9FB 燃机失去火焰遮断原因分析及技术改进

9FB 燃机失去火焰遮断原因分析及技术改进

冯鹏飞 杨明远 马晓荣

广东粤电新会发电有限公司 广东江门 529149

摘要：介绍了一起9FB燃机在正常运行中因天然气供气压力突降，燃烧器失去火焰造成机组遮断的事故，分析认为燃机供气压力低是由于燃料辅助截止阀VS4-1（气动阀）误关所致，而压缩空气控制回路设计缺陷是VS4-1误关的直接原因。对此，文章提出了对VS4-1压缩空气控制回路进行有针对性的技术改进方案，即通过增加压缩空气控制电磁阀数目，使其与原控制电磁阀通过“并联”布置方式实现互为备用，提高VS4-1的可靠性，避免非人为误动作，确保机组长期安全运行。该技改方案简单可靠，成本低，可复制性强，燃气控制系统的其他类似重要气动阀门同样适用。

关键词：9FB； 燃机；燃料辅助截止阀； VS4-1； 遮断； 电磁阀

Abstract: This paper introduces a shutoff accident of 9FB combined cycle units because of the loss of flame due to low gas pressure in the operation. It is believed that the low gas pressure of the gas turbine is caused by mistaken switch-off of fuel auxiliary stop valve VS4-1；however，design defect of control circuit fundamentally results in switch-off of the VS4-1. Therefore，the paper accordingly presents a retrofit scheme: increasing the number of electromagnetic control valve on the VS4-1，and the two valves are paralleled in a subtle way. The scheme is simple， reliable and low in cost， and can be easily duplicated； besides，it reconstructs fuel gas control system and other pneumatic valves in a similar way to ensure long operation safety of the units.

Key words: 9FB；gas turbine；fuel auxiliary stop valve；VS4-1；shutoff；electromagnetic valve

某发电厂2×450MW燃气-蒸汽联合循环热电联产机组，燃气轮机由GE公司生产，型号为PG9371FB，由1台18级的轴流式压气机、1套包含18个低NOX燃烧器的燃烧系统、1台3级透平和有关辅助系统组成。蒸汽轮机由哈尔滨汽轮机厂制造，型号为LN150/C120-11.00/3.30/0.43/1.40，型式为三压、再热、两缸、冲动、抽凝式汽轮机。余热锅炉采用东方菱日锅炉有限公司的三压、再热、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉。

该发电厂#1机组已于2018年9月通过168h试运。2019年10月14日，#1燃机燃料辅助截止阀VS4-1（气动阀）压缩空气控制电磁阀故障，导致VS4-1因失去压缩空气而异常关闭，燃机天然气供气压力突降，燃机熄火且四个火焰全部消失，引发燃机遮断，汽轮机联跳。文章分析了该非计划停运事件的原因，并针对具体原因提出了针对性的技术改进方案，通过对VS4-1压缩空气控制电磁阀数目和布置方式进行完善，提高了VS4-1的可靠性，可有效避免此阀门非人为误动作，从而确保机组长期安全运行。经改造后的机组运行状态良好，可为同类型机组类似技术改造和升级提供参考。

1前 言

该发电厂进入燃机燃烧器参与燃烧的天然气先由调压站调压，经燃机前置模块依次过滤、分离和加热后，再通过燃机燃料气控制系统进入燃烧器，参与燃烧。前置模块系统主要由1套双联前置过滤器，1套串联的性能加热器、1套启动用电加热器、1套终端过滤洗涤器、流量计和变送器以及各单元的控制系统等组成^[1]。

燃料气控制系统主要由流量变送器、燃气安全关断阀（SSOV / VS4-4）、安全关断通风阀（VA13-18）、放空阀（VGV-2/3）、进口滤网、燃气辅助截止阀（VS4-1）、速比阀（VSR）、燃料通风阀（VA13-15）、燃气控制阀（VGC-1，VGC-2，VGC-3，VGC-4）及相关管路和仪表等组成。该系统的作用是控制天然气随时以合适的压力和流量向燃烧室输送，以满足燃机正常启动、带负荷和停机的所有要求，该天然气控制系统流程示意图如图1所示。

图1：天然气控制系统流程示意图

2 事件经过及原因分析

2.1 事件经过

2019年10月14日12：56：04，#1机总负荷275.7MW，其中燃机负荷167.5 MW，汽机负荷108.2 MW。此时，#1燃机来“辅助截止阀VS4-1阀位故障”、“燃机P2压力低闭锁升负荷”和“火焰失去保护动作跳机”报警，燃机遮断，汽机联跳。联系热工专业查询跳机逻辑，结合报警和事件记录，最终确认是因VS4-1突然关闭，燃机天然气供气压力低，燃机熄火，四个火焰全部消失，引发燃机遮断。

2.2 原因分析

此次#1燃机遮断的首出原因是“火焰失去保护动作”。保护动作之前燃机报“辅助截止阀VS4-1阀位故障”等报警。VS4-1为双气缸气动阀，当电磁阀20VS4-1得电打开，仪用空气经过快排阀进入VS4-1的执行机构气缸，克服弹簧力并带动传动轴将阀门打开；电磁阀20VS4-1失电时，执行机构气缸内压缩空气在弹簧的推动下经过快速排放阀排掉，阀门快速关闭。VS4-1执行结构及压缩空气控制系统如图3所示。

气动阀无故关闭很大可能是其控制气源失去引起。事故发生后，该电厂机务专业与运行当值人员就地检查VS4-1状态，确认已关闭，且压缩空气系统无泄漏，压缩空气压力及供气回路均正常。进一步推测是由于电磁阀20VS4-1失电或故障导致失去气源，进而引起阀门快关。燃机惰走阶段，热工专业强制条件试开关VS4-1，发现有指令反馈，但阀门无动作。测量电磁阀20VS4-1电阻，发现阻值显示无穷，确定是电磁阀故障。

图2：燃气辅助截止阀（VS4-1）

3 技术改进

3.1 电磁阀故障分析

电磁阀线圈烧坏的原因较多，包括：线圈受潮，引起绝缘不好而漏磁，造成线圈内电流过大而烧毁，因此要防止雨水进入电磁阀；弹簧过硬，反作用力过大，线圈匝数太少，吸力不够也可使得线圈烧毁；当电源电压高于线圈额定电压时，主磁通增加，导致线圈中的电流增加，铁芯损失也将增加使铁芯发热，从而容易烧毁线圈^[2,3]；此外，还可能是因为线圈质量问题或者环境温度过高导致线圈老化^[4]。

3.2 改进方案

VS4-1压缩空气控制电磁阀在机组运行时是常带电工作，且目前仅有1个电磁阀控制气源，若电磁阀故障或者误动均会直接造成天然气供气压力低，从而导致机组跳机，具有严重的安全隐患。对此，综合生产现场实际情况，经GE厂家及相关专家同意，该厂着手针对VS4-1的压缩空气控制电磁阀组进行改造，具体方案如下。

图3：改造后的燃气辅助截止阀（VS4-1）

如图2所示，20VS4-1是2位3通电磁阀^[5]，1个通道与气源连接，另2个通道，其中1个与快速排放阀的进气口连接，另1个与排气口连接，若电磁阀失电，则VS4-1通过快速排放阀快速卸掉气缸内的压缩空气后在弹簧的作用力下关闭。现增设1个电磁阀（如图3所示），2个电磁阀并联布置。右侧电磁阀与原设计一样，增设的左侧电磁阀出气孔与右侧电磁阀排气孔连通。正常运行时，2个电磁阀带电打开，压缩空气经过右侧电磁阀再经过快排阀进入气缸，而经过左侧电磁阀的仪用空气顶住右侧电磁阀的排气孔，保证右侧电磁阀失电后，备用路仪用空气能可靠供给。2个电磁阀互相备用，能够有效避免电磁阀故障误动作，安全性、可靠性得到提高。

3.3 其它改进

9FB 燃机燃气控制系统的其它主要气动阀，如燃气安全关断阀（SSOV / VS4-4）、安全关断通风阀（VA13-18）、放空阀（VGV-2/3）和气体燃料通风阀（VA13-15）的压缩空气也是只通过1个电磁阀来控制阀门气源，都存在类似于VS4-1电磁阀故障导致阀门关闭或打开，从而引起机组遮断的风险。因此，对上述5个阀门也采用了类似的改造方案，大大提高了机组的安全运行能力。

4结语

9FB 燃机燃气控制系统主要气动阀经技术改造后，机组运行状态良好，再未发现因类似电磁阀故障而引起天然气供气压力异常或燃机遮断事故。此技改方案构思简单，实施方便，技改耗时少，改造成本低；极大的提高了主要阀门的可靠性，可为同类型机组类似技术改造和升级提供参考。

参考文献：

[1] 丁建军等.9FA燃机燃气压力低遮断原因分析及处理[J].浙江电力，2017，36（6）:72-75.

[2] 曹晓晖.浅谈燃机热工维护经验[C].中国电机工程学会燃机发电专委会年会论文集，2007.

[3] 郑培根.气动电磁阀综合性能测试系统的研究[D].杭州：浙江大学，2011.

[4] WALKER S.Balding Site Improvements[C].Dubai:GE User Group Conference，2010.

[5] 陈学敏. 工程中电磁阀的应用探讨[J].石油化工自动化，2009，45（4）:58-61.