M701F4型燃气轮发电机组基建热控可靠性优化

江苏国信淮安第二燃气发电有限责任公司 吉 杰

引言

某燃气电厂建设有两套M701F4型分轴燃气轮发电机组，机组于2015年底开工建设，在主辅设备招标过程中吸收了燃煤机组及燃气机组的系统及设备优化改造经验，同时技术人员多方调研同类机组在基建和运行中发生的问题并进行了汇总，逐一对照进行排查避免相似问题重复发生。

在成套设备安装的过程中，发现多处系统设备逻辑及控制回路的设计违反了“二十五项反措”及相关行业标准的要求，技术人员在保证设备安全运行的前提下提出了优化方案。下面对发现的隐患进行简述并提出优化措施。

1 调压站ESD紧急关断阀电源回路优化

1.1 调压站系统概述及ESD紧急关断阀的安全设置要求

燃气电厂天然气调压站有入口单元、计量单元、分离单元、过滤单元、冷凝储罐单元、加热单元、调压单元等部分组成，进入电厂的管道天然气进行分离、过滤、加热、调压等处理。在厂外管道末站和入口单元之间配置有一只天然气紧急关断阀（Emergency Shutdown Device），简称为ESD紧急关断阀。

ESD紧急关断阀在燃气电厂发生天然气大量泄漏、火灾或其他紧急事件时，可快速切断末站对电厂的天然气供应，保证电厂的安全。由于ESD紧急关断阀是隔绝末站与电厂的天然气传输唯一远操关断阀，如果ESD紧急关断阀误动将引起全厂运行机组的“非停”，因此该阀门设置的安全性应该是全厂最高级别的。

总结已投运机组ESD紧急关断阀发生过的异常及行业规范的安全设置要求，在调压站设备采购中技术人员签订技术协议时严格设定ESD阀的规范要求。

a.执行机构选择气动执行机构，关闭时间小于3秒。

c.为避免执行机构仪用气源失气，导致ESD阀异常关闭，配置仪用气储气罐，储气罐出口用双路管道供气。

d.仪用气管路进行伴热和保温，避免极寒天气由于执行机构的仪用气管路出现冻堵现象，导致ESD阀异常动作。

e.ESD紧急关断阀设置远传信号，传输阀门的状态信号至集控室DCS。当出现重大事故时，由DCS系统发出紧急关闭指令或在控制室操作事故按钮，立即关闭ESD紧急关断阀。

1.2 ESD阀冗余电磁阀配置气路控制原理分析

ESD紧急关断阀具有远方开启、关闭功能，如图1所示。当远方开启指令发出时，主路电磁阀与旁路电磁阀同时带电，仪用气源通过减压过滤阀后，通过两位五通的电磁阀工作位置、切换阀的自动工作位置进入气缸，推动活塞带动阀门开启。

当远方关闭指令发出时，主路电磁阀与旁路电磁阀同时失电，电磁阀处于非工作位置，将气路中的仪用气排出。快速排放阀由于气路与气缸存在的压力差动作，将气缸气体排出，活塞带动阀门关闭。

当主路电磁阀故障时，故障状态有可能电磁阀由于某种原因失电或者是带电时无法切换工作状态，此时旁路电磁阀起到备用作用，仪用气通过旁路电磁阀和切换阀进入气缸。当旁路电磁阀故障时，主路电磁阀起到同样的备用作用。所以气路中配置两个电磁阀，起到冗余作用。

工科院校科学规范、周密细致、合理可行的培训方案是新教师培训动机产生的直接诱因。工科院校的培训方案有必要向新教师广泛宣传，让新教师理解、认同、接纳，以增强这一直接诱因的强度。

当主路电磁阀与旁路电磁阀同时故障或失效时，可将切换阀切换至手动位置，开启手动开关阀，将仪用气源通过旁路直接进入气缸，使得阀门开启。此种手段作为后备应急手段，可紧急将阀门开启。

图1 ESD紧急关断阀冗余电磁阀配置气路图

1.3 ESD紧急关断阀电源回路安全可靠性及优化措施

调压站厂家提供ESD紧急关断阀的控制原理图如图2所示。阀门开启时：DCS系统发出“DCS打开入口ESD阀”开启指令，继电器9KA1、9KA2同时吸合，继电器辅助接点9KA1-21、24和9KA2-21、24闭合，主路电磁阀和旁路电磁阀同时带电，气源进入气缸，驱动执行机构带动阀门开启，同时9KA1-11、14和9KA2-11、14将阀门开启指令保持。

阀门关闭时：DCS系统发出“DCS关闭入口ESD阀”指令，继电器9KA1、9KA2同时失电，9KA1-21、24和9KA2-21、24断开，主路电磁阀和旁路电磁同时失电，气缸气源放气，执行机构带动阀门关闭。

阀门紧急关闭时：集控室操作台设置急停双跳闸按钮9PB2，同时按下使9KA3继电器得电，9KA3常闭辅助接点11、12断开，两路电磁阀9KA1、9KA2同时失电，阀门关闭；就地控制盘急停按钮9PB1，按下使电磁阀9KA1、9KA2同时失电，阀门关闭。

图2 ESD紧急关断阀控制原理图

通过对电源回路图的分析发现了多处设计隐患，针对这些隐患采取了优化措施。

1.3.1 增加一路DC24V开关电源

电磁阀控制电源回路内，只有一个DC24V开关电源，当开关电源故障时，电磁阀会失电。

通过图2分析，DCS系统远程开启指令通过继电器9KA1、9KA2同时吸合，主路电磁阀和旁路电磁阀同时带电，阀门打开。由于DCS系统和阀门控制回路距离较远，该回路采用了多个继电器、按钮等电器元件的常闭触点，当出现控制回路9-001到9-004中任何因断线或继电器故障都将导致开启指令失去时，两路电磁阀虽然冗余配置但是由于控制回路只有一路易引起阀门误动。

1.3.2 修改控制回路

图3 优化后的ESD紧急关断阀控制原理图

在DCS系统中增加一路关闭指令，将原有的开启继电器9KA1、9KA2回路分开并联，形成回路冗余配置，9KA1、9KA2只要有一路回路工作正常阀门可以正确动作，见图3。优化后在控制回路电磁阀、电源、控制回路都实现了冗余，可以确保ESD紧急关断阀的正确动作。

2 燃机进气系统差压高快减负荷逻辑优化

2.1 燃机进气系统概述

燃气轮机进气系统是对进入燃机的空气进行过滤，滤掉其中的杂质，确保机组高效可靠地运行。进气压力损失对机组的效率及出力影响较大，粗略计算进气压力损失（压降）每增加1Kpa,燃机出力降下降1.54%，热耗增加0.56%,排气温度增加1.7℃。因此进气压力的测量是燃机性能的主要监测和保护项目。

2.2 进气系统压差监视及系统保护设置分析

进气系统中设置了多个压力和压差测量元件，包括初滤压差（MBL01CP501），用于检测进气过滤器初滤前后差压，测量值超过设定值控制系统发出“初率滤压差高报警”；精滤压差（MBL01CP502），用于检测进气过滤器精滤前后的差压，测量值超过设定值燃机TCS控制系统发出“精率滤压差高报警”；这两个测点都是用于运行人员监测粗滤、精滤过滤器的性能做出运行判断。

系统还设置了进气道压差变送器（MBL01CP 504），用于检测进气过滤器精滤后压力与大气的差压，当测量值超过设定值(2.06KPA)，触发控制逻辑信号快减负荷逻辑，机组快速减负荷来维持差压。

进气系统同时设置三只进气道压差开关（MBL 01CP601、602、603）,当三个压力开关的测量值有两个开关的测量值大于开关设点值＞2.25Kpa，则触发控制逻辑燃机“进气滤腔室差压高”保护，燃机跳闸。

2.3 进气过滤系统压差系统保护设置可靠性分析及优化措施

通过对系统及测点分析，进气道压差高保护跳闸通过三只差压开关采用了三取二的保护逻辑，该保护方案的设计从取样点到保护元件的设计及保护逻辑都符合《火电厂热控系统可靠性配置与事故预控》的要求。而进气道压差变送器测量值作为运行值班人员监控的主要参数，采用了差压变送器测量并送监控画面显示，但是该测量值同时还作为机组在并网后高负荷段进气系统差压高快减负荷逻辑的触发条件。这个测点的异常，运行人员将失去对进气道压差测量监视参考。而快减负荷的逻辑触发条件采用单点保护违反了“二十五项反措”关于“主要保护信号，应满足采用三个互相独立的一次测量元件和输出通道，并通过三选二逻辑实现”的要求。

2.3.1 优化措施

MBL01CP504差压变送器相同位置增加两个变送器MBL01CP505、MBL01CP506，将其测量值全部在画面显示作为运行人员监控依据，同时加入SOE点作为历史事故追忆，见图4。

对进气道压差测量变送器MBL01CP504、MBL01CP505、MBL01CP506模拟量与定值2.03Kpa比较后三选二作为快减负荷的逻辑判断条件。

图4 燃机进气压差测量图

3 燃机跳闸油电磁阀控制优化

3.1 燃机跳闸油系统概述

图5 燃机跳闸油电磁阀现场实物图

M701F4分轴燃机的跳闸油与润滑油都取自燃机润滑油箱，伺服阀的控制油来自于燃机的EH油箱。为了防止机组运行中因部分设备工作失常而导致重大事故的发生，在跳闸油回油管道安装有跳闸油电磁阀，电磁阀接收控制系统发来的挂闸或者跳闸信号，实现跳闸油的建立和释放的功能，以达到机组的挂闸和停机的目的。在机组需要紧急停机时，电磁阀动作泄掉跳闸油，所有的关断阀、伺服阀、控制阀因为失去了跳闸油而关断，实现停机。

为了防止机组运行中因部分设备工作失常而导致重大事故的发生，在跳闸油回油管道安装有跳闸油电磁阀，电磁阀接收控制系统发来的挂闸或者跳闸信号，实现跳闸油的建立和释放的功能，以达到机组的挂闸和停机的目的。在机组需要紧急停机时，电磁阀动作泄掉跳闸油，所有的关断阀、伺服阀、控制阀因为失去了跳闸油而关断，实现停机。

3.2 燃机跳闸油保护系统可靠性分析

跳闸油回油管路配了一只常带电电磁阀（MBV04AA011），从图5可以看到，在燃机天燃气FG阀站间设置了跳闸油电磁阀，电磁阀采用美国ASCO110V直流电磁阀，从电磁阀本身及三菱厂商的运行经验,该电磁阀自身的可靠性还是比较稳定的。

但是从煤机同类系统长时间的运行考验，跳闸油回油管路配一只跳闸电磁阀还是出现了相当多的误动事故，因此都进行了系统优化。为了提高跳闸系统的可靠性，重新设置了跳闸模块，跳闸模块设置4个相同的电磁阀，采用串、并联混合布置。分为两个通道，在机组跳闸信号发出，每个通道至少有一个跳闸阀打开，才能导致停机。这样可以避免运行中损坏或异常失电跳闸，同时还可以避免在阀门芯卡涩的拒动的风险。

3.3 燃机安全油保护系统优化措施

燃机安全油系统的优化由于涉及到燃机控制系统的逻辑修改，在优化沟通过程中虽然技术人员拿出了国家能源局的条文和行业规范要求厂家进行修改，多次交涉但是外方始终坚持系统运行稳定没有出现该电磁阀异常报告，不落实整改要求。主设备供货厂家东方汽轮机公司由于没有对控制逻辑修改的权限，技术人员只有根据现有的控制接线图在不改变控制逻辑的情况下来对系统进行优化。

3.3.1 优化措施

从图5可以看出，需定制四取二的跳闸油跳闸模块，增加MBV04AA012、MBV04AA013、MBV0 4AA014三个电磁阀，从连接法兰处直接更换跳闸模块，可以保证硬件的冗余可靠。对于四取二的安全油跳闸电磁阀进行分组控制，MBV04AA011、MBV04AA012为一组采用系统中原有TRP SVR QG G1继电器控制，MBV04AA011、MBV04AA0 12为一组采用增加TRP SVRQG G2继电器来控制，达到控制元件分散的功能，保证了控制回路的安全可靠。

采用逻辑系统中原有输出继电器的备用点输出接点及系统TCS输出分列增加一只继电器输出，达到在逻辑不修改的情况下增加了系统的冗余性。

该方案的提出，通过与东方汽轮机厂了解在国内分轴燃机优化尚属首次，方案存在需要订制专用跳闸油模块及跳闸油保护回路接线修改，还有方案的完整性及可靠性还需要评审，现只是作为参考方案逐步整改完善。