9FA型燃氣輪機防喘放氣閥故障原因分析及解決對策

摘要：9FA型燃氣輪機為重載、單軸、快裝式機組，軸流式壓氣機從外界吸入空氣并使之增壓，同時空氣溫度也相應升高，壓送到燃燒室的空氣與燃料噴嘴噴入的經處理過的天然氣混合、燃燒，產生高溫高壓的氣體進入透平做功。文章闡述了GE公司9FA型燃氣輪機發電機組上防喘放氣閥的故障現象、故障原因以及所采取的防范措施。

關鍵詞：9FA型燃氣輪機；防喘放氣閥；放氣閥故障；軸流式壓氣機；空氣溫度 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK471 文章編號：1009-2374（2016）26-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.031

1 防喘放氣閥簡介

9FA型燃氣輪機由美國GE公司制造，為重載、單軸、快裝式機組，軸流式壓氣機從外界吸入空氣并使之增壓，同時空氣溫度也相應升高，壓送到燃燒室的空氣與燃料噴嘴噴入的經處理過的天然氣混合、燃燒，產生高溫高壓的氣體進入透平做功。壓氣機在運行過程中，當進入壓氣機的空氣容積流量減少到某一個數值后，壓氣機就不能穩定工作，這時壓氣機中的空氣會強烈的脈動，壓比也會隨之上下波動，同時還伴有低頻、狂風般的怒吼聲，使壓氣機產生比較劇烈的振動，這種現象就是喘振。為避免喘振現象發生，9FA型燃機除了采用可轉導葉外，還在壓氣機第9級、第13級后各布置有2個防喘放氣閥，分別從壓氣機第9級、第13級抽氣排入燃氣輪機擴壓段。這些閥門通過MK6控制邏輯自動打開和關閉。機組啟動時，三通電磁閥（20CB-1、20CB-2）處于失電狀態，4個防喘閥全開，當機組轉速超過額定轉速的95%且并網成功后，4個防喘放氣閥立即關閉。當防喘放氣閥打開時，燃機的運行線將遠離壓氣機的喘振邊界線，擴大了機組的穩定工作范圍。

2 防喘放氣閥的控制原理

防喘放氣閥是兩位式氣動執行機構，三通電磁閥：20CB-1（控制9級兩個防喘閥）、20CB-2（控制13級兩個防喘閥）帶電時，壓縮空氣通過電磁閥進入氣缸推動閥門關閉；電磁閥失電時，壓縮空氣通過電磁閥排氣口排出，靠氣缸內彈簧力使閥門打開。在氣缸輸出軸上布置有一個位置反饋裝置，內有兩個磁性開關表示閥門開啟、關閉狀態，開關信號傳送到MK6控制系統。

當機組啟動指令發出時，自動觸發防喘閥離線試驗指令：L20CB_TEST，使三通電磁閥20CB-1帶電，壓氣機第9級2個防喘放氣閥立即關閉，延時2秒，三通電磁閥20CB-2帶電，第13級2個防喘閥關閉。當機組轉速>420r/min或檢測到有火信號后，4個防喘閥打開。當機組轉速上升到2130r/min時第13級兩個防喘閥立即關閉，當機組轉速上升到2280r/min，第13級兩個防喘閥打開。當機組轉速繼續上升到2850r/min且發電機并網后，l20CBX信號置“1”，四個防喘閥關閉。

全速前，四個防喘閥任一不能打開；啟動前離線試驗時四個防喘閥任一位置錯誤或不能關閉；轉速在2340～2850r/min之間，3#、4#防喘閥任一未打開均觸發跳機信號。當機組正常運行時，四個防喘閥應該都關閉，當任一個防喘閥位置錯誤（開、關信號均未置“1”）或任一防喘閥打開（開信號置“1”，關信號置“0”），觸發減負荷L70L信號。

3 防喘閥故障現象

（1）2012年9月18日，2號燃機正常運行（負荷345MW），16∶23突然減負荷，16∶28負荷減到0，發電機解列；（2）2013年8月6日，1號燃機啟動做防喘閥離線試驗時發生1#、2#防喘閥不能關閉觸發機組跳閘信號；（3）2014年5月13日，2號燃機啟動點火沖轉至2400r/min時發生3#防喘閥開故障導致跳機；（4）2014年7月期間，2號機3#、4#防喘閥因排氣擴壓間溫度高等原因反復出現位置反饋故障導致機組啟動時跳閘；（5）2015年6月8日，2號燃機啟動，防喘閥離線試驗結束后發生3#防喘閥不能打開觸發機組跳閘信號。

4 防喘閥故障原因分析

4.1 第一次故障

經查事件記錄確認為4#防喘閥關到位信號翻轉觸發燃機自動減負荷信號。到現場打開位置反饋裝置蓋子，對磁性開關和接線進行檢查，發現關到位開關中有一根多股小線在接線端子處似斷非斷，導致關到位信號反復翻轉，致使4#防喘閥位置錯誤（開、關信號均未置“1”），觸發減負荷信號L70L。

2號燃機在2011年10月中修期間壓氣機由GE進行升級改造，4個防喘閥的位置反饋進行了功能升級，由原來一個開信號開關改成兩個開關。本次故障的開關就是改造后新增的關到位開關。斷線是從開關本體引出到接線端子的預制線，該線采用多股軟導線，線徑較細，端子上螺絲的緊力都作用在線上，加上長期在振動環境下工作致使導線在接線端子處斷裂。

4.2 第二次故障

通過事件追憶確認為做離線試驗時，9級兩個防喘閥不能關閉觸發機組跳閘信號。

對9級兩個防喘閥進行校驗，發現電磁閥20CB-1得電后兩個閥門都未動作，拆開氣缸進氣管接頭發現進氣量很小，拆開電磁閥出口氣源管接頭發現出氣量很小。對電磁閥解體確認為電磁閥閥體滑桿卡澀導致1#、2#防喘閥不能正常關閉。電磁閥20CB-1控制9級兩個防喘閥的開、關，當電磁閥得電，兩個防喘閥關閉，失電閥門打開。由于電磁閥安裝在排氣擴壓間內，長期在高溫環境下工作使得電磁閥滑桿內的潤滑脂失效，引起滑桿卡澀，導致故障的發生。

4.3 第三次故障

通過事件追憶確認為機組沖轉到2400r/min時，3#防喘閥開信號出現抖動，導致開故障觸發了機組跳閘信號。對防喘閥進行離線校驗發現開關動作正常，時間符合要求。機組再次啟動沖轉到2400r/min時又出現跳閘，原因還是3#防喘閥開故障。到現場對反饋裝置進行仔細檢查發現固定磁性開關壓板上的兩個螺絲有松動現象。靜態校驗時因為沒有振動，閥門動作正常，開關信號到位；機組沖轉到2400轉時振動較大，反饋裝置抖動明顯，因固定壓板上的螺絲松動使得磁性開關出現抖動，與磁頭的接觸位置發生偏移導致反饋信號出現反復抖動，致使機組跳閘。

4.4 第四次故障

第四次故障發生在2014年7月間，因夏季溫度高，加上排氣擴壓間部分管道法蘭存在泄漏等原因使防喘閥周圍環境溫度升高，機組運行時用點溫儀測量位置反饋裝置表面達160℃，遠超出磁性開關最高工作溫度，致使磁性開關損壞和磁頭出現失磁，導致了反饋裝置頻繁故障，機組啟動時跳閘。

4.5 第五次故障

通過事件追憶確認為防喘閥離線試驗結束后，3#防喘閥開到位信號未置“1”觸發機組跳閘信號。

對3#防喘閥檢查發現閥門在中間位置，開、關信號均為碰到，強制電磁閥帶電使氣缸進氣閥門關閉正常，釋放強制信號后閥門未能正常打開仍在中間位置。聯系機務對氣缸彈簧力進行調整后閥門開關恢復正常。

防喘閥是氣關式的兩位式氣動執行機構，當電磁閥得電壓縮空氣進入氣缸推動閥門關閉，電磁閥失電后靠氣缸彈簧力使閥門打開。本次故障正是由于防喘閥離線試驗結束后電磁閥失電閥門打開的時候，3#防喘閥因氣缸彈簧力不足導致閥門不能開啟到位，觸發了跳閘信號。

5 防范措施

通過對以上五次防喘閥故障的原因分析，基本上故障類型可以歸納為以下五類：（1）磁性開關電纜接線問題；（2）電磁閥故障；（3）磁性開關壓板固定螺絲松動；（4）高溫、振動等環境因素致使開關故障；（5）氣缸、閥門卡澀、彈簧力調整不當等機械原因。

針對以上分析的故障類型，我們應采取的防范措施如下：（1）對磁性開關本身的預制線、送至控制系統導線的線頭做好接線柱，接線柱采用耐高溫材質如PHOENIX品牌，從而防止接線端子上因螺絲直接壓在導線上由于緊力過緊、振動等原因造成導線斷裂。對開關本身的預制線、送至控制系統電纜開出來的導線部分套上耐高溫套管，避免了因高溫導致導線絕緣降低、檢修維護拆接線導致導線外皮破損從而致使短路、接地情況的發生。并修改邏輯，把當機組正常運行時，任一個防喘閥位置錯誤（開、關信號均未置“1”）觸發減負荷L70L信號這一條件去除（在機組正常運行時，防喘閥應在關閉位置，關信號置“1”，開信號置“0”，如果開關故障、接線斷裂等原因都會使得關信號置“0”，而實際閥門是在關閉位置，使得保護誤動作，觸發減負荷信號），保留任一防喘閥打開（開信號置“1”，關信號置“0”）觸發減負荷L70L信號；（2）利用機組檢修、停機消缺機會對防喘閥進行校驗，檢查電磁閥動作是否靈活，閥門開關時間是否滿足要求，有無卡澀漏氣現象，檢查過濾減壓閥、管路接頭有無漏氣，對接頭進行緊固，做好電磁閥的使用周期、更換記錄，對使用年限較長、有老化現象的電磁閥進行更換；（3）利用燃機啟停頻繁、停機時間較多的特點，定期到現場對反饋裝置進行檢查。打開蓋子對固定磁性開關的壓板進行檢查，對固定螺絲加裝彈簧墊圈并緊固，對接線端子上的接線螺絲進行緊固；（4）對于排氣擴壓間溫度高的影響，可以開兩臺冷卻風機來加強冷卻。同時可以在反饋裝置上加裝壓縮空氣連續吹掃冷卻裝置。即在雜用氣管道上取一路氣源，加裝閥門、過濾減壓閥，敷設氣源管路到每一個反饋裝置的端蓋上，在端蓋底部開兩個孔，一個用于連接氣源管，另一個用于空氣的流通和端蓋底部冷凝水的排出。根據氣源管路的粗細、管道的長度調整好氣源壓力，使壓縮空氣對每一個反饋裝置進行連續吹掃冷卻，從而降低磁性開關的工作溫度，延長了開關的使用壽命，確保了機組安全穩定地運行；（5）由于防喘閥工作的空間溫度較高，閥門、氣缸的機械部分也容易發生故障。在機組檢修、停機消缺期間熱工維護人員會同機務人員定期對防喘閥進行校驗，到現場查看防喘閥的動作情況，一旦發現閥門卡澀、氣缸漏氣、開關動作遲緩等現象及時進行處理，把事故扼制在萌芽狀態。

6 結語

通過以上所采取的防范措施，有效避免了由于各種因素所導致的防喘閥的故障情況，延長了位置反饋裝置的使用壽命，確保了防喘閥動作的可靠性和開關位置的準確性，避免了保護誤動作，從而保證了機組的安全穩定運行。

參考文獻

[1] GE Operation and Maintenance Manual.

[2] Gas and Steam Turbine Mark VI Technical Training Manual.

作者簡介：朱俊（1982-），男，江蘇蘇州人，江蘇華電望亭發電廠燃控班副班長，助理工程師，研究方向：9FA燃機檢修和維護。

（責任編輯：蔣建華）