基于控制系统下的燃气轮机超温跳车原因

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1、基于控制系统下的燃气轮机超温跳车原因　　摘要海洋石油富岛化肥一期燃气轮机SUVIMAC-II控制系统于1995年投入使用，2008年初改造为TRICONTS3000三冗余控制系统。改造中将燃机伺服控制系统改为冗余控制，改造后转速控制精确稳定，但随着时间推移，转速控制品质逐渐下降，2013年8月出现因控制失调导致超温跳机。本文针对燃机超温跳车进行了分析研究，查找跳车原因，提出解决措施。　　【关键词】燃气轮机控制规律原因分析伺服系统　　海洋石油富岛化肥一期装置工艺空气压缩机组驱动透平燃气轮机是从意大利新比隆公司引进的工业用燃气轮机，型号为PGT10，

2、该燃机为单燃烧室带蒸汽注入的双轴机组，高压透平有两级动叶，额定转速为10800RPM，驱动燃机本体的17级轴流式压缩机（也称为压气机）压缩燃烧用空气；低压透平为动力透平，也有两级动叶，额定转速为7900RPM，驱动工艺空气压缩机高低压缸.机组布置图见图1。　　该燃机配套SUVIMAC-II控制系统于1995年投入使用，连续运行十几年后，由于硬件老化，故障频发，于2008年初改造为TRICONTS3000三冗余控制系统。改造中将燃机伺服控制系统改为冗余控制，改造后转速控制精确稳定，但随着时间推移，转速控制品质逐渐下降，转速波动不断加大，2013年8

3、月出现了因控制失调导致超温跳机的事故。　　1燃机控制规律分析　　燃机主调节系统是对燃气轮机工作过程的状态进行控制的调节系统；是对燃气轮机工作过程中某个参数实现恒值闭环自动调节的系统。燃气轮机的主控系统包括：启动燃料控制系统、高压轴加速率控制、低压轴加速率控制、低压轴转速控制、乏气温度控制、手动燃料控制.　　2燃机超温跳车过程描述　　2013年8月16日凌晨2点后，系统总C由95.4上涨至98.0，工艺调整合成气压缩机转速以控制前系统压力。燃机跳车前，PC02002在3.535-3.590MPa之间，FC02002在39.9-40.3KNM3/h之

4、间，工艺人员未对燃机进行工艺调整。2013年8月16日凌晨4点35分22秒出现02K001机组跳车信号，合成氨装置维持一段炉运行，后系统做停车处理，辅助锅炉TEG运行方式切至FDF运行方式。　　经检查，02机组控制系统的SOE可看出，燃气透平出现伺服故障报警MALM191，2秒后排气温度高报警MALM155，3秒后排气温度高联锁MTRIP113机组跳车。　　3燃机超温跳车原因分析　　3.1燃机超温跳车过程分析　　跳车前燃机处于低压轴负荷控制，工艺负荷基本稳定时，燃机低压轴转速上升，04时28分14秒，GCV伺服控制器输出GCV-PO开始下降，4时

5、28分24秒下降至本轮调节的最低值，反馈于28分30秒下降至最低值，反馈滞后6秒钟（正常跟踪应在1秒内），GCV关小使低压轴转速下降。同时，GCV阀门关小导致高压轴转速开始下降，28分17秒时NCV伺服控制器输出NCV-PO开始上升，但直到28分29秒时，反馈才开始上升。即NCV阀门动作（反馈）滞后输出12秒。在这12秒内，高压轴转速从10678rpm下降至10518rpm，下降了160rpm，IGV阀跟着下降了10%，导致入口空气大幅减少，进而引起低压轴转速下降。　　在IGV与GCV都关小的双重作用下，低压轴转速迅速下降，28分29秒时滞后的N

6、CV突然大幅开大，能量向高压轴倾斜，加剧了低压轴转速的下降。低压轴转速设定不变的情况下，低压轴转速控制器迅速将GCV开大，由于GCV与NCV阀的动作滞后，导致低压轴转速超调，低压轴转速控制器迅速将GCV关小。　　由于GCV动作滞后，高低压轴转速继续升高，低压轴转速控制器继续关小GCV阀门，即GCV伺服控制器输出大幅降低，燃料量急剧下降，高压轴转速大幅降低，NCV又严重滞后，使得高压轴持续大幅降低，从10727一直降至10037下降了690rpm，降幅6.4%，而IGV受77NH控制，降幅是其7倍，下降了46%，从87%降至41%。其结果是入口空气

7、锐减，排气温度在4秒内从493℃上涨至532℃的联锁值而跳车。　　3.2跳车可能原因分析　　3.2.1工况存在大幅调整　　根据操作记录及机组运行趋势来看工况稳定，无大幅调整。可排除工况大幅调整原因。　　3.2.2高低压轴转速测量异常　　高、低压轴各有2支转速探头，探头转速测量趋势一致，无异常波动，可排除高低压轴转速测量异常原因。　　3.2.3排气温度测量异常　　排气温度共有12支热电偶测量，去掉最高、最低值后取平均值。从测量值趋势看，变化一致无明显异常波动，可排除排气温度测量异常原因。　　3.2.4液压油系统压力，过滤器前后差压异常　　无相关报警

8、记录，检查液压油系统压力正常，过滤器前后差压正常。可排除液压油系统压力，过滤器前后差压异常原因。　　3.2.5NCV、GCV等阀门卡涩