日本三菱M701F型燃气轮机
李响++廉小隗
摘 要：该文针对某电厂M701F3型燃气轮机机组跳闸事故，论文首先探讨了事故的原因，进而深入剖析了M701F3燃气轮机防结冰系统因控制逻辑导致的隐患，给出了在特殊天气条件下导致机组跳闸事故的解决方案。
关键词：M701F3型燃气轮机 防结冰系统 跳闸
中图分类号：TK14 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（a）-0078-03
某电厂采用天然气为燃料的350 MW级的燃气-蒸汽联合循环机组，燃气轮机、蒸汽轮机、发电机采用同轴布置，蒸汽轮机布置在燃气轮机冷端及发电机之间。燃气轮机选用为三菱M701F3型。该文详述该型燃气轮机的防结冰系统因控制逻辑存在隐患，在特殊天气条件下导致机组跳闸事故的经过，分析讨论事故发生的原因，并有针对性地提出可能性解决方案。
1 M701F3型燃气轮机机组跳闸事故介绍
11月29日15：30因天气原因满足防结冰系统投入条件，防结冰系统投入运行。16：07燃气轮机来“燃烧室压力波动高跳机”燃气轮机跳闸，01开关、41E灭磁开关跳闸，22：02机组重新发启动令，22：48机组并网，30日00：06机组启动完成，00：39值长令：防结冰系统解OFF。
2 M701F3型燃气轮机机组跳闸事故原因分析
2.1 M701F3型燃气轮机防结冰系统及运行方式介绍
2.1.1 M701F3型燃气轮机防结冰系统介绍
（1）防结冰系统作用。在温度较低（摄氏零度左右）、湿度较大时，由于空气中水汽会处于一种冰水混合物的状态，附着在燃气轮机的压气机进口可转导叶（IGV）上造成进口可转导叶（IGV）结冰冻住，会使进口可转导叶（IGV）无法正常动作而造成燃气轮机跳闸（当IGV输出指令和反馈值相差超过5%且超过10 s时，IGV异常保护会动作跳闸），而且进口可转导叶（IGV）结冰后会改变叶形，改变进气冲角，可能靠近压气机的喘振边界，当然也可能造成进入的空气流量变化。而且进口可转导叶（IGV）上结的冰一旦脱落进入压气机会造成压气机叶片损坏，防结冰系统是从压气机排气段引出一部分高压、高温的空气到压气机入口提高入口空气温度从而达到防结冰作用。
（2）防结冰系统组成。整个系统由防结冰平衡阀、防结冰疏水阀、防结冰供气阀、防结冰控制阀A和防结冰控制阀B组成，整个系统在投入自动的情况下，满足防结冰系统的动作条件时，整个系统投入运行达到化冰的目的。具体阀门布置见图1。
2.1.2 防结冰系统的投运
（1）防结冰系统自动启动条件。
防结冰系统投入的逻辑条件主要受以下几条影响。
①环境温度与压气机入口温度差在（-3 ℃～3 ℃）之间。
②防结冰保护系统投入自动。
③压气机入口温度在（-1 ℃～5 ℃）之间。
④环境湿度在条件成立。
⑤逻辑条件如图2所示。
上述条件第4点：环境湿度在条件成立逻辑判断为，环境湿度测点测得数值大于函数Y=f（χ）计算值，逻辑条件成立。
其中X为压气机入口温度，对应函数关系为：
（2）防结冰系统的投运。
当以上的逻辑条件满足时，防结冰系统开始准备投入运行。首先在正式投入运行前，进行暖管，防结冰疏水阀门打开20 s后关闭，防结冰平衡阀打开，引入少量高压、高温的压缩空气进入防结冰管道暖管、升压，此时当防结冰管道压力建立完成（标准是压气机排气压力减去防结冰管道压力小于0.05 MPa）时，暖管升压完毕。
从防结冰平衡阀打开开始计时120 s后，防结冰管道压力建立没有完成，会触发防结冰平衡压力异常的报警。如果逻辑运行正常，在防结冰平衡阀打开180 s后，防结冰疏水阀门打开，打开10 s后关闭，当防结冰疏水阀门关闭后，防结冰供气阀门打开，同时防结冰平衡阀关闭，开始正式进行防结冰系统的气体供气。此时，防结冰控制阀B/A逐渐打开，进入暖吹預热阶段；预热阶段防结冰控制阀B开度逐渐开大，防结冰控制阀A的开度相对较小在5%左右，当压气机入口温度比防结冰控制阀打开前的温度提高2 ℃或者从防结冰供气阀打开开始计时30 min后，暖吹预热阶段结束，进入正式防结冰系统控制阶段；防结冰系统正式控制阶段，防结冰控制阀B逐渐到全开位置，防结冰控制阀A也逐渐开大，从而提供大量高温（温度为压气机排气温度）空气进入压力机入口起到化冰作用。防结冰系统在逻辑上最终达到效果为，压气机进口大于环境温度4 ℃。
在逻辑中防结冰温度控制A、B阀的开度（即CSO）是通过函数计算所得。输入值是压气机入口温度经过一系列运算后得出的数值，输出值是防结冰温度控制A、B阀的开度（即CSO）。对应函数为：
防结冰系统启动流程如图3所示。
2.2 防结冰系统投运与该次机组跳闸的关系
根据机组曲线历史曲线查询得到的数据，发现11月29日15：32：50防结冰温度控制B阀打开，B阀全开后A阀打开至12.02%，直到15：54：30A阀继续开大，16：07：00A阀开度到达21.38%后，机组跳闸，防结冰温度控制A、B阀关闭。
对比11月26日防结冰系统投入时曲线发现：防结冰温度控制A阀最大开度15.85%。
对比11月23日防结冰系统投入时曲线发现：防结冰温度控制A阀最大开度13.48%。
通过11月3次防结冰系统投入后的数据曲线看，前两次A阀开度最大分别为15.85%和13.48%。但29日防结冰系统预热结束后，A阀开度一直增大，当开到21.38%时机组跳机。
根据数据判断，此次机组跳机的原因为：因A阀开度大，防结冰系统抽汽较多，严重影响系统燃烧燃空比，导致燃气轮机燃烧不稳，燃烧器压力波动保护动作，机组跳闸。
那么为什么前两次防结冰系统投入时A阀开度没有持续增加，而这次却导致跳机。
通过历史曲线分析环境溫度和压气机入口温度的历史数据，对比观察发现，29日当防结冰系统投入时，环境温度4 ℃，压气机入口温度4.22 ℃。防结冰系统预热结束时，环境温度4.01℃，压气机入口温度6.22 ℃。机组跳闸前环境温度4 ℃，压气机入口温度7.26 ℃。
环境温度温度的变化为天气因素，不受人为控制。当防结冰投入后，环境温度可能有5种变化。
（1）环境温度继续下降，下降至-6 ℃以下，满足防结冰系统退出条件，防结冰系统退出运行。该情况多次出现。（2）环境温度继续下降，但未下降至-6 ℃以下，防结冰系统长时间投运。该情况多次出现。（3）环境温度继续下降后，短时间内温度回升，又满足防结冰退出条件，防结冰系统在未暖管完成时即退出运行。该情况曾很少数出现。（4）该次情况：当防结冰系统投入后，环境温度维持不变。（该次情况为首例）
与之前两次防结冰系统投入时不同，此次防结冰系统投入时，环境温度本身就在高限，并且之前防结冰系统投入后，环境温度是持续下降的，当预热结束后，环境温度可以下降1 ℃～2 ℃，但此次防结冰系统投入后，环境温度维持不变，那么根据逻辑要求，最终要使得压气机入口温度大于环境温度4 ℃，那么压气机入口温度就需要维持到8 ℃，为提高压气机入口温度只能持续开大A阀，当机组跳机时压气机入口温度7.26 ℃，如果当时机组没有跳机，A阀还会持续开大。所以分析发生机组跳机的主要原因是特殊的天气条件的影响及防结冰系统逻辑设计中存在缺陷。
3 针对该次事故提出可行性解决方案
要防止类似事故的发生，就必须确保防结冰系统投入后，A阀开度不能过大，通过几次观察，正常时防结冰系统投入后，A阀开度通常维持在13%左右。
解决方案：参考A阀的函数图，Y=f（x）（0 这样既可以起到防结冰作用（环境温度低时根据以前曲线15%开度满足要求，环境温度高时，如29日的情况，压气机入口温度6 ℃也不可能结冰，也满足要求），同时可以控制对燃气轮机燃烧波动的影响（近几年机组运行，如非燃气轮机入口滤网差压特别高的特殊情况，防结冰系统投入时，也未发生过跳机）。 参考文献 [1] MHI.燃气轮机控制系统逻辑图——防结冰系统图（TCS）[Z]. [2] MHI燃气轮机运行维护手册——防结冰系统结构及运行维护[Z].
