燃气轮机二氧化碳火灾保护系统两次误动作分析

摘 要：文章详细阐述了GE公司用于9E、9FA型燃气轮机发电机组上的低压CO2火灾保护系统两次误动作的过程、原因分析，并对如何防止今后再发生类似误动作所应采取的必要措施进行了探讨。

关键词：9E、9FA型燃气轮机；CO2火灾保护系统；误动作；原因；防止；必要措施

1 系统功能简介

GE公司用于9E、9FA型燃气发电机组的低压CO2灭火系统是由美国Chemetron公司生产的带Micro 1-EV 型微处理器控制屏的自动灭火系统。该系统主要由三部分组成：（1）CO2模块，见图1；（2）机组各舱室内CO2输送管道、喷嘴、热敏式火灾探测器，见图2；（3）CO2模块与机组各舱室之间的连接管道。

受CO2灭火系统保护的燃机舱室分为两个区域：燃料模块和透平间统称为“1”区，燃气轮机2号轴承通道称为“2区”。由于两个区域的环境温度不同，热敏火灾探测器的温度设定值也不同，“1区”燃料模块CO2探头温度设定值：218℃，“1区”透平间CO2探头温度设定值：316℃，“2区”CO2探头温度设定值：385℃。“1区”共有10个探测器，分A、B两组：45FT-1A、45FT-1B，45FT-2A、45FT-2B，45FT-3A、45FT-3B，45FA-6A、45FA-6B，45FA-7A、45FA-7B，“2区”共4个探测器，也分A、B两组：45FT-20A、45FT-20B，45FT-21A、45FT-21B，采用4线制接线方式。当“1区”或“2区”A组内任一探测器温度超过设定值动作，并且B组内也有任一探测器同时动作才会触发CO2系统喷射。同时，在CO2控制盘、透平间两侧、燃料模块外共布置有5个手动释放按钮，当任一按钮按下，就能触发系统喷射。系统喷射后，共有2条管路将CO2喷射到火灾区，一根管路称为初始释放管，在1分钟内，将相当于或超过火灾舱室体积34%的CO2释放到舱室中。另外，考虑到火灾扑灭后暴露在高温中的易燃物有再次复燃的可能性，另有一根CO2延续释放管路，维持30分钟的续喷射时间，从而将易燃物再次燃烧的可能性降到最低程度。

2 两次动作过程概述

2.1 第一次动作情况

2012年6月27日凌晨2：15，2号燃机在334MW负荷时突然发生跳机，首出原因为CO2灭火系统保护动作（L45FTX）。现场检查发现通往“2区”的CO2系统的阀门和管道上有明显受冷结霜现象，确认CO2系统真实动作。在工程师站对跳闸原因进行分析，确认跳闸首出条件为燃机CO2灭火系统保护动作，立即到就地CO2系统控制柜对卡件进行检查，发现盘内控制板存在如下的报警信息：CPA板卡上有代码为“A-08”的报警，而CPB板卡上有代码为“rCHg”的报警。

2.2 第二次动作情况

2013年8月21日，2号燃机稳定运行时（约312MW负荷），于16：46突然发生跳闸，MK VI工程师站查看首出原因为L45FTX1燃机火灾报警保护动作，现场检查也发现为CO2低压灭火系统“1区”保护动作，就地CO2控制柜内“1区”卡件显示故障码A08，“1区”CO2喷射压力开关45CP-1A处于动作状态，通往“1区”的CO2系统阀门和管道上无明显受冷结霜现象。

3 原因分析

3.1 第一次动作原因分析

当2号燃机跳闸以后，热工人员赶赴现场，听到了声光报警系统正在发出警报，意味着故障依旧存在，因此立即检查燃机舱和2瓦轴承区域的温度曲线，信号走势全部正常，机组跳闸前没有发生过超温情况的记录，因此排除了相关区域着火的可能性。然后对CO2控制柜内对火灾探测器的每一幅接点都进行了测量，也未发现有任何探测器动作，排除了火灾探测器误动的可能性。

随后对CO2保护系统就地复位以后，故障信号马上再次出现，这意味着故障仍然存在。于是开始怀疑现场的手动释放按钮是否存在问题。立即对现场5个手动释放按钮逐一进行检查，结果发现了CO2控制柜门上“2区”的手动喷射按钮在动作状态（按钮在销子下面），而且还被保险销锁住。热工人员对按钮和保险销结构进行了检查，排除了保险销锁住时按钮变位动作的可能性，只能是人为造成。

随即将“2区”手动释放按钮的插销拔出，将按钮推上，再插入插销，并将45CP-2A压力开关复位（动作后必须人工复位），再对整个系统进行复位，故障码消除，4：37机组重新启动成功。

3.2 第二次动作原因分析

事故发生后，在CO2控制柜内发现“1区”的板卡上有代码为“A 08”的故障报警，通过查看图纸资料，该报警信号取自于“1区”CO2喷射压力开关45CP-1A，代表了“1区”已发生过CO2喷射。随后打开控制柜边上的电磁阀柜，发现“1区”喷射压力开关45CP-1A处于动作过的状态（该类型压力开关为特殊设计，系统内冲压时，开关内的活塞就会在压力作用下将底部的一根复位杆顶出，必须在泄压后经人工推入才能复位），此时现场CO2系统管道上并无明显的积霜和挂水现象，似乎CO2未喷射过。将压力开关复位杆推入，随后在控制板上按“RESET”复位按钮，“A 08”报警代码消失。

随后对柜门上及现场手动释放按钮进行检查，未见异常。测量“1区”火灾探测器的接点状态，全都断开。进入透平间和燃料模块进行检查，未见有着火的痕迹，但是发现燃机舱顶部的出风风道的重力挡板在关闭状态。通过重力挡板和45CP-1A压力开关的动作情况，可以确认“1区”的确发生过CO2喷射，而压力开关的信号也会通过横向保护，触发MCC内相关风机的停役并产生一个横向保护动作信号L45FTX1，使得MK VI控制系统发出跳闸指令。由此初步分析为CO2系统“1区”保护误动作导致机组跳闸。

通过进一步排查发现在CO2灭火系统控制柜内底部有少量水渍，柜内顶部左侧区域也有些许冷凝水珠挂下。柜内水渍形成原因分析如下：8月中旬因气温高导致汽机房顶部的88BT风机电机轴承经常超温烧损，汽机分部用来冷却轴承用的临时敷设的喷水装置造成的落水正好喷溅在该控制盘上部，虽然事后热工人员立即对控制柜柜门进行了紧固并包上塑料布，但由于当时上部落水较大，只对柜门上指示灯进行检查，并未打开柜门观察内部，主要是担心开门后会导致落水喷溅入柜内，造成板卡短路或误动，因此有可能在紧固前已有部分冷却水渗入柜内，等柜子密封后，这些水渍就被封在柜内，随着周边环境温度的升高和降低，这些水渍就在柜内蒸发和冷凝，形成上述现象。因此，开始怀疑是冷凝滴水滴到相关接点上造成保护误动，就此进一步分析。“1区”共有10个火灾探测器，分成A、B两组，按照程序，要两组中各有一个探测器动作（接点闭合），才会触发保护动作；“1区”现场手动按钮共有4个，全部采用并联接线方式送入柜内，任一按钮动作（接点闭合）都将导致保护动作。通过试验证明，上述两种情况如果发生，必然导致控制卡件面板上留有“rCH9”的报警指示（需复位后才会消失），而跳机后热工人员第一时间赶至现场时未见此报警。而这种情况下一定会导致喷射程序的启动，而该程序又会送一个“94F1B”（代表1区保护信号触发）的报警信号到MK VI控制系统中，但从跳闸历史事件记录中未见此报警。而且喷射程序一旦启动，喷射就会按照设定时间执行，除非在30秒预警期间内输入信号消失且人工进行复位，否则喷射程序无法中断。因此可以排除输入回路（火灾探测器和手动按钮）因滴水短路导致的CO2喷射程序启动的可能性。

接下来的试验发现如果喷射电磁阀或者其驱动的导向阀自行动作也可以导致系统动作，而在这种情况下，因为喷射并不是控制器卡件程序触发的，所以在卡件和计算机系统中都不会记录到保护动作信息，只会留下喷射压力开关45CP-1A动作的记录，由此产生L45FTX1的横向保护信号，并在面板上给出“A08”的报警代码。而且这种情况下，只要触发机制消失，喷射就会立即停止。喷射电磁阀和导向阀自行动作有两种可能性：一是电磁阀得到24V电源，但是该电源来自于卡件右侧的输出通道，即便是水珠掉落造成端子间短路，也不可能导致卡件无端给电磁阀送电，而且通过试验证明如果通过短路线直接给输出端子送电的话，电磁阀的确会动作，但是控制器卡件上会给出一个“F 26”的报警信息，表明电磁阀输出回路故障，如果输出回路任何一根线接地，控制器上也会同样给出一个代码为“F 38”报警信息，表明回路有接地。而机组跳闸后控制面板上并无此类报警，因此也可以排除该可能性。

另一种可能性是通过电磁阀柜内的导向阀人工操作手柄（后备的手动操作方式）拉动喷射电磁阀驱动的导向阀，将会导致上述情况的发生。而且喷射时，45CP-1A压力开关检测到CO2的释放压力会在卡件上留下“A 08”的报警，并促发横向保护动作，这个试验的结果与跳机时所发生的现象和相关的记录是完全吻合的。

此外，这次保护动作时CO2罐体内液位指示下降不明显，燃机舱温度也未见明显下降，跳机后反而因为风机停用而温度上升。因此认为即便发生了喷射，维持的时间也非常短暂。按照GE公司的有关资料介绍，如果是程序导致的保护动作，首先发出30秒的声光报警通知人员撤离，然后“1区”CO2初喷电磁阀和续喷电磁阀同时动作1分钟，接着初喷电磁阀失电，续喷电磁阀再维持29分钟。但在模拟试验中发现，目前初喷的时间只有0.2分钟，续喷的时间为1分钟。此情况应该是在基建调试阶段GE工程师在进行设备现场调试时为了缩短调试时间，极有可能将控制器内的设定时间常数做了缩短，调试结束后工程师忘记将时间常数恢复。而热工人员在日常维护时，只是按照图纸测试了各项保护的动作功能，验证火灾探测器、电磁阀、按钮、闭锁开关、声光报警、压力开关、系统回路动作正确，并未对电磁阀动作后维持的时间进行测试，而认为程序内设定的时间应该与说明书一致。而且从机组投产至今，每次检修在系统试转和试验时，运行部和相关设备部门也从未安排过CO2灭火系统的实际动作试验，因此导致了该情况的发生。

4 防范措施

针对以上两次CO2火灾保护系统的误动作，我们采取了积极有效的整改措施，杜绝今后再有类似情况的发生：

（1）在CO2灭火系统就地控制柜上的手动释放按钮和复位按钮旁贴上醒目的中文铭牌（原只有英文标识），并在现场5个手动释放按钮的保险销及电磁阀柜内的导向阀人工操作手柄上制作铅封，每次检修试验动作后都需重新制作。

（2）在CO2灭火系统就地控制柜和现场共5个手动释放按钮上制作防护罩，防止无关人员误碰。

（3）考虑到今后夏天88BT风机还有需冷却喷水的可能性，为CO2低压灭火系统控制柜制作防雨檐，避免落水沿柜顶的细缝进入柜内，将盘柜搭扣锁紧，并在柜子上方搭设防雨布。

（4）检查并修改好“1”区和“2”区CO2喷射时间，初喷1分钟，续喷30分钟，完善CO2低压灭火系统静态试验校验卡，补充对相关时间参数的检查记录。

（5）加强技术培训，日常设备维护时加大检查力度，一旦发现有开路、接地等报警情况及时采取有效措施进行处理。每次检修时对所有火灾探测器及耐高温电缆都要进行绝缘测试，一旦发现绝缘不合格的情况立即更换探测器及电缆。

（6）联系相关部门安排CO2低压灭火系统的实际动作试验，验证该系统各项功能的完整性，并检查相关设备的健康状态，确保系统动作正常。

参考文献

[1]GE Operation and Maintenance Manual[Z].

[2]Chemetron Fire Systems Installation and Operation Manual[Z].

作者简介：朱俊（1982-），男，汉族，江苏苏州人，助理工程师，本科学历，江苏华电望亭发电厂燃控班副班长，从事9FA燃机检修和维护方面的技术工作。

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