9FA型燃氣輪機防喘閥控制部分典型故障分析及處理方法

朱俊

（上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電分公司 江蘇蘇州 215155）

1 防喘閥簡介

GE 公司9FA 型燃氣輪機上的防喘閥是一種兩位式氣動執(zhí)行機構(gòu)，安裝在燃氣輪機排氣擴壓間內(nèi)壓氣機9 級和13 級的抽氣管道上，主要作用是在機組啟停過程中通過打開閥門將壓氣機9級和13級抽氣排入燃氣輪機擴壓段，從而使得燃氣輪機的運行線遠離壓氣機的喘振邊界線，防止壓氣機喘振現(xiàn)象的發(fā)生。

9FA 型燃氣輪機1 臺機組設(shè)計有4 個防喘閥，由2個兩位三通電磁閥來控制，1個電磁閥同時控制2個防喘閥的啟閉。電磁閥的指令來自于MK VI 控制系統(tǒng)，當(dāng)電磁閥線圈得電時，壓縮空氣通過電磁閥進入氣缸，推動防喘閥迅速關(guān)閉；當(dāng)電磁閥線圈失電時，氣缸內(nèi)的壓縮空氣通過電磁閥排氣口排出，依靠氣缸內(nèi)的彈簧力使閥門打開。在氣缸的輸出軸上安裝有1個位置反饋，里面有2個磁性開關(guān)用來指示閥門的開關(guān)狀態(tài)，位置信號傳送到MK VI系統(tǒng)參與邏輯運算。

2 防喘閥控制部分的典型故障

2.1 電磁閥故障

電磁閥是用于控制防喘閥啟閉的氣動執(zhí)行機構(gòu)，布置在燃氣輪機排氣擴壓間內(nèi)防喘閥底部靠墻的固定支架上。電磁閥的常見故障有以下5類：（1）電磁閥機械部分發(fā)生卡澀；（2）電磁閥線圈老化損壞；（3）電磁閥密封件老化漏氣；（4）電磁閥先導(dǎo)與執(zhí)行部分的連接銷脫落；（5）電磁閥線圈接線端子松動、線頭斷裂。

2.2 位置反饋故障

位置反饋用于現(xiàn)場指示和遠傳防喘閥位置信號。整個位置反饋由底座、偏心輪傳動軸組件、磁性開關(guān)組件、保護罩組成。位置反饋的故障有以下5 類：（1）磁性開關(guān)及其預(yù)制電纜損壞；（2）磁性開關(guān)預(yù)制電纜線頭在接線端子處斷裂；（3）偏心輪組件內(nèi)的磁頭失磁；（4）定位管件變形熔化；（5）磁性開關(guān)兩顆固定螺絲松動。

2.3 控制系統(tǒng)硬件及信號電纜故障

防喘閥的指令和反饋信號都接入MK VI系統(tǒng)參與邏輯運算。控制系統(tǒng)硬件及信號電纜故障情況有以下3 種：（1）TRLY 開關(guān)量輸出卡上的繼電器故障；（2）TRLY 開關(guān)量輸出卡輸出通道內(nèi)熔絲熔斷；（3）信號電纜發(fā)生開路、短路、接地故障。

3 防喘閥控制部分典型故障原因分析

3.1 電磁閥故障原因分析

3.1.1 電磁閥機械部分卡澀原因分析

造成電磁閥機械部分卡澀的主要原因有：控制用壓縮空氣不干凈，含有雜質(zhì)；電磁閥使用年限長，閥桿缺少潤滑脂潤滑而卡澀；電磁閥先導(dǎo)電磁鐵故障導(dǎo)致閥體機械部分卡澀［1］。

3.1.2 電磁閥線圈老化損壞原因分析

引起電磁閥線圈老化損壞的原因有：電磁閥使用年限較長，線圈長時間通電導(dǎo)致線圈老化故障；排氣擴壓間內(nèi)環(huán)境溫度超溫使電磁閥線圈故障損壞；電磁閥線圈接線端子老化、環(huán)境超溫使線圈的預(yù)制線纜短路導(dǎo)致電磁閥線圈損壞。

3.1.3 電磁閥密封件老化漏氣原因分析

導(dǎo)致電磁閥密封件漏氣的原因有：電磁閥使用年限長，密封件老化變形而失效；壓縮空氣不干凈導(dǎo)致密封件磨損超標(biāo)而漏氣；工作環(huán)境溫度超過了密封件的耐溫范圍使得密封件老化失效。

3.1.4 電磁閥先導(dǎo)與執(zhí)行部分的連接銷脫落原因分析

造成連接銷脫落的主要原因是：燃機的頻繁啟停導(dǎo)致防喘閥電磁閥頻繁動作，時間一長就會導(dǎo)致開口銷逐漸變形而從孔內(nèi)滑脫。

3.1.5 電磁閥線圈接線端子松動、線頭斷裂原因分析

造成電磁閥線圈接線端子松動、線頭斷裂的原因是：高溫振動的工作環(huán)境導(dǎo)致接線端子老化線頭松動，由于電磁閥線圈的預(yù)制線纜是多股軟線，線徑較細，反復(fù)地緊固端子螺絲就會導(dǎo)致線頭斷裂。

3.2 位置反饋故障原因分析

3.2.1 磁性開關(guān)及其預(yù)制電纜損壞原因分析

燃機的使用年限超較長，出現(xiàn)了排氣擴壓器外保溫層脫落、非金屬膨脹節(jié)破損和法蘭連接螺栓斷裂等問題［2］，造成防喘閥周圍的空間溫度達到120℃，遠超該類型磁性開關(guān)的設(shè)計工作溫度90℃，導(dǎo)致磁性開關(guān)及其預(yù)制電纜因高溫而損壞，見圖1。

圖1 磁性開關(guān)及預(yù)制電纜損壞

3.2.2 磁性開關(guān)預(yù)制電纜線頭斷裂原因分析

燃機作為調(diào)峰機組啟停頻繁，機組在啟停時防喘閥都要動作，尤其在全速空載狀態(tài)防喘閥全部打開時，位置反饋的振動很大，磁性開關(guān)的預(yù)制電纜是多股軟線，線纜短線徑細，而且沒有使用接線柱，長期在振動的環(huán)境下工作使得線頭在接線端子處斷裂，見圖2。

圖2 預(yù)制線線頭斷裂

3.2.3 偏心輪組件內(nèi)的磁頭失磁原因分析

偏心輪組件上的磁頭是用來和磁性開關(guān)接觸使開關(guān)得磁而接點閉合，原設(shè)計使用的是普通的永磁鐵，不耐高溫，長期工作在高溫的環(huán)境下導(dǎo)致磁頭失磁。

3.2.4 定位管件變形熔化原因分析。

定位管件是用來固定磁性開關(guān)在特定位置能與偏心輪上的磁頭接觸。定位管件是塑料材質(zhì)，耐溫在100℃以下，長時間在高溫的環(huán)境下工作導(dǎo)致變形熔化，見圖3。

圖3 定位管件融化變形

3.2.5 磁性開關(guān)固定螺絲松動原因分析

固定磁性開關(guān)的兩顆螺絲穿過前面板、磁性開關(guān)和定位管后直接旋緊在底板上的螺紋孔內(nèi)，沒有防振措施，長期在振動環(huán)境下工作導(dǎo)致螺絲松動、底板絲口滑牙使磁性開關(guān)錯位。

3.3 控制系統(tǒng)硬件及信號電纜故障原因分析

3.3.1 TRLY開關(guān)量輸出卡繼電器故障原因分析

燃機作為調(diào)峰機組啟停頻繁，一次啟動防喘閥短時間頻繁開關(guān)8 次，繼電器接點在斷開瞬間會產(chǎn)生電弧，長期連續(xù)使用會導(dǎo)致接點拉毛、接點接觸電阻變大而導(dǎo)致繼電器故障［3］。

3.3.2 TRLY開關(guān)量輸出卡輸出通道內(nèi)熔絲熔斷原因分析

TRLY 卡輸出通道內(nèi)標(biāo)配的是3.15A 的慢熔型玻璃管熔絲。防喘閥正常工作時，電磁閥線圈電流在0.5A 以下，燃機作為調(diào)峰機組啟停頻繁，機組啟動時，防喘閥短時間內(nèi)要連續(xù)動作，通過實驗實測在繼電器接點閉合的瞬間電流要達3A以上，由于是慢熔型熔絲電流瞬間超限不會立即熔斷，而長時間使用就會造成熔絲不定期的突發(fā)型熔斷。

3.3.3 信號電纜故障原因分析

由于設(shè)備老化導(dǎo)致排氣擴壓間內(nèi)溫度升高，超過了信號電纜的耐溫等級導(dǎo)致信號電纜發(fā)生開路、短路、接地等故障。電磁閥指令電纜故障會導(dǎo)致電磁閥拒動、卡件通道內(nèi)熔絲熔斷等故障，位置反饋信號電纜故障會導(dǎo)致位置反饋信號失效、機組110VDC電源接地等故障。

4 防喘閥控制部分典型故障處理方案

4.1 電磁閥故障處理

（1）提升儀用壓縮空氣的質(zhì)量。加強對氣泵房空氣后處理裝置的檢修維護，使其可靠工作。更換防喘閥氣控回路內(nèi)老化的過濾減壓裝置，對過濾減壓裝置內(nèi)的濾芯定期更換，定期對過濾減壓閥進行排污［4］。（2）加強對電磁閥的檢查維護。建立設(shè)備臺賬，對每個電磁閥做好使用更換記錄。平時加強對電磁閥的檢查，查看電磁閥密封件有無漏氣情況，檢查連接銷有無變形脫落。利用機組停機機會定期對防喘閥校驗，記錄閥門開關(guān)時間、電磁閥線圈阻值、線圈通電電流、電纜絕緣等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備老化、參數(shù)不符合要求的電磁閥及時進行更換。（3）對電磁閥線圈的預(yù)制電纜套好耐高溫保護套管，在線頭處做好圓孔型的接線柱，更換耐溫抗振性好的接線端子。機組停機時，定期對線圈預(yù)制電纜及接線端子檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。（4）外接壓縮空氣吹掃冷卻，降低電磁閥的工作溫度。

4.2 位置反饋故障處理

防喘閥位置反饋的絕大部分故障都是內(nèi)部組件的耐溫抗振性能差引起的，可以利用以下方法解決。

4.2.1 提升位置反饋的耐溫等級

（1）將位置反饋內(nèi)部組件中的磁性開關(guān)更換為WESTLOCK公司XT-90型耐高溫磁性開關(guān)，耐溫130℃，在開關(guān)的預(yù)制線纜上套好耐高溫保護套管，如圖4所示。（2）將偏心輪上的2 個磁頭更換為鋁鎳鈷材料制作的永磁鐵，耐溫550℃，如圖5 所示。（3）將磁性開關(guān)中間的兩根定位管改為316不銹鋼管，耐溫800℃，如圖6所示。（4）制作專用的吹掃冷卻裝置，將壓縮空氣通過節(jié)流閥和過濾減壓閥后引入位置反饋內(nèi)部進行吹掃冷卻，從而有效降低位置反饋的工作溫度。

圖4 磁性開關(guān)改型

圖5 磁頭改型

圖6 定位管改型

4.2.2 提升位置反饋的抗振性能

（1）用316 不銹鋼螺絲替代原來固定磁性開關(guān)的兩顆普通螺絲；更換鋁合金底板，用316 不銹鋼板替代，在接線端子板上的螺絲孔處加上316 不銹鋼平墊圈，固定螺絲穿出底板螺紋孔后加上316 不銹鋼平墊圈、彈簧墊圈、螺母進行鎖緊加固，如圖7 所示。（2）在磁性開關(guān)預(yù)制線纜的線頭上制作接線柱，采用菲尼克斯專用型冷壓接線柱，耐溫和強度都能滿足使用要求，有效提升線纜在端子處的抗振性能。

圖7 開關(guān)組件抗振處理

4.2.3 優(yōu)化防喘閥保護邏輯

原保護邏輯設(shè)計當(dāng)機組并網(wǎng)后，任一防喘閥位置錯誤（開、關(guān)信號均未置“1”），或任一防喘閥打開（開信號置“1”，關(guān)信號置“0”），均觸發(fā)機組減負荷解列。而實際觸發(fā)機組減負荷解列的條件都是由于高溫振動的環(huán)境導(dǎo)致防喘閥位置反饋故障，是保護的誤動。因此，把機組并網(wǎng)后任一防喘閥位置錯誤這一觸發(fā)機組減負荷解列的條件去除，只作為報警信號提醒運行人員，從而有效提升保護邏輯的容錯能力，避免保護誤動［5］。

4.3 控制系統(tǒng)硬件及信號電纜故障處理

4.3.1 TRLY開關(guān)量輸出卡繼電器故障處理

對每個電磁閥對應(yīng)TRLY 卡件通道的繼電器建立專用設(shè)備臺賬，記錄更換和使用維護情況。定期檢查和測量繼電器線圈和接點的阻值、絕緣情況，發(fā)現(xiàn)異常的繼電器及時更換。

4.3.2 TRLY 開關(guān)量輸出卡輸出通道內(nèi)熔絲熔斷處理

原設(shè)計3.15A 慢熔型玻璃管熔絲適合長期連續(xù)運行防喘閥始終保持關(guān)閉的機組，并不適合在頻繁啟停的調(diào)峰機組上使用。更換電磁閥熔絲，采用美國博士曼公司生產(chǎn)的6.3A慢熔型陶瓷管熔絲替代，電流等級和防爆性能都得到有效提升［6］，如圖8所示。

圖8 熔絲改型

4.3.3 信號電纜故障處理

采用更高耐溫等級的電纜替換原信號電纜，并在電纜外層套上專用的耐高溫保護套管，線頭上制作好耐高溫的接線柱，從而有效提升信號電纜的耐溫等級，使其能在高溫的環(huán)境下可靠工作。

5 結(jié)語

通過提升儀用壓縮空氣質(zhì)量、提高電磁閥線圈預(yù)制電纜及接線端子的耐溫等級、加裝壓縮空氣吹掃冷卻的方法，能夠有效延長防喘閥電磁閥的使用壽命到1倍以上，電磁閥7萬元/個，可以節(jié)約一筆可觀的生產(chǎn)維護費用。通過定期對電磁閥進行檢查校驗，可以及時發(fā)現(xiàn)問題及時處理，有效避免機組非停事件的發(fā)生，保障機組安全運行。

通過對防喘閥位置反饋的技術(shù)改造，有效提升了耐溫和抗振性能，使其能夠長期在高溫振動的環(huán)境下可靠工作。改造后，位置反饋的使用壽命可以提升到原來的5倍以上，原來更換一個防喘閥位置反饋16 000元，現(xiàn)在內(nèi)部組件只需定期更換磁性開關(guān)，磁性開關(guān)2200元/個，以每次更換2 個計算，可以節(jié)約維護經(jīng)濟成本27.5%，往復(fù)循環(huán)則維護經(jīng)濟成本不斷遞減。

通過對TRLY 開關(guān)量輸出卡輸出通道內(nèi)熔絲換型，加強對繼電器的檢查維護并更換高耐溫等級的信號電纜，使得控制系統(tǒng)硬件及信號電纜的年故障發(fā)生率降低到零，有效保障機組安全運行。