燃?xì)廨啓C(jī)IGV頻繁波動引發(fā)機(jī)組連鎖異常原因分析及處理

浙江浙能金華燃機(jī)發(fā)電有限責(zé)任公司 胡曉明 余 亮 王曉曼

IGV是燃?xì)廨啓C(jī)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要部件，通過控制IGV葉片角度從而限制進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣流量。IGV的主要作用有兩個：燃?xì)廨啓C(jī)啟動時IGV處于最小角度34°，使進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣量達(dá)到最小，防止啟動過程中壓氣機(jī)發(fā)生喘振，當(dāng)機(jī)組達(dá)到全速空載時IGV打開至全速空載角57°；通過對IGV角度的控制實現(xiàn)對燃機(jī)排氣溫度的控制。燃機(jī)在部分負(fù)荷運(yùn)行時關(guān)小IGV，相應(yīng)減少空氣流量而維持較高的排氣溫度(接近或高出燃機(jī)滿負(fù)荷時的排氣溫度)，提高聯(lián)合循環(huán)的總效率。

IGV伺服閥及線性位移傳感器（LVDT）原理：經(jīng)燃機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)算處理后的開、關(guān)IGV的電氣信號經(jīng)過伺服放大器放大后，在電液伺服閥中將電氣信號轉(zhuǎn)換為液壓信號，使電液伺服閥主閥芯移動，并將液壓信號放大后控制液壓油的通道，使液壓油進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞桿下腔，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞向上移動，帶動IGV使之開啟，或者是使壓力油自活塞桿下腔泄出，借彈簧力使活塞下移關(guān)閉IGV。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞移動時，同時帶動兩個LVDT，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞的位移轉(zhuǎn)換成電氣信號，作為負(fù)反饋信號與之前燃機(jī)控制系統(tǒng)處理后送來的信號相疊加，輸入伺服放大器。當(dāng)伺服放大器輸入信號為零時，伺服閥的主閥回到中間位置，不再有液壓油通向執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞桿下腔，此時IGV便停止移動，停留在一個新的工作位置。

1 故障經(jīng)過及運(yùn)行操作與處理

9E燃機(jī)預(yù)混穩(wěn)定燃燒模式（PM_SS）運(yùn)行，負(fù)荷94MW，控制系統(tǒng)頻發(fā)“LVDT#2 RMS voltage for Regulator 1 out of limits”IGV線性位移傳感器LVDT2診斷報警。IGV角度波動范圍77～86°。

18:27:28:911燃機(jī)發(fā)“HYDRAULIC OIL AUX.PUMP RUNNING ALARM”輔助液壓油泵（88HQ）自啟動報警。

19:15:05:466燃機(jī)發(fā)“Seismic vibration input#3 high alarm logic”（L39VA_3）、“Seismic vibration input#3 high trip logic”（L39VT_3）”#2軸承振動高報警。

19:15:06:154燃機(jī)發(fā)“COMBUSTION PRIMARY ZOME AUTO REIGNITION”（L30FPDAR_ALM）燃燒室一區(qū)重新著火報警。

19:15:07:154燃機(jī)發(fā)“EXTEND L-L MODE HIGH EMISSIONS”（L83LLEXT_ALM）擴(kuò)展貧-貧燃燒報警，隨即燃機(jī)負(fù)荷在3秒內(nèi)由96MW突降至81.5MW，排氣平均溫度TTXM最高升至598°。

燃燒室一區(qū)重新著火后，檢查一區(qū)、二區(qū)8個火焰強(qiáng)度顯示正常，進(jìn)入擴(kuò)展貧-貧模式燃燒模式后，檢查燃燒基準(zhǔn)溫度（TTRF1）1111～1112°穩(wěn)定。運(yùn)行人員減燃機(jī)負(fù)荷至55MW，TTRF1最低降至1039°，燃燒模式由擴(kuò)展貧-貧模式切換至貧-貧穩(wěn)定模式，重新進(jìn)行燃燒模式切換，切至預(yù)混穩(wěn)定模式運(yùn)行。但燃機(jī)IGV波動趨勢未有好轉(zhuǎn)，向省調(diào)申請機(jī)組停機(jī)檢查處理。

2 各異?，F(xiàn)象原因分析

2.1 輔助液壓油泵（88HQ）自啟動分析

88HQ自啟動后，就地檢查液壓油壓力112bar；檢查輔機(jī)間液壓油系統(tǒng)及透平間、氣體小間各液壓油用戶未發(fā)現(xiàn)明顯泄漏。燃機(jī)正常運(yùn)行時，主液壓油泵運(yùn)行、輔助液壓油泵備用。因主液壓油泵運(yùn)行時液壓油壓力在100bar左右，當(dāng)IGV連續(xù)頻繁、超限動作可能引起的液壓油壓力降至動作值（燃機(jī)輔助液壓油泵保護(hù)啟條件：轉(zhuǎn)速（TNH）≥95%且液壓油壓力開關(guān)63HQ-1＜93bar動作），造成輔助液壓油泵（88HQ）自啟動。

2.2 預(yù)混穩(wěn)定模式下，一區(qū)重新點(diǎn)火分析

查閱一區(qū)重新點(diǎn)火允許（L3TVR）邏輯信號如圖1，當(dāng)滿足以下任一條件，重新點(diǎn)火允許（L3TVR）信號置1，控制系統(tǒng)會發(fā)“一區(qū)重新點(diǎn)火”命令。

圖1 重新點(diǎn)火（L3TVR）邏輯信號

正常重新點(diǎn)火（L3FXTV1）：預(yù)混模式，一區(qū)無火焰的情況下，當(dāng)燃燒基準(zhǔn)溫度(TTRF1)小于L26FXL2（定值FXKTL2=1995F=1090.6℃），重新點(diǎn)火允許（L3TVR）信號置“1”；燃燒故障重新點(diǎn)火（L3FXTV2）：在預(yù)混模式或預(yù)混切換模式下，燃機(jī)燃燒故障時，重新點(diǎn)火允許（L3TVR）信號置“1”或預(yù)混切換失?。?0秒內(nèi)預(yù)混切換未完成），重新點(diǎn)火允許（L3TVR）信號置“1”；貧貧模式選擇重新 點(diǎn) 火(L3FXTV4)：“LEAN-LEAN BASE MODE ON/OFF”標(biāo)靶選“ON”，重新點(diǎn)火允許（L3TVR）信號置“1”。

負(fù)荷恢復(fù)模式重新點(diǎn)火(L83FXS3)：在預(yù)混模式下，發(fā)電機(jī)開關(guān)跳開或燃燒基準(zhǔn)溫度(TTRF1)小于L26FXS1（定值FXKTS1:1975F=1079.4℃）或經(jīng)轉(zhuǎn)速及加速度檢測到甩負(fù)荷，重新點(diǎn)火允許（L3TVR）信號置“1”。二次切換模式觸發(fā)30s，一區(qū)熄火失敗或燃料控制閥GCV3未跟隨或清吹閥組關(guān)閉失敗，重新點(diǎn)火允許（L3TVR）信號置“1”。

通過上述邏輯分析：9E燃機(jī)在預(yù)混模式運(yùn)行時，要觸發(fā)“一區(qū)重新點(diǎn)火”命令與“燃燒切換溫度TTFR1”和“燃燒分散度監(jiān)測”有關(guān)。但（圖2）一區(qū)回火前TTFR1數(shù)值曲勢一直比較穩(wěn)定，且無燃燒分散度故障報警。所以當(dāng)時控制系統(tǒng)不會發(fā)“一區(qū)重新點(diǎn)火”命令。查閱“COMBUSTION PRIMARY ZOME AUTO REIGNITION”（L30FPDAR_ALM）燃燒室一區(qū)重新著火報警邏輯如圖3，其中L2TVXR為重新點(diǎn)火信號，L83FXP2為預(yù)混穩(wěn)定模式，L83FXP1為預(yù)混切換，L28FPDX為一區(qū)火焰信號。在預(yù)混模式下，無“重新點(diǎn)火命令”時，當(dāng)一區(qū)檢測到火焰后，會發(fā)“COMBUSTION PRIMARY ZOME AUTO REIGNITION”報警。

圖2 燃燒室一區(qū)回火與燃燒基準(zhǔn)溫度(TTFR1)

圖3 燃燒室一區(qū)重新著火報警邏輯

預(yù)混穩(wěn)定模式運(yùn)行時，燃燒室一區(qū)回火原因分析：當(dāng)9E燃機(jī)IGV角度波動，特別是IGV角度關(guān)小的情況下，壓氣機(jī)排氣壓力和一區(qū)空氣流量減少，燃燒室內(nèi)高速文丘里出口預(yù)混燃料流速降低，容易使二區(qū)火焰蔓延至一區(qū)，引燃一區(qū)預(yù)混燃料。

2.3 一區(qū)回火后，#2軸承振動高分析

分析圖4曲線中燃機(jī)BB3、BB4振動特點(diǎn)為：2號軸承振動BB3峰谷間（峰值33.04mm/s：谷為正常值）波形僅持續(xù)2秒左右；3號軸振動BB4隨一區(qū)火焰強(qiáng)度（一般情況下，火焰強(qiáng)度數(shù)值達(dá)50以上，點(diǎn)火成功）增大逐步上升與BB3同時到峰值（9.14 mm/s）后恢復(fù)正常；振動發(fā)生前，IGV角度相對穩(wěn)定，沒有大的波動；燃機(jī)在高負(fù)荷（96MW）預(yù)混穩(wěn)態(tài)時出現(xiàn)一區(qū)回火，與BB3振動曲勢有一定重合性。

圖4 燃燒室一區(qū)回火與振動

#2軸承振動高原因分析：9E燃機(jī)運(yùn)行在高負(fù)荷預(yù)混穩(wěn)態(tài)時，燃料配比基本為一區(qū)83%、二區(qū)17%，燃料與空氣在一區(qū)進(jìn)行預(yù)混且為貧燃料狀態(tài)；當(dāng)一區(qū)點(diǎn)火成功（一般情況下，火焰強(qiáng)度數(shù)值達(dá)50以上，燃機(jī)顯示有火焰）瞬間，可能產(chǎn)生較大的燃燒脈動，引起燃燒室、透平側(cè)BB3、BB4振動瞬間增大。該現(xiàn)象與以往燃機(jī)預(yù)混切換振動升高相類似（一般冬季工況下，燃機(jī)預(yù)混切換負(fù)荷值相對較高，往往出現(xiàn)BB3振動高報警；而夏季工況下，預(yù)混切換負(fù)荷值低，BB3振動基本不報警）。

2.4 燃機(jī)負(fù)荷突降、排氣溫度高分析

燃機(jī)燃燒室一區(qū)、二區(qū)8個火焰同時有火，燃燒基準(zhǔn)溫度(TTRF1)1112°，進(jìn)入擴(kuò)展貧-貧模式后，隨出現(xiàn)燃機(jī)負(fù)荷（DWATT）在3秒內(nèi)由96MW突降至81.5MW，排氣溫度升高的異?，F(xiàn)象。期間天然氣P1、P2壓力穩(wěn)定，速比閥開度無異常。通過分析燃機(jī)負(fù)荷與燃料控制（FSR）變化曲勢（圖5）可知：

圖5 燃機(jī)負(fù)荷與燃料控制（FSR）

燃機(jī)一區(qū)、二區(qū)8個火焰同時有火，在高負(fù)荷下進(jìn)行貧貧擴(kuò)展模式燃燒，造成排氣溫度升高。當(dāng)IGV開度在1秒內(nèi)由83.6°突降至78.2°后，排氣溫度最高升至598°。在排氣溫度升高后，大于TTRXB控制基準(zhǔn)，溫度控制（FSRT）逐漸下降；在燃機(jī)負(fù)荷（DWATT）突降前，因燃機(jī)在預(yù)選負(fù)荷狀態(tài)，F(xiàn)SRN為最小值輸出，此時燃料控制（FSR）輸出曲線與轉(zhuǎn)速控制（FSRN）曲線吻合，符合FSR最小門控制原則。

燃機(jī)負(fù)荷突降后，由于偏離燃機(jī)預(yù)選負(fù)荷，轉(zhuǎn)速控制FSRN增大，退出最小門選擇，隨后溫度控制（FSRT）通過最小門選擇，成為此時燃料控制（FSR）輸出，符合FSR最小門控制原則；但轉(zhuǎn)速控制（FSRN）退出與溫度控制（FSRT）介入期間（2秒左右），正好與燃機(jī)負(fù)荷96MW突降至81.5MW的時間跨度吻合，該時段的燃料FSR輸出并不是通過最小門選擇方式，可能會引起燃機(jī)負(fù)荷的突然變化。

燃機(jī)負(fù)荷突降、排氣溫度高原因分析：9E燃機(jī)高負(fù)荷下進(jìn)行貧貧擴(kuò)展模式燃燒，IGV角度突然減小，壓氣機(jī)空氣流量減少，造成排氣溫度升高，同時壓氣機(jī)空氣流量突然減少也引起燃機(jī)負(fù)荷突降；FSR突然降低，引起燃機(jī)負(fù)荷突降。

3 IGV的檢查與處理

9E燃機(jī)IGV有兩個LVDT（分別為LVDT1、LVDT2）。通過組態(tài)設(shè)置為兩個LVDT進(jìn)行高選，最大值作為IGV的反饋角度，機(jī)組停運(yùn)后對LVDT進(jìn)行了檢查。查看燃機(jī)控制系統(tǒng)組態(tài)時發(fā)現(xiàn)LVDT1被禁用，只有LVDT2作為IGV的反饋。當(dāng)LVDT2故障，在頻繁波動時，由于LVDT1被禁用IGV反饋角度無法選到LVDT1；處理方法：重新設(shè)置組態(tài)釋放LVDT1，將兩個LVDT進(jìn)行高選，最大值作為IGV的反饋角度。一個LVDT故障時另外一個LVDT作為IGV的反饋角度。