發(fā)電機(jī)功率異常引發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)超溫跳機(jī)的原因分析

吳凡

(杭州華電半山發(fā)電有限公司,浙江 杭州 310015)

1 問(wèn)題的提出

S109FA蒸汽 -燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組為大型單軸天然氣發(fā)電機(jī)組,由 9FA燃?xì)廨啓C(jī)、D10蒸汽輪機(jī)、三壓無(wú)補(bǔ)燃余熱鍋爐、390H氫冷發(fā)電機(jī)等 4部分組成,單臺(tái)容量 390MW。為保證聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的安全運(yùn)行,機(jī)組設(shè)置了一系列保護(hù)功能。其中,為保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)不因過(guò)熱而發(fā)生損害,專(zhuān)門(mén)設(shè)置了燃?xì)廨啓C(jī)超溫保護(hù),這是一個(gè)后備系統(tǒng),僅在燃?xì)廨啓C(jī)溫控回路發(fā)生故障時(shí)起作用。在正常情況下,燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)在溫控回路的控制下運(yùn)行。一旦燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度超過(guò)溫控限制值,燃?xì)廨啓C(jī)超溫保護(hù)將起作用,切斷燃料遮斷停機(jī),可避免造成燃?xì)廨啓C(jī)熱通道部件的損壞。在機(jī)組運(yùn)行中,可能引起燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度超溫的原因有很多,本文介紹的因發(fā)電機(jī)功率異常引起燃?xì)廨啓C(jī)超溫的原因雖非常見(jiàn),但卻值得重視。本文有針對(duì)性地提出了處理對(duì)策,供同類(lèi)型機(jī)組參考。

2 故障的起因

2008-02-05 T 10:09,杭州華電半山發(fā)電有限公司#3機(jī)組啟動(dòng),2008-02-15 T 10:35并網(wǎng),2008-02-15 T 10:37:47.021燃機(jī)報(bào)警信號(hào)Q1273置 1,內(nèi)容為:FSR LIMITED DUE TO DWATT XDUCER FAILURE(燃料行程基準(zhǔn)因功率變送器故障受限),當(dāng)時(shí),機(jī)組實(shí)際起作用的 FSRN(轉(zhuǎn)速控制燃料行程基準(zhǔn))為 28.5%FSR。在 2008-02-15 T 10:37:47.061至 2008-02-15 T 10:37:47.460將近 0.4s的時(shí)間間隔內(nèi),燃機(jī)報(bào)警信號(hào) Q1318置 1,內(nèi)容為 MEGAWATT TRANSDUCER SIGNAL TROUBLE(功率變送器信號(hào)故障),含義為 DWATT1和DWATT2這 2個(gè)功率變送器的差值大于 3MW以上的某個(gè)值(根據(jù) 2功率變送器中最大值的 10%或者3MW高選)。當(dāng)時(shí)發(fā)電機(jī)功率信號(hào) DWATT(2個(gè)功率變送器的高選值)從 30MW下降到 -3.5MW后又恢復(fù)到 36MW,歷時(shí) 2 s左右。2008-02-15 T 11:46,在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中,進(jìn)行到汽輪機(jī)高、中、低壓系統(tǒng)進(jìn)汽完畢,聯(lián)合循環(huán)機(jī)組準(zhǔn)備升負(fù)荷階段時(shí),出現(xiàn) FSR(燃料行程基準(zhǔn))限制為 30%FSR無(wú)法增加負(fù)荷的情況。經(jīng)過(guò)熱控及電氣人員的檢查,判斷為因報(bào)警信號(hào) Q1273置 1,導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法增加 FSR,而該報(bào)警信號(hào)需要機(jī)組主復(fù)位才能消除。2008-02-15 T 12:39:53.639機(jī)組負(fù)荷 114MW,進(jìn)行了機(jī)組主復(fù)位操作后,出現(xiàn) FSR瞬間快速上升(3.5s內(nèi) FSR從 30%FSR上升到 66%FSR)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)排氣超溫而出現(xiàn)無(wú)法控制的局面,2008-02-15 T 12:39:59.001機(jī)組因燃機(jī)排氣超溫跳機(jī),當(dāng)時(shí)負(fù)荷為192MW。

3 原因分析

要分析此次燃?xì)廨啓C(jī)排氣超溫跳機(jī)的原因,首先要從燃?xì)廨啓C(jī) MK VI的主控制系統(tǒng)說(shuō)起。MK VI設(shè)置了以下 7種自動(dòng)改變?nèi)細(xì)廨啓C(jī)燃料消耗率的主控制系統(tǒng):啟動(dòng)控制系統(tǒng)(Start Up);轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)(Speed);溫度控制系統(tǒng)(Temperature);加速控制系統(tǒng)(Acceleration);停機(jī)控制系統(tǒng)(Shut Down);壓氣機(jī)壓比控制系統(tǒng)(Compressor Ratio);輸出功率控制系統(tǒng)(Dwatt)。

每個(gè)系統(tǒng)輸出相應(yīng)的燃料行程基準(zhǔn)(指令)FSR(Fuel Stroke Reference)分別為:啟動(dòng)控制燃料行程基準(zhǔn) FSRSU;轉(zhuǎn)速控制燃料行程基準(zhǔn) FSRN;溫度控制燃料行程基準(zhǔn) FSRT;加速控制燃料行程基準(zhǔn) FSRACC;停機(jī)控制燃料行程基準(zhǔn) FSRSD;壓氣機(jī)壓比控制燃料行程基準(zhǔn) FSRCPR(或 FSRCPD);輸出功率限制燃料行程基準(zhǔn) FSRDWCK。

此外,還設(shè)置了手動(dòng) FSR控制,輸出信號(hào)為FSRMAN。8個(gè) FSR基準(zhǔn)量進(jìn)入最小值選擇門(mén),選出 8個(gè) FSR中最小值作為輸出,以此作為該時(shí)刻實(shí)際執(zhí)行用的 FSR控制信號(hào)指令。盡管任何時(shí)候這 8個(gè)系統(tǒng)各自都在運(yùn)算和輸出,但某一時(shí)刻只有一個(gè)系統(tǒng)的輸出能夠通過(guò)最小值選擇門(mén),所以,只有這一個(gè)指令才能發(fā)揮控制機(jī)組燃料量的作用。

下面再分析一下報(bào)警信號(hào) Q1273 FSR LIMITED DUETODWATTXDUCER FAILURE(燃料行程基準(zhǔn)因功率變送器故障受限)產(chǎn)生的原因。

每臺(tái)機(jī)組的2個(gè)功率變送器96GG-1和96GW-1的輸出經(jīng)過(guò)高選作為發(fā)電機(jī)功率 DWATT的輸出。

機(jī)組并網(wǎng)以后,只要 DWATT＞2MW(DWKFLT),L3DWBCOK就置 1(Megawatt Transducer Signal Normal After Synch),表示發(fā)電機(jī)功率變送器正常。

反之,當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后(L52GX=1),一旦出現(xiàn)L3DWBCOK為 0,就表示發(fā)電機(jī)功率變送器出現(xiàn)故障,經(jīng)過(guò) 5s(K3DWBCOKYZ)仍然不能恢復(fù)正常,則導(dǎo)致L3DWBCOKYZ=1(Megawatt Transducer Signal Normal After Synch T.D)。該信號(hào)在機(jī)組并網(wǎng) 25 s后(L52GXZ=1)的相應(yīng)條件下將一直保持到機(jī)組主復(fù)位動(dòng)作。

L3DWBCOKYZ=1,則 L3DWCK=1(意味著功率變送器異常),這時(shí)機(jī)組已經(jīng)在并網(wǎng)條件下(L52GX=1),控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警 L3DWBCOKZ_AL(報(bào)警號(hào) Q1273 FSR LIITED DUE TO DWATT XDUCER FAILURE)。

當(dāng)L3DWBCOK=1“與 ”L3DWBCOKYZ=0(機(jī)組并網(wǎng)后 DWATT＞2MW后未出現(xiàn)連續(xù) 5 s以上的≤2MW)或者 L52GYZ=1(解列 5 s后),則將當(dāng)前的 FSR值作為 FSR_LAST的值。

比較 FSR_LAST和 FSKDWCK(30%FSR),從兩者中取大值作為 FSRDWCK1的輸出。

當(dāng)L3DWCK=0(功率變送器無(wú)故障)時(shí),用最大值 100%FSR(FSRMAX)作為 FSRDWCK的輸出,就此退出對(duì) FSR的限制控制。

當(dāng)L3DWCK=1(功率變送器有故障)時(shí),把FSRDWCK1的值作為 FSRDWCK輸出,它就有可能介入對(duì) FSR的控制,起到限制 FSR輸出值的作用。

4 故障情況總結(jié)

在正常情況下,機(jī)組并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)功率變送器沒(méi)有出現(xiàn)異常,就用 FSR_LAST保留當(dāng)時(shí)的 FSR值。FSRDWCK1就等于 30%FSR或者大于 30%FSR的 FSR_LAST作為其輸出,隨時(shí)處于準(zhǔn)備狀態(tài)。FSRDWCK則輸出 100%FSR,達(dá)到退出 FSR控制之目的。

在正常情況下,機(jī)組解列后 5 s內(nèi),FSRDWCK輸出 30%FSR與 FSR_LAST(通常是解列前功率在2MW以上當(dāng)時(shí)的 FSR保留值)中的高選值,起到限制 FSR輸出值的作用。

在異常情況下,一旦出現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)功率變送器持續(xù) 5 s不大于 2MW,那么,FSRDWCK1輸出到 FSRDWCK,此時(shí) FSRDWCK達(dá)到了限制FSR量值的作用。同時(shí),發(fā)出通報(bào)報(bào)警信號(hào) Q1273(FSR LIITED DUE TO DWATT XDUCER FAILURE)。

2008-02-15 T 10:37:47.021,杭州華電半山發(fā)電有限公司#3機(jī)組剛并網(wǎng) 2min,由于發(fā)電機(jī)功率變送器信號(hào)連續(xù) 5 s以上低于 2MW(事后發(fā)現(xiàn)該功率變送器反映的是真實(shí)的功率信號(hào),當(dāng)時(shí),在機(jī)組并網(wǎng)后的確出現(xiàn)了短暫的逆功率現(xiàn)象,原因還未查明),觸發(fā)了報(bào)警 Q1273(FSR LIITED DUE TO DWATTXDUCER FAILURE),使 FSRDWCK的值從100%FSR切換為 30%FSR。由于當(dāng)時(shí)的最小值 FSRN為 28%FSR,因此,實(shí)際的 FSR選擇并保持了28%FSR,機(jī)組燃料量的控制未出現(xiàn)變化。直到2008-02-15 T 11:46,當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷為 102MW,TNR(轉(zhuǎn)速控制基準(zhǔn) Speed Control Reference)為100.7%,FSRN,FSRACC和 FSRT分別為 30.6%FSR,30.4%FSR和 78.3%FSR,其余的 FSRCPR,FSRMAN,FSRSD,FSRSU均為上限指令 (100%FSR),而實(shí)際的 FSR限制在 30%FSR無(wú)法增加。

2008-02-15 T 12:39:53.639機(jī)組負(fù)荷 114 MW,TNR為 104.3%,當(dāng)時(shí)的 FSRN,FSRACC和 FSRT分別為 81.3%FSR,30.5%FSR和 75.9%FSR,燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度 538℃。進(jìn)行了機(jī)組主復(fù)位操作后,報(bào)警信號(hào) Q1273置 0,FSRDWCK的值從 30%FSR恢復(fù)到 100%FSR,這時(shí)實(shí)際起作用的為 FSRACC,3.5 s內(nèi) FSRACC從 30.4%FSR上升到65.9%FSR,負(fù)荷上升到 196MW,排氣溫度上升到604℃之后,由于燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度上升迅速使 FSRT成為最小值,盡管 FSRT不斷下降,仍然無(wú)法阻止燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度的繼續(xù)升高,機(jī)組終于在2008-02-15 T 12:39:59.001因燃機(jī)排氣超溫(671℃)跳機(jī),當(dāng)時(shí)負(fù)荷 192MW,FSRT為 46.9%FSR。

此次跳機(jī)事件的發(fā)生,暴露出對(duì)輸出功率限制燃料行程基準(zhǔn) FSRDWCK的控制系統(tǒng)沒(méi)有足夠深入的了解,當(dāng)異常情況出現(xiàn)時(shí),在處理方法上存在著考慮不夠全面的情況。筆者事后對(duì)這次跳機(jī)的原因進(jìn)行了深入分析,有針對(duì)性地對(duì) FSR顯示菜單進(jìn)行完善,添加了FSRDWCK的單項(xiàng)柱狀圖(圖 1中虛線框處),便于運(yùn)行人員及時(shí)、直觀地掌握當(dāng)前 FSR主導(dǎo)控制項(xiàng),從而提高對(duì)機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行情況的判斷能力,進(jìn)而做出正確的處理。

圖1 添加了FSRDWCK的單項(xiàng)柱狀圖

5 預(yù)防對(duì)策

對(duì)于出現(xiàn)報(bào)警信號(hào) Q1273 FSR LIMITED DUE TO DWATT XDUCER FAILURE的應(yīng)對(duì)措施:

(1)運(yùn)行人員首先應(yīng)養(yǎng)成隨時(shí)關(guān)注報(bào)警欄的好習(xí)慣,一旦發(fā)現(xiàn)報(bào)警信號(hào),應(yīng)保持負(fù)荷穩(wěn)定不變,請(qǐng)電氣專(zhuān)業(yè)人員確認(rèn)功率變送器的可靠性;

(2)確認(rèn)功率變送器可靠,機(jī)組可以繼續(xù)運(yùn)行后,應(yīng)檢查 FSR菜單,確認(rèn) FSRDWCK是否非最小值(即:非當(dāng)前起作用的 FSR);

(3)如果 FSRDWCK非最小值,則可以進(jìn)行機(jī)組主復(fù)位操作,觀察 FSRDWCK是否從 30%FSR恢復(fù)到 100%FSR,機(jī)組負(fù)荷應(yīng)保持穩(wěn)定;

(4)如果當(dāng)時(shí) FSRDWCK起作用(即 FSRDWCK為最小值),則應(yīng)減負(fù)荷至 FSR小于 FSRDWCK(即FSRDWCK退出控制)后,再進(jìn)行機(jī)組主復(fù)位。觀察FSRDWCK是否從 30%FSR(或 30%FSR以上的一個(gè)值)恢復(fù)到 100%FSR,機(jī)組負(fù)荷應(yīng)保持穩(wěn)定。

[1]張東曉,吳革新.大型燃?xì)?-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)叢書(shū):控制系統(tǒng)分冊(cè)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2009.