9FA燃气轮机启动点火过程故障分析

陈良辰

（杭州华电半山发电有限公司，杭州 310015）

9FA燃气轮机启动点火过程故障分析

陈良辰

（杭州华电半山发电有限公司，杭州 310015）

介绍了GE公司9FA燃气轮机的启动点火过程和相关逻辑控制与保护情况，通过对具体故障案例的分析，理清了解决问题的思路，并提出了具体建议供处理类似问题时参考。

燃气轮机；启动点火；火花塞；火焰检测器；控制逻辑；故障分析

1 9FA燃气轮机启动点火过程

当燃气轮机（以下简称燃机）接受启动指令后，首先由静态启动器（LCI）供电给发电机，使燃机从盘车转速上升到清吹转速598 r／min。清吹时，LCI维持机组在冷拖转速不变。清吹结束后，LCI输出被切断，机组减速到405 r／min时LCI再次输出供电，转速重新上升。到点火转速420 r／min时，机组维持在点火转速上，进入点火程序，燃料控制行程基准（FSR）输出点火值20.09%提供燃料，同时火花塞得电打火。当火焰稳定建立，确认点火成功后机组将进入暖机程序。如果在点火允许的时间内没能建立稳定的火焰，则系统判断为机组点火失败，遮断机组。

2 9FA燃机启动点火过程逻辑控制与保护

2.1 点火过程的逻辑控制

为保证机组可靠、安全点火，机组执行启动点火程序必须满足一定前提条件。

（1）条件1：需完成整个启动清吹程序，彻底吹尽热通道内可能聚集的危险气体，避免点火时发生爆燃，当完成11min清吹程序后，信号L2TV置1。

（2）条件2：机组满足燃烧允许条件，包括转速必须大于最小点火转速、启机阀门泄漏试验成功、机组主保护（L4）投入等内容，满足则信号L2TVZ置1。

（3）条件3：燃机控制系统的端子板（VOSO）卡不能在校准模式，信号L43ADJ置0（等同于速比截止阀（SRV）和气体燃料控制阀（GCV）不能在自动校准模式）。

当以上条件均成立，点火允许信号L2TVX将置1，系统自动执行点火程序，一路信号输送至火花塞使其得电打火，另一路信号输送至FSR，令系统供应燃料，具体如图1～3所示。

图1 点火允许控制逻辑

图2 点火允许信号输至火花塞

图3 点火允许信号输出至燃料控制程序

从图1可以看出，机组点火并非一直执行至火焰建立为止，而是采用限时点火的设计策略，逻辑信号L2F实现了这一功能，当点火允许30 s后该信号置1，将中止点火程序，无论机组是否成功点火。

2.2 火焰建立的判断

控制系统通过4个火焰检测器的信号实现控制，在燃烧允许条件下（信号L2TVZ置1），如果4个火焰探测器中至少2个火焰检测器探测到火焰，那么控制系统判断为机组火焰已建立，如图4所示。

2.3 点火过程的保护

2.3.1 点火通道故障报警

当机组满足点火条件，信号L2TVX1置1，而L30SG1仍置0，经过延时模块触发报警。此报警出现表明点火通道存在故障，重点应检查点火激励器及其电源是否正常。点火通道故障报警逻辑如图5所示。

图4 燃机火焰信号逻辑

图5 点火通道故障报警逻辑

2.3.2 点火失败报警

点火允许的30 s结束时，机组将进行点火成功与否的判断，此时若火焰仍未建立，将立即触发点火失败报警，如图6所示。模块中L28FDTX的作用是区分点火失败和熄火保护。有了该条件，30 s内火焰建立与否均不会触发保护动作，通俗地讲，点火30 s内允许火焰时有时无，机组保护不会动作。30 s后机组发生火焰信号丢失，系统判断为熄火保护动作，而不是点火失败保护动作，如图7所示。这样设计可实现点火允许的30 s内、30 s时、30 s后3个阶段不同的保护与控制。

图6 点火失败报警逻辑

2.3.3 点火失败跳机

点火失败信号接至跳机模块，遮断机组，同时触发报警，如图8所示。

图7 机组熄火保护动作逻辑

图8 点火失败跳机逻辑

2.4.4 SRV与GCV间压力（p2）保护

机组燃烧允许一旦具备（包括点火过程）直至暖机结束，系统对p2是有要求的，超限（超上限和超下限）均会触发保护动作跳机并报警，控制逻辑如图9所示。

3 9FA燃机启动点火过程故障案例分析

3.1 案例1

2014-04-19 T 07：04：00，某9FA燃机正常启动，进入点火阶段后，07：21：58保护动作跳机，跳机时报警清单见表1。

通过对报警清单分析可以得出，机组启动至点火过程均正常，火焰稳定建立，机组点火成功。但在点火成功8 s后，因燃料控制阀前p2高保护动作跳机。因此，检查处理的重点应该是点火至暖机期间燃料控制阀前压力p2为何会超限。具体思路如下：

图9 p2超限保护逻辑

表1 案例1跳机时报警清单

（1）查阅历史曲线，查看燃料控制阀前压力p2实际动作值，并排除测点故障因素的干扰。

（2）对SRV，GCV等阀门调节特性进行检查，重点查看阀门指令和反馈的情况。

（3）检查天然气的上游供气压力，是否存在超限情况。

在检查SRV反馈跟踪指令情况时，发现存在较明显偏差，阀门响应特性差，动作迟缓，热工检修人员对该阀门重新标定后恢复正常。

3.2 案例2

处理后，该机组于2014-04-19 T 08：55：00再次启动，进入点火阶段后，09：12：25机组保护动作跳机，跳机时报警清单见表2。

通过对报警清单分析可以得出，机组启动至点火正常，但点火允许30 s结束时，未能建立火焰，机组因点火失败保护动作跳机。因此，检查处理重点应放在点火期间火焰无法正常建立的问题上。具体分析思路如下：

（1）检查火焰检测器是否正常，同时可通过对燃机排气温度和轮间温度等参数的变化来提供辅助判断。

表2 案例2跳机时报警清单

（2）检查燃料供应系统是否正常。可通过对阀门开度和相关天然气管道压力变化提供辅助判断。

（3）检查火花塞工作是否正常。

通过对燃机排气温度和轮间温度等历史数据的查阅，温度未见变化，火检故障基本排除，同时对天然气供应系统检查也未发现异常。在检查火花塞控制系统无异常后，判断火花塞本身存在缺陷的可能性大，由于火花塞安装于热通道内部，短时无法检查处理，考虑点火过程的复杂性和点火失败的偶然性，决定再次启动，机组点火成功。但在点火期间，火焰建立较正常晚了20 s左右（一般为5 s），可见问题依然存在。为彻底解决该机组启动点火问题，当月底检修人员利用机组停机机会对火花塞进行了拆除检查，离线试验时发现2个火花塞中的一个无法打火，另一个打火微弱。更换2个火花塞后，机组启动点火过程恢复正常。

4 类似问题处理建议

燃机点火出现异常时，应根据机组的相关报警和参数变化情况进行全面分析。先查明点火故障的首出原因，在此基础上对相关影响因素进行逐一排查，确认故障点并安排消缺。检查处理过程中以下几点需特别注意。

（1）对每次故障需客观分析，解决分析问题的思路需建立在故障数据和推理的基础上，以往经验可以借鉴，但不可根据经验盲目判断。上述案例1和案例2启动前后相差不到2 h，但点火过程故障导致机组遮断的原因却完全不同。

（2）燃机点火是一个复杂过程，涉及机组控制和保护的方方面面。当进行点火异常检查处理时，需考虑过程的安全性和可行性。

［1］章素华，章真，齐桐悦，等.燃气轮机发电机组控制系统［M］.北京：中国电力出版社，2013：96，167，211-213.

［2］王欢欢，李宏莲.9E燃气轮机熄火转速升高的原因分析及对策［J］.华电技术，2012，34（S1）：30-32.

［3］赵涵.9E联合循环发电机组快速启动优化分析［J］.华电技术，2012，34（S1）：33-35.

（本文责编：白银雷）

TM 611.31

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：1674-1951（2015）06-0039-04

陈良辰（1983—），男，浙江杭州人，助理工程师，从事燃气轮机运行技术管理方面的工作（E-mail：344981724＠qq. com）。

2014-11-27；

2015-05-18