一起6FA燃機(jī)速比閥異常分析

王磊

摘 要：美國(guó)GE公司生產(chǎn)的6FA燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，液壓油系統(tǒng)取自潤(rùn)滑油管路。在兩班制啟停的情況下，潤(rùn)滑油溫度的大幅變化造成部分設(shè)備產(chǎn)生漆膜，導(dǎo)致設(shè)備故障，引起機(jī)組跳閘。在經(jīng)過(guò)液壓油系統(tǒng)分離改造后，機(jī)組運(yùn)行可靠性大幅提升。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī);速比閥;漆膜;潤(rùn)滑油系統(tǒng);分離改造

1 概況

某廠一期建設(shè)2×106FA燃?xì)?-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。燃?xì)廨啓C(jī)使用美國(guó)GE公司生產(chǎn)的PG6111FA機(jī)組，設(shè)計(jì)工況下簡(jiǎn)單循環(huán)機(jī)組出力為77.1MW。該機(jī)組采用兩班制運(yùn)行方式，截止異常發(fā)生時(shí)，1號(hào)燃機(jī)運(yùn)行3568h，啟動(dòng)222次。

2 異常經(jīng)過(guò)

04時(shí)30分，該廠1號(hào)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)后帶Base Load。

14時(shí)39分50秒，燃機(jī)負(fù)荷68.5MW，汽機(jī)負(fù)荷34.5MW，燃機(jī)速比閥后P2壓力334psi，速比閥SRV開(kāi)度39.8%，燃燒基準(zhǔn)FSR 66.8%。

14時(shí)40分20秒，1號(hào)燃機(jī)跳閘，跳閘首出“High Exhaust

Temperature Spread Trip”--排氣分散度高跳閘和“Startup Fuel Flow Excessive Trip”--動(dòng)燃料異常跳閘。

回看燃機(jī)運(yùn)行曲線發(fā)現(xiàn)，在14時(shí)39分55秒至14時(shí)39分57秒這段時(shí)間內(nèi)，速比閥（VSR）開(kāi)度反饋逐漸減小，P2壓力減小。在6FA燃機(jī)的控制策略中，P2壓力是根據(jù)燃機(jī)轉(zhuǎn)速TNH的比例計(jì)算出的結(jié)果，其公式如下：FPRG（P2壓力）=TNH×3.64-30.99。當(dāng)燃機(jī)達(dá)到全速空載時(shí)，由于TNH基本不變，因此SRV應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)以維持P2壓力穩(wěn)定在333psi左右。此時(shí)速比閥SRV伺服電流根據(jù)壓力設(shè)定值調(diào)整輸出約從-3到-20（伺服電流為負(fù)時(shí)，應(yīng)為開(kāi)門(mén)動(dòng)作），而閥門(mén)應(yīng)開(kāi)未開(kāi)。

14時(shí)39分58秒，燃機(jī)速比閥SRV開(kāi)度突然增加，導(dǎo)致P2壓力增加到359psig，這時(shí)速比閥SRV伺服電流迅速?gòu)呢?fù)到正（伺服電流為正時(shí)，應(yīng)為關(guān)門(mén)動(dòng)作），但閥門(mén)并未及時(shí)關(guān)小。

14時(shí)40分00秒至14時(shí)40分08秒，速比閥SRV開(kāi)度依據(jù)壓力控制策略緩慢關(guān)小，P2壓力逐漸減小，但仍高于設(shè)定值，這時(shí)速比閥（VSR）伺服電流還在正向持續(xù)加大，以滿足關(guān)閉閥門(mén)達(dá)到減壓的目的。

14時(shí)40分08秒開(kāi)始，速比閥（VSR）突然迅速關(guān)小至18%，P2壓力迅速下降到247 psig，導(dǎo)致燃機(jī)負(fù)荷快速下降。由于燃料流量發(fā)生突變，進(jìn)而引起燃燒故障，觸發(fā)上述兩個(gè)跳閘邏輯，導(dǎo)致機(jī)組跳閘。

3 原因分析

經(jīng)過(guò)對(duì)上述現(xiàn)象的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)速比閥SRV伺服閥存在調(diào)節(jié)紊亂現(xiàn)象。伺服電流是依據(jù)P2壓力設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)，一旦壓力高（或低于）設(shè)定值，都會(huì)使調(diào)節(jié)伺服電流正向增加以關(guān)小SRV（或負(fù)向增加以開(kāi)大SRV）。通過(guò)曲線分析，伺服閥動(dòng)作遲緩，導(dǎo)致伺服電流持續(xù)增加，伺服閥在動(dòng)作過(guò)程中出現(xiàn)瞬時(shí)開(kāi)大和開(kāi)小的情況，導(dǎo)致P2壓力調(diào)節(jié)異常，為此次事件發(fā)生的主要原因。

經(jīng)過(guò)對(duì)速比閥（SRV）伺服閥及其油濾的檢查，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油系統(tǒng)內(nèi)有油的漆膜化現(xiàn)象（見(jiàn)下圖）。

綜上所述，可以判斷此次速比閥（SRV）動(dòng)作異常的原因是由控制油中的雜質(zhì)影響伺服閥油路，以致發(fā)生調(diào)節(jié)異常而發(fā)生的。該廠立即更換燃機(jī)速比閥（SRV）伺服閥，更換后機(jī)組運(yùn)行正常。

4 漆膜物質(zhì)形成的機(jī)理及危害

燃?xì)廨啓C(jī)油系統(tǒng)有別于汽輪機(jī)油系統(tǒng)的一個(gè)地方在于，燃?xì)廨啓C(jī)的熱通道的工作溫度要遠(yuǎn)高于汽輪機(jī)。因此燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)潤(rùn)滑油質(zhì)量指標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)與汽輪機(jī)的側(cè)重點(diǎn)明顯不同，燃?xì)廨啓C(jī)強(qiáng)調(diào)的是油的高溫抗氧化性能，而汽輪機(jī)則看重油的抗乳化性能。研究發(fā)現(xiàn)，燃?xì)廨啓C(jī)的高溫特殊性，使得油品氧化物形成的幾率大大高于汽輪機(jī)等其他渦輪設(shè)備。基本上，油的降解可以描述為以下過(guò)程：氧化作用和聚合作用→軟性污染物的溶解→沉淀和結(jié)塊→漆膜在機(jī)械部件上形成。

當(dāng)軟性污染物溶解在油中時(shí)，此時(shí)的油溫大約在40℃以上，這類污染物不能被傳統(tǒng)的機(jī)械式過(guò)濾器或者靜電過(guò)濾器去除。而對(duì)于兩班制運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，每天停機(jī)后，油溫下降，軟性污染物會(huì)析出并沉降在一些部件的表面。而這些軟性污染的熱穩(wěn)定性比油要低，所以有時(shí)它們也更容易被烘烤干，并粘附在一些高溫的表面。漆膜污染硬化后，就如同一層涂層，形成在潤(rùn)滑或液壓系統(tǒng)的內(nèi)部表面上，如伺服閥、IGV閥或軸承上。即使是很薄的一層漆膜也可能導(dǎo)致故障。

漆膜污染經(jīng)常形成于液壓系統(tǒng)的“冷點(diǎn)”，在機(jī)組調(diào)節(jié)和啟動(dòng)時(shí)，它們會(huì)造成伺服閥的粘滯和故障相關(guān)的問(wèn)題。漆膜污染的“粘”的特性將會(huì)吸附一些硬質(zhì)的污染，在部件表面形成像砂紙磨料一樣的粗糙度，從而加速了零件的磨損。

5 系統(tǒng)改造

在經(jīng)過(guò)深入分析與研究后，該公司對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)行改造，把原系統(tǒng)內(nèi)的液壓油模塊獨(dú)立出來(lái)，供控制部分設(shè)備使用。即對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)原潤(rùn)滑油系統(tǒng)中液壓油功能進(jìn)行重新設(shè)置，使原潤(rùn)滑油、液壓油合體的供油模式改變成液壓油獨(dú)立供油，以實(shí)現(xiàn)6 個(gè)油動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（GCV-1、 GCV-2、GCV-3、GCV-4、SRV、IGV）共享獨(dú)立液壓油站，從而提高設(shè)備用油質(zhì)量和提升機(jī)組運(yùn)行可靠性。

新增一套液壓油站，將原系統(tǒng)6 個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的管路接入新增的液壓油模塊，同時(shí)使回油全部回到新增的液壓油箱;并由新增液壓油站出口母管引一路降壓后送往2 個(gè)跳閘閥管路。

增設(shè)一套2×40L 高壓蓄能器組，連接到系統(tǒng)高壓管路上用于存儲(chǔ)壓力油，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)供油不足時(shí)補(bǔ)充供油及IGV閥門(mén)快關(guān)時(shí)所需大流量供油時(shí)提供瞬間大流量，解決系統(tǒng)因油壓低引起油泵聯(lián)動(dòng)的問(wèn)題及滿足IGV閥門(mén)快關(guān)要求，并吸收壓力沖擊、穩(wěn)定系統(tǒng)油壓。

供油裝置油泵采用兩臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)高壓柱塞泵，泵組可根據(jù)系統(tǒng)所需流量自行調(diào)整流量，以保證系統(tǒng)的壓力不變。采用變量式液壓泵減輕了蓄能器的負(fù)擔(dān)，也減輕了間歇式能源特有的液壓沖擊，變量式液壓泵也有利于節(jié)能。

高壓柱塞泵布置在油箱的正下方，以保證柱塞泵的正吸入壓頭。正常運(yùn)行時(shí)，油泵通過(guò)入口濾網(wǎng)將油箱中的油液吸入，經(jīng)柱塞泵壓縮后送入液壓油母管（HP）內(nèi)，供給液壓控制系統(tǒng)的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油動(dòng)機(jī)）、系統(tǒng)高壓蓄能器使用。油泵出口壓力為1200psi，允許最大壓力1380psi。油泵啟動(dòng)后，油泵向系統(tǒng)供油，同時(shí)也給蓄能器充油。當(dāng)油壓達(dá)到系統(tǒng)的整定壓力1200±70psi 時(shí)，高壓油推動(dòng)油泵恒壓閥上的控制閥，控制閥操作泵的變量機(jī)構(gòu)，使泵的輸出流量減少，當(dāng)泵的輸出流量和系統(tǒng)用油流量相等時(shí)，泵的變量機(jī)構(gòu)維持在某一位置，當(dāng)系統(tǒng)需要增加或減少用油量時(shí)，泵會(huì)自動(dòng)改變輸出流量，維持系統(tǒng)油壓在1200±70psi。當(dāng)系統(tǒng)瞬間用油量很大時(shí)，蓄能器將為油系統(tǒng)補(bǔ)供油。

模塊配置了一套多功能循環(huán)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自循環(huán)冷卻功能、自循環(huán)加熱功能和自循環(huán)過(guò)濾功能。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，前兩個(gè)功能可以嚴(yán)格控制油溫。而自循環(huán)過(guò)濾功能可提高油箱油液的清潔度，滿足系統(tǒng)油液清潔度要求。

6 結(jié)語(yǔ)

從美國(guó)GE公司進(jìn)口到國(guó)內(nèi)安裝并使用的6FA燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，液壓油及跳閘油取自潤(rùn)滑油箱。對(duì)于兩班制運(yùn)行的燃機(jī)來(lái)說(shuō)，潤(rùn)滑油的冷熱變化造成了部分設(shè)備發(fā)生漆膜化，繼而造成閥門(mén)卡澀等情況，危及燃機(jī)運(yùn)行安全。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)改造，將液壓油系統(tǒng)及跳閘油系統(tǒng)從潤(rùn)滑油系統(tǒng)中分離出來(lái)，設(shè)置獨(dú)立的油箱，配置獨(dú)立的相關(guān)設(shè)備，通過(guò)嚴(yán)格的溫度控制和油質(zhì)控制，使液壓油條件滿足工作需求，從而提高設(shè)備用油質(zhì)量，提升機(jī)組運(yùn)行可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] Steffen D.Nyman.燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)中的軟性溶解物的形成、危害及解決方案[C]//廣東：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電專業(yè)委員會(huì)，2014：384-388.