9FA燃气轮机停机过程中压气机防喘放气阀故障分析及应对措施

9FA燃气轮机停机过程中压气机防喘放气阀故障分析及应对措施

卢旺先

（福建晋江天然气发电有限公司福建晋江362251）

摘要：文章介绍了9FA燃气轮机压气机防喘放气系统的作用、工作过程及相关逻辑保护；分析了停机中出现的异常情况，并提出相应的应对措施，为同类型电厂提供借鉴。

关键词：燃气轮机；压气机；喘振；防喘放气阀；故障分析；应对措施

引言

福建晋江燃气电厂一期建有4台S109FA350MW单轴燃气-蒸汽联合循环发电机组，燃机采用GE技术哈动力生产的PG9351FA型燃气轮机。机组从投运至今发生过多起因防喘放气阀故障而自动降负荷，甚至跳机的事故。本文通过介绍防喘放气系统的重要性及工作过程和相关保护，结合具体的故障案例，提出相应的应对措施。

19FA燃气轮机防喘阀介绍

1.1压气机喘振

所谓喘振，是压气机的一种不稳定工作状态。通常认为喘振发生与压气机通流部分中出现的气流脱离现象有密切关系。机组转速不同时，压气机发生喘振现象时所对应的最小流量的数值也是不同的，假如把这些不同转速下的这些喘振点连接成一条虚线，那么这条虚线就是压气机能否进行稳定工作的边界线，通常称之为“喘振边界线”，位于喘振边界线右侧的任何工况点都是可以稳定工作的，而在喘振线的左侧则不能稳定工作，在机组的实际运行中，绝不容许压气机运行在喘振工况，因为当压气机发生严重喘振时，压气机流量和压力就会发生大幅度的低频周期性波动，并伴随有怒吼似的喘振声响，甚至会有气流从压气机处倒流出来，使整台机组都产生强烈振动，往往会引起压气机叶片断裂现象发生，从而可能会进一步导致灾难性事故的发生。

1.2防喘系统组成

机组在启动工况和低转速工况下，流经压气机前几级的空气流量过小，以致会产生较大的正冲角，从而使压气机进入喘振工况，于是就设想在最容易进入喘振工况的某些级的后面，开启一个或几个旁通放气阀，迫使更多的空气流过放气阀之前的那些级，这样就可能避免在这些级中产生过大的正冲角，从而达到防喘的目的。如图1所示：PG9351FA机组配备有气动控制的防喘阀（VA2-1,2,3,4），将从第9级和第13级的抽气排放掉，这些阀能自动打开和关闭。启动时，三通电磁阀（20CB-1，2）处于失电状态，各自的气路不通，防喘阀的气动执行机构与大气相通，它们是全开的，当需要关闭时只要使电磁阀得电，打开各自的气路，从压气机排气抽口AD-1获得气压（需说明的是我厂气源使用的是仪用空气，气压较稳定)，接通防喘阀的气动执行机构，关闭防喘阀。VA2-1/2从压气机第9级抽气，排入燃气轮机扩压段，由20CB-1电磁阀控制；VA2-3/4从压气机第13级抽气，排入燃气轮机扩压段，由20CB-2电磁阀控制。并网成功时防喘阀关闭。停机过程，当机组解列时防喘阀打开。防喘阀的限位开关33CB-1/2/3/4，提供启动程序的允许逻辑和保证在启动时是全开的，并且提供报警。

图1

1.3防喘阀动作过程及保护相关逻辑：

1.3.1防喘阀动作情况：

（1）机组发启动令，且转速小于最小点火转速（即14HM为0）且无点火信号；

（2）在MKVI上点击防喘阀试验按钮（Test），且机组无点火信号；

以上两种情况防喘阀测试试验均会被激活，一旦激活，9级防喘放气阀先关闭，延时2S,13级关闭，20s后，试验结束，防喘阀全部开启。

（3）部分转速时：当机组转速上升至71%时，13级防喘阀关闭，机组转速上升至76%时，13级防喘阀开启；

（4）当机组并网时，9级/13级防喘阀均关闭，一旦机组解列后，防喘阀立即开启；

1.3.2防喘阀相关保护逻辑：

（1）机组发生以下情况会触发防喘阀位置故障-遮断：

①机组解列11S,转速小于95%，任一防喘放气阀开启故障（即在关位）；

②在防喘放气阀测试时，任一防喘放气阀位置故障或关闭故障；

③机组转速≥78%时，13级防喘放气阀未及时开启。

机组并网，延时11s,任一防喘放气阀位置故障或在开位，负荷会被限制，并缓慢下降（通过缓慢减小TNR），直至机组解列；

（2）若机组解列后，出现任一防喘阀开故障，将触发L94X_DEL置1，此时机组解列停机信号L94SD置0，即机组保持全速，因L94X_DEL置1信号自保持120S消失，即120s后L94X_DEL置0，L94SD重新置1，机组继续降负荷停机。

2防喘放气阀故障回顾

2018.10.08甲值中班，22:55接凋令执行#3机进行停机操作；23:09:40#3机组解列，23:09:43MARKVI报L94X_S_ALM“SHUTDOWNPAUSEDCOPBLDVLVPOSFAIL停机程序终止，防喘放气阀故障”、“L30CBC_ALMCOMPRESSORBLEEDVALVEFAILURETOOPEN防喘放气阀故障开故障”。23:10:10机组长王某发现MARKVI故障告警，检查MARKVI画面压气机13级防喘阀VA2-4在半开半关状态；机组维持全速空载，汇报值长，23:10:30值长立即通知热控人员现场处理；23:12:18机组全速空载2分钟后MARKVI发L4TMasterProtectivetrip，L86CBT_ALMCOMPBLEEDVALVEPOSTROUBLE-TRIP,转速降至2820rpm时燃机跳闸；

2.1原因分析

由前面逻辑中我们可以很清楚知道，机组解列后，因防喘阀VA2-4卡涩，导致开故障，机组全速空载信号L94X_DEL置1，由于故障仍在，2min后L94X_DEL又被置0，机组自动停机信号L94SD置1，机组继续降速停机，当机组转速下降低于95%，触发保护动作，燃机跳闸；故障发生后当班人员没有及时采取有效措施为检修人员赢得处理时间，导致失去最佳处理时机。

2.2应对措施

该逻辑块为机组停机信号，L94SD置1，机组正常降速停机，一旦置0，机组保持当前状态；由前面逻辑可知，当机组解列，若出现任一防喘阀开故障，将触发L94X_DEL置1，此时机组解列停机信号

L94SD暂时置0，即机组保持全速，因L94X_DEL置1信号自保持120S消失，即120s后L94X_DEL置0，L94SD重新置1，机组将继续降负荷停机。

如果我们在出现任一防喘阀开故障时，通过破坏A，即破坏正常停机信号，使A为0，此时即使L94X_DEL置1信号自保持120S消失，即120s后L94X_DEL置0，L94SD还是置0，机组将保持全速运行，这样机组就不会出现降速跳闸，同样也为检修人员赢得处理时间。通过查逻辑可知，当机组转速大于95%时，在MKVI上点击机组Start按键（即机组重发启动令）,可使A（L94X为0），这样就可以解决以上出现的问题。

3总结

当机组解列，运行人员发现任一防喘放气阀开故障时，机组维持全速2min,此时运行人员应在MKVI上启动画面，重发启动令，即可保持机组全速运行，然后立即通知热控人员处理，可避免机组非停。

参考文献

[1]清华大学热能工程系动力机械与工程研究所.燃气轮机与燃气—蒸汽联合循环装置[M].中国电力出版社，2007.8

[2]中国华电集团公司．《大型燃气---蒸汽联合循环发电技术丛书（设备及系统分册）》[M]．中国电力出版社.

作者简介

卢旺先，（1986~），男，龙岩人，工程师，长期从事燃机运行工作，现任福建晋江天然气发电有限公司发电部机组长。