M701F燃氣—蒸汽聯合循環機組快速降負荷（RUNBACK）

摘 要：由于燃氣-蒸汽聯合循環機組主要設備故障造成機組實發功率受到限制時（協調控制系統在自動狀態），為適應設備出力，協調控制系統強制將機組負荷減到尚在運行的設備所能承受的負荷目標值。協調控制系統的該功能稱為燃機快速降負荷（RUN BACK），簡稱RB。故障嚴重時，燃機快速降負荷仍不能維持機組運行，則機組發自動停機指令自動停機。

關鍵詞：燃氣輪機 快速降負荷 RUN BACK

中圖分類號：U263 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0050-02

我廠采用以天然氣為燃料的350MW級的燃氣-蒸汽聯合循環機組，燃機、蒸汽輪機、發電機采用同軸布置，蒸汽輪機布置在燃氣輪機冷端及發電機之間。燃氣輪機選用為三菱M701F型，蒸汽輪機型號為TC2F -35.4inch，發電機由日本三菱電氣公司制造，型號MB-H，額定容量482MVA，額定電壓20kV，功率因數0.85，額定轉數3000r/min，額定頻率50HZ，采取全氫冷冷卻方式，余熱鍋爐型號為DG287/10.67/38.2/3.73/48.2/0.49-M102。當機組主要設備故障造成機組實發功率受到限制時（協調控制系統在自動狀態），為適應設備出力，協調控制系統強制將機組負荷減到尚在運行的設備所能承受的負荷目標值。協調控制系統的該功能稱為燃機快速降負荷（RUN BACK），簡稱RB。故障嚴重時，燃機快速降負荷仍不能維持機組運行，則機組發自動停機指令自動停機。

1 我廠#1燃機快速降負荷（RUN BACK）及自動停機介紹

當機組負荷＞60%時，且有#1燃機快速降負荷條件觸發時，機組將自動快速降負荷至50%。機組快速降負荷速率共有三種，分別為：（1）RUN BACK RATE（NORMAL）—速率為18.3MW/min。（2）RUN BACK RATE（MIDDLE）—速率為80MW/min。（3）RUN BACK RATE（V-FAST）—速率為400MW/min。

M701F型燃氣輪機邏輯設計中RUN BACK RATE（NORMAL）有兩種選擇方式，一種是18.3MW/min的固定速率；另一種是根據發電機輸出功率計算得出負荷變化速率，這種方式用于既有燃氣燃料系統又有燃油燃料系統的機組中，因我廠燃氣輪機未配有燃油燃料系統，所以我廠的RUN BACK RATE（NORMAL）為固定的18.3MW/min。

當機組有#1燃機自動停機條件觸發時，機組將按正常模式停機，即機組以18.3MW/min的速率降負荷到50%，后LPCV自動關閉到預設定的冷卻位置維持低壓缸冷卻蒸汽，執行正常停機程序。并且自動停機程序是不能被人為中斷的。

2 我廠#1燃機快速降負荷（RUN BACK）的條件

2.1 機組以RUN BACK RATE（NORMAL）速率快速降負荷條件有

2.1.1 轉子冷卻空氣溫度高RUN BACK

為了防止燃機轉子損壞，增加轉子冷卻空氣溫度高RUN BACK，當轉子冷卻空氣溫度高于235℃，延時5min后，RUN BACK條件觸發。

2.1.2 燃氣供氣溫度高RUN BACK

燃氣供氣溫度異常，溫度高時（FG-T＞ACTID：燃氣溫度-T＞0），RUN BACK條件觸發。其中T為230℃。

2.1.3 燃氣供氣溫度低RUN BACK

燃氣供氣溫度異常，溫度低時（FG-T＜ACTID：燃氣溫度-T＜-50），RUN BACK條件觸發。其中T是根據負荷函數計算出來的（如表1）。

2.1.4 燃機燃燒室冷卻空氣出口溫度高RUN BACK（未投入）

該條件為設有燃油燃料系統的機組所應具有條件，我廠沒有相應設備，固該條件未投入使用。

2.1.5 燃氣值班噴嘴吹掃異常RUN BACK（未投入）

該條件為設有燃氣值班噴嘴吹掃系統的機組所應具有條件，我廠沒有相應設備，固該條件未投入使用。

2.2 機組以RUN BACK RATE（MIDDLE）速率快速降負荷條件有

2.2.1 發電機定子線圈溫度高RUN BACK

為保證機組不受損壞。發電機定子繞組溫度共有6個測點，當任何一個測點溫度高于105℃時，將會發出發電機定子繞組溫度高報警。如果發電機定子繞組溫度6個測點有任意3個溫度高于105℃發出報警時，RUN BACK條件觸發（如表2）。

2.3 機組以RUN BACK RATE（V-FAST）速率快速降負荷條件有

2.3.1 余熱鍋爐RUN BACK（未投入）

當下列條件之一滿足時，RUN BACK條件成立。

（1）高、中、低壓水位高低限制值。

（2）高壓過熱器溫度超限。

（3）再熱器溫度超限。

對于余熱鍋爐RUN BACK我廠未投入使用，條件成立后，RUN BACK不會觸發。

2.3.2 燃燒器壓力波動大RUN BACK

燃燒器壓力波動保護是為了保護燃燒器過熱段受損。燃燒器壓力波動監測系統（CPFM）由20個動態壓力傳感器和4個加速度傳感器組成。CPFM保護共有3個設定值：報警、快速甩負荷和跳閘。當20個壓力波動傳感器中有2個的檢測值超過報警設定值，燃機快速降負荷。

2.3.3 循環水泵跳閘RUN BACK（未投入）

對于循環水泵跳閘RUN BACK我廠未投入使用，條件成立后，RUN BACK不會觸發。

2.3.4 WI（water injection）RUN BACK（未投入）

該條件應為注射水系統RUN BACK，是為設有燃油燃料系統的機組所應具有條件，我廠沒有相應設備，固該條件未投入使用。

2.3.5 燃氣供氣壓力低RUN BACK

如果燃氣供氣系統過濾器堵塞，燃氣系統泄露嚴重，天然氣調壓站出口壓力低，放氣閥誤開，供應閥調節故障，壓力開關、壓力變送器故障等問題都可能造成燃氣供氣壓力低。當燃氣供氣壓力低時（FG-P＜ACTID：燃氣供氣壓力-P＜0），RUN BACK條件觸發。其中P是根據負荷函數計算出來的。

（1）當燃氣輪機負荷＜230MW時，P= 2.9MPa。

（2）當230MW≤燃氣輪機負荷≤300MW時，P=（3×燃氣輪機負荷＋1340）÷700。

（3）當燃氣輪機負荷≥300MW時，P=3.2MPa（如表3）。

3 我廠#1燃機自動停機的條件

3.1 BPT葉片通道溫度偏差大自動停機

燃氣輪機葉片通道溫度（BPT）能夠間接反映燃燒器和燃氣輪機透平的運行狀態，防止溫度過高或溫度變化趨勢過快損傷燃燒器和透平葉片。由于燃氣輪機葉片級數少，燃氣流速快，燃燒器中燃料量的變化將迅速反映在BPT的變化上。長時間的BPT偏差，會造成葉片頻繁的受熱和冷卻，會造成疲勞，影響壽命。

我廠機組經過長期運行實踐，為了機組安全運行，多次對BPT葉片通道溫度變化報警進行更改。BPT葉片通道溫度共有20個溫度測點，BPT葉片通道溫度偏差是指某一個BPT溫度與BPT平均溫度的差值。其中BPT平均溫度是20個BPT溫度總和減去最大的一個和最小的一個后除以18。

當任意一個BPT葉片通道溫度偏差大于+70或小于-70，同時與其相鄰的兩個BPT葉片通道溫度中任意一個偏差值大于+60或小于-60，或者與其相鄰的兩個BPT葉片通道溫度滿足趨勢變化大自動停機（NEXT）邏輯條件（NO※※BPT TREND CHANGE AUTO STOP（NEXT））時，聯鎖燃機自動停機。其中NO※※BPT葉片通道溫度趨勢變化大自動停機（NEXT）邏輯條件為：設該點BPT溫度偏差為x，當滿足函數x-ex大于1或者小于-1時，邏輯條件滿足。

3.2 BPT葉片通道溫度趨勢變化大自動停機

燃氣輪機葉片通道溫度（BPT）能夠間接反映燃燒器和燃氣輪機透平的運行狀態，防止溫度過高或溫度變化趨勢過快損傷燃燒器和透平葉片。由于燃氣輪機葉片級數少，燃氣流速快，燃燒器中燃料量的變化將迅速反映在BPT的變化上。長時間的BPT偏差，會造成葉片頻繁的受熱和冷卻，會造成疲勞，影響壽命。

BPT葉片通道溫度共有20個溫度測點，BPT葉片通道溫度偏差是指某一個BPT溫度與BPT平均溫度的差值，其中BPT平均溫度是20個BPT溫度總和減去最大的一個和最小的一個后除以18。BPT葉片通道溫度趨勢變化是通過函數計算出來的：y=︱x-ex︱其中y為BPT葉片通道溫度趨勢變化，x為BPT葉片通道溫度偏差。而20個BPT葉片通道溫度趨勢變化的平均值即為平均BPT葉片通道溫度趨勢變化。

當任意一個BPT葉片通道溫度趨勢變化大于該點BPT葉片通道溫度趨勢變化規定值，同時與其相鄰的兩個BPT葉片通道溫度中任意一個偏差值大于+60或小于-60，或者與其相鄰的兩個BPT葉片通道溫度滿足趨勢變化大自動停機（NEXT）邏輯條件（NO ※※ BPT TREND CHANGE AUTO STOP（NEXT））時，聯鎖燃機自動停機。

其中（1）BPT葉片通道溫度趨勢變化規定值是通過函數計算出來的：

y=（40×x）/11+10 當0≤x≤3.3時

y=22 當3.3＜x≤10時

其中y為BPT葉片通道溫度趨勢變化規定值，x為平均BPT葉片通道溫度趨勢變化。

（2）NO※※BPT葉片通道溫度趨勢變化大自動停機（NEXT）邏輯條件為：設該點BPT溫度偏差為x，當滿足函數x-ex大于1或者小于-1時，邏輯條件滿足。

3.3 發電機定子線圈溫度高自動停機

（1）當發電機定子繞組溫度高—RUNB ACK后，經300s機組負荷沒有下降到50%，聯鎖燃機自動停機。正常情況機組快速降負荷速率為80MW/min，300s機組負荷應下降到50%，這種情況的出現，說明機組未執行RUNBACK程序，機組程序中存在問題。

（2）當發電機定子繞組溫度高—RUNB ACK，機組負荷下降到50%后，可是發電機定子繞組溫度高6選3的報警還沒復位，即最少還有3個發電機定子繞組溫度測點檢測溫度高于105℃時，聯鎖燃機自動停機。這時事故的最大可能性為發電機內部出現故障。

3.4 燃機加速度次序不完善自動停機

在燃機啟動過程中，由于燃料系統異常、啟動裝置異常或其他異常原因，會導致燃機無法達到額定轉速（3000rpm），影響燃機設備的安全運行。為避免這種異常狀況的發生，當滿足下列條件之一時，聯鎖燃機自動停機。

（1）燃機在點火后25min內未達到額定轉速。

（2）燃機在啟動過程中發生轉速異常下降（90rpm）。

（3）燃機在啟動過程中，轉速低于參考值并延時30s。

4 我廠曾發生過與機組快速降負荷及自動停機條件相關事故

自2006年我廠機組投運以來，曾發生多次機組快速降負荷及自動停機條件相關事故。原因主要為燃氣供氣壓力低，BPT葉片通道溫度偏差大及趨勢變化大，燃燒器壓力波動大。

燃氣供氣壓力低跳機事故，由于事故原因多為天然氣供應中斷，機組發快速降負荷命令，因供氣壓力馬上下降的跳機值，機組跳機。產生事故原因有設備本身存在缺陷，外界環境引起設備故障（如壓縮機變頻器因變頻器室灰塵較多引起變頻器跳閘），也有人為誤操作原因。

BPT葉片通道溫度偏差大問題也多次出現，BPT葉片通道溫度偏差與變化趨勢報保護參數值多次修改，最初設定值報警為20℃，快速降負荷為25℃，自動停機為30℃。最后與日本三菱公司經綜合分析，在不影響機組安全運行的情況下，將保護參數值定為上文所述參數。后機組未再發生相關事故。

曾經出現過三種原因引起的燃燒器壓力波動大問題。（1）設備故障。（2）天然氣成分變化，因天然氣供應管路改線施工后，由于施工工藝造成約4000m3氮氣無法放空，與天然氣混和局部形成氮氣段塞，氮氣含量比較高，機組燃燒不穩定；因雨雪由于天燃氣輪機壓氣機入口空氣濾網差壓大造成進入燃機的空氣流量減少，造成燃燒不穩定，引起燃燒振動。