一起6FA燃機速比閥異常分析

王磊

摘 要：美國GE公司生產的6FA燃氣輪機發電機組，液壓油系統取自潤滑油管路。在兩班制啟停的情況下，潤滑油溫度的大幅變化造成部分設備產生漆膜，導致設備故障，引起機組跳閘。在經過液壓油系統分離改造后，機組運行可靠性大幅提升。

關鍵詞：燃氣輪機;速比閥;漆膜;潤滑油系統;分離改造

1 概況

某廠一期建設2×106FA燃氣--蒸汽聯合循環發電機組。燃氣輪機使用美國GE公司生產的PG6111FA機組，設計工況下簡單循環機組出力為77.1MW。該機組采用兩班制運行方式，截止異常發生時，1號燃機運行3568h，啟動222次。

2 異常經過

04時30分，該廠1號機組冷態啟動后帶Base Load。

14時39分50秒，燃機負荷68.5MW，汽機負荷34.5MW，燃機速比閥后P2壓力334psi，速比閥SRV開度39.8%，燃燒基準FSR 66.8%。

14時40分20秒，1號燃機跳閘，跳閘首出“High Exhaust

Temperature Spread Trip”--排氣分散度高跳閘和“Startup Fuel Flow Excessive Trip”--動燃料異常跳閘。

回看燃機運行曲線發現，在14時39分55秒至14時39分57秒這段時間內，速比閥（VSR）開度反饋逐漸減小，P2壓力減小。在6FA燃機的控制策略中，P2壓力是根據燃機轉速TNH的比例計算出的結果，其公式如下：FPRG（P2壓力）=TNH×3.64-30.99。當燃機達到全速空載時，由于TNH基本不變，因此SRV應自動調節以維持P2壓力穩定在333psi左右。此時速比閥SRV伺服電流根據壓力設定值調整輸出約從-3到-20（伺服電流為負時，應為開門動作），而閥門應開未開。

14時39分58秒，燃機速比閥SRV開度突然增加，導致P2壓力增加到359psig，這時速比閥SRV伺服電流迅速從負到正（伺服電流為正時，應為關門動作），但閥門并未及時關小。

14時40分00秒至14時40分08秒，速比閥SRV開度依據壓力控制策略緩慢關小，P2壓力逐漸減小，但仍高于設定值，這時速比閥（VSR）伺服電流還在正向持續加大，以滿足關閉閥門達到減壓的目的。

14時40分08秒開始，速比閥（VSR）突然迅速關小至18%，P2壓力迅速下降到247 psig，導致燃機負荷快速下降。由于燃料流量發生突變，進而引起燃燒故障，觸發上述兩個跳閘邏輯，導致機組跳閘。

3 原因分析

經過對上述現象的對比分析，發現速比閥SRV伺服閥存在調節紊亂現象。伺服電流是依據P2壓力設定值進行調節，一旦壓力高（或低于）設定值，都會使調節伺服電流正向增加以關小SRV（或負向增加以開大SRV）。通過曲線分析，伺服閥動作遲緩，導致伺服電流持續增加，伺服閥在動作過程中出現瞬時開大和開小的情況，導致P2壓力調節異常，為此次事件發生的主要原因。

經過對速比閥（SRV）伺服閥及其油濾的檢查，發現潤滑油系統內有油的漆膜化現象（見下圖）。

綜上所述，可以判斷此次速比閥（SRV）動作異常的原因是由控制油中的雜質影響伺服閥油路，以致發生調節異常而發生的。該廠立即更換燃機速比閥（SRV）伺服閥，更換后機組運行正常。

4 漆膜物質形成的機理及危害

燃氣輪機油系統有別于汽輪機油系統的一個地方在于，燃氣輪機的熱通道的工作溫度要遠高于汽輪機。因此燃氣輪機對潤滑油質量指標的側重點與汽輪機的側重點明顯不同，燃氣輪機強調的是油的高溫抗氧化性能，而汽輪機則看重油的抗乳化性能。研究發現，燃氣輪機的高溫特殊性，使得油品氧化物形成的幾率大大高于汽輪機等其他渦輪設備。基本上，油的降解可以描述為以下過程：氧化作用和聚合作用→軟性污染物的溶解→沉淀和結塊→漆膜在機械部件上形成。

當軟性污染物溶解在油中時，此時的油溫大約在40℃以上，這類污染物不能被傳統的機械式過濾器或者靜電過濾器去除。而對于兩班制運行的燃氣輪機發電機組來說，每天停機后，油溫下降，軟性污染物會析出并沉降在一些部件的表面。而這些軟性污染的熱穩定性比油要低，所以有時它們也更容易被烘烤干，并粘附在一些高溫的表面。漆膜污染硬化后，就如同一層涂層，形成在潤滑或液壓系統的內部表面上，如伺服閥、IGV閥或軸承上。即使是很薄的一層漆膜也可能導致故障。

漆膜污染經常形成于液壓系統的“冷點”，在機組調節和啟動時，它們會造成伺服閥的粘滯和故障相關的問題。漆膜污染的“粘”的特性將會吸附一些硬質的污染，在部件表面形成像砂紙磨料一樣的粗糙度，從而加速了零件的磨損。

5 系統改造

在經過深入分析與研究后，該公司對燃氣輪機潤滑油系統進行改造，把原系統內的液壓油模塊獨立出來，供控制部分設備使用。即對燃氣輪機原潤滑油系統中液壓油功能進行重新設置，使原潤滑油、液壓油合體的供油模式改變成液壓油獨立供油，以實現6 個油動執行機構（GCV-1、 GCV-2、GCV-3、GCV-4、SRV、IGV）共享獨立液壓油站，從而提高設備用油質量和提升機組運行可靠性。

新增一套液壓油站，將原系統6 個執行機構的管路接入新增的液壓油模塊，同時使回油全部回到新增的液壓油箱;并由新增液壓油站出口母管引一路降壓后送往2 個跳閘閥管路。

增設一套2×40L 高壓蓄能器組，連接到系統高壓管路上用于存儲壓力油，在執行機構供油不足時補充供油及IGV閥門快關時所需大流量供油時提供瞬間大流量，解決系統因油壓低引起油泵聯動的問題及滿足IGV閥門快關要求，并吸收壓力沖擊、穩定系統油壓。

供油裝置油泵采用兩臺交流電機驅動高壓柱塞泵，泵組可根據系統所需流量自行調整流量，以保證系統的壓力不變。采用變量式液壓泵減輕了蓄能器的負擔，也減輕了間歇式能源特有的液壓沖擊，變量式液壓泵也有利于節能。

高壓柱塞泵布置在油箱的正下方，以保證柱塞泵的正吸入壓頭。正常運行時，油泵通過入口濾網將油箱中的油液吸入，經柱塞泵壓縮后送入液壓油母管（HP）內，供給液壓控制系統的各執行機構（油動機）、系統高壓蓄能器使用。油泵出口壓力為1200psi，允許最大壓力1380psi。油泵啟動后，油泵向系統供油，同時也給蓄能器充油。當油壓達到系統的整定壓力1200±70psi 時，高壓油推動油泵恒壓閥上的控制閥，控制閥操作泵的變量機構，使泵的輸出流量減少，當泵的輸出流量和系統用油流量相等時，泵的變量機構維持在某一位置，當系統需要增加或減少用油量時，泵會自動改變輸出流量，維持系統油壓在1200±70psi。當系統瞬間用油量很大時，蓄能器將為油系統補供油。

模塊配置了一套多功能循環系統，可實現自循環冷卻功能、自循環加熱功能和自循環過濾功能。系統正常運行時，前兩個功能可以嚴格控制油溫。而自循環過濾功能可提高油箱油液的清潔度，滿足系統油液清潔度要求。

6 結語

從美國GE公司進口到國內安裝并使用的6FA燃氣輪機發電機組，液壓油及跳閘油取自潤滑油箱。對于兩班制運行的燃機來說，潤滑油的冷熱變化造成了部分設備發生漆膜化，繼而造成閥門卡澀等情況，危及燃機運行安全。

經過系統改造，將液壓油系統及跳閘油系統從潤滑油系統中分離出來，設置獨立的油箱，配置獨立的相關設備，通過嚴格的溫度控制和油質控制，使液壓油條件滿足工作需求，從而提高設備用油質量，提升機組運行可靠性。

參考文獻：

[1] Steffen D.Nyman.燃氣輪機潤滑油系統中的軟性溶解物的形成、危害及解決方案[C]//廣東：中國電機工程學會燃氣輪機發電專業委員會，2014：384-388.