9E燃機透平排氣框架冷卻風機88TK2異常分析及處理

浙江浙能金華燃機發電有限責任公司 閆鳳平

1 引言

公司配有1套180MW 燃氣-蒸汽聯合循環機組，燃氣輪機（以下簡稱“燃機”）由美國通用公司（GE）生產，型號為PG9171E，2005年3月投產，2014年3月進行油改氣，采用DLN1，0燃燒器。燃機由一個額定功率為1000kW 的啟動馬達、一個17級的軸流式壓氣機、一個由14個燃燒室組成的燃燒系統、一個3級透平等部分組成。軸流式壓氣機轉子和透平轉子由法蘭連接，并有三個支撐軸承。燃機的發電機是空冷、三相、二極、3000rpm 轉速、50Hz 頻率的交流電、實心鑄鐵轉子的同步發電機，GE 對應型號為9A5，發電機的輸出功率為137MW（在基本負荷下運行）。勵磁機是帶有旋轉二極管整流的交流勵磁機，勵磁方式為無刷勵磁。

軸流式壓氣機部分由壓氣機轉子和封閉的靜子氣缸組成，在氣缸上安裝著壓氣機的17級靜葉，一級進氣導向葉片（I.G.V）和兩級排氣導向葉葉片（E.G.V）。

在壓氣機內的空氣，由一系列類似的動葉（轉子）和靜葉（靜子）一級一級地壓縮，從壓氣機抽取的壓縮空氣用于透平噴嘴（NOZZLE）和動葉（BUCKET）的冷卻（AE-16，AE-17），軸瓦的密封和三級護環的冷卻（AE-5），啟動和停機時的防喘（AE-11），箱體外的馬達驅動風機（88TK-1，2）用于透平缸體和排氣框架的冷卻。壓氣機抽氣用于：一是冷卻高溫運行的透平部件；二是密封燃機軸瓦；三是為氣動閥提供操作氣源。

第五級抽氣（AE-5）：抽氣口位于壓氣機第4級排氣后，第5級前，通過壓氣機上半缸和下半缸的外部連接管路傳輸，用于所有轉子軸瓦的密封，少量部分用于透平三級護環的冷卻（上半缸兩路抽氣用于透平三級護環的冷卻，下半缸兩路抽氣用于軸承密封）。

第十一級抽氣（AE-11）：來自抽氣口位于壓氣機第10級排氣后，第11級前（4路抽氣管），僅用于燃機起機和停機過程中，防止壓氣機喘振的放氣，燃機滿速后及帶負荷運行時，防喘放氣閥關閉，以便有最大的軸輸出功率。

第十一級抽氣（AE-11）：來自抽氣口位于壓氣機第10級排氣后，第11級前（4路抽氣管），僅用于燃機起機和停機過程中，防止壓氣機喘振的放氣，燃機滿速后及帶負荷運行時，防喘放氣閥關閉，以便有最大的軸輸出功率。

第十七級抽氣（AE-16）：來自17級的壓氣機抽氣位于壓氣機第16級后，第17級前，該抽氣徑向流入第16級和第17級的葉輪間隙（壓氣機后短軸上帶有通流槽的輪盤），然后流入轉子的中心孔，此后流入透平，冷卻透平的一，二級動葉和轉子輪間。

9E 燃機的運行可分為啟動、并網，帶負荷、停機及冷機五部分。

啟動。燃機的啟動涉及一些相關啟動裝置。本廠9E 燃機的啟動裝置主要包括啟動電機88CR，盤車電機88TG，液力變扭器，液力變扭器導葉調整電機88TM，輔助齒輪箱，充油式半柔性聯軸器等輔機。盤車電機與啟動電機之間通過柔性聯軸器相連，啟動電機與液力變扭器之間，液力變扭器與輔助齒輪箱之間是通過靠背輪螺栓相連（剛性聯軸器），輔助齒輪箱與燃機大軸（壓氣機）是通過充油式半柔性聯軸器相連。啟動電機帶動燃機啟動，當燃機的進氣流量達點火需求后，燃機點火完成（經1min 的輕吹過程），燃機點火后繼續升速，當燃機轉速達自持轉速后，啟動電機停運，其間液力變扭器導葉角度也按要求不斷調整（通過88TM）實現。脫扣后，燃機轉速在透平的帶動下不斷上升，直至FSNL（FULL SPEED NO LOAD）。

并網。為了實現機械能向電能的轉化，燃機必須通過所帶發電機并網發電來實現；為了實現并網，發電機轉速（頻率）需與網頻一致，機端電壓及相位皆與電網一致，通過出口開關52G 的合閘操作（手動或自動）完成同期工作。

帶載?；矩摵桑喝紮C透平葉片材料所決定的燃機連續運行所能承受的最高燃燒溫度（按燃機溫控線運行）及最高燃機負載，預選負荷：預選負荷的可調范圍為旋轉備用負荷至基本負荷之間；一般，燃機預選負荷常常在低于基本負荷的某一負荷，選取預選負荷后，燃機的出力就將被控制在這一點上運行。尖峰負荷：尖峰負荷為燃機在相對長的一段時間（而非長期連續）里，燃機透平葉片等熱部件所能承受的最大出力，尖峰負荷運行會降低機組的使用壽命。對于考慮燃用重油的機組，因受燃燒溫度的限制，已取消帶尖峰負荷的功能。

停機。停機分為正常停機和緊急停機兩種情況：正常停機（NORMAL SHUTDOWN），運行人員手動放出停機命令或由于機械或調節問題而不需緊急停機，由保護裝置發出自動停機命令（L94AX）。

緊急停機（EMERGENCY SHUTDOWN），通常稱之為跳閘，其是通過運行人員按下緊急停機按鈕或在某些較為嚴重的故障情況下，由保護裝置動作來實現機組跳閘。燃機故障跳閘的情況較多，主要從振動保護、燃燒檢測（分散度，排氣溫度）、超溫、超速、熄火、滑油壓力、滑油溫度、進氣壓降等方面來實現。

冷機。低速盤車（TURNING GEAR）和高速盤車（CRANKING）。

在9E 燃氣輪機中，需要進行冷卻的高溫部件有透平的噴嘴和動葉，透平的輪盤，還有透平的外殼和排氣管道的支撐。冷卻所用的空氣主要由機組本身的軸流式壓氣機提供，但是冷卻透平外殼和排氣管道的支撐所用的冷卻空氣，由安裝在機組之外的透平排氣框架風機提供。

燃機密封冷卻系統主要由透平排氣框架冷卻風機88TK、透平間冷卻風扇88BT、負荷間冷卻風扇88VG、防喘放氣閥VA2裝置組成。透平排氣框架風機（以下簡稱“88TK”）屬于燃機密封冷卻系統之一，為透平缸、透平排氣框架提供必要的冷卻空氣。冷卻空氣先冷卻透平外殼，然后經過排氣管道中的空心支撐流入管道支架，對空心支撐和管道支架進行冷卻。冷卻空氣一部分匯入透平排氣，另一部分直接排入大氣。

現場配置三臺88TK 風機，采用兩用一備的運行方式。機組原設計廠家配套兩臺風機，運行時兩臺88TK 均要維持運行，無備用風機。當88TK 發生故障會導致透平冷卻空氣壓力降低、冷卻風量減少，相關冷卻部件超溫，機組減負荷運行，甚至自動停機。為保證機組安全可靠連續運行，2019年技改項目增裝一臺88TK 備用風機，一旦原風機故障，可以啟動備用風機而不影響機組連續安全可靠運行。

2 現象描述

2022年2月7日，運行人員在定試定切中，試運燃機透平排氣框架冷卻風機88TK1時，運行正常，停88TK1，啟88TK2時，運行5s 左右故障跳閘，風機本體轉動無異常。聯鎖啟動88TK1、88TK2，啟動88TK1、88TK3，啟動8TK2、88TK3運行都正常。

3 故障分析

88TK1是美國通用公司（GE）生產的風機，2004年安裝投產使用。88TK2因2020年檢修時發現風機葉輪有磨損，對破損處葉片進行補焊，并進行動平衡，合格后回裝，因存在安全隱患，專業商量后計劃國產化替代，經兄弟電廠調研，某電廠已國產化，技術成熟，立即申購備件由杭州某公司供貨，電機功率45kW，額定電壓380V，額定電流80.8A。2021年6月成立攻關項目，實施風機及電機整體安裝，單臺試運正常，振動7S，電流68A。

88TK3與88TK1同型號，是由美國通用公司（GE）生產的風機，電機功率45kW，額定電壓380V，額定電流78A。2019年技改在現有風機東側空地澆筑地基后，風機配電機整套安裝，與原母管連接，配有獨立罩殼，安裝后單臺試運正常。每臺風機的出口單獨配有逆止閥（VCK）、膨脹節及出口壓力開關。

機組啟機過程中當轉速達到95%時，88TK1啟動，延時10s 后88T2啟動，機組停運轉速低于94%時兩臺主風機才相繼停運。當兩臺主風機88TK1/88TK2一臺故障時或風壓低報警時，操作員站手動啟動88TK3風機。發電機并網后，63tk1/2/3壓力低均動作，機組自動減負荷；發電機并網后，63tk1/2/3中任意兩個壓力低動作，報警；88TK3運行時，若63tk-3壓力低動作，則報警；火災主火警報警時，不允許啟動88TK3風機。壓力開關動作定值為3，81kPa（如圖1所示）。

圖1

透平框架冷卻風機88TK1/2電氣二次回路如圖2所示。

圖2

2019年，C 級檢修對88TK1/88TK2風機出口逆止閥解體檢修，88TK1逆止閥閥體轉軸有破損，重新補焊，兩個逆止閥都更換了彈簧。

2022年2月7日，單啟88TK2，跳閘。引起跳閘原因可能是起動電流過大；電機負載過大；熱繼電器動作不合理；電機缺相。

根據上文幾條要因現場檢查重啟88TK2，88TK1風機有倒轉，判斷88TK1出口逆止閥關閉不嚴，彈簧彈力不足，88TK2出口背壓小，負荷增大導致電機過載，超流跳閘，主要原因已找到。

4 處理措施及建議

2022年2月15日，88TK1/88TK2出口逆止閥更換與原尺寸規格一致的新逆止閥，現場解體圖片如圖3所示。

圖3

88TK1出口逆止閥閥瓣有兩根鐵絲，導致閥門無法全關，鐵絲取走，閥瓣無法自動復位，彈簧失效，88TK2出口逆止閥開關正常。

現場發現兩根鐵絲來自88TK1風機吸入口的進風濾網處，運行時風機將斷裂的鐵絲吸進卡在逆止閥處導致逆止閥閥瓣無法復位，如圖4所示。

圖4

發現問題后專業班組立即安排打開進風濾網，檢查風機內部無鐵絲遺留，葉片檢查完好，確認后對進風濾網進行改進，利用修舊利廢，將廢舊電機的風扇罩殼手動改造，測繪后切割、焊接、回裝，如圖5所示。

此外檢查88TK2/88TK3進風口濾網完好，回裝工作結束后安排試運，試運結果如下：一是啟動88TK1，起動電流620A，運行電流57A，運行正常；二是停88TK1，啟88TK2跳閘；三是啟88TK1，啟88TK2，兩臺風機同時運行正常；四是啟88TK3，啟88TK2，兩臺風機同時運行正常；五是聯系電氣專業，再啟88TK2，電流83A 跳閘（熱繼電器動作值82A）；六是現場將88TK2進風門縮小與88TK1相同的進風量；七是2月16日88TK 風機罩殼回裝后，再啟88TK1，起動電流602A，運行電流68/69/67.8A，運行正常。停88TK1，啟88TK2，起動電流632A，運行電流61.7A，20s 后跳閘。聯系電氣專業，對調88TK1/88TK2開關柜，運行電流61.5A，運行正常。由此判斷，88TK2開關柜內熱繼電器動作不正常。該熱繼電器自2004年機組投產后未更換過，且進口件廠家已經停產。更換同型號的國產件后試運正常。

圖5

建議：一是排查#5機TCC 間開關柜內繼電器，消除隱患。二是操作員畫面88TK1/88TK2/88TK3出口壓力只有低報警，建議增加壓力變送器顯示實時壓力，便于監視出口壓力。三是88TK3實現聯鎖啟動，提高風機使用的均衡性。四是#5機、#6機的相關風機進口濾網列入定期檢查項目，確保無破損。五是定試定切時，現場檢查備用風機有無倒轉現象。

綜上，燃機密封冷卻系統作為機組重要輔機，尤其是日開夜停、調峰機組，日常要加強定試工作，按規定的定期切換、試運項目進行操作，檢修人員加強巡檢，目前省內燃氣機組面臨年利用小時數縮減，長期停運的新形勢，其特點是停運設備范圍廣、系統多、停運時間長等。管理人員更要做好檢修維護管理，認真梳理點檢定維管理，定切定試管理，查擺不足，彌補短板，要集中精力對設備上、系統上存在的問題進行集中消除，進一步提高設備運行安全性、可靠性[1]。