M701F燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組快速降負(fù)荷（RUNBACK）

摘 要：由于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組主要設(shè)備故障造成機(jī)組實(shí)發(fā)功率受到限制時(shí)（協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在自動(dòng)狀態(tài)），為適應(yīng)設(shè)備出力，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)強(qiáng)制將機(jī)組負(fù)荷減到尚在運(yùn)行的設(shè)備所能承受的負(fù)荷目標(biāo)值。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的該功能稱為燃機(jī)快速降負(fù)荷（RUN BACK），簡稱RB。故障嚴(yán)重時(shí)，燃機(jī)快速降負(fù)荷仍不能維持機(jī)組運(yùn)行，則機(jī)組發(fā)自動(dòng)停機(jī)指令自動(dòng)停機(jī)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī) 快速降負(fù)荷 RUN BACK

中圖分類號(hào)：U263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（a）-0050-02

我廠采用以天然氣為燃料的350MW級的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)采用同軸布置，蒸汽輪機(jī)布置在燃?xì)廨啓C(jī)冷端及發(fā)電機(jī)之間。燃?xì)廨啓C(jī)選用為三菱M701F型，蒸汽輪機(jī)型號(hào)為TC2F -35.4inch，發(fā)電機(jī)由日本三菱電氣公司制造，型號(hào)MB-H，額定容量482MVA，額定電壓20kV，功率因數(shù)0.85，額定轉(zhuǎn)數(shù)3000r/min，額定頻率50HZ，采取全氫冷冷卻方式，余熱鍋爐型號(hào)為DG287/10.67/38.2/3.73/48.2/0.49-M102。當(dāng)機(jī)組主要設(shè)備故障造成機(jī)組實(shí)發(fā)功率受到限制時(shí)（協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在自動(dòng)狀態(tài)），為適應(yīng)設(shè)備出力，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)強(qiáng)制將機(jī)組負(fù)荷減到尚在運(yùn)行的設(shè)備所能承受的負(fù)荷目標(biāo)值。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的該功能稱為燃機(jī)快速降負(fù)荷（RUN BACK），簡稱RB。故障嚴(yán)重時(shí)，燃機(jī)快速降負(fù)荷仍不能維持機(jī)組運(yùn)行，則機(jī)組發(fā)自動(dòng)停機(jī)指令自動(dòng)停機(jī)。

1 我廠#1燃機(jī)快速降負(fù)荷（RUN BACK）及自動(dòng)停機(jī)介紹

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷＞60%時(shí)，且有#1燃機(jī)快速降負(fù)荷條件觸發(fā)時(shí)，機(jī)組將自動(dòng)快速降負(fù)荷至50%。機(jī)組快速降負(fù)荷速率共有三種，分別為：（1）RUN BACK RATE（NORMAL）—速率為18.3MW/min。（2）RUN BACK RATE（MIDDLE）—速率為80MW/min。（3）RUN BACK RATE（V-FAST）—速率為400MW/min。

M701F型燃?xì)廨啓C(jī)邏輯設(shè)計(jì)中RUN BACK RATE（NORMAL）有兩種選擇方式，一種是18.3MW/min的固定速率；另一種是根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出功率計(jì)算得出負(fù)荷變化速率，這種方式用于既有燃?xì)馊剂舷到y(tǒng)又有燃油燃料系統(tǒng)的機(jī)組中，因我廠燃?xì)廨啓C(jī)未配有燃油燃料系統(tǒng)，所以我廠的RUN BACK RATE（NORMAL）為固定的18.3MW/min。

當(dāng)機(jī)組有#1燃機(jī)自動(dòng)停機(jī)條件觸發(fā)時(shí)，機(jī)組將按正常模式停機(jī)，即機(jī)組以18.3MW/min的速率降負(fù)荷到50%，后LPCV自動(dòng)關(guān)閉到預(yù)設(shè)定的冷卻位置維持低壓缸冷卻蒸汽，執(zhí)行正常停機(jī)程序。并且自動(dòng)停機(jī)程序是不能被人為中斷的。

2 我廠#1燃機(jī)快速降負(fù)荷（RUN BACK）的條件

2.1 機(jī)組以RUN BACK RATE（NORMAL）速率快速降負(fù)荷條件有

2.1.1 轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度高RUN BACK

為了防止燃機(jī)轉(zhuǎn)子損壞，增加轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度高RUN BACK，當(dāng)轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度高于235℃，延時(shí)5min后，RUN BACK條件觸發(fā)。

2.1.2 燃?xì)夤鉁囟雀逺UN BACK

燃?xì)夤鉁囟犬惓?，溫度高時(shí)（FG-T＞ACTID：燃?xì)鉁囟?T＞0），RUN BACK條件觸發(fā)。其中T為230℃。

2.1.3 燃?xì)夤鉁囟鹊蚏UN BACK

燃?xì)夤鉁囟犬惓?，溫度低時(shí)（FG-T＜ACTID：燃?xì)鉁囟?T＜-50），RUN BACK條件觸發(fā)。其中T是根據(jù)負(fù)荷函數(shù)計(jì)算出來的（如表1）。

2.1.4 燃機(jī)燃燒室冷卻空氣出口溫度高RUN BACK（未投入）

該條件為設(shè)有燃油燃料系統(tǒng)的機(jī)組所應(yīng)具有條件，我廠沒有相應(yīng)設(shè)備，固該條件未投入使用。

2.1.5 燃?xì)庵蛋鄧娮齑祾弋惓UN BACK（未投入）

該條件為設(shè)有燃?xì)庵蛋鄧娮齑祾呦到y(tǒng)的機(jī)組所應(yīng)具有條件，我廠沒有相應(yīng)設(shè)備，固該條件未投入使用。

2.2 機(jī)組以RUN BACK RATE（MIDDLE）速率快速降負(fù)荷條件有

2.2.1 發(fā)電機(jī)定子線圈溫度高RUN BACK

為保證機(jī)組不受損壞。發(fā)電機(jī)定子繞組溫度共有6個(gè)測點(diǎn)，當(dāng)任何一個(gè)測點(diǎn)溫度高于105℃時(shí)，將會(huì)發(fā)出發(fā)電機(jī)定子繞組溫度高報(bào)警。如果發(fā)電機(jī)定子繞組溫度6個(gè)測點(diǎn)有任意3個(gè)溫度高于105℃發(fā)出報(bào)警時(shí)，RUN BACK條件觸發(fā)（如表2）。

2.3 機(jī)組以RUN BACK RATE（V-FAST）速率快速降負(fù)荷條件有

2.3.1 余熱鍋爐RUN BACK（未投入）

當(dāng)下列條件之一滿足時(shí)，RUN BACK條件成立。

（1）高、中、低壓水位高低限制值。

（2）高壓過熱器溫度超限。

（3）再熱器溫度超限。

對于余熱鍋爐RUN BACK我廠未投入使用，條件成立后，RUN BACK不會(huì)觸發(fā)。

2.3.2 燃燒器壓力波動(dòng)大RUN BACK

燃燒器壓力波動(dòng)保護(hù)是為了保護(hù)燃燒器過熱段受損。燃燒器壓力波動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)（CPFM）由20個(gè)動(dòng)態(tài)壓力傳感器和4個(gè)加速度傳感器組成。CPFM保護(hù)共有3個(gè)設(shè)定值：報(bào)警、快速甩負(fù)荷和跳閘。當(dāng)20個(gè)壓力波動(dòng)傳感器中有2個(gè)的檢測值超過報(bào)警設(shè)定值，燃機(jī)快速降負(fù)荷。

2.3.3 循環(huán)水泵跳閘RUN BACK（未投入）

對于循環(huán)水泵跳閘RUN BACK我廠未投入使用，條件成立后，RUN BACK不會(huì)觸發(fā)。

2.3.4 WI（water injection）RUN BACK（未投入）

該條件應(yīng)為注射水系統(tǒng)RUN BACK，是為設(shè)有燃油燃料系統(tǒng)的機(jī)組所應(yīng)具有條件，我廠沒有相應(yīng)設(shè)備，固該條件未投入使用。

2.3.5 燃?xì)夤鈮毫Φ蚏UN BACK

如果燃?xì)夤庀到y(tǒng)過濾器堵塞，燃?xì)庀到y(tǒng)泄露嚴(yán)重，天然氣調(diào)壓站出口壓力低，放氣閥誤開，供應(yīng)閥調(diào)節(jié)故障，壓力開關(guān)、壓力變送器故障等問題都可能造成燃?xì)夤鈮毫Φ?。?dāng)燃?xì)夤鈮毫Φ蜁r(shí)（FG-P＜ACTID：燃?xì)夤鈮毫?P＜0），RUN BACK條件觸發(fā)。其中P是根據(jù)負(fù)荷函數(shù)計(jì)算出來的。

（1）當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷＜230MW時(shí)，P= 2.9MPa。

（2）當(dāng)230MW≤燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷≤300MW時(shí)，P=（3×燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷＋1340）÷700。

（3）當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷≥300MW時(shí)，P=3.2MPa（如表3）。

3 我廠#1燃機(jī)自動(dòng)停機(jī)的條件

3.1 BPT葉片通道溫度偏差大自動(dòng)停機(jī)

燃?xì)廨啓C(jī)葉片通道溫度（BPT）能夠間接反映燃燒器和燃?xì)廨啓C(jī)透平的運(yùn)行狀態(tài)，防止溫度過高或溫度變化趨勢過快損傷燃燒器和透平葉片。由于燃?xì)廨啓C(jī)葉片級數(shù)少，燃?xì)饬魉倏?，燃燒器中燃料量的變化將迅速反映在BPT的變化上。長時(shí)間的BPT偏差，會(huì)造成葉片頻繁的受熱和冷卻，會(huì)造成疲勞，影響壽命。

我廠機(jī)組經(jīng)過長期運(yùn)行實(shí)踐，為了機(jī)組安全運(yùn)行，多次對BPT葉片通道溫度變化報(bào)警進(jìn)行更改。BPT葉片通道溫度共有20個(gè)溫度測點(diǎn)，BPT葉片通道溫度偏差是指某一個(gè)BPT溫度與BPT平均溫度的差值。其中BPT平均溫度是20個(gè)BPT溫度總和減去最大的一個(gè)和最小的一個(gè)后除以18。

當(dāng)任意一個(gè)BPT葉片通道溫度偏差大于+70或小于-70，同時(shí)與其相鄰的兩個(gè)BPT葉片通道溫度中任意一個(gè)偏差值大于+60或小于-60，或者與其相鄰的兩個(gè)BPT葉片通道溫度滿足趨勢變化大自動(dòng)停機(jī)（NEXT）邏輯條件（NO※※BPT TREND CHANGE AUTO STOP（NEXT））時(shí)，聯(lián)鎖燃機(jī)自動(dòng)停機(jī)。其中NO※※BPT葉片通道溫度趨勢變化大自動(dòng)停機(jī)（NEXT）邏輯條件為：設(shè)該點(diǎn)BPT溫度偏差為x，當(dāng)滿足函數(shù)x-ex大于1或者小于-1時(shí)，邏輯條件滿足。

3.2 BPT葉片通道溫度趨勢變化大自動(dòng)停機(jī)

燃?xì)廨啓C(jī)葉片通道溫度（BPT）能夠間接反映燃燒器和燃?xì)廨啓C(jī)透平的運(yùn)行狀態(tài)，防止溫度過高或溫度變化趨勢過快損傷燃燒器和透平葉片。由于燃?xì)廨啓C(jī)葉片級數(shù)少，燃?xì)饬魉倏?，燃燒器中燃料量的變化將迅速反映在BPT的變化上。長時(shí)間的BPT偏差，會(huì)造成葉片頻繁的受熱和冷卻，會(huì)造成疲勞，影響壽命。

BPT葉片通道溫度共有20個(gè)溫度測點(diǎn)，BPT葉片通道溫度偏差是指某一個(gè)BPT溫度與BPT平均溫度的差值，其中BPT平均溫度是20個(gè)BPT溫度總和減去最大的一個(gè)和最小的一個(gè)后除以18。BPT葉片通道溫度趨勢變化是通過函數(shù)計(jì)算出來的：y=︱x-ex︱其中y為BPT葉片通道溫度趨勢變化，x為BPT葉片通道溫度偏差。而20個(gè)BPT葉片通道溫度趨勢變化的平均值即為平均BPT葉片通道溫度趨勢變化。

當(dāng)任意一個(gè)BPT葉片通道溫度趨勢變化大于該點(diǎn)BPT葉片通道溫度趨勢變化規(guī)定值，同時(shí)與其相鄰的兩個(gè)BPT葉片通道溫度中任意一個(gè)偏差值大于+60或小于-60，或者與其相鄰的兩個(gè)BPT葉片通道溫度滿足趨勢變化大自動(dòng)停機(jī)（NEXT）邏輯條件（NO ※※ BPT TREND CHANGE AUTO STOP（NEXT））時(shí)，聯(lián)鎖燃機(jī)自動(dòng)停機(jī)。

其中（1）BPT葉片通道溫度趨勢變化規(guī)定值是通過函數(shù)計(jì)算出來的：

y=（40×x）/11+10 當(dāng)0≤x≤3.3時(shí)

y=22 當(dāng)3.3＜x≤10時(shí)

其中y為BPT葉片通道溫度趨勢變化規(guī)定值，x為平均BPT葉片通道溫度趨勢變化。

（2）NO※※BPT葉片通道溫度趨勢變化大自動(dòng)停機(jī)（NEXT）邏輯條件為：設(shè)該點(diǎn)BPT溫度偏差為x，當(dāng)滿足函數(shù)x-ex大于1或者小于-1時(shí)，邏輯條件滿足。

3.3 發(fā)電機(jī)定子線圈溫度高自動(dòng)停機(jī)

（1）當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組溫度高—RUNB ACK后，經(jīng)300s機(jī)組負(fù)荷沒有下降到50%，聯(lián)鎖燃機(jī)自動(dòng)停機(jī)。正常情況機(jī)組快速降負(fù)荷速率為80MW/min，300s機(jī)組負(fù)荷應(yīng)下降到50%，這種情況的出現(xiàn)，說明機(jī)組未執(zhí)行RUNBACK程序，機(jī)組程序中存在問題。

（2）當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組溫度高—RUNB ACK，機(jī)組負(fù)荷下降到50%后，可是發(fā)電機(jī)定子繞組溫度高6選3的報(bào)警還沒復(fù)位，即最少還有3個(gè)發(fā)電機(jī)定子繞組溫度測點(diǎn)檢測溫度高于105℃時(shí)，聯(lián)鎖燃機(jī)自動(dòng)停機(jī)。這時(shí)事故的最大可能性為發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障。

3.4 燃機(jī)加速度次序不完善自動(dòng)停機(jī)

在燃機(jī)啟動(dòng)過程中，由于燃料系統(tǒng)異常、啟動(dòng)裝置異常或其他異常原因，會(huì)導(dǎo)致燃機(jī)無法達(dá)到額定轉(zhuǎn)速（3000rpm），影響燃機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行。為避免這種異常狀況的發(fā)生，當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)，聯(lián)鎖燃機(jī)自動(dòng)停機(jī)。

（1）燃機(jī)在點(diǎn)火后25min內(nèi)未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。

（2）燃機(jī)在啟動(dòng)過程中發(fā)生轉(zhuǎn)速異常下降（90rpm）。

（3）燃機(jī)在啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速低于參考值并延時(shí)30s。

4 我廠曾發(fā)生過與機(jī)組快速降負(fù)荷及自動(dòng)停機(jī)條件相關(guān)事故

自2006年我廠機(jī)組投運(yùn)以來，曾發(fā)生多次機(jī)組快速降負(fù)荷及自動(dòng)停機(jī)條件相關(guān)事故。原因主要為燃?xì)夤鈮毫Φ?，BPT葉片通道溫度偏差大及趨勢變化大，燃燒器壓力波動(dòng)大。

燃?xì)夤鈮毫Φ吞鴻C(jī)事故，由于事故原因多為天然氣供應(yīng)中斷，機(jī)組發(fā)快速降負(fù)荷命令，因供氣壓力馬上下降的跳機(jī)值，機(jī)組跳機(jī)。產(chǎn)生事故原因有設(shè)備本身存在缺陷，外界環(huán)境引起設(shè)備故障（如壓縮機(jī)變頻器因變頻器室灰塵較多引起變頻器跳閘），也有人為誤操作原因。

BPT葉片通道溫度偏差大問題也多次出現(xiàn)，BPT葉片通道溫度偏差與變化趨勢報(bào)保護(hù)參數(shù)值多次修改，最初設(shè)定值報(bào)警為20℃，快速降負(fù)荷為25℃，自動(dòng)停機(jī)為30℃。最后與日本三菱公司經(jīng)綜合分析，在不影響機(jī)組安全運(yùn)行的情況下，將保護(hù)參數(shù)值定為上文所述參數(shù)。后機(jī)組未再發(fā)生相關(guān)事故。

曾經(jīng)出現(xiàn)過三種原因引起的燃燒器壓力波動(dòng)大問題。（1）設(shè)備故障。（2）天然氣成分變化，因天然氣供應(yīng)管路改線施工后，由于施工工藝造成約4000m3氮?dú)鉄o法放空，與天然氣混和局部形成氮?dú)舛稳?，氮?dú)夂勘容^高，機(jī)組燃燒不穩(wěn)定；因雨雪由于天燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)入口空氣濾網(wǎng)差壓大造成進(jìn)入燃機(jī)的空氣流量減少，造成燃燒不穩(wěn)定，引起燃燒振動(dòng)。