某6B燃气轮机热悬挂的分析与解决

2014-05-07戴初成

燃气轮机技术 2014年3期

戴初成

(琥珀能源有限公司，杭州 310013)

1 故障简介

琥珀能源有限公司下属德能厂的机组为南京汽轮电机(集团)有限责任公司配套生产的PG6581B型燃气轮机，于2005年投产，2013年燃气轮机进行了DLN改造。在改造之后的启动过程中，由于适逢极端高温天气，当燃气轮机点火后，在较低的转速时(48%TNH)，燃气轮机即进入FSR温度控制。燃气轮机升速缓慢，使燃气轮机启动时间大大延长。严重时燃气轮机在启动电机脱扣转速之前就停止升速，甚至转速下降，最终只能停机。

为解决这一问题，我们分析了热悬挂产生的原因，从各个角度入手，采取了修正点火FSR与暖机FSR参考值、修正计算P2压力常数的参考值、适当开大IGV的角度、调节液力变扭器的回油孔板大小等一系列措施，最终使机组恢复正常启动。

2 热悬挂原因分析

德能厂的燃气轮机采用MARK V控制系统。其燃料行程基准主控系统有6个核心控制子系统，包括启动控制系统输出启动燃料控制行程基准FSRSU，转速控制系统输出转速控制燃料行程基准FSRN，温度控制系统输出温度控制燃料行程基准FSRT，加速控制系统输出加速控制燃料行程基准FSRACC，停机控制系统输出停机控制燃料行程基准FSRSD，手动控制系统输出手动信号FSRMAN。任何时候这6个子系统各自都在运算和输出，其运算出的基准量作为各自的分量进入，最小选择门选出各个分量中的最小值作为输出，此时，该子系统的分量即为当前实际使用的FSR控制信号指令。

启动控制方式控制燃气轮机从点火到启动程序完成这一过程。启动时，FSRSU是最小值，在燃气轮机点火、暖机结束后，FSRSU以一个较小的斜升速率(FSKSU_IA)缓慢增加，燃气轮机的转速随之上升，此时燃气轮机的排气温度TTXM也不断增加，根据温度控制燃料基准的算法(图1)，FSRT会不断减小。当FSRT小于FSRSU成为最小值时，燃气轮机进入温度控制。当燃气轮机刚刚进入FSR温控时，因为燃气轮机转速仍在上升，随着空气进气量的增加，排气温度TTXM可能会有所降低，根据算法，FSRT会随之增大，当FSRT＞FSRSU时，燃气轮机又会进入启动控制。在这个阶段，FSRSU和FSRT会交替成为最小值，燃气轮机转速仍会继续上升。当燃气轮机转速越升越慢，FSRSU随着时间持续增加，FSR最终保持在温度控制，不会再增加。

当前的FSR，如果仍能使燃气轮机转速缓慢上升，那么将大大延长燃气轮机的启动时间。当前的FSR，如果不足以使燃气轮机升速，那么就会出现热悬挂现象。在这种情况下，只能选择停机。

图1 温控燃料基准FSRT

3 应对措施

热悬挂的原因，简而言之，就是在启动过程中燃气轮机排烟温度太高，温度控制过早介入。而降低了启动过程中的排烟温度，也就解决了热悬挂。

针对消除热悬挂，采用的一系列方法是:

1)检查核对IGV角度，并适当调大最小基准值，以增加启动过程中空气的进气量。

2)适当修改点火FSR、暖机FSR、升速率常数及P2压力计算常数，在保持机组可以继续升速的情况下尽可能减小启动过程时的FSR。

3)提升液力变扭器输出力矩，使启动电机能传递更多的扭矩给主轴。

3.1 调大IGV的最小基准角度

压气机进口可调导叶的作用是调节燃气轮机进气量，其目的有两个:一是在启机和停机过程中的一定阶段通过将IGV角度保持在最小值(与CSKGVCS3参考值有关)来限制进气量，避免出现压气机喘振;二是实现IGV温控，即在部分负荷时通过适当关小IGV角度，维持燃气轮机排气温度在一个较高的水平以保证整个联合循环的效率。在燃气轮机的启动过程中，燃气轮机转速在78%TNH前(与CSKGVPS1参考值相关)，IGV的角度一直保持在最小基准值。如果在这个阶段开度有偏差，会影响燃气轮机的进气量。

为避免IGV开度的影响，我们实测了IGV的角度，对IGV重新进行了标定。另外，我们将IGV的最小基准(CSKGVCS3)由34°改为35°，以这个方法来提高压气机的进气量。

重新启动后，进入温控的时间推迟到了52%TNH，但是热悬挂的问题没有得到彻底解决。

3.2 修改控制程序的参数

主控系统中启动燃料控制系统FSRSU的变化规律如图2所示。

图2 启动控制的FSRSU曲线

MARK V控制系统以开环方式控制启动过程中的FSR，在燃气轮机启动过程中，FSRSU算法要求既可使燃气轮机升速，又可维持点火温升比较缓和。为了点燃燃烧系统并提供燃烧室之间的联焰，在点火火花塞打火时，启动FSR阶跃到点火值FSKSU_FI。当燃气轮机检测到火焰后，FSRSU需下调到暖机值FSKSU_WU。在暖机计时器的持续时间内，FSR保持在这个暖机值上，以减少在转子上的热应力。当暖机结束之后，FSRSU按预先设置的变化速率(FSKSU_IA)斜升，最高可能到加速设定基准(FSKSU_AR)。随后以另一个预先设置的速率(FSKSU_IM)继续斜升。第二个上升斜率是为了使启动控制系统让出对FSR的控制权。

根据启动控制系统 FSRSU的算法，要控制FSRSU，我们可以调整的参数有点火FSR基准、暖机FSR基准和斜升常数FSKSU_FI。

另外，进入燃烧室的天然气量还与GCV的阀前压力有关。而GCV阀前压力是由速比阀(SRV)按燃气轮机转速(TNH)的倍数加预置值来控制的。

尝试将点火FSR(FSKSU_FI)由15.5%降到12%，将暖机FSR(FSKSU_WU)由14%降到10%。重新启动后，进入温控的转速提高到54%TNH。

接着修改了计算P2压力的常数，修改了斜升常数 FSKSU_IA(从0.05%/s改到0.04%/s)。但是，随着燃料的减小，燃气轮机的升速过程也减慢了。在启动电机脱扣之前，仍旧进入了FSR温控。

3.3 提升液力变扭器输出力矩

液力变扭器将启动机与燃气轮机联系起来，使得两者的扭矩特性相匹配。在启动过程中，启动电机带动泵轮旋转对油液作功，使油获得速度环量来冲击涡轮，对涡轮作功，用来带动燃气轮机启动。

油液高速循环流动，当油液经过导叶折转后，以一定的入口角进入泵轮，在低转速下可使输出扭矩增大若干倍，在制动工况时扭矩最大。变扭器进口油压称为“基压”，由节流孔板控制。变扭器供油泵油量随转速增加而增加。通过减小回油量，可以提升液力变扭器工作压力，使液力变扭器传输扭矩更大，燃气轮机的升速率增加，减少启动时间。

在现场，我们测得液力变扭器基压为0.37 MPa。根据说明书，液力变扭器基压范围在0.3～0.7 MPa之间。通过调节液力变扭器泄油电磁阀上的调节旋钮，使液力变扭器基压升到0.45 MPa。再次启动，从点火到燃气轮机升到50%转速，花费的时间少了约1.5 min。燃气轮机启动时间缩短了，没有进入FSR温控。热悬挂问题终于得以解决。