燃气发电机组故障分析探究

王月龙　尹征

摘 要：目前国内对燃气轮机等新兴发电设备研究不断加深，对其故障的分析方法也在不断探索之中。燃气轮机故障的分析判断较为复杂，控制策略在国内解析度不足，因此对燃气发电机组故障分析需要我们不断的学习和探索。本文从燃气轮机故障跳闸的直观现象出发，循序渐进的进行了深入探索，并分类进行了讨论。

关键词：燃气轮机；跳闸；测点故障；测量超限

中图分类号： TM314 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）13-159-2

0 引言

目前国内燃气轮机市场基本由三大主机外商所垄断，即GE、西门子、三菱。因此对于燃气轮机相关技术的探索研究从燃机进入中国市场开始就一直在进行。燃气轮机跳闸逻辑主要有三大部分组成，即硬回路跳闸、FM458跳闸、常规跳闸（包含停机顺控），且目前进口燃气轮机系统内一般未设置首出查询功能，因此需要结合实际情况及报警顺序等信息确定跳闸原因，以便进一步确定燃气轮机故障点。

1 触发跳闸直接原因查询

①打印SOE报表确认是否为硬回路跳闸，由于燃机硬回路跳闸速度快，无延时，ADDFEM_SOE模块采样速度极快，时序可靠性高，因此由硬回路产生的跳闸较容易进行判断。②打印跳闸前5-10分钟报警报表，找出与跳闸报警相邻的主保护相关报警，将报警出口通过趋势图确定其与常规跳闸总出口在时间上的关系，判断时间是否吻合，其中应重点注意逻辑中延时块。从而进一步确定相关测量值是否越限，以便分析引起测量值超限的深层原因。例如图1所示：由图1可以看出，防喘阀故障触发停机顺控，约2s后加速度大于高三值（8g），燃机跳闸。主要时序无异常。③由上面报表看出FM458中加速度超限逻辑触发燃机跳闸，由于FM458内所有跳闸测点均通讯至普通控制器报警，大约存在50ms左右通讯延时，而ESV阀门快关时间约200ms，对时序不构成影响。只需结合报警信息判断触发跳闸原因。

2 跳闸原因分析

通过上述方法查找到触发燃机跳闸条件后，需要对跳闸原因作进一步分析，例如由加速度高引发燃机跳闸，在排除测量故障后需进一步分析引起加速度升高的原因，如燃料阀门是否控制异常、IGV是否控制异常、天然气热值是否变化、预混及值班管路是否存在通流异常、防喘阀状态异常等能够引起燃空比变化的因素。

根据引起燃气轮机跳闸条件不同主要可以分为两大类：一是由测点故障失去监控引发燃机跳闸或停机，二是测量超限触发燃机跳闸。

2.1 测点故障类

此类故障引起燃机跳闸或停机一般是重要测点失去监视，为了防止机组出现意外情况而采取的保护措施。一般情况下此类停机对机组相关设备无损害，但应查明测点故障的原因。

2.2 测量超限类

主保护测点配置一般为多重冗余配置，在排除测量故障的情况下此类跳闸一般是由于主要设备或系统运行故障所导致。主要可以分为辅助系统重要参数超限和主机重要参数指标超限。

2.2.1 主机重要参数超限

一般来说，主机重要参数超限引发燃机跳闸需要引起高度重视，需要逐步进行检查、分析和判断来确定故障点。从燃气轮机结构看主要由三大部分组成，即压气机、燃烧室、透平。下面从这三个部分进行依次分析：

压气机主要相关参数包括瓦振、喘振及轴承温度。瓦振大触发燃机跳闸，首先应排除测量原因误动作，应当对整个控制回路进行排查，包括传感器电容、电阻、绝缘、前置放大器接线、输入模件等依次检查测试。当排除测量故障后需根据振动大小确定是否对压气机叶片进行内窥检查，确定故障点；喘振开关触发燃机跳闸是由于压气机入口差压降低，其目的是防止压气机内空气流量过小而导致喘振。另外，在燃机升速喘振边界防喘阀未打开易引起喘振。当压气机出现喘振现象时，内部空气流速降低，出口压力不稳定。因此当由于喘振开关或防喘阀动作引起燃机跳闸后，可以结合压气机出口压力判断是否出现喘振现象，以便进行后续检查。

燃烧室相关主保护参数主要为加速度、火检及排气温度。通常情况下排气温度引发的跳闸表征燃烧室内燃烧和温度不均匀程度加剧，加速度引起的跳闸表征燃烧在较短的累积时间内出现了较大的波动，通常需要配合嗡鸣频谱图同时进行判断，如图2和图3所示：

当排气温度出现明显的热点或冷点时，通常由于其对应的燃烧器内预混气通流孔出现异常，需要进行检查。当加速度及嗡鸣偏高时，在排除热值及燃-空比异常可能后，应考虑燃烧调整。当加速度>GW3时应立即对燃烧室进行检查。

透平侧主要相关参数为振动和轴承温度。与压气机相似，当参数指标超限，在排除传感器及信号回路故障后应考虑对相应部件进行检查。

2.2.2 辅助系统重要参数超限

燃气轮机运行过程中主要的辅助系统是润滑油、密封油、控制油、压缩空气及定子冷却水，一般情况下在设计保护定值时均预留有一定的裕量，即防止情况进一步恶化对机组造成损坏。辅助系统引发燃机跳闸也应首先排除仪表及联锁控制的故障，然后结合工艺系统进一步分析导致参数超限的原因，排除故障后方可重新启动。

3 总结

综上所述，在判断燃气轮机故障点的过程中，需要根据故障现象，并结合与之相关的系统进行整体分析，才能提出正确的结论。

参 考 文 献

[1] 北京能源投资（集团）有限公司，等.西门子燃机控制系统解析[M].北京：中国电力出版社，2016（4）.

[2] 上海电气电站设备有限公司，上海汽轮机厂.SGT5-4000F燃气轮机运行维护手册.

[3] 南京西门子电站自动化有限公司.SPPA-T3000用户手册.