燃气轮机运行异常的检测技术分析

林宗斯

摘要：随着我国工业的推动，各种机电设备得到了很好的应用，并且在持续的研究中不断被完善，燃气轮机更是取得了革命性的进步，但是燃气轮机是由多种部件组成的结构复杂的体系，同时又经常在经常处于高温、高热、高压的严酷运行环境下，在长时间的投运过程中，容易发生异常现象，从而造成燃气轮机的性能下降，引发安全事故，因此有必要加强对燃气轮机的运行检测，及时发现问题并进行维修，以提高燃气轮机可靠性和可用性，下面本文就将从燃气机轮集中常见的运行异常现象出发，重点对其检测技术进行探讨，希望能为燃气机轮的稳定运行提供重要保障。

关键词：节燃气轮机;运行异常;检测技术

引言

燃气轮机是燃气电厂中的关键设备，作为一种非常重要的热力系统，由于其性能优良，具有热效率高、能源运送率高等优势而被广泛应用于发电、航空、船舶等工业活动中，但是其运行时会出现各种故障导致部件性能参数偏离设计值，从而出现温度偏高、振动过大、压力失衡等异常现象，如果不能被及时发现并维修，后果会非常严重的，因此相关企业和众多专家学者研发了许多科学有效的检测技术，以助于提高维修效率和质量，及时消除燃气轮機的运行隐患，提高燃气轮机的运行效率和使用寿命。

1.燃气轮机的运行异常介绍

1.1燃气轮机启动异常

燃气轮机的起动过程分为冷态加速阶段，在LCI装置的作用下达到开始轻吹点火的转速，然后根据点火指令点燃空气与天然气混合气体，产生燃气推动涡轮做功，最后到达热态加速阶段，涡轮做功带动压气机转子旋转至空载转速，因此根据其启动原理来说在不同阶段，会因为设备操作失误，线路连接不良等而出现电流过大及无电流等现象，导致燃气轮机未达到点火转速而无法启动;或是因为压缩空气减压阀工作异常、燃气温度低等导致点火失败;因为燃气轮机起动过程中，燃料燃烧时释放大量的热量导致涡轮叶片、轴承损伤，燃气轮机因为超温而自动停机保护，;因为燃气不足而出现冷悬挂故障，燃气轮机过热出现热悬挂故障，导致燃气轮机在非设计工作状态运转，进而降低其使用寿命。

1.2滑油压力异常

燃气轮机运行时是由一个完整的设备体系来推动的，某个部件出现问题会降低燃气轮机运行效率，甚至导致停机，而其附件类型较多，可能会出现压力信号器故障，因为各旋转部件在高速旋转时需要给予持续的润滑，而润滑油的供给是否连续、正常是根据润滑压力来判断的，当滑油压力高于压力信号器动作值时，压力信号器闭合，则开关量回路闭合，该信号会同步传送给主控系统，进而对燃气轮机的润滑状态进行判定，做出对应的反应操作，因此运行集控和维护人员要关注导致滑油、燃油管路压力异常的影响因素。

1.3燃气轮机转速异常

燃气轮机是一种旋转机械系统，相关旋转部件在达到设计转速时转动产生的功是保障燃气机轮系统运行，不断输送能源的重要保障，因此实际的转速可以反映出燃气轮机当下的工作状态，若转速传感器测量到转速出现偏差，燃气轮机控制系统会自动对其进行相应的调整，进而有效维护燃气轮机的运行过程。

2.燃气轮机运行异常的检测技术介绍

2.1基于运行数据的异常检测技术

燃气机轮在运行时，各传感器会捕捉各类信息，并进行存储和分享，控制中心根据这些运行数据，对比正常运行状态的运行参数来判定运行系统是否异常，并在异常时发出警报声，协助集控人员进行处理，其中气路性能参数是一个重要的对比数据，由于燃气机轮运行时叶片会高速运转，长期使用后，受运行环境和构件自身磨损影响，叶片会积垢、受损、松动、间隙增大，导致其正常运行状态发生改变，出现效率和流量的明显变化，因此可以依此作为检测依据判断燃气机轮的运行状态（其检测原理见下图1），如采用基于模型的气路异常检测方法，以一个处于稳态工作条件下的燃气轮机为分析对象，通过线性模型、非线性模型与人工智能算法等求解法来对燃气轮机的气路健康状态进行估计，如基于数据的气路异常检测方法，通过布置在燃气机轮不同位置处的各种传感器收集到的数据来综合分析燃气轮机的健康状态，目前可采用神经网络法对燃气轮机的气路性能参数进行预测，能够较好地检测发现燃气轮机退化过程中异常特征，此外还发展出了一套在线异常检测与诊断系统（见下图2），不仅可以提高异常检测精度，还能够有效处理检测出的问题。，最后温度也是一个非常重要的参数，滑油温度可反应工况，燃气及排烟温度过高会导致停机问题，因此也可以借助温度检测对燃气轮机的运行进行科学评估。

2.2基于振动参数的异常检测技术

燃气轮机作为一种旋转机械，相关旋转部件在运作过程中会发出相应的振动信号，因此也容易出现各种转动故障问题，如果燃气轮机的转子出现故障或是失效，相关部件振动就会出现异常，反馈出的信号就会出现偏差，检测人员可以通过振动参数与正常值的比较来进行检测，查找燃气轮机的故障原因。而检测的关键就在于如何获得振动信号并准确分析，有些学者提出了提出了径向碰摩位置异常检测与智能识别方法，有些学者基于盲源分离信号处理方法对耦合故障特征信号的提取与分离进行了研究，提出了平稳信号和非平稳信号分析法，由于燃气轮机结构较为复杂，转子系统各部件之间相互关联、耦合与制约，因此可能是单一转子故障，也可能是多种故障并存，基于振动参数的异常检测技术还有待进一步研究完善。

2.3基于磨损的异常检测技术

2.3.1油液分析的异常检测

经有关研究总结，燃气轮机在运行过程中出现的大部分故障都与相关部件的磨损有着直接或间接联系，而轴承作为重要的转子支撑与高速旋转部件，在燃气轮机运作中发挥着重要作用，当轴承系统出现异常，能够引起转子的不对中与不平横，进而导致轮机无法正常运行，而轴承需要不断进行润滑才能减小磨损，避免出现故障，因此只要掌握润滑油中的磨损物特点，就可以判断轴承的磨损状况，具体检测时可通过监测润滑油中出现的碎屑特征，利用光谱仪进行油液分析来评估气轮机的转子、轴承等部件的磨损程度。

2.3.2静电检测

这也是一种主要针对因磨损出现异常的检测技术，不仅可以对润滑油中的磨损颗粒进行了异常检测，还可以对滚动轴承在异常情况下发出的静电信号特征，如信号的强噪声等进行分析来实现在线异常检测与退化评估，也可实现对发动机烧蚀、碰磨、喷油嘴堵塞和燃烧效率下降等气路异常监测，对保障燃气轮机的正常运行起着重大作用。

2.4基于多源信息融合的异常检测

以上几种方法都是根据运行异常时的某一单一信号进行检测分析，而燃气轮机运行异常的现象和原因较复杂，多类型故障容易耦合，为了提高检测精度，实现对燃气轮机运行异常全面而又准确的检测，可以将多源信息进行融合，以更加充分利用已知信息，提高燃气轮机异常检测、性能退化与剩余寿命预测的精度（详见下图3），如综合气路性能与振动参数特征，提取监测参数的有效特征信息进行运行状态检测，融合油液光谱与磨损颗粒检测结果，提高轴承的异常检测与故障诊断的准确率。

结语

综上所述，燃气机轮在长期运行过程中会出现各种异常情况，为了尽早发现异常并排除故障，可以检测参数变化来评估燃气机轮的性能，根据不同异常情况下出现的温度、振动、气路异常等信号，对其运行状态进行有效的监测、评估及故障分析和预警，从而完善维修保养计划，有效降低燃气机轮运行故障发生率，确保燃气轮机安全、高效运行，并延长其使用寿命，使各部件充分发挥作用。

参考文献

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