燃氣輪機二氧化碳火災保護系統兩次誤動作分析

摘 要：文章詳細闡述了GE公司用于9E、9FA型燃氣輪機發電機組上的低壓CO2火災保護系統兩次誤動作的過程、原因分析，并對如何防止今后再發生類似誤動作所應采取的必要措施進行了探討。

關鍵詞：9E、9FA型燃氣輪機；CO2火災保護系統；誤動作；原因；防止；必要措施

1 系統功能簡介

GE公司用于9E、9FA型燃氣發電機組的低壓CO2滅火系統是由美國Chemetron公司生產的帶Micro 1-EV 型微處理器控制屏的自動滅火系統。該系統主要由三部分組成：（1）CO2模塊，見圖1；（2）機組各艙室內CO2輸送管道、噴嘴、熱敏式火災探測器，見圖2；（3）CO2模塊與機組各艙室之間的連接管道。

受CO2滅火系統保護的燃機艙室分為兩個區域：燃料模塊和透平間統稱為“1”區，燃氣輪機2號軸承通道稱為“2區”。由于兩個區域的環境溫度不同，熱敏火災探測器的溫度設定值也不同，“1區”燃料模塊CO2探頭溫度設定值：218℃，“1區”透平間CO2探頭溫度設定值：316℃，“2區”CO2探頭溫度設定值：385℃。“1區”共有10個探測器，分A、B兩組：45FT-1A、45FT-1B，45FT-2A、45FT-2B，45FT-3A、45FT-3B，45FA-6A、45FA-6B，45FA-7A、45FA-7B，“2區”共4個探測器，也分A、B兩組：45FT-20A、45FT-20B，45FT-21A、45FT-21B，采用4線制接線方式。當“1區”或“2區”A組內任一探測器溫度超過設定值動作，并且B組內也有任一探測器同時動作才會觸發CO2系統噴射。同時，在CO2控制盤、透平間兩側、燃料模塊外共布置有5個手動釋放按鈕，當任一按鈕按下，就能觸發系統噴射。系統噴射后，共有2條管路將CO2噴射到火災區，一根管路稱為初始釋放管，在1分鐘內，將相當于或超過火災艙室體積34%的CO2釋放到艙室中。另外，考慮到火災撲滅后暴露在高溫中的易燃物有再次復燃的可能性，另有一根CO2延續釋放管路，維持30分鐘的續噴射時間，從而將易燃物再次燃燒的可能性降到最低程度。

2 兩次動作過程概述

2.1 第一次動作情況

2012年6月27日凌晨2：15，2號燃機在334MW負荷時突然發生跳機，首出原因為CO2滅火系統保護動作（L45FTX）。現場檢查發現通往“2區”的CO2系統的閥門和管道上有明顯受冷結霜現象，確認CO2系統真實動作。在工程師站對跳閘原因進行分析，確認跳閘首出條件為燃機CO2滅火系統保護動作，立即到就地CO2系統控制柜對卡件進行檢查，發現盤內控制板存在如下的報警信息：CPA板卡上有代碼為“A-08”的報警，而CPB板卡上有代碼為“rCHg”的報警。

2.2 第二次動作情況

2013年8月21日，2號燃機穩定運行時（約312MW負荷），于16：46突然發生跳閘，MK VI工程師站查看首出原因為L45FTX1燃機火災報警保護動作，現場檢查也發現為CO2低壓滅火系統“1區”保護動作，就地CO2控制柜內“1區”卡件顯示故障碼A08，“1區”CO2噴射壓力開關45CP-1A處于動作狀態，通往“1區”的CO2系統閥門和管道上無明顯受冷結霜現象。

3 原因分析

3.1 第一次動作原因分析

當2號燃機跳閘以后，熱工人員趕赴現場，聽到了聲光報警系統正在發出警報，意味著故障依舊存在，因此立即檢查燃機艙和2瓦軸承區域的溫度曲線，信號走勢全部正常，機組跳閘前沒有發生過超溫情況的記錄，因此排除了相關區域著火的可能性。然后對CO2控制柜內對火災探測器的每一幅接點都進行了測量，也未發現有任何探測器動作，排除了火災探測器誤動的可能性。

隨后對CO2保護系統就地復位以后，故障信號馬上再次出現，這意味著故障仍然存在。于是開始懷疑現場的手動釋放按鈕是否存在問題。立即對現場5個手動釋放按鈕逐一進行檢查，結果發現了CO2控制柜門上“2區”的手動噴射按鈕在動作狀態（按鈕在銷子下面），而且還被保險銷鎖住。熱工人員對按鈕和保險銷結構進行了檢查，排除了保險銷鎖住時按鈕變位動作的可能性，只能是人為造成。

隨即將“2 區”手動釋放按鈕的插銷拔出，將按鈕推上，再插入插銷，并將45CP-2A壓力開關復位（動作后必須人工復位），再對整個系統進行復位，故障碼消除，4：37機組重新啟動成功。

3.2 第二次動作原因分析

事故發生后，在CO2控制柜內發現“1區”的板卡上有代碼為“A 08”的故障報警，通過查看圖紙資料，該報警信號取自于“1區”CO2噴射壓力開關45CP-1A，代表了“1區”已發生過CO2噴射。隨后打開控制柜邊上的電磁閥柜，發現“1區”噴射壓力開關45CP-1A處于動作過的狀態（該類型壓力開關為特殊設計，系統內沖壓時，開關內的活塞就會在壓力作用下將底部的一根復位桿頂出，必須在泄壓后經人工推入才能復位），此時現場CO2系統管道上并無明顯的積霜和掛水現象，似乎CO2未噴射過。將壓力開關復位桿推入，隨后在控制板上按“RESET”復位按鈕，“A 08”報警代碼消失。

隨后對柜門上及現場手動釋放按鈕進行檢查，未見異常。測量“1區”火災探測器的接點狀態，全都斷開。進入透平間和燃料模塊進行檢查，未見有著火的痕跡，但是發現燃機艙頂部的出風風道的重力擋板在關閉狀態。通過重力擋板和45CP-1A壓力開關的動作情況，可以確認“1區”的確發生過CO2噴射，而壓力開關的信號也會通過橫向保護，觸發MCC內相關風機的停役并產生一個橫向保護動作信號L45FTX1，使得MK VI控制系統發出跳閘指令。由此初步分析為CO2系統“1區”保護誤動作導致機組跳閘。

通過進一步排查發現在CO2滅火系統控制柜內底部有少量水漬，柜內頂部左側區域也有些許冷凝水珠掛下。柜內水漬形成原因分析如下：8月中旬因氣溫高導致汽機房頂部的88BT風機電機軸承經常超溫燒損，汽機分部用來冷卻軸承用的臨時敷設的噴水裝置造成的落水正好噴濺在該控制盤上部，雖然事后熱工人員立即對控制柜柜門進行了緊固并包上塑料布，但由于當時上部落水較大，只對柜門上指示燈進行檢查，并未打開柜門觀察內部，主要是擔心開門后會導致落水噴濺入柜內，造成板卡短路或誤動，因此有可能在緊固前已有部分冷卻水滲入柜內，等柜子密封后，這些水漬就被封在柜內，隨著周邊環境溫度的升高和降低，這些水漬就在柜內蒸發和冷凝，形成上述現象。因此，開始懷疑是冷凝滴水滴到相關接點上造成保護誤動，就此進一步分析。“1區”共有10個火災探測器，分成A、B兩組，按照程序，要兩組中各有一個探測器動作（接點閉合），才會觸發保護動作；“1區”現場手動按鈕共有4個，全部采用并聯接線方式送入柜內，任一按鈕動作（接點閉合）都將導致保護動作。通過試驗證明，上述兩種情況如果發生，必然導致控制卡件面板上留有“rCH9”的報警指示（需復位后才會消失），而跳機后熱工人員第一時間趕至現場時未見此報警。而這種情況下一定會導致噴射程序的啟動，而該程序又會送一個“94F1B”（代表1區保護信號觸發）的報警信號到MK VI控制系統中，但從跳閘歷史事件記錄中未見此報警。而且噴射程序一旦啟動，噴射就會按照設定時間執行，除非在30秒預警期間內輸入信號消失且人工進行復位，否則噴射程序無法中斷。因此可以排除輸入回路（火災探測器和手動按鈕）因滴水短路導致的CO2噴射程序啟動的可能性。endprint

接下來的試驗發現如果噴射電磁閥或者其驅動的導向閥自行動作也可以導致系統動作，而在這種情況下，因為噴射并不是控制器卡件程序觸發的，所以在卡件和計算機系統中都不會記錄到保護動作信息，只會留下噴射壓力開關45CP-1A動作的記錄，由此產生L45FTX1的橫向保護信號，并在面板上給出“A08”的報警代碼。而且這種情況下，只要觸發機制消失，噴射就會立即停止。噴射電磁閥和導向閥自行動作有兩種可能性：一是電磁閥得到24V電源，但是該電源來自于卡件右側的輸出通道，即便是水珠掉落造成端子間短路，也不可能導致卡件無端給電磁閥送電，而且通過試驗證明如果通過短路線直接給輸出端子送電的話，電磁閥的確會動作，但是控制器卡件上會給出一個“F 26”的報警信息，表明電磁閥輸出回路故障，如果輸出回路任何一根線接地，控制器上也會同樣給出一個代碼為“F 38”報警信息，表明回路有接地。而機組跳閘后控制面板上并無此類報警，因此也可以排除該可能性。

另一種可能性是通過電磁閥柜內的導向閥人工操作手柄（后備的手動操作方式）拉動噴射電磁閥驅動的導向閥，將會導致上述情況的發生。而且噴射時，45CP-1A壓力開關檢測到CO2的釋放壓力會在卡件上留下“A 08”的報警，并促發橫向保護動作，這個試驗的結果與跳機時所發生的現象和相關的記錄是完全吻合的。

此外，這次保護動作時CO2罐體內液位指示下降不明顯，燃機艙溫度也未見明顯下降，跳機后反而因為風機停用而溫度上升。因此認為即便發生了噴射，維持的時間也非常短暫。按照GE公司的有關資料介紹，如果是程序導致的保護動作，首先發出30秒的聲光報警通知人員撤離，然后“1區”CO2初噴電磁閥和續噴電磁閥同時動作1分鐘，接著初噴電磁閥失電，續噴電磁閥再維持29分鐘。但在模擬試驗中發現，目前初噴的時間只有0.2分鐘，續噴的時間為1分鐘。此情況應該是在基建調試階段GE工程師在進行設備現場調試時為了縮短調試時間，極有可能將控制器內的設定時間常數做了縮短，調試結束后工程師忘記將時間常數恢復。而熱工人員在日常維護時，只是按照圖紙測試了各項保護的動作功能，驗證火災探測器、電磁閥、按鈕、閉鎖開關、聲光報警、壓力開關、系統回路動作正確，并未對電磁閥動作后維持的時間進行測試，而認為程序內設定的時間應該與說明書一致。而且從機組投產至今，每次檢修在系統試轉和試驗時，運行部和相關設備部門也從未安排過CO2滅火系統的實際動作試驗，因此導致了該情況的發生。

4 防范措施

針對以上兩次CO2火災保護系統的誤動作，我們采取了積極有效的整改措施，杜絕今后再有類似情況的發生：

（1）在CO2滅火系統就地控制柜上的手動釋放按鈕和復位按鈕旁貼上醒目的中文銘牌（原只有英文標識），并在現場5個手動釋放按鈕的保險銷及電磁閥柜內的導向閥人工操作手柄上制作鉛封，每次檢修試驗動作后都需重新制作。

（2）在CO2滅火系統就地控制柜和現場共5個手動釋放按鈕上制作防護罩，防止無關人員誤碰。

（3）考慮到今后夏天88BT風機還有需冷卻噴水的可能性，為CO2低壓滅火系統控制柜制作防雨檐，避免落水沿柜頂的細縫進入柜內，將盤柜搭扣鎖緊，并在柜子上方搭設防雨布。

（4）檢查并修改好“1”區和“2”區CO2噴射時間，初噴1分鐘，續噴30分鐘，完善CO2低壓滅火系統靜態試驗校驗卡，補充對相關時間參數的檢查記錄。

（5）加強技術培訓，日常設備維護時加大檢查力度，一旦發現有開路、接地等報警情況及時采取有效措施進行處理。每次檢修時對所有火災探測器及耐高溫電纜都要進行絕緣測試，一旦發現絕緣不合格的情況立即更換探測器及電纜。

（6）聯系相關部門安排CO2低壓滅火系統的實際動作試驗，驗證該系統各項功能的完整性，并檢查相關設備的健康狀態，確保系統動作正常。

參考文獻

[1]GE Operation and Maintenance Manual[Z].

[2]Chemetron Fire Systems Installation and Operation Manual[Z].

作者簡介：朱俊（1982-），男，漢族，江蘇蘇州人，助理工程師，本科學歷，江蘇華電望亭發電廠燃控班副班長，從事9FA燃機檢修和維護方面的技術工作。endprint

接下來的試驗發現如果噴射電磁閥或者其驅動的導向閥自行動作也可以導致系統動作，而在這種情況下，因為噴射并不是控制器卡件程序觸發的，所以在卡件和計算機系統中都不會記錄到保護動作信息，只會留下噴射壓力開關45CP-1A動作的記錄，由此產生L45FTX1的橫向保護信號，并在面板上給出“A08”的報警代碼。而且這種情況下，只要觸發機制消失，噴射就會立即停止。噴射電磁閥和導向閥自行動作有兩種可能性：一是電磁閥得到24V電源，但是該電源來自于卡件右側的輸出通道，即便是水珠掉落造成端子間短路，也不可能導致卡件無端給電磁閥送電，而且通過試驗證明如果通過短路線直接給輸出端子送電的話，電磁閥的確會動作，但是控制器卡件上會給出一個“F 26”的報警信息，表明電磁閥輸出回路故障，如果輸出回路任何一根線接地，控制器上也會同樣給出一個代碼為“F 38”報警信息，表明回路有接地。而機組跳閘后控制面板上并無此類報警，因此也可以排除該可能性。

另一種可能性是通過電磁閥柜內的導向閥人工操作手柄（后備的手動操作方式）拉動噴射電磁閥驅動的導向閥，將會導致上述情況的發生。而且噴射時，45CP-1A壓力開關檢測到CO2的釋放壓力會在卡件上留下“A 08”的報警，并促發橫向保護動作，這個試驗的結果與跳機時所發生的現象和相關的記錄是完全吻合的。

此外，這次保護動作時CO2罐體內液位指示下降不明顯，燃機艙溫度也未見明顯下降，跳機后反而因為風機停用而溫度上升。因此認為即便發生了噴射，維持的時間也非常短暫。按照GE公司的有關資料介紹，如果是程序導致的保護動作，首先發出30秒的聲光報警通知人員撤離，然后“1區”CO2初噴電磁閥和續噴電磁閥同時動作1分鐘，接著初噴電磁閥失電，續噴電磁閥再維持29分鐘。但在模擬試驗中發現，目前初噴的時間只有0.2分鐘，續噴的時間為1分鐘。此情況應該是在基建調試階段GE工程師在進行設備現場調試時為了縮短調試時間，極有可能將控制器內的設定時間常數做了縮短，調試結束后工程師忘記將時間常數恢復。而熱工人員在日常維護時，只是按照圖紙測試了各項保護的動作功能，驗證火災探測器、電磁閥、按鈕、閉鎖開關、聲光報警、壓力開關、系統回路動作正確，并未對電磁閥動作后維持的時間進行測試，而認為程序內設定的時間應該與說明書一致。而且從機組投產至今，每次檢修在系統試轉和試驗時，運行部和相關設備部門也從未安排過CO2滅火系統的實際動作試驗，因此導致了該情況的發生。

4 防范措施

針對以上兩次CO2火災保護系統的誤動作，我們采取了積極有效的整改措施，杜絕今后再有類似情況的發生：

（1）在CO2滅火系統就地控制柜上的手動釋放按鈕和復位按鈕旁貼上醒目的中文銘牌（原只有英文標識），并在現場5個手動釋放按鈕的保險銷及電磁閥柜內的導向閥人工操作手柄上制作鉛封，每次檢修試驗動作后都需重新制作。

（2）在CO2滅火系統就地控制柜和現場共5個手動釋放按鈕上制作防護罩，防止無關人員誤碰。

（3）考慮到今后夏天88BT風機還有需冷卻噴水的可能性，為CO2低壓滅火系統控制柜制作防雨檐，避免落水沿柜頂的細縫進入柜內，將盤柜搭扣鎖緊，并在柜子上方搭設防雨布。

（4）檢查并修改好“1”區和“2”區CO2噴射時間，初噴1分鐘，續噴30分鐘，完善CO2低壓滅火系統靜態試驗校驗卡，補充對相關時間參數的檢查記錄。

（5）加強技術培訓，日常設備維護時加大檢查力度，一旦發現有開路、接地等報警情況及時采取有效措施進行處理。每次檢修時對所有火災探測器及耐高溫電纜都要進行絕緣測試，一旦發現絕緣不合格的情況立即更換探測器及電纜。

（6）聯系相關部門安排CO2低壓滅火系統的實際動作試驗，驗證該系統各項功能的完整性，并檢查相關設備的健康狀態，確保系統動作正常。

參考文獻

[1]GE Operation and Maintenance Manual[Z].

[2]Chemetron Fire Systems Installation and Operation Manual[Z].

作者簡介：朱俊（1982-），男，漢族，江蘇蘇州人，助理工程師，本科學歷，江蘇華電望亭發電廠燃控班副班長，從事9FA燃機檢修和維護方面的技術工作。endprint

接下來的試驗發現如果噴射電磁閥或者其驅動的導向閥自行動作也可以導致系統動作，而在這種情況下，因為噴射并不是控制器卡件程序觸發的，所以在卡件和計算機系統中都不會記錄到保護動作信息，只會留下噴射壓力開關45CP-1A動作的記錄，由此產生L45FTX1的橫向保護信號，并在面板上給出“A08”的報警代碼。而且這種情況下，只要觸發機制消失，噴射就會立即停止。噴射電磁閥和導向閥自行動作有兩種可能性：一是電磁閥得到24V電源，但是該電源來自于卡件右側的輸出通道，即便是水珠掉落造成端子間短路，也不可能導致卡件無端給電磁閥送電，而且通過試驗證明如果通過短路線直接給輸出端子送電的話，電磁閥的確會動作，但是控制器卡件上會給出一個“F 26”的報警信息，表明電磁閥輸出回路故障，如果輸出回路任何一根線接地，控制器上也會同樣給出一個代碼為“F 38”報警信息，表明回路有接地。而機組跳閘后控制面板上并無此類報警，因此也可以排除該可能性。

另一種可能性是通過電磁閥柜內的導向閥人工操作手柄（后備的手動操作方式）拉動噴射電磁閥驅動的導向閥，將會導致上述情況的發生。而且噴射時，45CP-1A壓力開關檢測到CO2的釋放壓力會在卡件上留下“A 08”的報警，并促發橫向保護動作，這個試驗的結果與跳機時所發生的現象和相關的記錄是完全吻合的。

此外，這次保護動作時CO2罐體內液位指示下降不明顯，燃機艙溫度也未見明顯下降，跳機后反而因為風機停用而溫度上升。因此認為即便發生了噴射，維持的時間也非常短暫。按照GE公司的有關資料介紹，如果是程序導致的保護動作，首先發出30秒的聲光報警通知人員撤離，然后“1區”CO2初噴電磁閥和續噴電磁閥同時動作1分鐘，接著初噴電磁閥失電，續噴電磁閥再維持29分鐘。但在模擬試驗中發現，目前初噴的時間只有0.2分鐘，續噴的時間為1分鐘。此情況應該是在基建調試階段GE工程師在進行設備現場調試時為了縮短調試時間，極有可能將控制器內的設定時間常數做了縮短，調試結束后工程師忘記將時間常數恢復。而熱工人員在日常維護時，只是按照圖紙測試了各項保護的動作功能，驗證火災探測器、電磁閥、按鈕、閉鎖開關、聲光報警、壓力開關、系統回路動作正確，并未對電磁閥動作后維持的時間進行測試，而認為程序內設定的時間應該與說明書一致。而且從機組投產至今，每次檢修在系統試轉和試驗時，運行部和相關設備部門也從未安排過CO2滅火系統的實際動作試驗，因此導致了該情況的發生。

4 防范措施

針對以上兩次CO2火災保護系統的誤動作，我們采取了積極有效的整改措施，杜絕今后再有類似情況的發生：

（1）在CO2滅火系統就地控制柜上的手動釋放按鈕和復位按鈕旁貼上醒目的中文銘牌（原只有英文標識），并在現場5個手動釋放按鈕的保險銷及電磁閥柜內的導向閥人工操作手柄上制作鉛封，每次檢修試驗動作后都需重新制作。

（2）在CO2滅火系統就地控制柜和現場共5個手動釋放按鈕上制作防護罩，防止無關人員誤碰。

（3）考慮到今后夏天88BT風機還有需冷卻噴水的可能性，為CO2低壓滅火系統控制柜制作防雨檐，避免落水沿柜頂的細縫進入柜內，將盤柜搭扣鎖緊，并在柜子上方搭設防雨布。

（4）檢查并修改好“1”區和“2”區CO2噴射時間，初噴1分鐘，續噴30分鐘，完善CO2低壓滅火系統靜態試驗校驗卡，補充對相關時間參數的檢查記錄。

（5）加強技術培訓，日常設備維護時加大檢查力度，一旦發現有開路、接地等報警情況及時采取有效措施進行處理。每次檢修時對所有火災探測器及耐高溫電纜都要進行絕緣測試，一旦發現絕緣不合格的情況立即更換探測器及電纜。

（6）聯系相關部門安排CO2低壓滅火系統的實際動作試驗，驗證該系統各項功能的完整性，并檢查相關設備的健康狀態，確保系統動作正常。

參考文獻

[1]GE Operation and Maintenance Manual[Z].

[2]Chemetron Fire Systems Installation and Operation Manual[Z].

作者簡介：朱俊（1982-），男，漢族，江蘇蘇州人，助理工程師，本科學歷，江蘇華電望亭發電廠燃控班副班長，從事9FA燃機檢修和維護方面的技術工作。endprint