浙江浙能金華燃機(jī)發(fā)電有限責(zé)任公司 閆鳳平

1 引言

公司配有1套180MW 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)（以下簡(jiǎn)稱“燃機(jī)”）由美國通用公司（GE）生產(chǎn)，型號(hào)為PG9171E，2005年3月投產(chǎn)，2014年3月進(jìn)行油改氣，采用DLN1，0燃燒器。燃機(jī)由一個(gè)額定功率為1000kW 的啟動(dòng)馬達(dá)、一個(gè)17級(jí)的軸流式壓氣機(jī)、一個(gè)由14個(gè)燃燒室組成的燃燒系統(tǒng)、一個(gè)3級(jí)透平等部分組成。軸流式壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和透平轉(zhuǎn)子由法蘭連接，并有三個(gè)支撐軸承。燃機(jī)的發(fā)電機(jī)是空冷、三相、二極、3000rpm 轉(zhuǎn)速、50Hz 頻率的交流電、實(shí)心鑄鐵轉(zhuǎn)子的同步發(fā)電機(jī)，GE 對(duì)應(yīng)型號(hào)為9A5，發(fā)電機(jī)的輸出功率為137MW（在基本負(fù)荷下運(yùn)行）。勵(lì)磁機(jī)是帶有旋轉(zhuǎn)二極管整流的交流勵(lì)磁機(jī)，勵(lì)磁方式為無刷勵(lì)磁。

軸流式壓氣機(jī)部分由壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和封閉的靜子氣缸組成，在氣缸上安裝著壓氣機(jī)的17級(jí)靜葉，一級(jí)進(jìn)氣導(dǎo)向葉片（I.G.V）和兩級(jí)排氣導(dǎo)向葉葉片（E.G.V）。

在壓氣機(jī)內(nèi)的空氣，由一系列類似的動(dòng)葉（轉(zhuǎn)子）和靜葉（靜子）一級(jí)一級(jí)地壓縮，從壓氣機(jī)抽取的壓縮空氣用于透平噴嘴（NOZZLE）和動(dòng)葉（BUCKET）的冷卻（AE-16，AE-17），軸瓦的密封和三級(jí)護(hù)環(huán)的冷卻（AE-5），啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的防喘（AE-11），箱體外的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)（88TK-1，2）用于透平缸體和排氣框架的冷卻。壓氣機(jī)抽氣用于：一是冷卻高溫運(yùn)行的透平部件；二是密封燃機(jī)軸瓦；三是為氣動(dòng)閥提供操作氣源。

第五級(jí)抽氣（AE-5）：抽氣口位于壓氣機(jī)第4級(jí)排氣后，第5級(jí)前，通過壓氣機(jī)上半缸和下半缸的外部連接管路傳輸，用于所有轉(zhuǎn)子軸瓦的密封，少量部分用于透平三級(jí)護(hù)環(huán)的冷卻（上半缸兩路抽氣用于透平三級(jí)護(hù)環(huán)的冷卻，下半缸兩路抽氣用于軸承密封）。

第十一級(jí)抽氣（AE-11）：來自抽氣口位于壓氣機(jī)第10級(jí)排氣后，第11級(jí)前（4路抽氣管），僅用于燃機(jī)起機(jī)和停機(jī)過程中，防止壓氣機(jī)喘振的放氣，燃機(jī)滿速后及帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，防喘放氣閥關(guān)閉，以便有最大的軸輸出功率。

第十一級(jí)抽氣（AE-11）：來自抽氣口位于壓氣機(jī)第10級(jí)排氣后，第11級(jí)前（4路抽氣管），僅用于燃機(jī)起機(jī)和停機(jī)過程中，防止壓氣機(jī)喘振的放氣，燃機(jī)滿速后及帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，防喘放氣閥關(guān)閉，以便有最大的軸輸出功率。

第十七級(jí)抽氣（AE-16）：來自17級(jí)的壓氣機(jī)抽氣位于壓氣機(jī)第16級(jí)后，第17級(jí)前，該抽氣徑向流入第16級(jí)和第17級(jí)的葉輪間隙（壓氣機(jī)后短軸上帶有通流槽的輪盤），然后流入轉(zhuǎn)子的中心孔，此后流入透平，冷卻透平的一，二級(jí)動(dòng)葉和轉(zhuǎn)子輪間。

9E 燃機(jī)的運(yùn)行可分為啟動(dòng)、并網(wǎng)，帶負(fù)荷、停機(jī)及冷機(jī)五部分。

啟動(dòng)。燃機(jī)的啟動(dòng)涉及一些相關(guān)啟動(dòng)裝置。本廠9E 燃機(jī)的啟動(dòng)裝置主要包括啟動(dòng)電機(jī)88CR，盤車電機(jī)88TG，液力變扭器，液力變扭器導(dǎo)葉調(diào)整電機(jī)88TM，輔助齒輪箱，充油式半柔性聯(lián)軸器等輔機(jī)。盤車電機(jī)與啟動(dòng)電機(jī)之間通過柔性聯(lián)軸器相連，啟動(dòng)電機(jī)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(lián)軸器），輔助齒輪箱與燃機(jī)大軸（壓氣機(jī)）是通過充油式半柔性聯(lián)軸器相連。啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)燃機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)燃機(jī)的進(jìn)氣流量達(dá)點(diǎn)火需求后，燃機(jī)點(diǎn)火完成（經(jīng)1min 的輕吹過程），燃機(jī)點(diǎn)火后繼續(xù)升速，當(dāng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)自持轉(zhuǎn)速后，啟動(dòng)電機(jī)停運(yùn)，其間液力變扭器導(dǎo)葉角度也按要求不斷調(diào)整（通過88TM）實(shí)現(xiàn)。脫扣后，燃機(jī)轉(zhuǎn)速在透平的帶動(dòng)下不斷上升，直至FSNL（FULL SPEED NO LOAD）。

并網(wǎng)。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)化，燃機(jī)必須通過所帶發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電來實(shí)現(xiàn)；為了實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（頻率）需與網(wǎng)頻一致，機(jī)端電壓及相位皆與電網(wǎng)一致，通過出口開關(guān)52G 的合閘操作（手動(dòng)或自動(dòng)）完成同期工作。

帶載?；矩?fù)荷：燃機(jī)透平葉片材料所決定的燃機(jī)連續(xù)運(yùn)行所能承受的最高燃燒溫度（按燃機(jī)溫控線運(yùn)行）及最高燃機(jī)負(fù)載，預(yù)選負(fù)荷：預(yù)選負(fù)荷的可調(diào)范圍為旋轉(zhuǎn)備用負(fù)荷至基本負(fù)荷之間；一般，燃機(jī)預(yù)選負(fù)荷常常在低于基本負(fù)荷的某一負(fù)荷，選取預(yù)選負(fù)荷后，燃機(jī)的出力就將被控制在這一點(diǎn)上運(yùn)行。尖峰負(fù)荷：尖峰負(fù)荷為燃機(jī)在相對(duì)長(zhǎng)的一段時(shí)間（而非長(zhǎng)期連續(xù)）里，燃機(jī)透平葉片等熱部件所能承受的最大出力，尖峰負(fù)荷運(yùn)行會(huì)降低機(jī)組的使用壽命。對(duì)于考慮燃用重油的機(jī)組，因受燃燒溫度的限制，已取消帶尖峰負(fù)荷的功能。

停機(jī)。停機(jī)分為正常停機(jī)和緊急停機(jī)兩種情況：正常停機(jī)（NORMAL SHUTDOWN），運(yùn)行人員手動(dòng)放出停機(jī)命令或由于機(jī)械或調(diào)節(jié)問題而不需緊急停機(jī)，由保護(hù)裝置發(fā)出自動(dòng)停機(jī)命令（L94AX）。

緊急停機(jī)（EMERGENCY SHUTDOWN），通常稱之為跳閘，其是通過運(yùn)行人員按下緊急停機(jī)按鈕或在某些較為嚴(yán)重的故障情況下，由保護(hù)裝置動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)機(jī)組跳閘。燃機(jī)故障跳閘的情況較多，主要從振動(dòng)保護(hù)、燃燒檢測(cè)（分散度，排氣溫度）、超溫、超速、熄火、滑油壓力、滑油溫度、進(jìn)氣壓降等方面來實(shí)現(xiàn)。

冷機(jī)。低速盤車（TURNING GEAR）和高速盤車（CRANKING）。

在9E 燃?xì)廨啓C(jī)中，需要進(jìn)行冷卻的高溫部件有透平的噴嘴和動(dòng)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(jī)組本身的軸流式壓氣機(jī)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(jī)組之外的透平排氣框架風(fēng)機(jī)提供。

燃機(jī)密封冷卻系統(tǒng)主要由透平排氣框架冷卻風(fēng)機(jī)88TK、透平間冷卻風(fēng)扇88BT、負(fù)荷間冷卻風(fēng)扇88VG、防喘放氣閥VA2裝置組成。透平排氣框架風(fēng)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“88TK”）屬于燃機(jī)密封冷卻系統(tǒng)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(jīng)過排氣管道中的空心支撐流入管道支架，對(duì)空心支撐和管道支架進(jìn)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(xiàn)場(chǎng)配置三臺(tái)88TK 風(fēng)機(jī)，采用兩用一備的運(yùn)行方式。機(jī)組原設(shè)計(jì)廠家配套兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)88TK 均要維持運(yùn)行，無備用風(fēng)機(jī)。當(dāng)88TK 發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致透平冷卻空氣壓力降低、冷卻風(fēng)量減少，相關(guān)冷卻部件超溫，機(jī)組減負(fù)荷運(yùn)行，甚至自動(dòng)停機(jī)。為保證機(jī)組安全可靠連續(xù)運(yùn)行，2019年技改項(xiàng)目增裝一臺(tái)88TK 備用風(fēng)機(jī)，一旦原風(fēng)機(jī)故障，可以啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)而不影響機(jī)組連續(xù)安全可靠運(yùn)行。

2 現(xiàn)象描述

2022年2月7日，運(yùn)行人員在定試定切中，試運(yùn)燃機(jī)透平排氣框架冷卻風(fēng)機(jī)88TK1時(shí)，運(yùn)行正常，停88TK1，啟88TK2時(shí)，運(yùn)行5s 左右故障跳閘，風(fēng)機(jī)本體轉(zhuǎn)動(dòng)無異常。聯(lián)鎖啟動(dòng)88TK1、88TK2，啟動(dòng)88TK1、88TK3，啟動(dòng)8TK2、88TK3運(yùn)行都正常。

3 故障分析

88TK1是美國通用公司（GE）生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)，2004年安裝投產(chǎn)使用。88TK2因2020年檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉輪有磨損，對(duì)破損處葉片進(jìn)行補(bǔ)焊，并進(jìn)行動(dòng)平衡，合格后回裝，因存在安全隱患，專業(yè)商量后計(jì)劃國產(chǎn)化替代，經(jīng)兄弟電廠調(diào)研，某電廠已國產(chǎn)化，技術(shù)成熟，立即申購備件由杭州某公司供貨，電機(jī)功率45kW，額定電壓380V，額定電流80.8A。2021年6月成立攻關(guān)項(xiàng)目，實(shí)施風(fēng)機(jī)及電機(jī)整體安裝，單臺(tái)試運(yùn)正常，振動(dòng)7S，電流68A。

88TK3與88TK1同型號(hào)，是由美國通用公司（GE）生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率45kW，額定電壓380V，額定電流78A。2019年技改在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)東側(cè)空地澆筑地基后，風(fēng)機(jī)配電機(jī)整套安裝，與原母管連接，配有獨(dú)立罩殼，安裝后單臺(tái)試運(yùn)正常。每臺(tái)風(fēng)機(jī)的出口單獨(dú)配有逆止閥（VCK）、膨脹節(jié)及出口壓力開關(guān)。

機(jī)組啟機(jī)過程中當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到95%時(shí)，88TK1啟動(dòng)，延時(shí)10s 后88T2啟動(dòng)，機(jī)組停運(yùn)轉(zhuǎn)速低于94%時(shí)兩臺(tái)主風(fēng)機(jī)才相繼停運(yùn)。當(dāng)兩臺(tái)主風(fēng)機(jī)88TK1/88TK2一臺(tái)故障時(shí)或風(fēng)壓低報(bào)警時(shí)，操作員站手動(dòng)啟動(dòng)88TK3風(fēng)機(jī)。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，63tk1/2/3壓力低均動(dòng)作，機(jī)組自動(dòng)減負(fù)荷；發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，63tk1/2/3中任意兩個(gè)壓力低動(dòng)作，報(bào)警；88TK3運(yùn)行時(shí)，若63tk-3壓力低動(dòng)作，則報(bào)警；火災(zāi)主火警報(bào)警時(shí)，不允許啟動(dòng)88TK3風(fēng)機(jī)。壓力開關(guān)動(dòng)作定值為3，81kPa（如圖1所示）。

圖1

透平框架冷卻風(fēng)機(jī)88TK1/2電氣二次回路如圖2所示。

圖2

2019年，C 級(jí)檢修對(duì)88TK1/88TK2風(fēng)機(jī)出口逆止閥解體檢修，88TK1逆止閥閥體轉(zhuǎn)軸有破損，重新補(bǔ)焊，兩個(gè)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(dòng)電流過大；電機(jī)負(fù)載過大；熱繼電器動(dòng)作不合理；電機(jī)缺相。

根據(jù)上文幾條要因現(xiàn)場(chǎng)檢查重啟88TK2，88TK1風(fēng)機(jī)有倒轉(zhuǎn)，判斷88TK1出口逆止閥關(guān)閉不嚴(yán)，彈簧彈力不足，88TK2出口背壓小，負(fù)荷增大導(dǎo)致電機(jī)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(guī)格一致的新逆止閥，現(xiàn)場(chǎng)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(dǎo)致閥門無法全關(guān)，鐵絲取走，閥瓣無法自動(dòng)復(fù)位，彈簧失效，88TK2出口逆止閥開關(guān)正常。

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)兩根鐵絲來自88TK1風(fēng)機(jī)吸入口的進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)處，運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)將斷裂的鐵絲吸進(jìn)卡在逆止閥處導(dǎo)致逆止閥閥瓣無法復(fù)位，如圖4所示。

圖4

發(fā)現(xiàn)問題后專業(yè)班組立即安排打開進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)，檢查風(fēng)機(jī)內(nèi)部無鐵絲遺留，葉片檢查完好，確認(rèn)后對(duì)進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)，利用修舊利廢，將廢舊電機(jī)的風(fēng)扇罩殼手動(dòng)改造，測(cè)繪后切割、焊接、回裝，如圖5所示。

此外檢查88TK2/88TK3進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng)完好，回裝工作結(jié)束后安排試運(yùn)，試運(yùn)結(jié)果如下：一是啟動(dòng)88TK1，起動(dòng)電流620A，運(yùn)行電流57A，運(yùn)行正常；二是停88TK1，啟88TK2跳閘；三是啟88TK1，啟88TK2，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行正常；四是啟88TK3，啟88TK2，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行正常；五是聯(lián)系電氣專業(yè)，再啟88TK2，電流83A 跳閘（熱繼電器動(dòng)作值82A）；六是現(xiàn)場(chǎng)將88TK2進(jìn)風(fēng)門縮小與88TK1相同的進(jìn)風(fēng)量；七是2月16日88TK 風(fēng)機(jī)罩殼回裝后，再啟88TK1，起動(dòng)電流602A，運(yùn)行電流68/69/67.8A，運(yùn)行正常。停88TK1，啟88TK2，起動(dòng)電流632A，運(yùn)行電流61.7A，20s 后跳閘。聯(lián)系電氣專業(yè)，對(duì)調(diào)88TK1/88TK2開關(guān)柜，運(yùn)行電流61.5A，運(yùn)行正常。由此判斷，88TK2開關(guān)柜內(nèi)熱繼電器動(dòng)作不正常。該熱繼電器自2004年機(jī)組投產(chǎn)后未更換過，且進(jìn)口件廠家已經(jīng)停產(chǎn)。更換同型號(hào)的國產(chǎn)件后試運(yùn)正常。

圖5

建議：一是排查#5機(jī)TCC 間開關(guān)柜內(nèi)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(bào)警，建議增加壓力變送器顯示實(shí)時(shí)壓力，便于監(jiān)視出口壓力。三是88TK3實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖啟動(dòng)，提高風(fēng)機(jī)使用的均衡性。四是#5機(jī)、#6機(jī)的相關(guān)風(fēng)機(jī)進(jìn)口濾網(wǎng)列入定期檢查項(xiàng)目，確保無破損。五是定試定切時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢查備用風(fēng)機(jī)有無倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

綜上，燃機(jī)密封冷卻系統(tǒng)作為機(jī)組重要輔機(jī)，尤其是日開夜停、調(diào)峰機(jī)組，日常要加強(qiáng)定試工作，按規(guī)定的定期切換、試運(yùn)項(xiàng)目進(jìn)行操作，檢修人員加強(qiáng)巡檢，目前省內(nèi)燃?xì)鈾C(jī)組面臨年利用小時(shí)數(shù)縮減，長(zhǎng)期停運(yùn)的新形勢(shì)，其特點(diǎn)是停運(yùn)設(shè)備范圍廣、系統(tǒng)多、停運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)等。管理人員更要做好檢修維護(hù)管理，認(rèn)真梳理點(diǎn)檢定維管理，定切定試管理，查擺不足，彌補(bǔ)短板，要集中精力對(duì)設(shè)備上、系統(tǒng)上存在的問題進(jìn)行集中消除，進(jìn)一步提高設(shè)備運(yùn)行安全性、可靠性[1]。