聯合循環電站燃氣輪機調試運行問題和建議

王天倫

（哈爾濱電氣國際工程有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150028）

目前燃煤的火力發電站和燃燒天然氣的聯合循環發電站是世界主要的火力發電站，為世界提供大部分的電力。發電的同時也產生了大量的碳排放。中國將力爭2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和。中國將大力支持發展中國家能源綠色低碳發展，不再新建境外煤電項目。因此，在未來新建發電項目中，聯合循環電站發電的模式將會占比越來越大，聯合循環電站機組的可利用率和全年運行時間等經濟指標也將會越來越重要。

后疫情時代下的全球發展呈現一種極不穩定的局面，燃氣輪機因其卓越的性能在我國重工業中逐漸發揮著不可替代的作用。為了增強我國的經濟實力，國家在聯合循環機組燃氣輪機的開發研究方面不斷加大投資力度，從而促進我國燃氣輪機在新時代的發展。伴隨著應用燃氣輪機的聯合循環項目的不斷新建和升級，聯合循環機組的燃氣輪機的調試問題的解決和優化也隨之不斷深入。

燃氣輪機的啟動和調試時，由于系統種類繁雜，調試問題會經常發生，要注意正常的操作流程，遵循相關使用原則，根據以往項目調試的豐富經驗，才能做好燃氣輪機的調試工作。從而達到聯合循環電站項目盡快投產達標的目的，盡快實現經濟效益指標。

1 燃氣輪機調試過程中可能出現的問題

1.1 油系統的常見調試問題

燃氣輪機的油系統包含潤滑油系統、頂軸油系統和液壓油系統等。潤滑油系統是為了保證燃氣輪機在運行工程中軸承不會出現滯澀，維持運行流暢性的油系統，為燃氣輪機的連續運行提供穩定適宜的溫度環境以及壓力環境。并且潤滑油在運轉過程中提供一定的導熱吸熱作用，有效避免燃氣輪機的軸承在運行過程中出現磨損發熱、高溫燒毀的情況。潤滑油系統在調試過程中容易出現系統油溫超標的問題，影響燃機發電效率；同時，如果潤滑油系統沖洗質量不合格，導致軸承機組軸承磨損，降低機組使用效率。

液壓油系統向操作燃氣輪機機組輔助設備中的執行機構提供液壓油。在IGV系統中，為保證整體運轉通常會設置兩個不同的油路系統。其中一條油路中安置液壓油，為燃氣輪機執行機構系統控制提供油壓，而另一條油路則是電磁閥的工作油。系統中的電磁閥經常會發生控制失靈的情況，沒能實現完全關閉就會導致油壓不足，影響到整個系統的控制，甚至引發整個發電機組跳機。

1.2 進氣系統中可能存在的問題

在燃氣輪機調試工作中，進氣系統調試是為整個機組工作質量管控的重要系統，進氣系統為機組燃料燃燒提供充足的氧氣，并且能夠讓機組內部的環境清潔化，為機組整體的機械性能和發電性能提供保障。在進氣系統中較為常見的問題就是在經一段時間運行后，燃機的進氣系統壓差較高的問題。它不僅關系到這機組能否安全運行，也對機組的經濟性指標產生很大影響，甚至導致機組停機。

1.3 控制系統中存在的問題

控制系統是保障燃氣輪機正常運行最重要的系統，是調試維護的重點對象。常見的控制系統存在的問題主要有：電子設備間溫度過高，長時間運行導致電子盤柜過熱燒毀；控制系統出現多次異常切換問題；硬件驅動城區不匹配引發的控制系統通信故障；硬件接線與實際信號要求的不一致；集控室無法正確讀取控制器數據；歷史趨勢或實時趨勢曲線存在斷點；因為某些原因傳輸數據量過大，造成通信網絡堵塞，造成通信故障等問題。

1.4 燃氣輪機的振動問題

燃氣輪機發電機組振動原因較多，也比較復雜。通過對燃氣輪機發電機組振動問題的分析，振動的主要原因可以被歸納為以下幾種：

機組的發電機與發動機軸系不對中：發動機與發電機之間是通過彈性聯軸器相連的，由于轉子與轉子之間不對中，燃氣輪機發電機組發生振動故障，也是比較常見的。高壓壓氣機旋轉脫離和喘振：壓氣機的旋轉脫離和喘振是軸流式壓氣機的特有現象，這主要是由于壓氣機運行在偏離設計工況情況下產生的。高壓壓氣機轉子不平衡：燃氣輪機高壓壓氣機在額定負荷下屬于高速旋轉設備，轉子不平衡是各種旋轉機械中最為普遍存在的問題，旋轉機械中產生的振動問題約60%是由于轉子的不平衡造成的。燃機振動的其他原因還有包括機組轉子的彎曲、轉子的碰磨、轉子發生裂紋、機組的動葉片發生掉塊等。

燃氣輪機的振動是關系機組安全的大事，而發生振動事故的原因和故障排除卻比較復雜，很多情況不可能一下就找到事故發生的原因和解決辦法，造成機組不能安全運行的重大經濟損失。因此盡快找到振動原因，并提供相應的解決辦法顯得尤為重要。

2 對燃氣輪機調試過程的措施與建議

通過對上述調試工作中可能存在的問題的分析，提出合理的建議措施能夠增強技術的完備性，為燃氣輪機的不斷發展奠基。

2.1 對油系統調試時常見問題的措施和建議

油循環是潤滑油系統調試時一個重要階段，要保證系統油箱和各類有關的清潔程度達到燃機供應廠商的要求（大型聯合循環電站工程通常采用GE、Siemens或者三菱的燃機，對油系統的清潔程度要求較高）。為保證油循環順利并高質量完成，可以將油循環分為兩個階段進行。第一階段，將各個軸承進油口進行旁路，在回油口增加盲板進行系統隔離，系統加增臨時濾網及臨時濾油機，啟動潤滑油泵對油系統進行24小時不間斷沖洗。期間要停系統并對油箱清理若干次。第一階段油沖洗合格后，將系統恢復成正式系統，油管道與軸承進出口相連，加裝正式濾網，再次開始第二階段的油沖洗。多次取樣，確保油沖洗結果合格。

若調試過程中液壓油系統出現問題，可以先進行系統內設備的檢查，檢查油泵出口過壓閥和儲能器，系統壓力是否有變化；檢查泵的轉向是否正確，油泵入口油壓是否正常；是否有管道或臨時系統安裝問題，系統有漏油點等方面入手逐一排查問題。對液壓油系統的優化有以下建議：首先，采用獨立液壓油供油方式，并增設蓄能器；其次，優化密封油系統設置，增設交流密封油泵，并擴大油箱，增加排氫風機，防止氫氣進入潤滑油箱；最后，增大油箱體積以及潤滑油在油箱中停滯時間，并改善檢修空間。

2.2 對進氣系統調試運行時常見問題的措施和建議

對于燃機的進氣系統壓差較高的問題，原因主要有燃氣輪機進氣濾芯表面積灰嚴重，濾網外部有大塊的雜物覆蓋，反吹洗系統失靈等。自然界中的小的懸浮物或者顆粒物，隨著機組運行時間的增加，會慢慢附著在濾芯表面，形成積灰。長時間積累就會堵塞濾芯，燃機進氣系統的通流面積減小，使得進氣系統的壓差逐漸增加。燃機的進氣外部有大塊的雜物覆蓋時，也會導致燃機進氣系統的進氣面積減小，燃機進氣流量降低，使得進氣系統的壓差逐漸增加。而當反吹洗系統失靈時，進氣濾芯的清潔程度將會受到很大影響，空氣中的灰塵會不斷在進氣濾芯上堆積，濾網出現堵塞，進氣系統壓差變大。

當進氣系統壓差變高時，說明進氣濾芯發生了一定程度的堵塞。此時應立即檢查反吹洗系統是否正常、燃機進氣外部是否有大塊的雜物覆蓋，同時應與電網溝通適當降低燃氣輪機負荷，并及時通知運行維護人員進行檢查消除故障。如果發現反吹洗系統失靈，應立即查找反吹洗系統失靈的原因，檢查反吹洗系統電磁閥是否出現失靈和泄露，系統吹洗管道是否有漏點，如發現問題應立即處理。

在正常調試運行期間，運行人員也應經常檢查進行系統的壓差，清理進氣系統表面附著的大塊雜物。如果以上措施仍不能解決進行進氣系統壓差過大甚至達到跳機極限的情況，那么就需要停機更換濾芯。更換濾芯時應對燃氣輪機進氣入口進行細致檢查，避免沒有任何異物吸入到燃機中。另外，進氣系統在安裝時也要注意進氣系統內部的清潔，以及油漆破損處的補漆工作。防止長時間運行，進氣通道銹蝕，雜質隨著空氣進入到燃燒室內進行燃燒，燃燒后產生的有害產物附著在葉片上，對葉片造成腐蝕，影響燃機正常運行和發電效率。

2.3 控制系統中常見問題的措施和建議

燃機IGV系統左右側各配置1路角度傳感器，但是要求2路至保護控制器的信號波動在1°范圍內，而燃機兩側IGV角度偏差超過2°就報警，超過4°就會發生機組跳機。但是燃機在調試過程中，信號誤差較大，可能會頻繁出現報警和跳機的情況。發生這種故障的原因可能是這兩路信號處于同一塊AI內，低頻火焰脈動信號波動引起了IGV反饋信號波動；兩側IGV角度傳感器到盤柜的電纜質量不符合要求，抗干擾能力差；角度傳感器發生故障。這種情況下，問題的主要解決辦法主要有：更換卡件位置；檢查信號電纜的質量，或更換認證的電纜，緊固接線；前面檢查角度傳感器，進行空載試驗，如果某個傳感器誤差較大，需要更換角度傳感器。

燃氣輪機的天然氣模塊和燃油模塊的通信通過2路光纖傳輸至盤柜，這2路通信設備之間會產生相互影響，而且穩定性差，容易發生燃機燃油模塊和天然氣模塊通信故障的問題。產生這樣的問題的主要原因可能有：天然氣模塊內通信模件及模件底板故障；天然氣模塊內交換機故障；天然氣模塊內網線屏蔽層接地；天然氣模塊與燃油模塊直接的連接網線抗干擾能力差。如果發生這種問題，首先全面排查天然氣模塊和燃油模塊的I/O模件、電源模件、通信模件；然后改變天然氣模塊和燃油模塊到燃機控制系統的通信連接方式，可以由電纜溝改為走室外敷設的鍍鋅鋼管；聯系燃機廠家，要求對天然氣模塊和燃油模塊到燃機控制系統的連接方式進行重新設計，要求采用硬接線的連接方式。

2.4 燃氣輪機發生振動問題的措施和建議

燃氣輪機發電機組發生振動問題后，可以對可能引發振動問題的原因進行逐一排查，由簡單到復雜。并且需要盡可能采集振動數據樣本，避免因為個別的或者瞬時的現象導致的對燃機振動問題誤判。主要的采集數據過程為，將測振元件分別安裝在燃機振動點較大處的垂直和水平方向，以此獲取運行試驗中的振動數據。然后在運行記錄中找到燃機試運行時的振動數據，綜合考慮其他運行參數，如溫度、負荷等，進行對比分析，確定振動原因。

如果是因為機組的發電機與發動機軸系不對中引起的振動故障，可以將聯軸節解開，重新找中后再啟機試運行監測振動值。如果是因為高壓壓氣機旋轉脫離和喘振引發的振動，可以通過調整運行與設計工況避免振動。如果是因為壓氣機轉子不平衡引起的振動，那么需要重新做動平衡試驗，檢修轉子后再進行振動測試。燃氣輪機機組轉子的彎曲、轉子的碰磨、轉子發生裂紋、機組的動葉片破損等問題也可能導致燃機振動，那么就需要在振動發生時用孔探儀對上述問題進行逐一排查。另外，燃機基礎的強度以及地腳螺栓的緊固程度，也會影響到燃機的振動，在施工和安裝階段，需要對施工驗收嚴格把關，并將施工驗收資料長期保存，以備啟機調試時發生振動后，檢查排除振動原因。

3 結束語

聯合循環電站燃氣輪機及其輔助系統在調試運行過程中，經常會出現一系列故障，而造成發電效率受損或者更嚴重的安全事故。所以，文章針對聯合循環電站燃氣輪機中油系統、進氣系統、控制系統及振動等常見故障，進行原因分析，并對解決方法進行詳細闡述，期望能對燃氣輪機調試運行中的故障防護以及事故處理對策起到一定積極作用。