9FA型燃气轮机防喘放气阀故障原因分析及解决对策

摘要：9FA型燃气轮机为重载、单轴、快装式机组，轴流式压气机从外界吸入空气并使之增压，同时空气温度也相应升高，压送到燃烧室的空气与燃料喷嘴喷入的经处理过的天然气混合、燃烧，产生高温高压的气体进入透平做功。文章阐述了GE公司9FA型燃气轮机发电机组上防喘放气阀的故障现象、故障原因以及所采取的防范措施。

关键词：9FA型燃气轮机；防喘放气阀；放气阀故障；轴流式压气机；空气温度 文献标识码：A

中图分类号：TK471 文章编号：1009-2374（2016）26-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.031

1 防喘放气阀简介

9FA型燃气轮机由美国GE公司制造，为重载、单轴、快装式机组，轴流式压气机从外界吸入空气并使之增压，同时空气温度也相应升高，压送到燃烧室的空气与燃料喷嘴喷入的经处理过的天然气混合、燃烧，产生高温高压的气体进入透平做功。压气机在运行过程中，当进入压气机的空气容积流量减少到某一个数值后，压气机就不能稳定工作，这时压气机中的空气会强烈的脉动，压比也会随之上下波动，同时还伴有低频、狂风般的怒吼声，使压气机产生比较剧烈的振动，这种现象就是喘振。为避免喘振现象发生，9FA型燃机除了采用可转导叶外，还在压气机第9级、第13级后各布置有2个防喘放气阀，分别从压气机第9级、第13级抽气排入燃气轮机扩压段。这些阀门通过MK6控制逻辑自动打开和关闭。机组启动时，三通电磁阀（20CB-1、20CB-2）处于失电状态，4个防喘阀全开，当机组转速超过额定转速的95%且并网成功后，4个防喘放气阀立即关闭。当防喘放气阀打开时，燃机的运行线将远离压气机的喘振边界线，扩大了机组的稳定工作范围。

2 防喘放气阀的控制原理

防喘放气阀是两位式气动执行机构，三通电磁阀：20CB-1（控制9级两个防喘阀）、20CB-2（控制13级两个防喘阀）带电时，压缩空气通过电磁阀进入气缸推动阀门关闭；电磁阀失电时，压缩空气通过电磁阀排气口排出，靠气缸内弹簧力使阀门打开。在气缸输出轴上布置有一个位置反馈装置，内有两个磁性开关表示阀门开启、关闭状态，开关信号传送到MK6控制系统。

当机组启动指令发出时，自动触发防喘阀离线试验指令：L20CB_TEST，使三通电磁阀20CB-1带电，压气机第9级2个防喘放气阀立即关闭，延时2秒，三通电磁阀20CB-2带电，第13级2个防喘阀关闭。当机组转速>420r/min或检测到有火信号后，4个防喘阀打开。当机组转速上升到2130r/min时第13级两个防喘阀立即关闭，当机组转速上升到2280r/min，第13级两个防喘阀打开。当机组转速继续上升到2850r/min且发电机并网后，l20CBX信号置“1”，四个防喘阀关闭。

全速前，四个防喘阀任一不能打开；启动前离线试验时四个防喘阀任一位置错误或不能关闭；转速在2340～2850r/min之间，3#、4#防喘阀任一未打开均触发跳机信号。当机组正常运行时，四个防喘阀应该都关闭，当任一个防喘阀位置错误（开、关信号均未置“1”）或任一防喘阀打开（开信号置“1”，关信号置“0”），触发减负荷L70L信号。

3 防喘阀故障现象

（1）2012年9月18日，2号燃机正常运行（负荷345MW），16∶23突然减负荷，16∶28负荷减到0，发电机解列；（2）2013年8月6日，1号燃机启动做防喘阀离线试验时发生1#、2#防喘阀不能关闭触发机组跳闸信号；（3）2014年5月13日，2号燃机启动点火冲转至2400r/min时发生3#防喘阀开故障导致跳机；（4）2014年7月期间，2号机3#、4#防喘阀因排气扩压间温度高等原因反复出现位置反馈故障导致机组启动时跳闸；（5）2015年6月8日，2号燃机启动，防喘阀离线试验结束后发生3#防喘阀不能打开触发机组跳闸信号。

4 防喘阀故障原因分析

4.1 第一次故障

经查事件记录确认为4#防喘阀关到位信号翻转触发燃机自动减负荷信号。到现场打开位置反馈装置盖子，对磁性开关和接线进行检查，发现关到位开关中有一根多股小线在接线端子处似断非断，导致关到位信号反复翻转，致使4#防喘阀位置错误（开、关信号均未置“1”），触发减负荷信号L70L。

2号燃机在2011年10月中修期间压气机由GE进行升级改造，4个防喘阀的位置反馈进行了功能升级，由原来一个开信号开关改成两个开关。本次故障的开关就是改造后新增的关到位开关。断线是从开关本体引出到接线端子的预制线，该线采用多股软导线，线径较细，端子上螺丝的紧力都作用在线上，加上长期在振动环境下工作致使导线在接线端子处断裂。

4.2 第二次故障

通过事件追忆确认为做离线试验时，9级两个防喘阀不能关闭触发机组跳闸信号。

对9级两个防喘阀进行校验，发现电磁阀20CB-1得电后两个阀门都未动作，拆开气缸进气管接头发现进气量很小，拆开电磁阀出口气源管接头发现出气量很小。对电磁阀解体确认为电磁阀阀体滑杆卡涩导致1#、2#防喘阀不能正常关闭。电磁阀20CB-1控制9级两个防喘阀的开、关，当电磁阀得电，两个防喘阀关闭，失电阀门打开。由于电磁阀安装在排气扩压间内，长期在高温环境下工作使得电磁阀滑杆内的润滑脂失效，引起滑杆卡涩，导致故障的发生。

4.3 第三次故障

通过事件追忆确认为机组冲转到2400r/min时，3#防喘阀开信号出现抖动，导致开故障触发了机组跳闸信号。对防喘阀进行离线校验发现开关动作正常，时间符合要求。机组再次启动冲转到2400r/min时又出现跳闸，原因还是3#防喘阀开故障。到现场对反馈装置进行仔细检查发现固定磁性开关压板上的两个螺丝有松动现象。静态校验时因为没有振动，阀门动作正常，开关信号到位；机组冲转到2400转时振动较大，反馈装置抖动明显，因固定压板上的螺丝松动使得磁性开关出现抖动，与磁头的接触位置发生偏移导致反馈信号出现反复抖动，致使机组跳闸。

4.4 第四次故障

第四次故障发生在2014年7月间，因夏季温度高，加上排气扩压间部分管道法兰存在泄漏等原因使防喘阀周围环境温度升高，机组运行时用点温仪测量位置反馈装置表面达160℃，远超出磁性开关最高工作温度，致使磁性开关损坏和磁头出现失磁，导致了反馈装置频繁故障，机组启动时跳闸。

4.5 第五次故障

通过事件追忆确认为防喘阀离线试验结束后，3#防喘阀开到位信号未置“1”触发机组跳闸信号。

对3#防喘阀检查发现阀门在中间位置，开、关信号均为碰到，强制电磁阀带电使气缸进气阀门关闭正常，释放强制信号后阀门未能正常打开仍在中间位置。联系机务对气缸弹簧力进行调整后阀门开关恢复正常。

防喘阀是气关式的两位式气动执行机构，当电磁阀得电压缩空气进入气缸推动阀门关闭，电磁阀失电后靠气缸弹簧力使阀门打开。本次故障正是由于防喘阀离线试验结束后电磁阀失电阀门打开的时候，3#防喘阀因气缸弹簧力不足导致阀门不能开启到位，触发了跳闸信号。

5 防范措施

通过对以上五次防喘阀故障的原因分析，基本上故障类型可以归纳为以下五类：（1）磁性开关电缆接线问题；（2）电磁阀故障；（3）磁性开关压板固定螺丝松动；（4）高温、振动等环境因素致使开关故障；（5）气缸、阀门卡涩、弹簧力调整不当等机械原因。

针对以上分析的故障类型，我们应采取的防范措施如下：（1）对磁性开关本身的预制线、送至控制系统导线的线头做好接线柱，接线柱采用耐高温材质如PHOENIX品牌，从而防止接线端子上因螺丝直接压在导线上由于紧力过紧、振动等原因造成导线断裂。对开关本身的预制线、送至控制系统电缆开出来的导线部分套上耐高温套管，避免了因高温导致导线绝缘降低、检修维护拆接线导致导线外皮破损从而致使短路、接地情况的发生。并修改逻辑，把当机组正常运行时，任一个防喘阀位置错误（开、关信号均未置“1”）触发减负荷L70L信号这一条件去除（在机组正常运行时，防喘阀应在关闭位置，关信号置“1”，开信号置“0”，如果开关故障、接线断裂等原因都会使得关信号置“0”，而实际阀门是在关闭位置，使得保护误动作，触发减负荷信号），保留任一防喘阀打开（开信号置“1”，关信号置“0”）触发减负荷L70L信号；（2）利用机组检修、停机消缺机会对防喘阀进行校验，检查电磁阀动作是否灵活，阀门开关时间是否满足要求，有无卡涩漏气现象，检查过滤减压阀、管路接头有无漏气，对接头进行紧固，做好电磁阀的使用周期、更换记录，对使用年限较长、有老化现象的电磁阀进行更换；（3）利用燃机启停频繁、停机时间较多的特点，定期到现场对反馈装置进行检查。打开盖子对固定磁性开关的压板进行检查，对固定螺丝加装弹簧垫圈并紧固，对接线端子上的接线螺丝进行紧固；（4）对于排气扩压间温度高的影响，可以开两台冷却风机来加强冷却。同时可以在反馈装置上加装压缩空气连续吹扫冷却装置。即在杂用气管道上取一路气源，加装阀门、过滤减压阀，敷设气源管路到每一个反馈装置的端盖上，在端盖底部开两个孔，一个用于连接气源管，另一个用于空气的流通和端盖底部冷凝水的排出。根据气源管路的粗细、管道的长度调整好气源压力，使压缩空气对每一个反馈装置进行连续吹扫冷却，从而降低磁性开关的工作温度，延长了开关的使用寿命，确保了机组安全稳定地运行；（5）由于防喘阀工作的空间温度较高，阀门、气缸的机械部分也容易发生故障。在机组检修、停机消缺期间热工维护人员会同机务人员定期对防喘阀进行校验，到现场查看防喘阀的动作情况，一旦发现阀门卡涩、气缸漏气、开关动作迟缓等现象及时进行处理，把事故扼制在萌芽状态。

6 结语

通过以上所采取的防范措施，有效避免了由于各种因素所导致的防喘阀的故障情况，延长了位置反馈装置的使用寿命，确保了防喘阀动作的可靠性和开关位置的准确性，避免了保护误动作，从而保证了机组的安全稳定运行。

参考文献

[1] GE Operation and Maintenance Manual.

[2] Gas and Steam Turbine Mark VI Technical Training Manual.

作者简介：朱俊（1982-），男，江苏苏州人，江苏华电望亭发电厂燃控班副班长，助理工程师，研究方向：9FA燃机检修和维护。

（责任编辑：蒋建华）

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