某工业型燃气轮机开关量信号异常故障分析

魏昌淼 ，彭 涛，马宪智

(1. 中国船舶重工集团公司第七〇三研究所无锡分部，江苏 无锡 214151；2. 中国船舶重工集团公司第七〇三研究所,哈尔滨 150036)

燃气轮机具有良好的经济指标、较高的热效率、紧凑的结构布局及良好的可靠度与长久的使用寿命等优势，近年来在联合循环发电、动力、冶金等领域的不断拓展，燃气轮机在国民经济领域也得到长足发展[1-2]。随着燃气轮机的广泛应用，控制方式也经历了长足的发展，其中开关量逻辑控制广泛应用于燃气轮机控制领域[3]，本文针对的某工业型燃气轮机在控制方面采用开关量及模拟量两方面控制，其中开关量控制涉及到燃气轮机稳定工作所需的燃油压力点、滑油压力点、各电磁阀的执行控制、各位置开关的反馈等方面。开关量反馈参与燃气轮机控制逻辑，反馈任何异常进而导致控制系统对燃气轮机状态判断出现误差，会造成燃气轮机降工况甚至停机；若开关量指令信号传输异常会造成电磁阀不动作，严重影响燃气轮机的安全运行。针对开关量故障，余晓龙等提出了开关量输出板必须具备的几个特殊安全防范功能，提高了开关量输出板动作可靠性[4]，林立新等在深入分析和比较国内电力机车的结构和控制原理的基础上，提出了SS7E电力机车开关量智能故障机制[5]。

本文根据某工业型燃气轮机开关量信号反馈及开关量信号指令执行原理出发，结合燃气轮机运行实际故障，总结出开关量信号故障的排查措施。

1 某工业型燃气轮机开关量信号工作原理

燃气轮机作为一种高速旋转机械，需要滑油来润滑、冷却轴承，若滑油压力过低将造成轴瓦的烧损，对燃气轮机本体有重要安全影响；若燃油进口压力过低会造成燃油泵的磨损以及燃烧室熄火、燃烧脉动等故障。某工业型燃气轮机采用压力信号器方式来判断各压力值，当压力高于信号器规范值时，信号器闭合。某工业型燃气轮机开关量反馈原理如图1所示，当燃气轮机本体上管路压力达到压力信号器动作值，压力信号器闭合后，开关量信号控制回路接通，控制系统内部开关量采集模块采集到该信号，开关量采集模块将该信号送入CPU逻辑判断，进而实现燃气轮机实时状态控制。

图1 开关量反馈工作原理图

燃气轮机包含多个附属系统以实现稳定工作，主要包括燃烧雾化、燃油供应、防喘振等附属系统，这些系统的功能是通过一系列电磁阀的动作来实现的。该工业型燃气轮机通过开关量指令的输出来实现各对应电磁阀的动作，从而控制燃气轮机各附属系统。开关量指令输出控制原理如图2所示，当某电磁阀需打开时，CPU输出开指令，开关量继电器闭合，电磁阀控制回路接通，电磁阀得电，从而使所控制阀体打开，以实现各附属系统功能。

图2 开关量输出控制原理图

2 某工业型燃气轮机开关量信号故障案例

本文针对的某工业型燃气轮机，开关量控制包括开关量反馈，如滑油压力值、燃油压力值开关量信号器；包括开关量输出量，如控制燃油管路吹扫电磁阀的开关量。本型燃气轮机在实际运行过程中出现过多次开关量信号故障，本文总结典型的开关量信号故障案例如下文所述。

2.1 开关量反馈故障

该型某台燃气轮机在一高工况连续运行一周左右后，燃气轮机控制系统监测面板突然显示“燃气轮机燃油泵前燃油压力低”报警、“燃气轮机甩负荷至空载保护”报警，随后燃气轮机甩负荷至空载工况。

燃气轮机降工况至空载工况后，就地压力表显示燃油压力正常，运行人员判断这是一起典型的由于开关量信号出现异常，直接导致该型燃气轮机降工况的故障。

上述燃气轮机降工况停机后，进行以下检查及分析(见图1)：

(1) 检查开关量信号线路，24 V电源正常。

(2) 拔掉燃油压力信号器所连接信号插头，用线缆短路连接该信号插头A1A2接线端子，控制系统检测面板显示该开关量信号仍然为0，此时排除燃油压力信号器自身的故障。

(3) 用线缆短路连接接线转接盒的C1C2接线端子，控制系统检测面板显示该开关量信号仍然为0，此时排除接线转接盒与燃油压力信号器间的线路故障。

(4) 通过以上各步骤的检查，运行人员判断该故障可能为开关量采集板故障引起。拆检该燃油压力信号对应的开关量采集板，外观检查发现采集板有短路烧焦的迹象，更换该燃油压力开关量采集板，控制系统检测面板显示该开关量信号为1，该故障至此排除。

由此可归纳为这是一起开关量采集板故障引起的燃气轮机降工况的故障。

2.2 开关量指令信号故障

该型某台燃气轮机按计划起动，在起动过程中监控面板报“燃油未着火”报警，随后控制系统执行燃气轮机停机，中断起动。

上述燃气轮机起动停机后，进行以下分析及处置(见图2)：

(1) 运行人员查询停机时历史数据，发现点火时，点火燃油压力未建立，燃油供应阀开反馈为0。运行人员判断燃油供应阀未打开，无燃油供应燃烧致使燃气轮机停机。

(2) 检查开关量信号线路，24 V电源正常。

(3) 用线缆短路连接接线转接盒的C1C2接线端子，燃油供应电磁阀实际仍然未动作，以此排除控制系统开关量继电器存在故障。

(4) 拔掉燃油供应电磁阀所连接插头，用线缆短路连接接线转接盒的C1C2接线端子，在插头B2/B3端子，用万用表测量直流电压显示为12 V至15 V波动。运行人员以此判断接线转接盒至燃油供应电磁阀插头线路存在异常。

(5) 检查接线转接盒至燃油供应电磁阀插头线路，发现该线路与箱装体连接处插头(B1/B4)存在松动。紧固后，燃油供应电磁阀工作正常。

由此可归纳为这是一起连接插头松动致使开关量指令信号无法到达燃油供应电磁阀引起的燃气轮机未着火的故障。

3 开关量信号故障排查及分析方法

对某工业型燃气轮机出现的两种开关量典型故障进行分析，总结出如下的开关量故障排查及分析方法。

3.1 开关量反馈故障排查及分析

开关量反馈故障往往造成燃气轮机降工况甚至停机，当出现故障时可按以下方法分析及排查(见图1)。

(1) 检查开关量回路电源是否正常，用万用表测量电源电压是否在要求范围内，若异常，应对电源进行检查及更换。

(2) 若以上检查正常，拔掉开关量反馈信号器所连接信号插头，用线缆短路连接该信号插头A1A2接线端子，控制系统检测面板显示该开关量信号若仍然为0，此时可排除开关量反馈信号器的故障；若短接后控制面板显示开关量信号为1，则可判断开关量信号器故障，应对开关量信号器更换及验证是否排除故障。

(3) 若以上检查正常，用线缆短路连接接线转接盒的C1C2接线端子，控制系统检测面板显示该开关量信号若仍然为0，此时可排除接线转接盒与开关量反馈信号器之间线路的故障；若短接后控制面板显示开关量信号为1，则可判断接线转接盒与开关量反馈信号器之间线路存在异常，应对此段线路连接插头处进行检查及线路通断情况进行检查，可更换线路进行处置及验证。

(4) 若以上检查正常，可进一步检查开关量采集板，外观检查无异常的情况下，可通过更换采集板进行验证。

3.2 开关量指令故障排查及分析

开关量指令故障会造成燃气轮机各执行机构无法正常工作，丧失燃气轮机各辅助系统功能，当出现故障时可按以下方法分析及排查(见图2)。

(1) 检查开关量回路电源是否正常，用万用表测量电源电压是否在要求范围内，若异常，应对电源进行检查及更换。

(2) 若以上检查正常，用线缆短路连接接线转接盒的C1C2接线端子，若电磁阀实际仍然未动作，可排除控制系统开关量继电器存在故障；若电磁阀实际动作正常，可推断控制系统与接线转接盒间线路或者控制系统开关量继电器存在故障，应进一步检查该线路、更换开关量继电器来验证排除故障。

(3)若以上检查正常，拔掉电磁阀所连接插头，用线缆短路连接接线转接盒的C1C2接线端子，在插头B2/B3端子，用万用表测量直流电压。若电压异常，可判断接线转接盒至燃油供应电磁阀插头线路存在异常，应对该线路进行通断及连接情况检查；若电压正常，可判断电磁阀存在故障，应对电磁阀进行更换，来排查验证故障。

4 总结

某工业型燃气轮机开关量信号故障包括开关量反馈故障及开关量指令故障，基于该型燃气轮机开关量工作原理，结合燃气轮机实际运行中两种开关量故障的处置案例，总结出：(1)开关量反馈故障排查及分析方法；(2)开关量指令故障排查及分析方法。总结的开关量故障排查及分析方法通过分段排查，具有逻辑清晰、操作性强、工程实际应用价值等特点，已帮助燃气轮机运行人员快速有效处置了多起该型燃气轮机开关量故障，具有普遍实用价值，对维护燃气轮机的安全稳定运行具有重要意义。