刍议燃气轮机控制系统通讯故障

刍议燃气轮机控制系统通讯故障

王飞

（南京汽轮电机（集团）有限责任公司江苏南京210037）

摘要：目前，燃气轮机技术在当今电力行业中的地位是及其重要的，电力工业的发展从某种程度上标志着一个国家的发达程度。所以，解决燃气轮机控制系统的故障是势在必行的。本文从燃气轮机控制系统的应用现状入手，分析了燃气轮机控制系统的通讯故障，最后提出了燃气轮机控制系统通讯故障的解决措施。

关键词：燃气轮机；控制系统；故障分析；解决措施

引言

自1950年代以来燃气轮机首次在电力行业的应用，因其性能优越，发展非常迅速，现在已经成为世界上主要的机械运转设备之一。燃气轮机的主要技术指标，尤其是重型燃气轮机经过几代的发展，已经显著提高。重型燃气轮机控制系统是通过对机组启动过程的升速、点火、燃料流量和空气量的控制和分配及机组异常保护等控制燃气轮机组来实现机组的可控安全运行。因此，燃机控制系统是重型燃机轮机稳定安全运行的核心。随着重型燃气轮机的使用过程中，燃气轮机控制系统的故障问题逐步暴露出来了。所以，解决问题迫在眉睫。

1燃气轮机控制系统的应用现状

燃气轮机是各种类型航空喷气发动机及其衍生燃气轮机、重型(发电)燃气轮机、车辆与工业驱动燃气轮机、舰船动力燃气轮机及各种微型燃气轮机的总称。自1939年世界上第1台发电用重型燃气轮机在瑞士诞生以来，重型燃气轮机制造和发电产业在全球迅速发展，目前基于燃气轮机及燃气--蒸汽联合循环电站的发电量约占全球发电总量的22%,且还处于在稳步增加的态势。重型燃气轮机主要以天然气和燃油为燃料，同时也在大力开发采用煤气化合成气等富氢乃至纯氢为燃料的燃气轮机，以扩大重型燃气轮机燃用燃料的范围；与此同时，代表重型燃气轮机技术水平的燃气燃烧温度和空压比及热效率还在不断地提高，燃机单机容量持续加大。目前世界上最先进的重型燃气轮机单循环和联合循环的热效率已分别达到了40%-41%和60%~61%，成为所有热能转换发电系统中效率最高的能够大规模商业化的发电方式。

燃气轮机控制系统的发展主要分为个三阶段：机械液压式控制阶段、模拟电子式控制阶段和数字化控制阶段。第一代即最早的机械液压式控制系统，结构比较复杂，控制过程是通过机械连杆、凸轮等传动结构来实现的。第二代的模拟电子式控制系统是以GE公司所生产的LMS000燃气轮机所配套模拟式电子控制器的出现为代表，它相对机械液压式控制系统来说性能有了较大的改善，逻辑运算采用模拟电子装置来实现，自动化控制替代手动控制大大提高了控制系统的自动化水平，但是控制过程仍未完全脱离机械控制过程。目前最新的燃气轮机控制系统通过硬件和软件的标准化制造和生产实现了系统的可视化过程控制。我国在燃气轮机及其控制系统方面的研究相对国外存在较大的差距。受我国能源结构的限制，煤和燃油是我国发电厂的主要原料，天然气作为燃料的应用较少，因此在燃气-蒸汽联合循环技术领域的研究和投入很少。受电厂类型及经济收益的影响，燃气轮机的发展受到制约，国内相关研究技术发展缓慢。

2燃气轮机控制系统通讯故障的分析

总体上燃机控制系统通讯网络运行稳定。主要发生的故障包括MARKVI系统网络交换机故障、燃机三冗余控制器之间通讯回路故障和燃机控制系统与系统通讯中断等故障。

2.1MARKVI系统网络故障

该故障现象为检查网络设备发现用于挂接操作员站的一只交换机指示灯无显示，其供电电源正常，判断交换机故障。机组停运后用预先配置的交换机更换，网络恢复冗余状态。对于拆下的交换机，检查后发现其电压部分有部分元件有烧损迹象。该交换机是在机柜的最底层，散热较差，积灰加上本身产生的热量较大，设备长期工作高温下影响使用寿命。

2.2燃机R/S/T控制器通讯故障

导致该控制器故障出现部分卡件有诊断报警以及部分过量报警信息，同时<T>控制器也出现诊断报警。其判断原因为MarKVI的R控制器VCMI卡件或通讯电缆性能不稳定，通讯频繁中断。其他<S>、<T>控制器也相继发生通讯故障，导致燃机跳闸。事后更换<R>控制器通讯卡件，再次故障后更换控制器电源模件，检查联接通讯电缆的紧固性，目前系统运行正常。

2.3燃机控制系统与DCS系统通讯故障

这一故障主要发生在机组停机或启动过程中。由于通迅信号主要用于监控，所以未造成事故的扩大。但部分信号用于机组负荷控制逻辑通讯异常引起AGC控制多次退出。分析认为由于操作员站与OVATION控制器之间数据交换容量有限，导致数据交换异常。目前主要处理方法是停机时复位相应的控制器。

3燃气轮机控制系统通讯故障的解决措施

对于燃机控制系统的性能和维护方法还要经过长时间的摸索，结合近年来我省提高热控制系统可靠性措施的要求，提出几点控制系统运行维护方面的建议：

(1)机组运行中关注控制器卡件的诊断报警，及时分析并排除故障。通过燃机在部分转速情况下控制器冗余试验，实际验证MarKVI控制器三冗余配置可靠性。

(2)做好系统定期检修工作。包括卡件清灰、控制器、通讯网络和电源系统冗余切换试验工作，确保控制系统稳定可靠运行。对用于机组负荷控制逻辑的信号考虑通过改为硬接线连接方式提高信号的可靠性。

(3)MarKVI系统电源的DC-DC模块对输入电压的要求比较高，一旦电源受到干扰或本身电压的不稳定等因素的影响，将会大大降低其使用寿命。为确保直流转换电源稳定性，建议检修中定期进行电源模块性能测试。

(4)梳理系统设备卡件和电源共用情况，将重要下挂设备进行分电源回路处理。检查燃机重要保护信号的取样和信号通道布置情况，避免冗余联锁保护信号共用取样和卡件构成的隐患。

(5)通过控制系统改造升级，提高燃机控制系统与DCS系统通讯的可靠性。由于老化引起的控制器异常，需要修复主控制卡和操作站设备。对于无法采购备品备件的系统设备，应考虑进行系统升级改造。

4结语

综上所述，随着计算机网络技术的发展，电厂的控制系统基本都是网络化控制，各运行设备的数据采集，通讯接口若有一环节故障，对全厂安全经济运行有较大的影响。所以，对于热控维护人员来说，平常的工作不只是针对现场的设备以及逻辑的运算，还要去了解其网络的组成和原理，从而导致解决通讯故障，将经济损失降到最低或者完全避免。

参考文献：

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