某工業型燃氣輪機開關量信號異常故障分析

魏昌淼 ，彭 濤，馬憲智

(1. 中國船舶重工集團公司第七〇三研究所無錫分部，江蘇 無錫 214151；2. 中國船舶重工集團公司第七〇三研究所,哈爾濱 150036)

燃氣輪機具有良好的經濟指標、較高的熱效率、緊湊的結構布局及良好的可靠度與長久的使用壽命等優勢，近年來在聯合循環發電、動力、冶金等領域的不斷拓展，燃氣輪機在國民經濟領域也得到長足發展[1-2]。隨著燃氣輪機的廣泛應用，控制方式也經歷了長足的發展，其中開關量邏輯控制廣泛應用于燃氣輪機控制領域[3]，本文針對的某工業型燃氣輪機在控制方面采用開關量及模擬量兩方面控制，其中開關量控制涉及到燃氣輪機穩定工作所需的燃油壓力點、滑油壓力點、各電磁閥的執行控制、各位置開關的反饋等方面。開關量反饋參與燃氣輪機控制邏輯，反饋任何異常進而導致控制系統對燃氣輪機狀態判斷出現誤差，會造成燃氣輪機降工況甚至停機；若開關量指令信號傳輸異常會造成電磁閥不動作，嚴重影響燃氣輪機的安全運行。針對開關量故障，余曉龍等提出了開關量輸出板必須具備的幾個特殊安全防范功能，提高了開關量輸出板動作可靠性[4]，林立新等在深入分析和比較國內電力機車的結構和控制原理的基礎上，提出了SS7E電力機車開關量智能故障機制[5]。

本文根據某工業型燃氣輪機開關量信號反饋及開關量信號指令執行原理出發，結合燃氣輪機運行實際故障，總結出開關量信號故障的排查措施。

1 某工業型燃氣輪機開關量信號工作原理

燃氣輪機作為一種高速旋轉機械，需要滑油來潤滑、冷卻軸承，若滑油壓力過低將造成軸瓦的燒損，對燃氣輪機本體有重要安全影響；若燃油進口壓力過低會造成燃油泵的磨損以及燃燒室熄火、燃燒脈動等故障。某工業型燃氣輪機采用壓力信號器方式來判斷各壓力值，當壓力高于信號器規范值時，信號器閉合。某工業型燃氣輪機開關量反饋原理如圖1所示，當燃氣輪機本體上管路壓力達到壓力信號器動作值，壓力信號器閉合后，開關量信號控制回路接通，控制系統內部開關量采集模塊采集到該信號，開關量采集模塊將該信號送入CPU邏輯判斷，進而實現燃氣輪機實時狀態控制。

圖1 開關量反饋工作原理圖

燃氣輪機包含多個附屬系統以實現穩定工作，主要包括燃燒霧化、燃油供應、防喘振等附屬系統，這些系統的功能是通過一系列電磁閥的動作來實現的。該工業型燃氣輪機通過開關量指令的輸出來實現各對應電磁閥的動作，從而控制燃氣輪機各附屬系統。開關量指令輸出控制原理如圖2所示，當某電磁閥需打開時，CPU輸出開指令，開關量繼電器閉合，電磁閥控制回路接通，電磁閥得電，從而使所控制閥體打開，以實現各附屬系統功能。

圖2 開關量輸出控制原理圖

2 某工業型燃氣輪機開關量信號故障案例

本文針對的某工業型燃氣輪機，開關量控制包括開關量反饋，如滑油壓力值、燃油壓力值開關量信號器；包括開關量輸出量，如控制燃油管路吹掃電磁閥的開關量。本型燃氣輪機在實際運行過程中出現過多次開關量信號故障，本文總結典型的開關量信號故障案例如下文所述。

2.1 開關量反饋故障

該型某臺燃氣輪機在一高工況連續運行一周左右后，燃氣輪機控制系統監測面板突然顯示“燃氣輪機燃油泵前燃油壓力低”報警、“燃氣輪機甩負荷至空載保護”報警，隨后燃氣輪機甩負荷至空載工況。

燃氣輪機降工況至空載工況后，就地壓力表顯示燃油壓力正常，運行人員判斷這是一起典型的由于開關量信號出現異常，直接導致該型燃氣輪機降工況的故障。

上述燃氣輪機降工況停機后，進行以下檢查及分析(見圖1)：

(1) 檢查開關量信號線路，24 V電源正常。

(2) 拔掉燃油壓力信號器所連接信號插頭，用線纜短路連接該信號插頭A1A2接線端子，控制系統檢測面板顯示該開關量信號仍然為0，此時排除燃油壓力信號器自身的故障。

(3) 用線纜短路連接接線轉接盒的C1C2接線端子，控制系統檢測面板顯示該開關量信號仍然為0，此時排除接線轉接盒與燃油壓力信號器間的線路故障。

(4) 通過以上各步驟的檢查，運行人員判斷該故障可能為開關量采集板故障引起。拆檢該燃油壓力信號對應的開關量采集板，外觀檢查發現采集板有短路燒焦的跡象，更換該燃油壓力開關量采集板，控制系統檢測面板顯示該開關量信號為1，該故障至此排除。

由此可歸納為這是一起開關量采集板故障引起的燃氣輪機降工況的故障。

2.2 開關量指令信號故障

該型某臺燃氣輪機按計劃起動，在起動過程中監控面板報“燃油未著火”報警，隨后控制系統執行燃氣輪機停機，中斷起動。

上述燃氣輪機起動停機后，進行以下分析及處置(見圖2)：

(1) 運行人員查詢停機時歷史數據，發現點火時，點火燃油壓力未建立，燃油供應閥開反饋為0。運行人員判斷燃油供應閥未打開，無燃油供應燃燒致使燃氣輪機停機。

(2) 檢查開關量信號線路，24 V電源正常。

(3) 用線纜短路連接接線轉接盒的C1C2接線端子，燃油供應電磁閥實際仍然未動作，以此排除控制系統開關量繼電器存在故障。

(4) 拔掉燃油供應電磁閥所連接插頭，用線纜短路連接接線轉接盒的C1C2接線端子，在插頭B2/B3端子，用萬用表測量直流電壓顯示為12 V至15 V波動。運行人員以此判斷接線轉接盒至燃油供應電磁閥插頭線路存在異常。

(5) 檢查接線轉接盒至燃油供應電磁閥插頭線路，發現該線路與箱裝體連接處插頭(B1/B4)存在松動。緊固后，燃油供應電磁閥工作正常。

由此可歸納為這是一起連接插頭松動致使開關量指令信號無法到達燃油供應電磁閥引起的燃氣輪機未著火的故障。

3 開關量信號故障排查及分析方法

對某工業型燃氣輪機出現的兩種開關量典型故障進行分析，總結出如下的開關量故障排查及分析方法。

3.1 開關量反饋故障排查及分析

開關量反饋故障往往造成燃氣輪機降工況甚至停機，當出現故障時可按以下方法分析及排查(見圖1)。

(1) 檢查開關量回路電源是否正常，用萬用表測量電源電壓是否在要求范圍內，若異常，應對電源進行檢查及更換。

(2) 若以上檢查正常，拔掉開關量反饋信號器所連接信號插頭，用線纜短路連接該信號插頭A1A2接線端子，控制系統檢測面板顯示該開關量信號若仍然為0，此時可排除開關量反饋信號器的故障；若短接后控制面板顯示開關量信號為1，則可判斷開關量信號器故障，應對開關量信號器更換及驗證是否排除故障。

(3) 若以上檢查正常，用線纜短路連接接線轉接盒的C1C2接線端子，控制系統檢測面板顯示該開關量信號若仍然為0，此時可排除接線轉接盒與開關量反饋信號器之間線路的故障；若短接后控制面板顯示開關量信號為1，則可判斷接線轉接盒與開關量反饋信號器之間線路存在異常，應對此段線路連接插頭處進行檢查及線路通斷情況進行檢查，可更換線路進行處置及驗證。

(4) 若以上檢查正常，可進一步檢查開關量采集板，外觀檢查無異常的情況下，可通過更換采集板進行驗證。

3.2 開關量指令故障排查及分析

開關量指令故障會造成燃氣輪機各執行機構無法正常工作，喪失燃氣輪機各輔助系統功能，當出現故障時可按以下方法分析及排查(見圖2)。

(1) 檢查開關量回路電源是否正常，用萬用表測量電源電壓是否在要求范圍內，若異常，應對電源進行檢查及更換。

(2) 若以上檢查正常，用線纜短路連接接線轉接盒的C1C2接線端子，若電磁閥實際仍然未動作，可排除控制系統開關量繼電器存在故障；若電磁閥實際動作正常，可推斷控制系統與接線轉接盒間線路或者控制系統開關量繼電器存在故障，應進一步檢查該線路、更換開關量繼電器來驗證排除故障。

(3)若以上檢查正常，拔掉電磁閥所連接插頭，用線纜短路連接接線轉接盒的C1C2接線端子，在插頭B2/B3端子，用萬用表測量直流電壓。若電壓異常，可判斷接線轉接盒至燃油供應電磁閥插頭線路存在異常，應對該線路進行通斷及連接情況檢查；若電壓正常，可判斷電磁閥存在故障，應對電磁閥進行更換，來排查驗證故障。

4 總結

某工業型燃氣輪機開關量信號故障包括開關量反饋故障及開關量指令故障，基于該型燃氣輪機開關量工作原理，結合燃氣輪機實際運行中兩種開關量故障的處置案例，總結出：(1)開關量反饋故障排查及分析方法；(2)開關量指令故障排查及分析方法。總結的開關量故障排查及分析方法通過分段排查，具有邏輯清晰、操作性強、工程實際應用價值等特點，已幫助燃氣輪機運行人員快速有效處置了多起該型燃氣輪機開關量故障，具有普遍實用價值，對維護燃氣輪機的安全穩定運行具有重要意義。