联合循环电站燃气轮机调试运行问题和建议

王天伦

（哈尔滨电气国际工程有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150028）

目前燃煤的火力发电站和燃烧天然气的联合循环发电站是世界主要的火力发电站，为世界提供大部分的电力。发电的同时也产生了大量的碳排放。中国将力争2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和。中国将大力支持发展中国家能源绿色低碳发展，不再新建境外煤电项目。因此，在未来新建发电项目中，联合循环电站发电的模式将会占比越来越大，联合循环电站机组的可利用率和全年运行时间等经济指标也将会越来越重要。

后疫情时代下的全球发展呈现一种极不稳定的局面，燃气轮机因其卓越的性能在我国重工业中逐渐发挥着不可替代的作用。为了增强我国的经济实力，国家在联合循环机组燃气轮机的开发研究方面不断加大投资力度，从而促进我国燃气轮机在新时代的发展。伴随着应用燃气轮机的联合循环项目的不断新建和升级，联合循环机组的燃气轮机的调试问题的解决和优化也随之不断深入。

燃气轮机的启动和调试时，由于系统种类繁杂，调试问题会经常发生，要注意正常的操作流程，遵循相关使用原则，根据以往项目调试的丰富经验，才能做好燃气轮机的调试工作。从而达到联合循环电站项目尽快投产达标的目的，尽快实现经济效益指标。

1 燃气轮机调试过程中可能出现的问题

1.1 油系统的常见调试问题

燃气轮机的油系统包含润滑油系统、顶轴油系统和液压油系统等。润滑油系统是为了保证燃气轮机在运行工程中轴承不会出现滞涩，维持运行流畅性的油系统，为燃气轮机的连续运行提供稳定适宜的温度环境以及压力环境。并且润滑油在运转过程中提供一定的导热吸热作用，有效避免燃气轮机的轴承在运行过程中出现磨损发热、高温烧毁的情况。润滑油系统在调试过程中容易出现系统油温超标的问题，影响燃机发电效率；同时，如果润滑油系统冲洗质量不合格，导致轴承机组轴承磨损，降低机组使用效率。

液压油系统向操作燃气轮机机组辅助设备中的执行机构提供液压油。在IGV系统中，为保证整体运转通常会设置两个不同的油路系统。其中一条油路中安置液压油，为燃气轮机执行机构系统控制提供油压，而另一条油路则是电磁阀的工作油。系统中的电磁阀经常会发生控制失灵的情况，没能实现完全关闭就会导致油压不足，影响到整个系统的控制，甚至引发整个发电机组跳机。

1.2 进气系统中可能存在的问题

在燃气轮机调试工作中，进气系统调试是为整个机组工作质量管控的重要系统，进气系统为机组燃料燃烧提供充足的氧气，并且能够让机组内部的环境清洁化，为机组整体的机械性能和发电性能提供保障。在进气系统中较为常见的问题就是在经一段时间运行后，燃机的进气系统压差较高的问题。它不仅关系到这机组能否安全运行，也对机组的经济性指标产生很大影响，甚至导致机组停机。

1.3 控制系统中存在的问题

控制系统是保障燃气轮机正常运行最重要的系统，是调试维护的重点对象。常见的控制系统存在的问题主要有：电子设备间温度过高，长时间运行导致电子盘柜过热烧毁；控制系统出现多次异常切换问题；硬件驱动城区不匹配引发的控制系统通信故障；硬件接线与实际信号要求的不一致；集控室无法正确读取控制器数据；历史趋势或实时趋势曲线存在断点；因为某些原因传输数据量过大，造成通信网络堵塞，造成通信故障等问题。

1.4 燃气轮机的振动问题

燃气轮机发电机组振动原因较多，也比较复杂。通过对燃气轮机发电机组振动问题的分析，振动的主要原因可以被归纳为以下几种：

机组的发电机与发动机轴系不对中：发动机与发电机之间是通过弹性联轴器相连的，由于转子与转子之间不对中，燃气轮机发电机组发生振动故障，也是比较常见的。高压压气机旋转脱离和喘振：压气机的旋转脱离和喘振是轴流式压气机的特有现象，这主要是由于压气机运行在偏离设计工况情况下产生的。高压压气机转子不平衡：燃气轮机高压压气机在额定负荷下属于高速旋转设备，转子不平衡是各种旋转机械中最为普遍存在的问题，旋转机械中产生的振动问题约60%是由于转子的不平衡造成的。燃机振动的其他原因还有包括机组转子的弯曲、转子的碰磨、转子发生裂纹、机组的动叶片发生掉块等。

燃气轮机的振动是关系机组安全的大事，而发生振动事故的原因和故障排除却比较复杂，很多情况不可能一下就找到事故发生的原因和解决办法，造成机组不能安全运行的重大经济损失。因此尽快找到振动原因，并提供相应的解决办法显得尤为重要。

2 对燃气轮机调试过程的措施与建议

通过对上述调试工作中可能存在的问题的分析，提出合理的建议措施能够增强技术的完备性，为燃气轮机的不断发展奠基。

2.1 对油系统调试时常见问题的措施和建议

油循环是润滑油系统调试时一个重要阶段，要保证系统油箱和各类有关的清洁程度达到燃机供应厂商的要求（大型联合循环电站工程通常采用GE、Siemens或者三菱的燃机，对油系统的清洁程度要求较高）。为保证油循环顺利并高质量完成，可以将油循环分为两个阶段进行。第一阶段，将各个轴承进油口进行旁路，在回油口增加盲板进行系统隔离，系统加增临时滤网及临时滤油机，启动润滑油泵对油系统进行24小时不间断冲洗。期间要停系统并对油箱清理若干次。第一阶段油冲洗合格后，将系统恢复成正式系统，油管道与轴承进出口相连，加装正式滤网，再次开始第二阶段的油冲洗。多次取样，确保油冲洗结果合格。

若调试过程中液压油系统出现问题，可以先进行系统内设备的检查，检查油泵出口过压阀和储能器，系统压力是否有变化；检查泵的转向是否正确，油泵入口油压是否正常；是否有管道或临时系统安装问题，系统有漏油点等方面入手逐一排查问题。对液压油系统的优化有以下建议：首先，采用独立液压油供油方式，并增设蓄能器；其次，优化密封油系统设置，增设交流密封油泵，并扩大油箱，增加排氢风机，防止氢气进入润滑油箱；最后，增大油箱体积以及润滑油在油箱中停滞时间，并改善检修空间。

2.2 对进气系统调试运行时常见问题的措施和建议

对于燃机的进气系统压差较高的问题，原因主要有燃气轮机进气滤芯表面积灰严重，滤网外部有大块的杂物覆盖，反吹洗系统失灵等。自然界中的小的悬浮物或者颗粒物，随着机组运行时间的增加，会慢慢附着在滤芯表面，形成积灰。长时间积累就会堵塞滤芯，燃机进气系统的通流面积减小，使得进气系统的压差逐渐增加。燃机的进气外部有大块的杂物覆盖时，也会导致燃机进气系统的进气面积减小，燃机进气流量降低，使得进气系统的压差逐渐增加。而当反吹洗系统失灵时，进气滤芯的清洁程度将会受到很大影响，空气中的灰尘会不断在进气滤芯上堆积，滤网出现堵塞，进气系统压差变大。

当进气系统压差变高时，说明进气滤芯发生了一定程度的堵塞。此时应立即检查反吹洗系统是否正常、燃机进气外部是否有大块的杂物覆盖，同时应与电网沟通适当降低燃气轮机负荷，并及时通知运行维护人员进行检查消除故障。如果发现反吹洗系统失灵，应立即查找反吹洗系统失灵的原因，检查反吹洗系统电磁阀是否出现失灵和泄露，系统吹洗管道是否有漏点，如发现问题应立即处理。

在正常调试运行期间，运行人员也应经常检查进行系统的压差，清理进气系统表面附着的大块杂物。如果以上措施仍不能解决进行进气系统压差过大甚至达到跳机极限的情况，那么就需要停机更换滤芯。更换滤芯时应对燃气轮机进气入口进行细致检查，避免没有任何异物吸入到燃机中。另外，进气系统在安装时也要注意进气系统内部的清洁，以及油漆破损处的补漆工作。防止长时间运行，进气通道锈蚀，杂质随着空气进入到燃烧室内进行燃烧，燃烧后产生的有害产物附着在叶片上，对叶片造成腐蚀，影响燃机正常运行和发电效率。

2.3 控制系统中常见问题的措施和建议

燃机IGV系统左右侧各配置1路角度传感器，但是要求2路至保护控制器的信号波动在1°范围内，而燃机两侧IGV角度偏差超过2°就报警，超过4°就会发生机组跳机。但是燃机在调试过程中，信号误差较大，可能会频繁出现报警和跳机的情况。发生这种故障的原因可能是这两路信号处于同一块AI内，低频火焰脉动信号波动引起了IGV反馈信号波动；两侧IGV角度传感器到盘柜的电缆质量不符合要求，抗干扰能力差；角度传感器发生故障。这种情况下，问题的主要解决办法主要有：更换卡件位置；检查信号电缆的质量，或更换认证的电缆，紧固接线；前面检查角度传感器，进行空载试验，如果某个传感器误差较大，需要更换角度传感器。

燃气轮机的天然气模块和燃油模块的通信通过2路光纤传输至盘柜，这2路通信设备之间会产生相互影响，而且稳定性差，容易发生燃机燃油模块和天然气模块通信故障的问题。产生这样的问题的主要原因可能有：天然气模块内通信模件及模件底板故障；天然气模块内交换机故障；天然气模块内网线屏蔽层接地；天然气模块与燃油模块直接的连接网线抗干扰能力差。如果发生这种问题，首先全面排查天然气模块和燃油模块的I/O模件、电源模件、通信模件；然后改变天然气模块和燃油模块到燃机控制系统的通信连接方式，可以由电缆沟改为走室外敷设的镀锌钢管；联系燃机厂家，要求对天然气模块和燃油模块到燃机控制系统的连接方式进行重新设计，要求采用硬接线的连接方式。

2.4 燃气轮机发生振动问题的措施和建议

燃气轮机发电机组发生振动问题后，可以对可能引发振动问题的原因进行逐一排查，由简单到复杂。并且需要尽可能采集振动数据样本，避免因为个别的或者瞬时的现象导致的对燃机振动问题误判。主要的采集数据过程为，将测振元件分别安装在燃机振动点较大处的垂直和水平方向，以此获取运行试验中的振动数据。然后在运行记录中找到燃机试运行时的振动数据，综合考虑其他运行参数，如温度、负荷等，进行对比分析，确定振动原因。

如果是因为机组的发电机与发动机轴系不对中引起的振动故障，可以将联轴节解开，重新找中后再启机试运行监测振动值。如果是因为高压压气机旋转脱离和喘振引发的振动，可以通过调整运行与设计工况避免振动。如果是因为压气机转子不平衡引起的振动，那么需要重新做动平衡试验，检修转子后再进行振动测试。燃气轮机机组转子的弯曲、转子的碰磨、转子发生裂纹、机组的动叶片破损等问题也可能导致燃机振动，那么就需要在振动发生时用孔探仪对上述问题进行逐一排查。另外，燃机基础的强度以及地脚螺栓的紧固程度，也会影响到燃机的振动，在施工和安装阶段，需要对施工验收严格把关，并将施工验收资料长期保存，以备启机调试时发生振动后，检查排除振动原因。

3 结束语

联合循环电站燃气轮机及其辅助系统在调试运行过程中，经常会出现一系列故障，而造成发电效率受损或者更严重的安全事故。所以，文章针对联合循环电站燃气轮机中油系统、进气系统、控制系统及振动等常见故障，进行原因分析，并对解决方法进行详细阐述，期望能对燃气轮机调试运行中的故障防护以及事故处理对策起到一定积极作用。