9E燃机透平排气框架冷却风机88TK2异常分析及处理

浙江浙能金华燃机发电有限责任公司 闫凤平

1 引言

公司配有1套180MW 燃气-蒸汽联合循环机组，燃气轮机（以下简称“燃机”）由美国通用公司（GE）生产，型号为PG9171E，2005年3月投产，2014年3月进行油改气，采用DLN1，0燃烧器。燃机由一个额定功率为1000kW 的启动马达、一个17级的轴流式压气机、一个由14个燃烧室组成的燃烧系统、一个3级透平等部分组成。轴流式压气机转子和透平转子由法兰连接，并有三个支撑轴承。燃机的发电机是空冷、三相、二极、3000rpm 转速、50Hz 频率的交流电、实心铸铁转子的同步发电机，GE 对应型号为9A5，发电机的输出功率为137MW（在基本负荷下运行）。励磁机是带有旋转二极管整流的交流励磁机，励磁方式为无刷励磁。

轴流式压气机部分由压气机转子和封闭的静子气缸组成，在气缸上安装着压气机的17级静叶，一级进气导向叶片（I.G.V）和两级排气导向叶叶片（E.G.V）。

在压气机内的空气，由一系列类似的动叶（转子）和静叶（静子）一级一级地压缩，从压气机抽取的压缩空气用于透平喷嘴（NOZZLE）和动叶（BUCKET）的冷却（AE-16，AE-17），轴瓦的密封和三级护环的冷却（AE-5），启动和停机时的防喘（AE-11），箱体外的马达驱动风机（88TK-1，2）用于透平缸体和排气框架的冷却。压气机抽气用于：一是冷却高温运行的透平部件；二是密封燃机轴瓦；三是为气动阀提供操作气源。

第五级抽气（AE-5）：抽气口位于压气机第4级排气后，第5级前，通过压气机上半缸和下半缸的外部连接管路传输，用于所有转子轴瓦的密封，少量部分用于透平三级护环的冷却（上半缸两路抽气用于透平三级护环的冷却，下半缸两路抽气用于轴承密封）。

第十一级抽气（AE-11）：来自抽气口位于压气机第10级排气后，第11级前（4路抽气管），仅用于燃机起机和停机过程中，防止压气机喘振的放气，燃机满速后及带负荷运行时，防喘放气阀关闭，以便有最大的轴输出功率。

第十一级抽气（AE-11）：来自抽气口位于压气机第10级排气后，第11级前（4路抽气管），仅用于燃机起机和停机过程中，防止压气机喘振的放气，燃机满速后及带负荷运行时，防喘放气阀关闭，以便有最大的轴输出功率。

第十七级抽气（AE-16）：来自17级的压气机抽气位于压气机第16级后，第17级前，该抽气径向流入第16级和第17级的叶轮间隙（压气机后短轴上带有通流槽的轮盘），然后流入转子的中心孔，此后流入透平，冷却透平的一，二级动叶和转子轮间。

9E 燃机的运行可分为启动、并网，带负荷、停机及冷机五部分。

启动。燃机的启动涉及一些相关启动装置。本厂9E 燃机的启动装置主要包括启动电机88CR，盘车电机88TG，液力变扭器，液力变扭器导叶调整电机88TM，辅助齿轮箱，充油式半柔性联轴器等辅机。盘车电机与启动电机之间通过柔性联轴器相连，启动电机与液力变扭器之间，液力变扭器与辅助齿轮箱之间是通过靠背轮螺栓相连（刚性联轴器），辅助齿轮箱与燃机大轴（压气机）是通过充油式半柔性联轴器相连。启动电机带动燃机启动，当燃机的进气流量达点火需求后，燃机点火完成（经1min 的轻吹过程），燃机点火后继续升速，当燃机转速达自持转速后，启动电机停运，其间液力变扭器导叶角度也按要求不断调整（通过88TM）实现。脱扣后，燃机转速在透平的带动下不断上升，直至FSNL（FULL SPEED NO LOAD）。

并网。为了实现机械能向电能的转化，燃机必须通过所带发电机并网发电来实现；为了实现并网，发电机转速（频率）需与网频一致，机端电压及相位皆与电网一致，通过出口开关52G 的合闸操作（手动或自动）完成同期工作。

带载。基本负荷：燃机透平叶片材料所决定的燃机连续运行所能承受的最高燃烧温度（按燃机温控线运行）及最高燃机负载，预选负荷：预选负荷的可调范围为旋转备用负荷至基本负荷之间；一般，燃机预选负荷常常在低于基本负荷的某一负荷，选取预选负荷后，燃机的出力就将被控制在这一点上运行。尖峰负荷：尖峰负荷为燃机在相对长的一段时间（而非长期连续）里，燃机透平叶片等热部件所能承受的最大出力，尖峰负荷运行会降低机组的使用寿命。对于考虑燃用重油的机组，因受燃烧温度的限制，已取消带尖峰负荷的功能。

停机。停机分为正常停机和紧急停机两种情况：正常停机（NORMAL SHUTDOWN），运行人员手动放出停机命令或由于机械或调节问题而不需紧急停机，由保护装置发出自动停机命令（L94AX）。

紧急停机（EMERGENCY SHUTDOWN），通常称之为跳闸，其是通过运行人员按下紧急停机按钮或在某些较为严重的故障情况下，由保护装置动作来实现机组跳闸。燃机故障跳闸的情况较多，主要从振动保护、燃烧检测（分散度，排气温度）、超温、超速、熄火、滑油压力、滑油温度、进气压降等方面来实现。

冷机。低速盘车（TURNING GEAR）和高速盘车（CRANKING）。

在9E 燃气轮机中，需要进行冷却的高温部件有透平的喷嘴和动叶，透平的轮盘，还有透平的外壳和排气管道的支撑。冷却所用的空气主要由机组本身的轴流式压气机提供，但是冷却透平外壳和排气管道的支撑所用的冷却空气，由安装在机组之外的透平排气框架风机提供。

燃机密封冷却系统主要由透平排气框架冷却风机88TK、透平间冷却风扇88BT、负荷间冷却风扇88VG、防喘放气阀VA2装置组成。透平排气框架风机（以下简称“88TK”）属于燃机密封冷却系统之一，为透平缸、透平排气框架提供必要的冷却空气。冷却空气先冷却透平外壳，然后经过排气管道中的空心支撑流入管道支架，对空心支撑和管道支架进行冷却。冷却空气一部分汇入透平排气，另一部分直接排入大气。

现场配置三台88TK 风机，采用两用一备的运行方式。机组原设计厂家配套两台风机，运行时两台88TK 均要维持运行，无备用风机。当88TK 发生故障会导致透平冷却空气压力降低、冷却风量减少，相关冷却部件超温，机组减负荷运行，甚至自动停机。为保证机组安全可靠连续运行，2019年技改项目增装一台88TK 备用风机，一旦原风机故障，可以启动备用风机而不影响机组连续安全可靠运行。

2 现象描述

2022年2月7日，运行人员在定试定切中，试运燃机透平排气框架冷却风机88TK1时，运行正常，停88TK1，启88TK2时，运行5s 左右故障跳闸，风机本体转动无异常。联锁启动88TK1、88TK2，启动88TK1、88TK3，启动8TK2、88TK3运行都正常。

3 故障分析

88TK1是美国通用公司（GE）生产的风机，2004年安装投产使用。88TK2因2020年检修时发现风机叶轮有磨损，对破损处叶片进行补焊，并进行动平衡，合格后回装，因存在安全隐患，专业商量后计划国产化替代，经兄弟电厂调研，某电厂已国产化，技术成熟，立即申购备件由杭州某公司供货，电机功率45kW，额定电压380V，额定电流80.8A。2021年6月成立攻关项目，实施风机及电机整体安装，单台试运正常，振动7S，电流68A。

88TK3与88TK1同型号，是由美国通用公司（GE）生产的风机，电机功率45kW，额定电压380V，额定电流78A。2019年技改在现有风机东侧空地浇筑地基后，风机配电机整套安装，与原母管连接，配有独立罩壳，安装后单台试运正常。每台风机的出口单独配有逆止阀（VCK）、膨胀节及出口压力开关。

机组启机过程中当转速达到95%时，88TK1启动，延时10s 后88T2启动，机组停运转速低于94%时两台主风机才相继停运。当两台主风机88TK1/88TK2一台故障时或风压低报警时，操作员站手动启动88TK3风机。发电机并网后，63tk1/2/3压力低均动作，机组自动减负荷；发电机并网后，63tk1/2/3中任意两个压力低动作，报警；88TK3运行时，若63tk-3压力低动作，则报警；火灾主火警报警时，不允许启动88TK3风机。压力开关动作定值为3，81kPa（如图1所示）。

图1

透平框架冷却风机88TK1/2电气二次回路如图2所示。

图2

2019年，C 级检修对88TK1/88TK2风机出口逆止阀解体检修，88TK1逆止阀阀体转轴有破损，重新补焊，两个逆止阀都更换了弹簧。

2022年2月7日，单启88TK2，跳闸。引起跳闸原因可能是起动电流过大；电机负载过大；热继电器动作不合理；电机缺相。

根据上文几条要因现场检查重启88TK2，88TK1风机有倒转，判断88TK1出口逆止阀关闭不严，弹簧弹力不足，88TK2出口背压小，负荷增大导致电机过载，超流跳闸，主要原因已找到。

4 处理措施及建议

2022年2月15日，88TK1/88TK2出口逆止阀更换与原尺寸规格一致的新逆止阀，现场解体图片如图3所示。

图3

88TK1出口逆止阀阀瓣有两根铁丝，导致阀门无法全关，铁丝取走，阀瓣无法自动复位，弹簧失效，88TK2出口逆止阀开关正常。

现场发现两根铁丝来自88TK1风机吸入口的进风滤网处，运行时风机将断裂的铁丝吸进卡在逆止阀处导致逆止阀阀瓣无法复位，如图4所示。

图4

发现问题后专业班组立即安排打开进风滤网，检查风机内部无铁丝遗留，叶片检查完好，确认后对进风滤网进行改进，利用修旧利废，将废旧电机的风扇罩壳手动改造，测绘后切割、焊接、回装，如图5所示。

此外检查88TK2/88TK3进风口滤网完好，回装工作结束后安排试运，试运结果如下：一是启动88TK1，起动电流620A，运行电流57A，运行正常；二是停88TK1，启88TK2跳闸；三是启88TK1，启88TK2，两台风机同时运行正常；四是启88TK3，启88TK2，两台风机同时运行正常；五是联系电气专业，再启88TK2，电流83A 跳闸（热继电器动作值82A）；六是现场将88TK2进风门缩小与88TK1相同的进风量；七是2月16日88TK 风机罩壳回装后，再启88TK1，起动电流602A，运行电流68/69/67.8A，运行正常。停88TK1，启88TK2，起动电流632A，运行电流61.7A，20s 后跳闸。联系电气专业，对调88TK1/88TK2开关柜，运行电流61.5A，运行正常。由此判断，88TK2开关柜内热继电器动作不正常。该热继电器自2004年机组投产后未更换过，且进口件厂家已经停产。更换同型号的国产件后试运正常。

图5

建议：一是排查#5机TCC 间开关柜内继电器，消除隐患。二是操作员画面88TK1/88TK2/88TK3出口压力只有低报警，建议增加压力变送器显示实时压力，便于监视出口压力。三是88TK3实现联锁启动，提高风机使用的均衡性。四是#5机、#6机的相关风机进口滤网列入定期检查项目，确保无破损。五是定试定切时，现场检查备用风机有无倒转现象。

综上，燃机密封冷却系统作为机组重要辅机，尤其是日开夜停、调峰机组，日常要加强定试工作，按规定的定期切换、试运项目进行操作，检修人员加强巡检，目前省内燃气机组面临年利用小时数缩减，长期停运的新形势，其特点是停运设备范围广、系统多、停运时间长等。管理人员更要做好检修维护管理，认真梳理点检定维管理，定切定试管理，查摆不足，弥补短板，要集中精力对设备上、系统上存在的问题进行集中消除，进一步提高设备运行安全性、可靠性[1]。