9E燃气轮机升级改造后一次非计划停运故障分析及处理

9E燃气轮机升级改造后一次非计划停运故障分析及处理

林世坚

（深圳大唐宝昌燃气发电有限公司广东深圳518110）

摘要：介绍了深圳大唐宝昌燃气发电有限公司的燃气-蒸汽联合循环机组的状况及MarkⅥe控制器功能，针对非标准设计改造后的MarkⅥe控制系统所引起的一次燃气轮机遮断跳闸故障的分析，在采取对应措施后，恢复了机组正常运行。

关键词：燃气轮机；MarkⅥe控制系统；故障处理

0引言

深圳大唐宝昌燃气发电有限公司建有两套183.4MW燃气-蒸汽联合循环发电机组,采用“1+1+1”多轴配置，即每套联合循环机组安装1台PG9171E型燃气轮机发电机组，1台余热锅炉和1台蒸汽轮机发电机组。

2010年对两台燃气轮机进行了两项技术改造，通过改用DLN燃烧系统将燃气轮机燃烧室升级为预混燃烧方式，有效降低了NOX排放并提高燃烧部件的寿命；以及将MarkⅤ控制系统升级为MarkⅥe控制系统。

MarkⅥe控制系统适用于多种控制和保护的应用场合，为用户提供了更多的冗余选项，增加了系统的可维护性，并能够在I/O控制设备与受控设备之间建立更紧密的联系。控制系统包括三个主要的部件：控制器，I/O网络以及I/O模块，而该MarkVIe控制器是一个运行应用程序代码的单板。控制器通过板载网络接口与I/O包通信。控制器操作系统（OS）是QNX®Neutrino®。控制器为网络提供所有冗余输入数据。这个硬件体系结构和相关的软件体系结构能够确保当控制器因为维护或维修而断电时不会丢失任何应用程序输入点数据。

在三重模块冗余(TMR)系统中的控制器分为R，S和T型。R型和S型在双重系统中，而T型在单一的系统中。每个控制器都有一个I/O网络（IONet）。例如：R型控制器通过R型IONet把输出信号发送到I/O模块。在正常操作过程中，每个控制器都从所有网络的I/O模块接收输入信号，选择表决TMR输入，执行应用程序运算（包括选择尚未表决的传感器），把输出发送到自己网络的I/O模块，最后在控制器之间发送数据实现同步化。这个过程所用的时间称为“帧”。TMR控制设备采用了“三选二”的表决方式，能够在出现单一故障的情况下始终保证选择一个有效数值。

1燃气轮机非计划停运及恢复的经过

在一次机组满负荷运行中，5号燃气轮机带基本负荷100.7MW，6号汽轮机带61.3MW运行正常。11:00:30，燃气轮机MarkⅥe控制系统的R控制器故障，保护转速测速探头77HT-2(属S控制器控制)工作不稳定，于11:00:49，后备保护L5CMPST_TRP动作，引起主保护回路L4T动作，燃气轮机遮断跳闸。机组跳闸后，值班员按照事故跳闸相关规定对机组进行善后处理。11:40，检查故障报警已消失，启动条件已具备，11:43，重新启动5号机，12:02，机组转速在额定转速的68%时1号轴承的BB1和BB2的振动测量值高达25mm/s,被迫进行手动停机；经现场检查和对停机时的振动高分析，认为轴系没有问题，决定采取延长低速盘车时间和点火状态下暖机时间的措施，13：33，5号机重新再次启动成功运行正常。

2故障的检查经过

11：03，发现燃气轮机控制系统R控制器的所有卡件有重新复位的痕迹，R控制器的多个卡件发出过诊断报警，而到11:13，还有1D1A的PPDA卡、1C4A的PTUR卡和1A2A的PCAA卡的故障存在。

发现在跳闸前系统发出过125V直流电压低和接地报警。

检查110V直流供电电压正常,MarkⅥe控制系统所需的3组28V电源工作正常，R、S和T控制器逐一通讯正常。

从3个卡件信号连接共同点为R控制器,初步判断故障点为R控制器，在处理过程中的对该3个卡件同一控制器（R控制器）停电后再送电，3个卡件逐步工作正常。

检查MarkⅥe控制系统未发现异常，电源回路工作正常。

当晚停机后，更换R控制器，并检查电源供给回路，工作正常；停R控制器电源，试验卡件诊断报警和其它相关报警，确定了电源125V直流电压低和接地报警问题。还做了如下试验：

高速盘车状态下停R控制器和R控制器电源，机组后备保护L5CMPST_TRP未动作，主保护L4T未动作。

在选择燃气轮机点火(FIRE)模式下，停R控制器电源，机组后备保护L5CMPST_TRP未动作，主保护L4T未动作。

在选择燃气轮机空载全速模式下，停R控制器电源，机组后备保护L5CMPST_TRP未动作，主保护L4T未动作。

从以上三个试验可以看出，只有R控制器故障不会引起机组后备保护动作，机组三冗余设计在实际工作中动作可靠。

鉴于后备保护信号为保护卡件发出，检查保护卡件所有输入信号未发现异常，检查系统和发电机电压信号接线可靠；保护转速信号HT-2电阻测得为1000Ω，而正常电阻应为230Ω，属工作不稳定状态，该探头在停低速盘车后更换。

3故障的原因分析

经过对燃气轮机主保护L4T没有触发的信号情况分析，得知导致机组跳闸的不是逻辑信号的跳变，而是MarkⅥe控制系统本身故障引起；通过对故障原因的分析可以了解到后备保护L5CMPST_TRP的动作情况。按MarkⅥe控制系统设计原理,R控制器故障不应该引起后备保护L5CMPST_TRP动作。而跳闸前多个卡件诊断报警且部分恢复正常的现象，其故障点应在控制器和卡件的电源供给这两部分，分析如下：

如果电源回路工作不正常，那么其原因可能是：从当晚停机试验来看，可确定电源125V直流电压低和接地报警可能为误报警，而该报警只有R控制器监控，且发生在R卡件诊断报警之后。只有R控制器的控制模块多个诊断故障，S和T控制器的控制模块无相关诊断报警。

在跳闸前19s，即11：00：30，系统同时发出L64D和L27DZ报警；正常的电源供给为+65V和-65V，其中L64D报警为正负端有一端的电源绝对值低于30V，L27DZ报警为电压小于90V。只有电源真实值小于90V时才会出现L64D和L27DZ同时报警，导致该异常有以下几种可能：

电气输出到MarkⅥe控制系统125V直流电压异常，从电气检查看，其输出电压可靠，排除该种可能性；

电气接线输出到MarkⅥe控制系统的电缆两端接地；从当前的情况分析可能性很小，在停止低速盘车后MarkⅥe控制系统停电时绝缘检查良好；

若各电源接线端子松动，则导致电压异常。但从当时及晚上停机后检查看，所有接线正常，可排除该种可能性；

怀疑MarkⅥe控制系统110V滤波器工作、电源分配盘和28V直流电源不稳定，但从后期工作状态看，基本可以排除这种可能性；

针对R控制器工作异常的情况，已作更新处理；

从当晚停机后检查在多个模式下停运R控制器和R控制器电源，未发现异常，按理说机组不应发出后备保护L5CMPST_TRP动作信号，因此初步判断燃气轮机MarkⅥe控制系统的三冗余设计满足实际要求；

若转速探头HT-2存在工作状态不稳定性故障，在停运R控制器时，后备保护将会动作。但在当时运行状态下,HT-2检测正常；说明转速探头为HT-2工作不稳定，但尚未完全损坏；

只有在R控制器故障和HT-2同时故障的情况下，后备保护L5CMPST_TRP才会动作；

综合以上分析，可以得出本次机组跳闸的原因是：在R控制器故障的情况下，因保护转速77HT-2工作不稳定导致跳闸。

4故障暴露出的问题

由于改进后的MarkⅥe控制系统为非标准设计，控制柜内工作温度高，使各硬件故障率偏高。

燃气轮机转速测速探头除大修时更换外，一般采用状态检修,即发现有问题时才检修。

燃气轮机满负荷跳闸后，缸体温度高，易造成因冷却不均致缸体变形，特别是燃用天然气后，冷拖清吹时间延长，进一步加剧缸体的冷却不均匀，跳闸后再次启动易造成整个轴系振动值升高情况发生。

5反事故措施

针对燃气轮机MarkⅥe控制系统控制柜在使用中温度较高的问题，决定更改控制柜的通风设计，在控制柜边增加一台空调，以降低控制柜内温度，减少硬件故障发生率。

增设MarkⅥe系统控制柜内温度监测报警功能，在燃气轮机操作画面中增加控制柜温度显示。并将控制柜内温度引入硬光字牌，加强柜内温度监视。

对燃气轮机测速探头的维护检查，从定期大修检查改为季度的定期检查，每三个月定期检测转速探头的电阻值，如超过250Ω将分析原因并作可靠消缺处理，通常为更新，有效减少机组设备非计划停运的发生率。

要求GE公司，对控制器进行优化或更换，提高控制器可靠性。

针对燃气轮机运行中发生紧急跳闸后的再启动情况，下发运行通知规定。燃气轮机满负荷跳闸后1.5h内禁止启动，在1.5h至4h的时段内启动时，应在FIRE状态点火暖机10min后再选自动状态进入启动程序，以减少缸体冷热不均产生的振动升高情况发生。

6结语

通过对这起故障情况的排查、分析和处理，加深了对MarkⅥe系统及部件的了解和认识；各专业人员应把握好设备使用的风险分析，掌握好定期点检排查时间，有助于及早防范和发现问题，及时进行消缺整改，从而提高机组运行的可靠性。希望本文能够为国内同类型电厂处理类似问题时，提供帮助，更希望广大燃气轮机电厂工作者予以指正。

参考文献：

[1]ＧＥ手册GEH-6721K_Vol_IMarkVIeControlSystemGuideVolume.

[2]ＧＥ公司运行与维护手册GE资料

作者简介：林世坚（1977-），男，汉族，福建平潭人，本科，电气工程师，长期从事燃机电厂的技术与管理工作。