮机超温保护,这是一个后备系统,仅在燃气轮机温控回路发生故障时起作用。在正常情况下,燃气轮机应在温控回路的控制下运行。一旦燃气轮机排气温度超过温控限制值,燃气轮机超温保护将起作用,切断燃料遮断停机,可避免造成燃气轮机热通道部件的损坏。在机组运行中,可能引起燃气轮机排气温度超温的原因有很多,本文介绍的因发电机功率异常引起燃气轮机超温的原因虽非常见,但却值得重视。本文有针对性地提出了处理对策,供同类型机组参考。

2 故障的起因

2008-02-05 T 10:09,杭州华电半山发电有限公司#3机组启动,2008-02-15 T 10:35并网,2008-02-15 T 10:37:47.021燃机报警信号Q1273置 1,内容为:FSR LIMITED DUE TO DWATT XDUCER FAILURE(燃料行程基准因功率变送器故障受限),当时,机组实际起作用的 FSRN(转速控制燃料行程基准)为 28.5%FSR。在 2008-02-15 T 10:37:47.061至 2008-02-15 T 10:37:47.460将近 0.4s的时间间隔内,燃机报警信号 Q1318置 1,内容为 MEGAWATT TRANSDUCER SIGNAL TROUBLE(功率变送器信号故障),含义为 DWATT1和DWATT2这 2个功率变送器的差值大于 3MW以上的某个值(根据 2功率变送器中最大值的 10%或者3MW高选)。当时发电机功率信号 DWATT(2个功率变送器的高选值)从 30MW下降到 -3.5MW后又恢复到 36MW,历时 2 s左右。2008-02-15 T 11:46,在机组启动过程中,进行到汽轮机高、中、低压系统进汽完毕,联合循环机组准备升负荷阶段时,出现 FSR(燃料行程基准)限制为 30%FSR无法增加负荷的情况。经过热控及电气人员的检查,判断为因报警信号 Q1273置 1,导致机组无法增加 FSR,而该报警信号需要机组主复位才能消除。2008-02-15 T 12:39:53.639机组负荷 114MW,进行了机组主复位操作后,出现 FSR瞬间快速上升(3.5s内 FSR从 30%FSR上升到 66%FSR)导致燃气轮机排气超温而出现无法控制的局面,2008-02-15 T 12:39:59.001机组因燃机排气超温跳机,当时负荷为192MW。

3 原因分析

要分析此次燃气轮机排气超温跳机的原因,首先要从燃气轮机 MK VI的主控制系统说起。MK VI设置了以下 7种自动改变燃气轮机燃料消耗率的主控制系统:启动控制系统(Start Up);转速控制系统(Speed);温度控制系统(Temperature);加速控制系统(Acceleration);停机控制系统(Shut Down);压气机压比控制系统(Compressor Ratio);输出功率控制系统(Dwatt)。

每个系统输出相应的燃料行程基准(指令)FSR(Fuel Stroke Reference)分别为:启动控制燃料行程基准 FSRSU;转速控制燃料行程基准 FSRN;温度控制燃料行程基准 FSRT;加速控制燃料行程基准 FSRACC;停机控制燃料行程基准 FSRSD;压气机压比控制燃料行程基准 FSRCPR(或 FSRCPD);输出功率限制燃料行程基准 FSRDWCK。

此外,还设置了手动 FSR控制,输出信号为FSRMAN。8个 FSR基准量进入最小值选择门,选出 8个 FSR中最小值作为输出,以此作为该时刻实际执行用的 FSR控制信号指令。尽管任何时候这 8个系统各自都在运算和输出,但某一时刻只有一个系统的输出能够通过最小值选择门,所以,只有这一个指令才能发挥控制机组燃料量的作用。

下面再分析一下报警信号 Q1273 FSR LIMITED DUETODWATTXDUCER FAILURE(燃料行程基准因功率变送器故障受限)产生的原因。

每台机组的2个功率变送器96GG-1和96GW-1的输出经过高选作为发电机功率 DWATT的输出。

机组并网以后,只要 DWATT＞2MW(DWKFLT),L3DWBCOK就置 1(Megawatt Transducer Signal Normal After Synch),表示发电机功率变送器正常。

反之,当机组并网后(L52GX=1),一旦出现L3DWBCOK为 0,就表示发电机功率变送器出现故障,经过 5s(K3DWBCOKYZ)仍然不能恢复正常,则导致L3DWBCOKYZ=1(Megawatt Transducer Signal Normal After Synch T.D)。该信号在机组并网 25 s后(L52GXZ=1)的相应条件下将一直保持到机组主复位动作。

L3DWBCOKYZ=1,则 L3DWCK=1(意味着功率变送器异常),这时机组已经在并网条件下(L52GX=1),控制系统发出报警 L3DWBCOKZ_AL(报警号 Q1273 FSR LIITED DUE TO DWATT XDUCER FAILURE)。

当L3DWBCOK=1“与 ”L3DWBCOKYZ=0(机组并网后 DWATT＞2MW后未出现连续 5 s以上的≤2MW)或者 L52GYZ=1(解列 5 s后),则将当前的 FSR值作为 FSR_LAST的值。

比较 FSR_LAST和 FSKDWCK(30%FSR),从两者中取大值作为 FSRDWCK1的输出。

当L3DWCK=0(功率变送器无故障)时,用最大值 100%FSR(FSRMAX)作为 FSRDWCK的输出,就此退出对 FSR的限制控制。

当L3DWCK=1(功率变送器有故障)时,把FSRDWCK1的值作为 FSRDWCK输出,它就有可能介入对 FSR的控制,起到限制 FSR输出值的作用。

4 故障情况总结

在正常情况下,机组并网后发电机功率变送器没有出现异常,就用 FSR_LAST保留当时的 FSR值。FSRDWCK1就等于 30%FSR或者大于 30%FSR的 FSR_LAST作为其输出,随时处于准备状态。FSRDWCK则输出 100%FSR,达到退出 FSR控制之目的。

在正常情况下,机组解列后 5 s内,FSRDWCK输出 30%FSR与 FSR_LAST(通常是解列前功率在2MW以上当时的 FSR保留值)中的高选值,起到限制 FSR输出值的作用。

在异常情况下,一旦出现机组并网后发电机功率变送器持续 5 s不大于 2MW,那么,FSRDWCK1输出到 FSRDWCK,此时 FSRDWCK达到了限制FSR量值的作用。同时,发出通报报警信号 Q1273(FSR LIITED DUE TO DWATT XDUCER FAILURE)。

2008-02-15 T 10:37:47.021,杭州华电半山发电有限公司#3机组刚并网 2min,由于发电机功率变送器信号连续 5 s以上低于 2MW(事后发现该功率变送器反映的是真实的功率信号,当时,在机组并网后的确出现了短暂的逆功率现象,原因还未查明),触发了报警 Q1273(FSR LIITED DUE TO DWATTXDUCER FAILURE),使 FSRDWCK的值从100%FSR切换为 30%FSR。由于当时的最小值 FSRN为 28%FSR,因此,实际的 FSR选择并保持了28%FSR,机组燃料量的控制未出现变化。直到2008-02-15 T 11:46,当时机组负荷为 102MW,TNR(转速控制基准 Speed Control Reference)为100.7%,FSRN,FSRACC和 FSRT分别为 30.6%FSR,30.4%FSR和 78.3%FSR,其余的 FSRCPR,FSRMAN,FSRSD,FSRSU均为上限指令 (100%FSR),而实际的 FSR限制在 30%FSR无法增加。

2008-02-15 T 12:39:53.639机组负荷 114 MW,TNR为 104.3%,当时的 FSRN,FSRACC和 FSRT分别为 81.3%FSR,30.5%FSR和 75.9%FSR,燃气轮机排气温度 538℃。进行了机组主复位操作后,报警信号 Q1273置 0,FSRDWCK的值从 30%FSR恢复到 100%FSR,这时实际起作用的为 FSRACC,3.5 s内 FSRACC从 30.4%FSR上升到65.9%FSR,负荷上升到 196MW,排气温度上升到604℃之后,由于燃气轮机排气温度上升迅速使 FSRT成为最小值,尽管 FSRT不断下降,仍然无法阻止燃气轮机排气温度的继续升高,机组终于在2008-02-15 T 12:39:59.001因燃机排气超温(671℃)跳机,当时负荷 192MW,FSRT为 46.9%FSR。

此次跳机事件的发生,暴露出对输出功率限制燃料行程基准 FSRDWCK的控制系统没有足够深入的了解,当异常情况出现时,在处理方法上存在着考虑不够全面的情况。笔者事后对这次跳机的原因进行了深入分析,有针对性地对 FSR显示菜单进行完善,添加了FSRDWCK的单项柱状图(图 1中虚线框处),便于运行人员及时、直观地掌握当前 FSR主导控制项,从而提高对机组当前运行情况的判断能力,进而做出正确的处理。