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摘要：简述了9E 型燃气轮机压气机喘振的原理，着重介绍防喘放气阀控制系统，同时结合某厂由于防喘放气阀故障导致自动降负荷的实例，分析其故障原因并提出相应的解决方案。

关键词：9E 型燃气轮机；压气机喘振；防喘放气阀；故障处理；逻辑优化

Abstract： Describes the principle of 9E Gas turbine air compressor surge， Introduced the control system of anti-surge relief valve， Com-bining with an example of automatic load re-duction caused by the failure of the anti-surge relief valve in a factory， Analyze the cause of the failure and propose the corresponding solution.

Key words： 9E gas turbine; air compressor surge; anti-surge valve; fault processing; logical optimization

0  引言

某电厂配置了两套容量为180 MW级燃气-蒸汽联合循环热电联供机组，2台燃气轮机均为GE公司生产的PG9171E型燃气轮机（以下简称9E型燃气轮机）。9E型燃气轮机为重载、单轴、快装式机组，其工作原理是通过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[1]。两套机组至2013年投产以来，在机组启停机及正常运行中，发生多起防喘放气阀电磁阀故障、防喘放气阀故障及限位开关故障等异常事件，严重影响了机组的稳定运行，急需对其故障原因进行分析并提出解决方案，进而预防该类事故再次发生。

1  压气机喘振原因分析

在压气机运行的过程中，当进入压气机的空气容积流量减少到一定值后，压气机就不能稳定的工作。此时，压气机中的空气会强烈地脉动，压比也会随之上下波动；同时会伴有低频、沉闷的嗡嗡声，严重时可能会有爆炸声，使得压气机产生比较强烈的振动，这种现象就叫做喘振[2]。压气机转速一定，进气流量减少，气流速度下降，使冲角增大，产生正冲角，当正冲角过大时，会在叶背引起气流分离导致失速，失速会使效率明显下降，严重时就会导致压气机喘振现象的发生。

9E 型燃气轮机从多方面采取措施预防和解决压气机喘振现象，例如：在压气机进口安装进气可转导叶（IGV），启停过程中改变IGV角度来控制导流叶片出气角的大小和方向；采取中间放气，即设置防喘放气阀；定期对气流通道进行清理，及时清除影响气流流动的叶栅集垢，进而减少气体流动阻力；配备进气滤系统和进气加热系统来降低空气含尘量及空气湿度，来提高空气质量。下文仅对防喘放气系统作以分析。

2  9E 型燃气轮机防喘放气阀控制原理

2.1 9E型燃气轮机防喘放气阀工作原理

9E 型燃气轮机配备了4个防喘放气阀（VA2-1/2/3/4）分布式安装在压气机外围气缸上，放气阀是两位式气动执行机构且为气关阀，以压气机排气接头AD-1引出的空气作为控制气源，经过隔离阀、过滤器、电磁阀20CB-1控制防喘放气阀。三通电磁阀20CB-1带电时，压缩空气通过电磁阀进入阀门下端推动上端弹簧，来关闭阀门；电磁阀失电时，压缩空气通过电磁阀排气口排出，放气阀内靠弹簧力推动阀门打开，以此将压气机第11级抽气排入燃气轮机扩压段，有效防止压气机的喘振[3][4]。防喘放气系统如图1所示。

9E 型燃气轮机通过Mark VIe控制系统发出防喘放气阀的打开和关闭的指令；并接受从就地限位开关（33CB-1/2/3/4）反馈的防喘放气阀位置信号，通过开关阀指令与位置信号反馈的一致性，来判别防喘放气阀是否存在故障。

2.2 防喘放气阀相关逻辑保护

未投进气加热系统时，防喘放气阀的开关以燃气轮机负荷为依据，当燃气轮机负荷大于10 MW时，4只防喘放气阀全部关闭；当负荷小于7.5 MW时，放气阀全开。当投入进气加热后，并网时防喘阀全关，解列后防喘阀应为开状态[5]。

Mark VIe控制系统对防喘放气阀控制及逻辑保护总结为：

（1）  机组在启动前或者停机后，防喘放气阀有任一个没有完全回到开启位置，该位置开关就处于接点打开状态，该情况下，燃气轮机将禁止启动。

（2）  正常带负荷时，并网后，20CB-1带电，随着L20CBX置1，11 s后L20CBY置0，四只防喘放气阀应全关，若此时，仍有防喘放气阀未动作或关到位，则燃气轮机就会自动降负荷至解列。

（3）  燃气轮机解列后，20CB-1失电，随着L20CBX置0，11 s后L20CBY置1，四只防喘放气阀应全开，若此时仍有防喘放气阀开的位置开关为动作或开到位，则燃气轮机就会激活终止降速程序，120 s后，仍未全开，则降速至95%TNH后，燃气轮机跳闸。

3  9E 型燃气轮机防喘放气阀故常见障解决方案

该厂运行期间出现的几起防喘放气阀故障，分析原因大致为：防喘放气阀电磁阀故障；防喘放气阀限位开关故障；防喘放气阀气动执行机构卡涩等。针对这些故障，提出更换之前稳定性差的电磁阀，并对防喘阀逻辑提出多处优化。

3.1 原电磁阀的更换

该厂原电磁阀采用双线圈工作：一组为启动线圈，一组为工作线圈，内部设有控制电路板，然而带有电路板的线圈稳定性差，故障率高。而更换的新的型号为LAURENCE的ET9D-130-HS30-Y 的电磁阀，直接采用单线圈控制，内部没有控制电路板，相对比较稳定，而且在Mark VIe控制系统“Start Up”画面增加防喘放气阀电磁阀20CB-1带失电指令的状态反馈，方便监视电磁阀带失电情况。

3.2防喘阀相关逻辑优化

3.2.1 增加防喘放气阀电磁阀20CB-1手动按钮

在防喘阀控制逻辑中，燃气轮机在并网时，4只防喘阀应在关闭状态，此时如果出现防喘阀故障或者限位开关故障，都将导致燃气轮机启动自动降负荷程序。如若处理不及时，燃气轮机将降负荷直至解列，为了应对该非停状况发生，对相关逻辑进行了修改。

修改前，燃气轮机主保护L4、转速信号L14HS和发电机并网信号L52GX都为”1”，LCBPERM为“0”（其中LCBPERM信号源于未投进气加热时，燃气轮机负荷大于10 MW时，防喘阀闭合；负荷小于7.5 MW时，防喘阀全开的逻辑指令），防喘放气阀电磁阀20CB-1带电，4只防喘阀关闭。

修改后，在“Overspeed Test”画面增加燃气轮机防喘放气阀电磁阀20CB-1手动按钮“20CB Valve Test”，在并网之前，点选“20CB Valve Test”下“on”靶标，使得靶标触发指令L43cbx为“1”，在主保护信号L4和转速信号L14HS均为“1”时，即20CB带电信号L20CBX为“1”，使得防喘阀关闭；并网后，系统检查无异常，则点选“20CB Valve Test”下“off”靶标，退出强制信号，此时自保护信号L43cbx仍为“1”，所以20CB-1仍带电防喘阀全部关闭；并增加零转速信号L14HR和盘车信号 L43CD下，点选“20CB Valve Test”下“on”靶标，使得L43cbx为“1”，可以在该状态下对防喘放气阀进行活动试验，检验并保证防喘阀气动执行机构的平稳正常性。并网前，增加防喘放气阀电磁阀20CB-1强制带电逻辑组态如图2所示。

3.2.2 增加终止降负荷靶标

在机组并网或正常运行时，原逻辑保护中，如若有任一防喘阀未关闭，Mark VIe控制系统就会发起自动降负荷程序，直到机组解列，这样即便是误报警或者限位开关故障都会导致机组降负荷停机，严重影响机组稳定性且带来过大的经济损失。

为此，优化后增加了“STOP DCSL”的终止降负荷指令，点选”on”靶标后，即转速信号L14HS、发电机并网信号L52GX、燃气轮机-汽机大联锁保护信号DCSL和L86CBA为“1”，“STOP DCSL”靶标指令L43CBA为“0”，导致L83CBLIMIT逻辑量为“0”，便不会触发自动降负荷指令L70L，实现了终止降负荷，为检修人员提供充足时间处理异常；故障处理后，点选“STOP DCSL”下的”off”靶标，恢复原状态，可以继续升负荷至正常运行。

3.2.3 将自保护解列技改为手动降负荷断开关解列

GE公司Mark VIe系统规定燃气轮机负荷低至20 MW时，燃气轮机运行人员发“STOP”自保护解列，技改后为手动降负荷至5 MW后，通过手动摁燃气轮机发电出口断路器跳闸按钮来解列机组，然后发“STOP”令停机，通过此解列方式，当防喘放气阀未全部打开的情况下，仍可以保持机组空载全速运行，以此给予值班员充足时间确认和确保防喘阀均为打开状态，也给检修留足时间处理。

4  结语

通过对防喘放气阀常见的故障进行分析，提出了相应放气阀电磁阀的更换和防喘放气阀逻辑上的优化。经过长时间的早启晚停调峰负荷运行方式的检验，由于防喘放气阀故障导致跳闸的事故暂未发生。总之，通过相应防范措施的执行，确保了防喘放气阀动作的可靠性，避免了相关保护误动作，从而保证了机组的安全稳定运行。

参考文献

[1] 清华大学热能工程系动力机械. 燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置[上]. 北京：中国电力出版社，2007。

[2] GE 公司运行与维护手册 GE资料。

[3] 杨顺虎. 燃气轮机-蒸汽联合循环发电设备及运行[M]. 北京：中国电力出版社，2003。

[4] 焦树建. 燃气-蒸汽联合循环[M]. 北京：机械工业出版社，2000。

[5] 张玥. PG9171E燃气轮机防喘放气阀逻辑优化浅析[M]. 北京：机械与工艺，2012。