M701J型燃气轮机联合循环机组调试中的主要问题及解决方法

M701J型燃气轮机联合循环机组调试中的主要问题及解决方法

李禄起

中国能源建设集团华南电力试验研究院有限公司

摘要：介绍了国内首次建设的三菱M701J型单轴燃气轮机联合循环机组在调试中遇到的主要问题，如控制油系统油温高、高压防喘放气阀、叶片通道温度（BPT）温度偏差大、值班A清吹冷却空气止回阀阀芯装反等。针对发生的问题，在原因分析的基础上，提出解决措施，对同类机组的调试工作具有一定的借鉴意义。

关键词：燃气轮机；原因分析；解决措施。

某电厂建设的三菱M701J型燃机“一拖一”单轴燃气-蒸汽联合循环发电机组，由1台M701J型燃气轮机、1台MHDB-M701J-Q1型余热锅炉、1台LZN227-16.7/[0.43]/600/600/[293]型蒸汽轮机、1台QFSN-690-2-22R型发电机组成。

该项目采用国内首台国产化率最高的M701J型燃气轮机是当今世界上最先进的重型燃气轮机，其透平初温高达1600℃，效率超过43%，与先进的蒸汽轮机配合，其联合循环效率超过64%，经过优化，M701J型燃气轮机联合循环在部分负荷仍然有较高的运行效率，大幅度领先F级燃机性能。

该项目使用的燃机是M701J型燃气轮机，是国内首次应用。在基建调试过程中，发生了控制油系统油温高、高压防喘放气阀、叶片通道温度（BPT）温度偏差大、值班A清吹冷却空气止回阀阀芯装反等问题。针对发生的问题，一定程度上影响了试运进度，增加了调试成本。因此，对此类大型燃机联合循环机组的调试问题进行梳理统计、原因分析和解决措施，对今后的同类型机组调试工作具有一定的借鉴意义。

1. 生产工艺与燃气轮机结构
   1. 生产工艺

M701J型单轴燃气轮机联合循环机组的生产工艺流程是：天然气经过天然气调压站分离、过滤、计量、初步加热、调压，再经过燃机天然气前置模块的计量、性能加热、再次过滤和流量调节后，通过燃料喷嘴喷入燃烧室内，来自大气的空气通过进气过滤系统、进气室和进气缸后被吸入压气机，在压气机段，空气被压缩后，进入环绕在燃机主轴上的环管式燃烧室内与天然气混合燃烧，燃烧后的高温烟气进入燃机透平膨胀做功，带动燃机转子转动，和蒸汽轮机共同拖动发电机发电，发出的电力经过变压器、配电装置和线路送往用户。

燃机透平做功后的烟气温度依然很高，燃机排出的高温烟气进入余热锅炉，加热水和蒸汽，产生过热蒸汽，烟气中热量被充分吸收和利用后，经余热锅炉的烟囱排入大气。余热锅炉产生的高温高压蒸汽进入汽轮机做功，推动汽机旋转，和燃机共同拖动发电机发电。做完功的蒸汽在凝汽器被冷却成水，再重新进入余热锅炉，形成燃气-蒸汽联合循环发电。

1.2. 燃气轮机结构

    M701J型燃机主要由带有进口可调导叶（IGV）、可调静叶（VV）的15级的高效轴流式压气机、22只绕压气机轴线环形布置的环管燃烧器的燃烧室，以及4级反动式叶片的透平段组成。主要辅助系统有天然气调压站系统、燃机天然气前置模块系统、燃机二氧化碳消防系统、燃机点火系统、润滑油系统、控制油系统、透平冷却空气系统、燃机强制冷却空气系统、壳体冷却系统、进气系统、排气系统等。

2. 燃气轮机调试流程

3. 调试过程中出现主要问题、原因分析及解决措施
   1. 控制油系统油温高问题
      1. 问题描述

启动控制油系统，进行低压主汽阀和调节阀调试，控制油A泵运行电流：49A，系统油压：13.5MPa，油箱油温32℃，冷却水压力0.45MPa，温度31℃，控制油冷却水调节阀投自动设定温度40℃，控制油A泵运行1个小时后，控制油温升至55℃。

3.1.2. 原因分析：

控制油冷却水系统设计为冷却有压回油管路，系统有压回油通过过滤器及冷却器返回油箱，冷却器前设有有压回油旁路。经检查发现控制油冷却器旁路油管路通流量大，导致经冷却器的回油量小，冷油器失去作用，油箱油温持续升高。拆解冷油器旁路单向止回阀，发现单向止回阀芯阀装偏、卡涩，导致冷却器旁路通流量大。

3.1.3.解决措施

拆解冷油器旁路单向止回阀，使用专用工具进行单向止回阀芯阀调整，重新回装，再次启动控制油系统，控制油油温正常。

3.2.高压防喘放气阀问题

3.2.1.问题描述

燃机第1次高盘模式启动，燃机启动过程中，中、低压防喘放气阀全开，高压防喘放气阀开度30%，因高压防喘放气阀开中间位限位开关信号未到而引起燃机跳闸。

3.2.2.原因分析

三菱燃机高压防喘放气阀设计了8个行程限位开关和1个模拟量信号反馈，3个用于全关位信号反馈，2个用于开中间位信号反馈，2个用于关中间位信号反馈，1个用于全开位反馈反馈；在燃机启动过程中，高压防喘放气阀开中间位限位开关信号需保证在0~40%开度时一直处于闭合状态。就地检查发现高压防喘放气阀在开度30%时，开中间位已断开。

3.2.3.解决措施

重新调整高压防喘放气阀开中间位限位开关位置，TCS强制开关高压防喘放气阀三次，开中间位限位开关动作正常、准确。

3.3. 叶片通道温度（BPT）温度偏差大问题

3.3.1.问题描述

燃机第1次正常模式启动，启动SFC，燃机升速720rpm时开始清吹排气管道和余热锅炉540秒，清吹结束后燃机降速，转速降至600rpm左右点火，点火失败（闪灭），机组跳闸；跳闸首出：燃机叶片通道温度BPT温度偏差大。

3.3.2.原因分析

三菱燃机设计22值热电偶测量叶片通道温度（BTP），对于BPT，燃机配备了温度高和温度偏差大保护跳闸，即：叶片通道温度（平均值）大于795℃，机组跳闸；叶片通道温度（平均值）大于叶片通道温度（参考值）45℃，机组跳闸；当任一点BPT比平均值温度低于90℃（启动期），延时2s机组跳闸；当任一点BPT比平均值温度低于60℃或高于60℃且相邻一点BPT比平均值温度低于30℃或高于20℃（并网后），延时2s机组跳闸。检查发现BPT11号温度显示异常，燃机点火瞬间由43℃降至11℃，与平均值偏差小于90℃触发了BPT偏差大机组跳闸。就地检查BPT11号测温元件发现温度测点正负极接反引起温度反向下降。

3.3.3.解决措施

调换BPT11号测温元件接线电缆，改线后温度显示正常。

3.4.燃气轮机点火栓电源开关问题

3.4.1.问题描述

燃机第2次点正常模式启动，启动SFC，燃机升速720rpm时开始清吹排气管道和余热锅炉540秒，清吹结束后燃机降速，转速降至600rpm左右点火，点火失败，因燃机点火栓电源异常引起燃机点火失败。

3.4.2.原因分析

三菱燃机在2个燃烧筒的上游端装有点火栓，2根点火栓共用1个电源开关，电源开关继电器保护定值为160A，在燃气轮机点火栓打火时，电流钳表测量电流为150~180A之间，故在燃机点火启动时会出现点火栓电源故障跳闸，开关继电器保护动作值设计偏小。

3.4.3.解决措施

将点火栓电源开关继电器保护定值由160A修改为190A。

3.5.ECA压缩机跳闸问题

3.5.1.问题描述

燃机第3次正常模式启动，启动SFC，燃机升速720rpm时开始清吹排气管道和余热锅炉540秒，清吹结束后燃机降速，转速降至600rpm左右点火，点火瞬间机组跳闸；跳闸首出：ECA压缩机跳闸。

3.5.2.原因分析

燃机点火瞬间，ECA压缩机出口流量由0.42kg/s降至0.33kg/s，引起ECA压缩机喘振保护动作，机组跳闸；检查ECA压缩机入口滤网，发现ECA入口滤网堵塞，导致ECA压缩机出口流量低，引起ECA压缩机喘振保护动作。

3.5.3.解决措施

清理ECA压缩机入口滤网回装，重启启动机组，ECA压缩机出口流量正常。

3.6.燃机主电超速误动问题

3.6.1.问题描述

燃机第4次正常模式启动，启动SFC，燃机升速720rpm时开始清吹排气管道和余热锅炉540秒，清吹结束后燃机降速，转速降至600rpm左右点火，点火成功，转速升至2319rpm，机组跳闸；跳闸首出：燃机主电超速保护动作。

3.6.2.原因分析

三菱燃机超速跳闸装置的设定值：主电超速为110.9%（MAA31CS001/002/003，三取二），备用电超速为111%（MBA01CS001/002/003，三取二），主电超速探头为磁阻转速探头，安装于汽机5号瓦处；备用电超速探头为涡流转速探头，安装于燃气轮机2号瓦处。燃机升速过程接入主电超速卡件MAA31CS001/002/003磁阻转速探头信号干扰波动，引起转速突变至3750r/min，引起主电超速保护动作。

3.6.3.解决措施

主电超速卡件转速各接入500欧电阻，进行磁阻转速探头信号干扰波动源隔离，增加电阻后燃气轮机转速MAA31CS001/002/003显示稳定正常。

3.7.机组振动大问题

3.7.1.问题描述

余热锅炉蒸汽吹管调试期间，燃机启动过程中#1、#2、#4、#5轴承一直偏大，过临界最大振动值到达167um，3000rpm稳定运行时振动值#1轴承可达122.7um、#2轴承可达113.9um、#4轴承可达135.5um、#5轴承可达122.5um，严重偏离国家及行业振动标准要求及设计值，影响机组安全运行。

3.7.2.原因分析

东汽组织专家现场进行机组振动检测分析，认为振动偏大主要原因是燃气轮机、汽轮机、发电机为单轴布置刚性连接存在转子质量不平衡。

3.7.3.解决措施

为了解决机组转子质量不平衡，制造厂专门进行动平衡试验，经过动平衡后各轴承振动值有明显改善，相关振动数据如表1.

表1轴承振动统计

3.8.燃气主燃料B临时滤网破损问题

3.8.1.问题描述

机组整套启动调试期间，燃机正常模式启动，机组定速3000rpm，完成并网前电气试验和燃机空负荷燃烧调整后，机组首次并网成功，初负荷40MW，机组负荷逐渐升至55MW开始进行燃机10%负荷燃烧调整，在进行燃机10%负荷燃烧调整过程中发现主B临时滤网差压由10kPa逐渐升至70kPa，燃机10%负荷燃烧调整完成，机组负荷逐渐升至102MW，在升负荷过程中发现主B临时滤网差压由70kPa突降至15kPa。

3.8.2.原因分析

就地检查主B临时滤网差压变送器和仪表管未发现异常，经讨论分析为有异物堵塞仪表管或者滤网有破损，决定联系网调停机，检查清理主B临时滤网。机组停运后，拆除主B临时滤网，发现该滤网有破损和少许杂质，因主B临时滤网有破损，破碎物有可能已经进行主B环管，导致破碎物进入燃烧器喷嘴，造成喷嘴堵塞风险。

3.8.3.解决措施

三菱燃机厂家现场指导安装人员进行检查清理工作：1、拆除、更换主B临时滤网。2、拆除主B支管喷嘴前锥形滤网清理。3、拆除主B环管盲法兰进行内窥镜检查清理。检查发现主B#6、#7支管喷嘴前锥形滤网有少许铁屑，全部清理完成后进行复装。

3.9.中压旁路超温问题

3.9.1.问题描述

机组整套启动带负荷调试期间，机组负荷升至130MW，因中压旁路减温后的温度高（300℃），此时中压旁路减温水电动阀和调节阀已全开，中压旁路减温水压力1.9MPa、温度43℃。因中压旁路超温，申请减负荷至50MW运行，此时中压旁路减温后温度为150℃。

3.9.2.原因分析

机组维持50MW运行，检查中压旁路减温水电动阀和调节阀开关正常，拆开中压旁路温度计侧保温用测温枪测量温度在170℃左右；而中压旁路减温水管道与中压旁路管道连接的法兰测温310℃；测温枪检测滤网两侧温度无差值；滤网前后装临时压力表测试为1.9MPa压力，正常，这样就排除了滤网堵塞的可能。继而在中压旁路调节阀后装临时压力表显示压力为0.5MPa。试运指挥部开会分析为有异物堵塞或者阀芯脱落，决定联系网调停机，处理中压旁路超温问题。

3.9.3.解决措施

机组停机后，拆解中压旁路减温水电动截止阀未发现异常；拆解中压旁路减温水调节阀，发现中压旁路减温水调节阀阀芯处有堵塞。清理中压旁路减温水调节阀阀芯处杂质，清理完成后机组再次启动，中压旁路减温水减温效果正常。

3.10.高压主蒸汽超温问题

3.10.1.问题描述

机组整套启动带负荷调试期间，机组负荷升至150MW，高压主蒸汽压力7.2MPa、温度560℃，高压主蒸汽减温水压力14.5MPa、温度140℃，高压主蒸汽减温水调节阀全开，高压主蒸汽温度控不住，缓慢升至610℃（超温）。申请减负荷至100MW运行，此时高压主蒸汽温度缓慢降到580℃。

3.10.2.原因分析

机组维持100MW运行，就地检查确认手动阀、电动阀、调节阀在全开状态。用测温枪测量减温水滤网后温度为187℃，旋松滤网出口侧法兰螺栓，初期有温水流出，后期高温汽水溢出，温度由初期的187℃上升至300℃左右，确认减温水滤网堵塞，决定联系网调停机，清理减温水滤网。

3.10.3.解决措施

机组停机后，拆除减温水滤网，发现减温水滤网堵塞，清理完成后，清理完成后机组再次启动，高压蒸汽减温水减温效果正常。

3.11.值班A清吹冷却空气止回阀阀芯装反问题

3.11.1.问题描述

机组整套启动带负荷调试期间，机组负荷至180MW，开始进行燃机40%负荷燃烧调整；在进行燃烧调整过程中，开始进行值班阀A/B切换试验，三菱燃机厂家开始操作关值班A燃料阀（开度27%），值班B燃料阀开始逐渐自动开启，当值班A燃料阀全关时，值班B燃料阀开至20.9%，值班A燃料阀全关后清吹冷却空气温度36℃，低于正常值（正常值为200℃左右），紧急打闸停机。

3.11.2.原因分析

机组停运后，就地检查值班A燃料阀清吹冷却空气气动阀在全开位，测温枪测量清吹空气管道温度为38℃，气动阀开关检查正常和TCS显示温度准确；检查值班A清吹冷却空气止回阀阀体流向正常，拆除清吹冷却空气管道止回阀检查发现止回阀阀芯与阀体标志流向相反。

3.11.3.解决措施

因值班A燃料阀清吹冷却空气未通，有可能存在值班A燃烧器喷嘴烧坏风险，三菱燃机厂家现场指导安装人员进行安装检查工作：1、拆除止回阀进行重新安装，2、抽检4台值班A燃烧器喷嘴未发现异常。

3.12.燃气轮机排气导流板损坏问题

3.12.1.问题描述

机组整套启动带负荷调试期间，机组完成515MW负荷燃烧调整后，停机冷却，进行燃机进、排气系统检查，发现燃机排气道出口第一膨胀节导流板有16片破裂。

3.12.2.原因分析

东汽组织专家进行现场检测分析，确认燃机排气道出口第一膨胀节导流板强度不够，在强气流长期冲击下造成导流板破裂。

3.12.3.解决措施

将2mm厚度的导流板整体更换为3mm厚度的导流板，进行重新安装。

4. 结语

M701J型燃机“一拖一”单轴燃气-蒸汽联合循环发电机组在我国首次建设和使用，在调试过程中出现了各类问题，造成了多次机组跳闸，不仅折损了设备，增加了等效运行小时数和天然气的消耗量，还延长了调试进度，增加了调试成本。由此，对调试中遇到的主要问题进行梳理统计、分析解决，有利于降低调试成本、缩短调试工期和提高机组使用寿命。