M701F型燃气轮机在启动过程中叶片通道温度偏差异常原因分析

M701F型燃气轮机在启动过程中叶片通道温度偏差异常原因分析

曹琪

中海石油气电集团江苏天然气项目组江苏南京210019

摘要：本文从硬件组成结构和软件控制逻辑的角度对M701F型联合循环机组的燃烧系统的工作方式和调节原理进行了简要阐述，针对启动过程中出现的叶片通道温度（BPT）偏差异常的故障原因作了分析，随后对该故障提出解决方案及预防措施。

故障经过

莆田燃气电厂现装设有4台390MW的M701F型单轴燃气-蒸汽联合循环发电机组。2012年2月14日，3号机组在启动过程中，约当转速为1270r/min时，由于运行人员误操作，将机组低压主汽调阀提前手动打开，使燃料控制信号输出（FLCSO）切换迟延，导致燃空比（F/A）下降，从而引起部分燃烧器熄火，导致机组叶片通道温度（BPT）异常，出现部分BPT偏差突然升高和下降，2号BPT负偏差最大值约为351℃。由于BPT偏差保护在机组启动过程中不会发出跳闸保护信号，因此机组转速可以继续升高，当转速升至约为2400r/min后，BPT偏差恢复正常。该现象在2012年2月7日1号机组启动过程中也出现过。随后，机组正常并网发电。现在对此次故障，分析原因，找出对策。

1燃烧系统组成结构

M701F型燃气蒸汽联合循环机组的燃料供给主要由5个阀门来完成。值班燃料压力控制阀、值班燃料流量控制阀、主燃料压力控制阀A、主燃料压力控制阀B和主燃料流量控制阀。燃料压力控制阀主要是为了保证燃料流量控制阀前后差压的稳定。燃料流量控制阀根据机组负荷不同，控制燃料流量。燃料气经燃料控制阀后，进入环形母管，分别供给环形排列，斜插在燃压缸中的20个燃烧器。燃烧器由燃料喷嘴、燃烧筒、过渡段和尾筒以及其它附件组成。BPT测点安装在燃气轮机透平4级叶片之后，能够间接反映燃烧室和燃气轮机透平叶片的运行状态。点火装置是由安装在第8、9燃烧器处，除第8、9燃烧器之间与第18、19之间没有联焰管，其他燃烧器之间设有联焰管，用于点火时，引燃相邻的燃烧器。在第18、19燃烧器上各安装了两台火焰探测器，用于检测有无火焰，也可以判断那侧的燃烧器有问题。

2BPT偏差大故障原因分析

燃气轮机叶片通道温度测点安装在燃气轮机透平第4级叶片之后（环形布置共20支），能够间接反映燃烧室和透平叶片的运行状态，防止温度过高或温度变化趋势过快损伤燃烧室和透平叶片。由于燃气轮机叶片级数少，燃气流速快，燃烧室中燃料量的变化将迅速反映在BPT变化上。当个别燃烧器发生失火时，对应的BPT温度将发生较大的温度偏差。

M701F燃气轮机的燃料控制系统实际是由一个小选门和一个大选门构成（见图1）。小选门：燃气轮机在启动和并网过程中控制信号输出（CSO）由燃料控制信号输出（FLCSO）、转速控制信号输出（GVCSO）、负荷控制信号输出（LDCSO）、叶片通道控制信号输出（BPCSO）、排气温度控制信号（EXCSO）中的最小值决定的。启动开始时，选择FLCSO，升速至2880r/min时，选择GVCSO，并网后若选择LOADLIMIT方式则选择LDCSO，当进入温度控制方式时，选择BPCSO或EXCSO。燃气轮机在3000r/min定速前，FLCSO值最小，CSO由FLCSO决定，控制燃气轮机由点火转速(约700r/min)提速至额定转速。大选门：点火之前（MDO），CSO为-5%；点火时（FIRE），维持燃料量以取得可靠点燃；在加速（WUP）期间，维持燃料流量，防止火焰熄灭，并足以加速达到额定转速；加速后（MIN）快达到额定转速时，维持最低的燃料流量已防止火焰在瞬间操作期间熄灭。高选门的作用是防止CSO过分降低，而导致在工况变化过程期间熄火。

在燃气轮机启动前，CSO为-5%，当点火时，按照预设的一个比较大的CSO控制，可以可靠点火，点火成功后将进入加速（WUP）期，燃机转速将以预设的加速率进行升速，当转速约为1270r/min时，机组将切换至FLCSO控制，当转速约为2880r/min时，选择为GVCSO，直至3000r/min。

图1燃料最小选择限制控制框图

将2月14日的机组运行数据与2010年7月18日、2011年6月12日的运行数据进行比对分析，发现3号机（2012/02/14）在启动过程中由点火启动控制信号输出（WARMUPCSO）切换为FLCSO控制的机组转速约为1270r/min，与通常（约1050r/min）相比转速高。

后来经过调查分析得知，2月14日，运行操作员对3号机组的低压主汽调阀（LPCV）提前进行了手动干预，使得LPCV在机组转速约为705r/min时即被打开，而LPCV的正常开启时间应在机组转速约2000r/min时。

另外，1号机组和2号机组分别在2月7日、2月16日出现了与3号机相同的故障现象，都出现了燃烧器熄火及部分BPT偏差大的现象。查询了1、2号机组当日的历史数据，发现运行操作员也提前手动打开了低压主汽调阀。

综上所述，由于上述操作人员的误操作（将低压主汽调阀提前打开），遂令汽轮机提前进入蒸汽，机组转速及加速率上升过快，而在转速1000～1270r/min时的加速率已大于三菱F级燃气轮机使用手册中所规定的加速率，其结果导致燃气轮机控制系统WARMUPCSO无法切换为FLCSO控制。只有当实际的加速率与设计时的加速率一致时，才由WARMUPCSO切换为FLCSO控制。所以，LPCV提前打开，使FLCSO切换延迟，在燃料供给量一定时，由于机组转速上升，压气机吸气量增加，导致燃空比（F/A）下降从而引起燃烧器熄火。至于机组转速在2400r/min时，BPT恢复正常，认为此时熄火的燃烧器通过联焰管由正常运行的燃烧器引燃，再次复燃。

3结束语

三菱F701燃机自动控制逻辑已经与燃机的性能非常匹配，能够很好地满足机组的启停要求。作为用户在更改控制逻辑或操作模式时，应在全面了解机组性能的情况先进行试验。作为用户对机组性能了解还存在盲区，因此为了避免再次出现如上述相类似的机组故障，给机组带来不良影响，或者发生更为严重的设备损伤事故，希望在更改机组原有设定之前，应先知会生产厂家。在获得生产厂家确认许可后方可进行相关的设定变更。

参考文献：

[1]M701燃气-蒸汽联合循环机组运行与维护手册三菱资料

[2]杨顺虎.燃气-蒸汽联合循环发电设备及运行【M】.北京：中国电力出版社，2003.

[3]吴海滨.M701F燃气轮机主控制系统分析【J】.燃气轮机技术，2006，19（3）：14-16.