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1、燃气蒸汽联合循环发电 设备的运行事故 华北电力大学能源与动力工程学院 *1 *2 n联合循环发电机组偏离正常运行方式的各种工作状态， 统称为异常或故障。 n当正常运行的工况遭到破坏，设备出力被迫降低，以及 造成设备损坏、人身伤亡时，则称为事故。 p 燃气轮机启动失败 燃气轮机启动性能的好坏，直接影响到机组的应急启 动和调峰能力。但有时启动时会出现各种故障，甚至 使机组无法正常运行。因此很有必要对燃气轮机启动 出现的故障进行分析以找出原因，提出处理方法，以 提高机组启动的成功率。 *3 一、启动时机组升速缓慢或不能升速 1启动机故障 1）启动电机有故障，不能达到满转速，如电动机两相运行 、机械卡
2、涩等。 2）启动柴油机有故障，如空气滤清器堵塞、喷油器雾化不 良等。 2、液力变矩器不能传输正确地输出扭矩 1）启动机带动的液力变扭器增压油泵故障，使油泵出口的 油压降低，引起变扭器出力不足，或者液压油节流器 间隙过大，可用调整螺钉调节节流器间隙。 *4 2）液力变扭器泵轮、涡轮或导轮损坏，使变扭器传递 给燃气轮机主轴的力量不足。 3）速度扭矩控制电磁阀卡涩，不能建立油压。 *5 二、点火失败 1. 燃油系统原因 1）点火燃料的物理、化学特性不能满足点火要求，如轻 油热值太低或含水分太多。 2）燃油系统中存有空气，造成供油脉动现象，甚至导致 燃油过流量保护动作跳机。 3）主燃油泵和离合器故障。
3、主燃油泵由辅助齿轮箱通过电磁 离合器带动，若电磁线圈电阻及绝缘下降，将使电磁线圈 磁力不足引起主燃油泵出力不足，造成原油压力低而熄火 ，从而导致启动失败。 4）燃油流量分配器卡涩、磨损，就可能引起燃油量进油不足 或进油量分配不均匀。 5）上次停机时，烧轻油时间不够长，在油管线中残留较多的 重油，燃油流量分配器转动困难，导致点火不成功（冬季 较易出现），此时应对重油管线用轻油进行吹扫。 6）燃油滤网堵塞或阀门误操作使供油量不足，燃油压力太低 。 *6 2、雾化空气系统原因 雾化空气压力太低，燃油雾化不好，将导致点火失败或燃 烧恶化。 1）启动时的雾化空气是通过辅助雾化空压机提供的，它 由电动机通
4、过v形皮带传动。若v型皮带磨损打滑或脱落 ，将使空压机出力下降，或者空压机长期停运锈蚀卡涩 ，影响燃油雾化质量。 2）由于燃油喷嘴积碳或雾化空气通道堵塞，使雾化空气 流量减少或混乱，从而造成燃油雾化质量差，燃油燃烧 不完全。 *7 3、点火系统原因 1）点火火花塞积炭、氧化或损坏，致使其不能打火或不 能起弧并形成点火火炬。 2）点火系统的电气回路熔断器烧断，点火变压器绝缘不 良或断路，火花塞的中间电极接地或接线不良，导引 电缆芯绝缘层碳化或产生裂纹而分散放电，电缆接头 绝缘下降。 *8 3）采用火焰点火器的机组点火时，点火气体压力不足，或 者点火时点火气体压力下降太快，以致燃油在点火期间 不能
5、被完全点燃，在点火气体熄火后燃油无法继续维持 燃烧，造成点火失败。 在机组启动前应检查火花塞的放电间隙，清除中间电极与侧 电极之间可能存在的积炭和异物，定期检查电气回路和 点火变压器的绝缘。 4控制系统原因 1）燃油伺服阀或燃油旁通阀故障，造成燃油流量异常而点 火失败。如果供油量过多（即富油燃烧）而使火焰熄灭 ，这种燃烧有可能产生爆燃，对机组的危害性很大。如 果供油量太少（即贫油燃烧），则无法维持正常燃烧。 2）燃油流量测速探头故障，流量反馈信号错误，导致燃油 流量没有或过低。 3）火焰检测系统故障，如火焰探测器信号窗口积灰，导致 检测到的信号强度偏小，控制系统误判断为点火不成功 而停机。 *
6、10 二 热悬挂 热悬挂简称热挂，是燃气轮机在启动过程中可能发生 的一种故障，它发生在启动机脱扣以后。该现象是， 启动机脱扣后，机组转速停止上升，运行声音异常， 若继续增加Gf，T3随之升高，但转速却不上升，反而呈 现下降的趋势，最终导致启动失败。 *11 原因: 启动过程线较靠近压气机喘 振边界。 启动机脱扣后机组的剩余力 矩显著减少，如果在脱扣前 操作不当，Gf增加较快，比 原定的高，运行点靠向喘振 边界，压气机中可能发生失 速现象，C降低，MC增加， 启动机脱扣后MEX就可能变为 零，转子停止升速，就象被 “挂”住似的，故称热挂。 *12 这时增加Gf，T3*升高，从而MT增加，但运行点
7、更靠向喘 振边界，C进一步降低使Mc增加得比MT多，MEX变为负 的，导致转速下降，最终使启动失败。 在发生热挂时，正确的措施是适当减少Gf，使运行点下 移离开喘振边界，压气机脱离失速工况，消除因热挂 而产生的异常声音，然后再逐渐增加Gf ，这时若处理 得好，就可以便机组脱离热挂而继续升速，避免启动 失败。 *13 靠人工手动操作来启动燃气轮机时，Gf往往不能严格 按照预定的规律变化，因而可能产生热挂现象。 当改用自动程序控制启动时， Gf能严格按照给定的 规律变化，一般是不会发生热挂现象的。 如果是由于原来设计不当而导致热挂时，则应减慢Gf 的增加速率，减慢启动过程，可能时还可适当提高启 动
8、机的脱扣转速。 *14 此外，如果压气机进气滤网堵塞或通流部分污染，效率降 低，特性曲线变坏，就会引起压气机出力不足，致使启动 时压气机耗功量过大，在启动机功率不足时，就容易使启 动失败。 透平通流部分结垢，致使透平的阻力增加，因而在启动过 程中机组的运行线就会向压气机的喘振边界线方向靠近， 甚至进入喘振工况，使机组启动失败。 *15 p 燃气轮机的振动 发电机组工作的可靠性，在相当大程度上决定于它的振动状 况，一般来讲，回转式机械在运转中是允许有一定程度的振 动的，但这种振动必须限制在较小的数值范围内，否则将会 带来一定的危害，甚至引起极严重的后果。 *16 一、振动对燃气轮机的影响 1）压
9、气机或透平的转子和动叶等部件因动应力过高而出现疲 劳裂纹或疲劳折断。若振动较大，则有可能使叶片和静子 发生碰擦而发生断裂。 2）通流部分的气封发生动、静碰磨而损坏，当汽封严重磨损时会 影响机组效率。 3）机组部件连接处松动，气缸、轴承座与基础台板间的刚性联系 遭到破坏，地脚螺丝断裂，滑销磨损，转子中心偏移。 4）控制系统和保护装置不能正常工作。例如，转子磁性测 速传感器在机组的振动较大时，有可能会引起数模转换 的失误，出现“丢转速”的现象，即测量到的转速比机 组的实际转速低，从而引起转速控制系统的失准和超速 保护实际动作转速升高。振动较大也可能导致就地危急 保安器误动作等。 *17 5）由喘振
10、引起的燃气轮机转轴振动可能会引起负载和转速 突然变化，导致转子轴向位移快速变化，影响推力瓦的 可靠性。 6）发电机转子护环松弛磨损，芯环破损，电气绝缘磨破， 以致造成接地或短路。 因此，要使机组安全可靠地运转，必须限制机组的振动并设 置振动保护系统。 *18 二、燃气轮机振动的机理 燃气轮机与汽轮机在转子结构、支撑结构、气缸（汽缸）结 构、工作介质、运行方式等方面的不同，导致两者的振动特 性差别较大，不能完全套用处理汽轮发电机组振动故障的经 验。 1. 转子刚度 目前燃气轮机普遍采用单轴双支点结构，转子广泛采用拉 杆盘鼓式结构。这种结构的燃气轮机转子刚度较低，若停 机后处在某静止位置时间过长，
11、转子会产生暂态弯曲变形 。 *19 研究表明，在盘车脱开后最初几个小时之内，轴弯曲以5m h的变化量增加。但一旦启动盘车装置，转轴径向弯量每 2h就下降50，一般经过几个小时的连续盘车后，燃气轮机 转子的暂态弯曲即可基本消除。 *20 现场实测数据分析表明，在燃气轮机启动过程中，25m 的轴弯曲能引起大的振动，所以在燃气轮机上必须安装监 测转子弯曲（偏心、晃度）的探头，精确监测机组盘车装 置处燃气轮机转轴的径向弯曲。在机组启动前若发现转轴 弯曲过大，可通过延长盘车时间来消除或减小。 2、热不稳定性 转子的拉杆盘鼓式结构可导致燃气轮机出现热不稳定 性。 对于大型燃气轮机典型的冷态启动，在最初的4
12、560min 运行中，燃气轮机振动极不稳定，往往表现为振动大 幅增加或减小，基频振动幅值变化量范围为50 80m，基频振动相位变化量一般在60左右，严重时 可引起机组安全监测保护系统报警或跳机。这种现象 通常称为热不稳定性， *21 原因为从压气机转子引出的一股冷却空气冷却空心转子后， 又沿径向再冷却轮盘及叶片，由于冷却不均匀使转子产生暂 态热弯曲，表现为燃气轮机转子不稳定的强迫激振响应。一 般运行约1h后，温度分布趋于均匀，基频振动幅值和相位会 趋于稳定，振动逐渐减小。 *22 由转子横截面温度不对称及温度场不稳定引起的燃气轮机 振动特征与汽轮机转子存在动静碰磨的振动特征完全相同 ，若对燃气
13、轮机转子振动特性没有深入细致的了解，则有 可能判断燃气轮机存在动静碰磨故障，导致采取错误的运 行、检修及处理措施。 3、转子动平衡 *23 长期运行使压气机叶片出现严重周向不均匀磨损； 部分叶片或围带脱落； 由于转子本身刚度较小，机组在停机后处于某个静止位 置时间过长，使转子产生暂态弯曲变形； 长期运行使转子中心及叶片表面不同程度积垢； 转子各部分在运行过程中由于温度不对称引起热变形不均而 造成的转子热弯曲。 经验表明，由单纯质量不平衡引起的同步振动的幅值和相位在 某一转速下应具有重复性、稳定性及可预测性。但当转子内 部积灰或结垢时，会造成振动测试时基频振动不重复及不稳 定，增加振动故障诊断难
14、度，降低动平衡效果。 *24 在条件允许的情况下： 燃气轮机转子平衡前应先清洗转子本体，重新启动测试瞬态 、稳态基频振动响应后再进行平衡； 工作转速下燃气轮机振动对转子温度分布非常敏感，常常导 致初定速时振动不稳定，所以平衡前必须认真、仔细地进行振 动测试，并应有丰富的选择原始不平衡振动数值的经验，才能 使轴系平衡获得成功； 因为燃气轮机振动响应具有柔性支撑条件下挠性转子的动力 特性，所以平衡燃气轮机转子之前应综合分析瞬、稳态下转子 相对轴振、轴承座振动响应，正确判断转子不平衡轴向位置及 不平衡阶次，考虑相对轴振与轴承座振动机械滞后角差别，确 定平衡重量型式、大小及角度。 *25 燃气轮机转子
15、平衡可分为制造厂平衡和现场平衡。 转子出厂前或大修期间在制造厂进行平衡时，燃气轮机转子 上一般有34个加重平面可以利用。此时可先对转子自 身进行平衡，将转子本身平衡状态调整好后，再按照叶 片在转子轮盘上对称等重分布以及叶片力矩均布原则安 装叶片，最后进行燃气轮机转子整体平衡，这样做效果 较为理想。 *26 现场动平衡一般在转子两端平衡槽内对称加重以消除一阶不 平衡响应，在转子两端平衡槽反对称加重来消除二阶不平衡 响应。 若燃气轮机转子存在较大三阶不平衡分量，即使通过平衡手 段有效消除一、二阶临界转速下的不平衡响应，工作转速下 燃气轮机振动还可能偏大。 由于采用两平面对称加重消除三阶不平衡响应有
16、可能再次激 发一阶临界转速下的振动，同时平衡三阶振型的灵敏度较小 ，平衡效果较差，即采用传统的两平面加重法平衡燃气轮机 转子工作转速下基频振动的措施可能达不到预期目的。 *27 现场不揭缸平衡燃气轮机转子，一般有3个校正平面可作 平衡，即压气机侧末级叶轮、透平侧末级叶轮以及转子 中部轮盘。 按照模态平衡理论，3个加重平面满足消除转子前三阶不平 衡响应的条件。同时现场高速动平衡燃气轮机发电机组 的实践表明，在燃气轮机与发电机之间的连接短轴上加 重，也可有效降低燃气轮机的同步振动。 *28 燃气轮机的压气机端轴承座常与气缸铸为一体，而透平端轴承 座则安装在透平排气缸上。 燃气轮机转子相对于支撑结构而言较重，且基础动刚度较低， 使支撑结构固有频率落入机组转速范围之内，即机组在升、降 速过程中除了通过燃气轮机转子一、二阶临界转速之外，还要 通过结构共振转速，这就使燃气轮机振动特性带有柔性支撑转 子的动力特性。 在设计燃气轮机转子时，应进行转子、轴承及基础动力特性计 算分析，使
