M701F型燃气轮机历年运行事件分析

谢 冰

（广东惠州天然气发电有限公司，广东 惠州516082）

0 引言

在发电厂生产电力的过程中，由于处于高温、高压环境下且带电设备众多，各种设备工作条件比较恶劣，特别是两班制运行的燃气轮机机组，早起夜停，对设备的损伤更大，容易导致生产事故或设备障碍，影响发电企业生产的经济性和安全性。在出现设备异常时，如何进行快速判断、正确处理，避免故障进一步扩大非常重要。因此，对发电机组历年的运行事件进行汇总分析并制定防范对策非常有必要。而F级燃气轮机在我国已经运行接近10年时间了，普遍都是采用两班制的运行方式，在运行过程中发生了很多运行事件，但目前尚未有相关总结分析。

1 历年运行事件类型统计分析

某电厂3台机组自投产至今，平均每年启停500多次，连续实现安全生产运行2600多天。现对自2007年来3台机组历年的运行事件进行分析，从中找出一定的规律，希望能对发电企业的运行管理及事故处理工作起到一定的指导作用。

1.1 燃气轮机事件

自2007年起，累计统计燃气轮机事件39次，大部分是关于轮盘温度高、叶片通道温度高、燃烧器压力波动大和轴承振动报警的，年均约6次。燃气轮机每次出现事件都对机组的稳定运行产生了重大影响，而且由于其自动化程度非常高，运行人员基本没有干预的余地，因此出现问题时无法进行有效处理，导致不是跳机就是限制负荷，从而严重影响了发电量。

总的来说，燃气轮机主要存在以下问题：

（1）两班制运行，燃气轮机部件温度变化剧烈，承受较大的交变应力，转子容易损坏。比如2009年，M701F燃气轮机普遍出现运行中＃2轴承振动逐日上涨的趋势，最终揭缸检查发现压气机转子三级轮盘存在裂纹，造成了重大的经济损失。好在发现及时，尚在保修期内，三菱公司负责全部修复费用，重新加工了压气机转子以消除应力。因此，两班制运行对燃气轮机的损伤非常大，应尽量减少燃气轮机的启停。针对两班制运行机组，应该制定更科学可靠的检修策略，避免机组运行中出现严重事故。

（2）燃气轮机老化。随着燃气轮机运行的年限增加，不可避免地会出现老化问题。老化主要是指是燃气轮机的压气机效率和透平效率等性能不可恢复地降低。老化一方面对机组有经济性的影响，同时对安全性也有所影响。比如，从2013年开始，M701F燃气轮机在260MW负荷附近普遍出现＃2轮盘温度高报警现象，这也是由于燃气轮机老化，压气机效率下降，导致从压气机抽取的冷却空气的压力比热通道烟气压力低，无法充分冷却静子所致。最终采用扩大＃2轮盘冷却空气的节流孔板孔径增大冷却空气量的方法来降低＃2轮盘温度，但冷却空气的增多也导致了燃气轮机效率进一步下降。对于燃气轮机老化问题，应定期进行离线水洗及时避免部分老化。但燃气轮机老化不可避免，重要的是及早发现并合理处理老化导致的燃气轮机安全问题。

图1是压力不平衡导致＃2轮盘温度高示意图。

图1 ＃2轮盘的压力平衡情况

正常运行状态下，P0＞P1＞P2，当三者之间的压力平衡被破坏时，DCT的温度就会发生变化。在低负荷段，IGV尚未打开或开度较小，冷却空气量较少，即图1中的P0较小，而相关部位的间隙值变化或者高温气体、冷却空气泄漏等因素会导致压力平衡关系被打破，热空气进入密封腔室，使DCT温度升高。随着负荷的增加，IGV角度逐渐开大，冷却空气量随之增大，同时机组高温部件膨胀增加，图中圆圈部分的间隙值变小，压力平衡关系重新被建立，DCT温度开始降低。

当前，燃气轮机的新问题不断涌现，对于运行人员的要求也就越来越高。运行人员应当不断加强对燃气轮机的监视、研究和学习，力求及时发现燃气轮机的缺陷，及时进行正常处理。检修人员也应当进一步做好燃气轮机的维护工作。

1.2 汽机事件

自2007年起，累计统计汽机事件62次。蒸汽轮机主要是一些辅机设备出现问题，运行人员可干预程度较高，现阶段一般都能进行很好的处理。比如凝汽器钛管泄漏、汽机高中压旁路阀卡涩等，一般火电厂都有较好的处理办法。这里和大家分享一起非典型的凝汽器海水泄漏事件。

2012年8月，＃2机组停机过程中连续发生5次凝汽器钛管泄漏事件，凝结水Na＋含量从1ppb左右暴涨至1000ppb、电导率从0.1μs／cm涨至10μs／cm，蒸汽品质也有所下降。泄漏时机组运行状态各不相同，手工取样及现场表计都显示凝结水Na＋含量及电导率高，证明确实存在泄漏。初步判断是凝汽器钛管泄漏，但是每次停机后马上进行凝汽器灌水查漏都未发现有任何钛管泄漏情况，然而开机后下次再停机依然会出现泄漏现象。相继重复进行了5次灌水查漏，都无法找到泄漏点，原因不明。最终在排除各种典型的泄漏情况后，发现是＃2机循环水二次滤网的压差变送器冲洗水管道的海水进入冲洗水管道并最终伴随着凝汽器补水进入凝汽器，导致凝结水Na＋含量及电导率升高，造成凝汽器海水泄漏现象。

1.3 余热锅炉事件

自2007年起，累计统计余热锅炉事件35次，值得关注的是锅炉管道爆管和高压给水主调节阀卡涩故障这2个方面。

锅炉管道爆管主要是因为管道的材质缺陷所致，基本集中在2010年爆发，出现问题后已更换相应管道，现运行正常。最重要的是高压给水主调节阀卡涩，一旦发生卡涩基本都需要停机处理，很可能造成非计划停运。由于使用定速给水泵，利用高压给水主调节阀控制流量，因此该阀前后压差较大，工作条件恶劣，特别是启停机时。现已更改为变频高压泵，给水压力降低，改善了高压给水调节阀的工作环境，基本避免了给水调节阀卡涩的问题。

1.4 电气系统事件

自2007年起，累计统计电气系统事件24次，大部分是关于SFC故障。静态变频启动装置SFC是M701F燃气轮机的启动装置，通过SFC可将发电机变成电动机实现燃气轮机的启动，它是燃机电厂的重要辅助设备。多个燃机电厂的SFC都发生过类似故障，导致机组启动延迟或无法启动。

在SFC的众多故障中，比较难以发现的有以下几种：

（1）励磁变开关MDS4与启动励磁变开关MDS5的故障。这2个开关启动前需要进行分合切换，但是由于执行机构故障发生过多次无法分合闸的情况。在数个M701F燃机电厂，还发生过这2个开关在机组运行时意外分合闸导致跳机的事件。因此，在日常维护中需要加强对这2个开关的保养；同时，本文所述电厂对这2个开关的分合闸逻辑进行了修改，以免这2个开关误分误合。

（2）转子零转速探头故障。该探头是SFC运行时用来检测机组转速的装置，当其故障时SFC将无法运行。

（3）自动调压装置AVC动作异常导致SFC跳闸。在机组未并网前，AVC正常应退出运行，但是AVC逻辑一旦出错，在SFC运行时提前干预发电机定子电压，将导致SFC跳闸。总的来说，针对SFC的系列故障已有一套成熟的处理流程和办法，此类故障出现的次数也越来越少。

1.5 公用系统事件

自2007年起，累计统计公用系统事件24次，最重要的事件是循环水泵出口液控蝶阀故障。循环水泵出口液控蝶阀由于只采用重锤的重力关闭，关闭的力矩不是很足，已经数次发生循环水泵停运过程中其出口蝶阀关闭的故障，严重影响了循环水泵的安全运行。因此，每次启停循环水泵的时候运行人员都会到就地检查，一旦发生了蝶阀故障，立即切换至就地操作，但是一般情况下作用也不大，需要用绳索强制拉下蝶阀。建议同类电厂循环水泵出口液控蝶阀使用液压控制开启及关闭的阀门。

另外，热控DCS系统及消防系统也发生了数次事件，主要是设备异常的偶然事件，都得到了很好的处理。热控DCS系统相对严重的一个运行事件是数据采集系统ACS故障，导致监控画面无法操作和监视，经三菱公司检查和优化ACS后现已正常。

2 各类事件总结

从上述历年各类型事件统计来看，蒸汽轮机的运行事件最多，其次是燃气轮机和余热锅炉，然后是电气系统和公用系统，发电机事件最少。蒸汽轮机辅助设备较多，而且经常启停，因此比较容易出现故障，而发电机系统由于设备最少因此事件也最少。从上述分类事件统计来看，我们应该加强对蒸汽轮机及其附属设备的运行监视和维护工作。同时，随着燃气轮机运行时间的加长，设备逐渐发生老化，而燃气轮机一旦发生故障都比较严重，因此对燃气轮机同样也应加强运行监视和维护。另外，根据电厂运行事件年度统计分析，从2007年到今年，运行事件逐年减少，全厂的安全生产水平不断提高，运行人员技能已相对成熟，机组进入一个相对稳定期。

3 结语

对于电厂一期3台M701F机组来说，经过多次的机组检修，多年运行经验的积累，多项设备的改造及多年的运行优化，人机配合已处于一个相对稳定期，要想进一步减少机组的运行故障，提高设备的可靠性，在对事故及异常实施闭环管理的基础上，应加强对反措执行这一环节的管理，提高反措整改质量和效果。导致生产运行事件发生的原因是多种多样的，要想从根本上防止事故这个“果”，必须有针对、有重点地消除导致事件发生的“因”。所有意外均可以避免，所有存在的危险皆可得到控制。因此，针对历年发生的运行事件进行分类整理和分析，并提出处理措施，通过学习不断提高运行人员的运行操作技能和事故处理能力，才能避免类似设备事故的重复发生，真正实现预防和预控的安全管理目标。

［1］唐学创.百龙滩水电厂历年统计事故分析［J］.电力安全技术，2004（7）

［2］邬意慧.北仑电厂1，2号机组历年统计事故分析［J］.电力安全技术，2002（1）