9FB燃气轮机燃气压力低RB事件及RB速率分析

2019-10-15丁建军

燃气轮机技术 2019年3期

丁建军，严强

(广东粤电新会发电有限公司，广东江门 529149)

某电厂2×453 MW燃气-蒸汽联合循环热电联产机组，燃气轮机由GE公司生产，型号为PG9371FB，燃气轮机由1台18级的轴流式压气机、1套由18个低NOx燃烧器组成的燃烧系统、1台3级透平和相关辅助系统组成。汽轮机由哈尔滨汽轮机厂制造，型号为LN150/C120-11.00/3.30/0.43/1.40，型式为三压、再热、三缸、冲动、抽凝式汽轮机。余热锅炉采用东方菱日锅炉有限公司的三压、再热、自然循环、无补燃、卧式、MHDB-PG9371-Q1型余热锅炉。

本文对该电厂发生的一起因燃气压力低导致的快速减负荷(RUNBACK，简称RB)事件进行分析研究，针对此次RB事件，讨论了燃气轮机11种不同情况下的降负荷速率，并列出了所有RB的触发条件，有助于更好的提高运行人员专业技能，提高机组的控制水平，确保事故发生时的处置效率及正确性。

1 燃气系统简介

天然气由上游分输站供至厂内，经调压站过滤、分离和加热及调压后进入机组前置模块，再经双联前置过滤器、性能加热器、启动电加热器、过滤洗涤器、流量计和变送器最终送至燃气小间内燃气控制阀组。燃气控制系统的作用是以适当的压力和流量向燃烧室输送燃料气，以满足燃气轮机运行时启动、带负荷和停机的所有要求[1]。

燃料气控制系统的主要由燃料气截止阀(VS4-1)、燃料气速比截止阀(VSR-1)、燃料气放空阀(VS13-15)、燃料气控制阀(VGC-1/2/3/4)、燃料气压力传感器、燃料气温度传感器等组成。天然气系统流程示意图如图1所示。

图1 天然气系统流程示意图

GE 9FB燃气轮机燃气控制系统中的速比阀(VSR-1)和燃气控制阀(VGC-1/2/3/4)作用类似于三菱燃气轮机的压力控制阀和流量控制阀[2-3]，VGC阀是用来控制进入燃气轮机的天然气流量，其设计成超临界流动，使得通过阀的天然气流量与阀后背压无关，同时其阀芯的特殊型线使通流面积的变化与阀门的开度成正比。机组正常运行中，VSR阀则保持VGC阀前的P2压力在一个恒定值，同时其也兼作天然气的截止阀[4]。

2 事故现象、原因分析及处理

2.1 事故现象

2018年12月02日21时20分，1号机组负荷300 MW，退出AGC，开始执行停机操作,其中P1压力3.35 MPa，P2压力2.95 MPa。21时26分34秒，燃气轮机发电机降负荷至72 MW，汽轮机发电机滑参数降至99 MW，机组总负荷降至171 MW，P1压力3.46 MPa，P2压力2.95 MPa。21时27分38秒，燃气轮机负荷69 MW，汽轮机继续滑参数降至94 MW，P1压力3.02 MPa，P2压力2.85 MPa，MARK VIe控制系统报警窗口发出“P1 AND P2 MAX DECAY RATE EXCEED-RUNBACK(P1和P2最大衰减速率超限-RB)”、 “GAS FUEL SUPPLY PRESSURE LOW(燃气供气压力低)”报警，燃气轮机执行RB程序，自动降负荷停机，汽轮机跟随滑参数降负荷。21时28分37秒，燃气轮机降负荷至5 MW后正常逆功率解列，汽轮机负荷71 MW，打闸停机。

2.2 事故原因分析

造成此次燃气轮机RB的直接原因是“P1和P2最大衰减速率超限”，根本原因是因为停机过程中，上游分输站供我厂主/备用调压线SSV阀同时误关导致1号机组天然气供应中断。

通过查看逻辑，如图2所示， P1和P2最大衰减速率必须均超限(LFPG1RTZ、LFPG2RTZ)才能触发P1和P2最大衰减速率超限(LFPGRTZ)进而触发燃气轮机RB至全速空载(L70L_AUX)。

图2 燃气轮机RB逻辑框图

查阅历史数据曲线图3得知，21时26分39秒，P1最大衰减速率先达超限动作，VSR阀开度为40.79%，由于P1压力持续下降，为维持P2压力恒定，VSR阀开度增加至52.17%，但VSR阀开大速率比P1压力下降速率慢，最终P2最大衰减速率也达到了超限值，进而触发燃气轮机RB。

图3 停机过程中历史数据

与上游分输站协调及检查后，对分输站SSV阀切断原因分析如下：一是因调压阀、指挥器和稳压器老旧，导致阀门调节滞后；二是燃气轮机在启、停机过程天然气流量波动较大；三是冰堵和稳压过滤器堵塞都可能会导致调压失效；四是厂内调压站与上游分输站联络管线较短，各调压阀设定值间隔较小，导致压力调节失稳出现异常波动；五是安全切断阀的连锁机构是机械式，易受管道振动影响。

2.3 处理

针对以上情况，进行了如下处理措施：一是重新设定了调压撬各阀压力，主路的安全切断阀、监控调压阀、工作调压阀依次设定为4.2/3.95/3.7 MPa，备用路的各阀依次设定为4.4/3.95/3.6 MPa；二是定期对调压设备维保检修，及时更换配件；三是加强日常数据监控，确保及时发现调压撬冰堵和稳压过滤器脏污情况。

3 燃气轮机RB速率分析讨论

3.1 RB简介

燃气轮机电厂由于机组特性的不同，RB功能和常规火电机组有明显差别。煤机机组RB发生后，控制策略主要由CCS方式切至锅炉输入控制方式(或汽轮机跟随方式)，锅炉主控处于手动状态，汽轮机主控自动切至压力控制模式，机组处于滑压运行状态，锅炉主控切为手动，燃料主控自动维持RB目标负荷对应的燃料量。煤机因主要辅机故障跳闸而RB主要有磨煤机、送风机、引风机、一次风机、给水泵、空气预热器等[5]，根据不同的故障辅机导致的RB，采用不同的RB速率[6]。

对于燃气机组，由于没有煤机相对复杂的锅炉系统，只有简单的余热锅炉，机组负荷主要通过燃气轮机系统调节燃料量适应负荷变化。燃气轮机RB主要分为外部RB和内部RB两种。外部RB是指由DCS 经过判断条件后，发至燃气轮机进行RB，内部RB是指燃气轮机自身判断条件后触发RB。不同厂家的燃气轮机，其RB速率不同，三菱M701F型RB速率包括20 MW/min(正常)和300 MW/min(快速)两种[7]；因西门子V94.3A型燃气轮机资料有限，未在相关文献中查到其RB信息。

本次燃气轮机因P1和P2最大衰减速率超限发生RB后，燃气轮机负荷从69 MW降至5 MW，用时59秒，降负荷速率约为64 MW/Min，比机组正常停机降负荷速率要快很多。MARK VIe逻辑由于其复杂性及保密性往往成为运行人员的专业短板，为了解GE燃气轮机更多关于快速降负荷的触发条件，更好的提高运行人员专业技能，提高机组的控制水平，确保事故发生时的处置效率及正确性，特查阅热控相关控制逻辑。

3.2 燃气轮机燃料控制

燃气轮机的转速控制有两种方式，有差转速控制(Doop Speed)和无差转速控制(Isoch Speed)。当燃气轮机用作带动发电机时，选用有差控制方式。

燃气轮机负荷变化是通过当前实际输出燃料冲程基准(FSR)的变化体现的，FSR的变化正比于转速控制基准(TNR)与实际转速基准(TNH)之差，即△FSR∝(TNR-TNH)[8-9]。若燃气轮机未并网，则TNH随燃气轮机转速变化而变化；若燃气轮机在并网状态下，TNH保持不变，燃气轮机出力大小实际由TNR决定，而TNR的值最终通过转速控制基准逻辑块(TNRV1)计算得知，如图4所示。Z-1与加法器组成数字积分器，L83JDn(0-11)决定了升降速率常数TNKR1_n的某个值，也就是通过不同的逻辑选择了不同的积分速率常数。L70R和L70L决定了积分的方向，L70R=1且L70L=0时，积分值上升，TNR增加； L70L=1时，积分值下降，TNR减小；L70R=0且L70L=0时，积分中止，TNR保持不变。