电厂燃汽轮机组系统调试问题与完善思路

电厂燃汽轮机组系统调试问题与完善思路

王晓阳

广州粤能电力科技开发有限公司  510075

【摘要】电厂燃汽轮机组是电力行业的核心设备之一，以布雷顿循环为理论基础，通过绝热压缩、定压吸热、绝热膨胀、定压放热等过程负责将燃料的热能高效转化为电能。系统调试是确保燃汽轮机组整机启动及正常运行的关键步骤，它涉及到多个方面，包括机组的物理安装、设备连接、仪表校准以及系统性能测试等。本文将以西门子公司4000F型燃汽轮机组为例，从燃汽轮机组系统调试过程中的常见问题以及完善思路等方面进行探讨和分析，以期为电厂燃汽轮机组的系统调试提供一定的参考和指导。

【关键词】电厂燃汽轮机组；系统调试；问题分析；完善思路

引言

电厂燃汽轮机组是电力工业中重要的设备，其系统调试质量直接关系到电厂的安全稳定运行和经济效益。然而，在实际的系统调试过程中，常常会遇到各种各样的问题，如调试流程不清晰、设备功能异常、调试难度大等，这些问题如不解决不仅会拖延调试进度带来经济损失，还可能对电厂的安全生产造成威胁。因此，对于电厂燃汽轮机组的调试问题，需要进行系统性的研究和完善。

1 电厂燃汽轮机组系统调试分析

1.1燃气轮机组润滑油、顶轴油系统及盘车装置调试

燃机润滑油系统主要由主、辅交流润滑油泵、直流事故油泵、顶轴油泵、冷油器、滤油器及调温装置等组成。燃机盘车装置安装在压气机轴承箱内，由外壳、液压马达、主动小齿轮、从动小齿轮和液压油缸等主要部件组成。

燃机润滑油系统调试从各类油泵单体调试结束、润滑油油循环结束油质合格后的动态交接验收开始，包括联锁保护试验、各类油泵带负荷试运、盘车装置调试和投用以及整个系统投运及动态调整等项目，并检查测试，确保系统性能稳定可靠。

1.2燃气轮机组压气机水洗系统调试

压气机水洗系统由水洗箱、水洗泵、插桶泵、过滤器、射流喷嘴、雾化喷嘴、除盐水补水管等组成。当燃气轮机工作较长时间后，或在空气污染程度比较严重的环境之中，由于吸入的空气过滤不净，就会使压气机的通流部分逐渐积垢或积盐，致使压气机的压缩比和效率下降，叶片还会因积盐而逐渐腐蚀。为了解决上述问题，除了必须在压气机的入口处加装空气过滤器外，需配备压气机的在线和离线水洗装置。在运行中或停机后，对压气机进行清洗。

燃机水洗系统调试要求除盐水系统调试完毕，从水洗泵单体调试结束后的动态交接验收开始，包括系统阀门传动、设备联锁保护试验、系统水冲洗以及系统试喷及投运动态调整等项目。

1.3燃气轮机控制油系统调试

燃机控制油系统由液压油箱、两台交流主油泵、两台循环泵、两台冷却风扇、两个液压油蓄能器、进油管过滤器、回油管滤油器、空气冷油器的联合冷却清洁回路、保护装置和仪表组成。控制油系统主要为带紧急关断功能的预混天然气控制阀、带紧急关断功能的值班天然气控制阀、天然气紧急关断阀（ESV）、可调的进口导向叶片IGV提供液压驱动油。

系统调试从控制油主油泵、控制油循环泵、冷却风扇单体调试结束，油循环油质合格后的交接验收开始，包括联锁保护试验、控制油泵试运行、系统投运及动态调整等项目。

1.4燃气轮机HCO油系统调试

燃机透平液压间隙优化系统（HCO系统）主要由两台100％容量的泵、过滤器、囊式蓄能器、分别安装在燃机推力轴承工作面与非工作面的液压推动装置以及控制模块和相关测点等组成。HCO系统的作用是在燃气轮发电机组稳定运行且完全预热后，液压装置推动转子向压气机方向移动，转子由副推位置移动至主推位置。减少燃机透平叶顶漏气损失，提高燃气轮机效率。

燃机HCO系统调试要求润滑油系统调试完毕，从HCO油泵单体调试结束后的动态交接验收开始，包括联锁保护试验、系统冲洗以及系统投运及动态调整等项目。

1.5燃气轮通风和冷却系统调试

燃机罩壳通风系统由3台50%容量的罩壳风机、罩壳风机压差开关、罩壳通风挡板、罩壳风机入口风温、流量开关组成，罩壳风机压差开关监测单台风机工作情况，罩壳风机入口流量监测整个系统工作情况，罩壳通风挡板由电动执行器开启、弹簧力关闭。

燃机通风和冷却系统调试包括罩壳通风挡板、测点验收，罩壳通风风机的联锁保护试验、风机试转、系统投运及动态调整等项目。

1.6燃气轮机进、排气系统调试

压气机进气系统包括空气过滤器、进气室（消音器、导流板、进气联箱）等设备。燃气轮机排气温度保护系统由26个热电偶组成：20个热电偶探测透平热通道的烟气温度，6个热电偶探测排气道的排气温度。为提高气动加速性能和压气机喘振裕度并最大限度减小启动或停机运行期间喘振的可能性，燃气轮机安装有可调的进口导向叶片(IGV)和压气机抽气阀。二者一起调节机组启动或停机期间压气机空气流量和压力。机组运行时根据速度和负载的情况，调节IGV的位置，能有效提高燃机部分负荷运行时的联合循环效率[1]。排气系统通过膨胀节与余热锅炉连接，其作用是将燃气轮机的排气引入余热锅炉。

燃机进、排气系统调试要求进、排气模块安装完毕，从安装结束后的动态交接验收开始，包括冲进气过滤器、IGV室及排气系统调整以及系统投运及动态调整等项目。

1.7燃气轮机冷却及密封系统调试

燃气轮机冷却空气系统包括燃气轮机透平热部件冷却空气系统与轴承密封空气系统，采用开式冷却系统，即从压气机相应抽气点抽取冷却空气，输送到透平叶片、转子和气缸等各部位进行冷却、密封，后排入透平通道的燃气中。其优点是系统比较简单，结构上容易实现，缺点是引用了部分经过压气机压缩的空气，会带来额外损失和作功量的减少燃机冷却空气系统主要功能是对燃气透平高温通道中的高温部件进行冷却，此外还可以冷却燃烧室遮热板、燃气透平的机壳并且能够提供燃气透平、压气机轴承密封所用的空气，平衡燃气轮机部分轴向推力。

燃机冷却及密封系统调试包括冷却空气调节阀静态调试、联锁保护试验、阀门内窥检查、系统投运及动态调整等项目。

1.8燃气轮机天然气前置模块系统调试

天然气前置模块主要由前置模块进口隔离阀、涡轮流量计、天然气加热器、精滤出口隔离阀、放散阀组成。流量计量装置用于监测及统计机组天然气的流量，天然气温度控制系统可以在燃气轮机带额定负荷下，将天然气加热到大约200℃，分离过滤装置则是用于过滤掉燃气中大颗粒异物及水滴。当燃气轮机长期停运后，通过排空系统排除燃料截止阀下游管线内的天然气，如果燃料截止阀泄露，天然气也可通过排空系统排除，防止其进入燃气轮机及余热锅炉。充氮系统在天然气供给系统需要维修时向系统充氮。

燃机燃气前置模块调试要求给水系统、压缩空气系统调试完毕，包括联锁保护试验、系统冲洗、气体置换以及系统投运及动态调整等项目。

1.9 燃气轮机罩壳二氧化碳灭火控制系统调试

燃气轮机设置独立的罩壳二氧化碳灭火控制系统，二氧化碳钢瓶组和火灾报警控制盘均设在零米层，属于全厂消防系统的一部分。主要设备有高压二氧化碳气瓶组、气瓶的启动装置、气体管路和喷嘴、火灾报警探测器、频闪装置和报警器、手动释放延时按钮、手动释放按钮、状态指示器等[2]。一旦在燃气轮机罩壳内发生火灾，燃气轮机罩壳二氧化碳灭火系统立即释放二氧化碳气体，同时关闭燃气轮机罩壳挡板，停运所有罩壳风机，将二氧化碳气体释放在罩壳内，使罩壳内氧量从21%减少至15%以下，达到灭火的目的。

罩壳二氧化碳灭火控制系统调试包括各种联锁保护及报警装置动作正常。

2 电厂燃汽轮机系统调试中存在的问题

2.1燃气轮机抬轴试验抬轴高度不平衡的问题

抬轴试验是保证机组安全稳定运行必不可少的调试操作，但在安装调试过程中，可能会出现各瓦大轴抬起高度或高或低、手动盘车无法盘动等问题，而贸然“行车”临时解决后再次启动时该问题依旧无法消除，最终导致燃汽轮机盘车不稳定，盘车时有卡涩并伴有明显的金属摩擦声或“抱死”等问题。

2.2燃气轮机组无润滑油压低联锁停盘车问题

盘车是机组启停必不可少的重要操作之一，西门子公司4000F型燃气轮机组无润滑油压低联锁停盘车逻辑，使机组的安全运行存在隐患。一旦发生润滑油压低，而自动盘车继续连续运转，就极有可能因油压低破坏油膜，使轴和轴瓦直接摩擦，造成轴瓦乌金材料损坏甚至造成机组振动大等问题[3]。

2.3燃气轮机直流润滑油泵油压低电气硬联锁启动问题

在机组故障使机组的润滑油压低于某一极限值而交流低压油泵没有联动启动，或是电气方面失去交流电源，低压交流油泵无法投入工作的时候，为保证机组能够安全的停下来，此时启动直流油泵为机组提供润滑油压。为确保其启动，直流油泵应有独立于分散控制系统的硬接线操作回路。永安热电鼎湖项目中西门子公司4000F型燃气轮机润滑油系统直流油泵油压低硬接线送电气控制柜直接联启条件为：润滑油母管油压低开关动作且转速＞0.11Hz。但转速信号由TCS发出，如果TCS转速信号出现传输异常或对应的继电器回路发生异常如继电器损坏等，则直流油泵无法顺利联锁启动，可能引发断油磨瓦事故，威胁设备安全。

2.4燃气轮机组轴向位移不稳定问题

为减少燃机透平叶顶漏气损失，提高燃气轮机效率。永安热电鼎湖项目中西门子公司4000F型燃汽轮机组采用两台100％容量的HCO油泵，在燃气轮发电机组完全预热稳定运行后，液压装置推动转子向压气机方向移动，将转子由副推位置移动至主推位置。但在此过程中，经常会出现轴向位移因大轴抖动而不稳定的问题，对机组安全稳定运行造成潜在的威胁。

3 电厂燃汽轮机组系统调试的完善思路

3.1燃气轮机抬轴试验抬轴高度不平衡问题的完善措施

在燃汽轮机组抬轴试验过程中，抬轴高度对于盘车的平稳运行至关重要。为了确保盘车正常运行，可以采取先与安装及厂家确认大轴的弯曲特性及重量分布，然后在抬轴过程中适当调整各瓦处的顶轴油压力等方法，以保证抬轴时各瓦处的顶起高度符合厂家及设计要求。以永安热电鼎湖项目中西门子公司4000F型燃气轮机组抬轴试验为例，初期在抬轴过程中出现透平端轴承两侧压力不平衡，各瓦抬起高度不平衡，且手动盘车不动，临时处理后，虽然试验时可以手动盘车但隔一天再次启动问题依旧存在。为彻底解决此问题，与安装单位及西门子厂家确认该轴的弯曲曲线为“船型”且两端重量稍重，透平端最重。调整顶轴油母管溢流阀溢流压力、整定各瓦分配压力后，顶起高度符合厂家及技术要求标准，手动盘车轻松灵活，具体数据详见下表。

3.2燃气轮机组无润滑油压低联锁停盘车问题完善措施

机组无润滑油压低联锁停盘车，可能会引起乌金材料超温损坏、机组振动大等诸多问题，威胁设备的安全。连续盘车的目的是避免大轴因受热不均而使转子发生弯曲变形，当润滑油压低停自动盘车时，可在温度允许范围内，采取手动盘车、定时盘车等多种安全措施，而无油压低停盘车逻辑，当润滑油压低后，连续盘车则极有可能导致轴瓦乌金材料损坏。因此，建议增加润滑油压低联锁停盘车逻辑。以永安热电鼎湖项目西门子公司4000F型燃机机组为例，其联锁停盘车逻辑如下图所示。

3.3燃气轮机直流润滑油泵油压低电气硬联锁启动问题完善措施

为保证机组的安全稳定运行，防止断油磨瓦事故的发生。在安装调试阶段，应确保交、直流润滑油泵可以顺利联锁启动。永安热电鼎湖项目中西门子公司4000F型燃气轮机润滑油系统直流油泵油压低硬接线送电气控制柜联锁启动存在的安全隐患，主要原因在于引入TCS转速信号且该信号由相应的继电器回路进行传送，其联锁启动逻辑如下图所示。当TCS转速信号出现传输异常或对应的继电器回路发生异常时，则不会联锁启动直流油泵。因此建议取消转速＞0.11Hz的转速条件及取消继电器回路并采取硬接线直连的处理措施。

3.4燃气轮机组轴向位移不稳定问题完善措施

机组轴向位移数值稳定对于机组的安全运行是十分必要的，西门子公司基于以往的设备运行参数并结合大量的试验数据，对HCO系统进行了改造，并在永安热电鼎湖项目正式投用。在原有的HCO系统基础上，从蓄能器出口母管处加接一路供油管路。该供油管路接至主推、副推侧供油活塞油腔。利用一个减压阀控制油压及一个安全阀保证活塞油腔室油压不超过设定值，用于平衡主、副推工作面活塞腔室的压差，用以解决移动过程中大轴发生的“抖动”现象，以达到轴向位移相对稳定、保证机组的安全稳定运行的目的。具体布置如下图所示，其中黑色部分为原有HCO系统管路，蓝色部分为后续改造管路。

4 结束语

电厂燃汽轮机组的系统调试是一个复杂而关键的过程，它直接关系到整体调试进度、质量及电厂设备的正常运行。在进行系统调试工作时要注重细节，遵循科学的系统调试流程，确保系统调试的安全性、高效性和可靠性。在系统调试完成后，还应当进行系统性能试验。通过性能试验，可以进一步检验机组的各个系统是否协调工作，是否稳定和安全。只有经过认真细致的系统调试工作，才能确保机组的正常运行，为实现电力供应的安全、可靠和高效做出贡献。

参考文献：

[1]刘明昊,张楹,何磊,崔耀欣.西门子联合循环电厂进气系统调试[J].热力透平,2008,(01):68-70.

[2]王信德;陈勇根.9FA燃机CO_2灭火系统的安装与调试[J].电力建设,2006,(09):53-55.

[3]王天伦.联合循环电站燃气轮机调试运行问题和建议[J].大众标准化,2022,(24):160-162.