M701F3型燃机升速动力不足过程分析和应对李锦峰摘要：该文介绍了M701F3型燃气轮机机组的燃料供应系统及燃机启动过程，以及在启动过程中主要面临的可靠性问题。并结合现实遇到的案例，介绍分析了M701F3型燃气轮机启动阶段遇到升速动力不足问题时，从单体设备到系统，直至主控逻辑的检查全流程，以及相应的应对方案选择。该文对相同类型机组启动升速阶段升速动力不足问题分析有较好的参考意义。关键词：燃气轮机启动升速力不足中图分类号：TK14文献标识码：A文章编号：1672-3791（2017）04（a）-0046-031机组概述某电厂发电设备为M701F3型燃气蒸汽联合循环机组，由日本三菱重工/中国东方汽轮机厂联合制造。该类型的大型联合循环的燃气轮机机组的控制系统及设备都由主机机组的供应厂家提供。由于燃气轮机本体工艺结构复杂，设备集成性高，因此与之对应的燃机本体控制逻辑也高度的集成化，其集成化表现为：逻辑设计统一且大量黑箱化、控制方式部分开环、经验性参数大量使用。因此，设备使用方基本不会对燃机本体逻辑进行优化。该文将介绍一次针对燃气轮机主控逻辑的修改实例。2M701F型机组燃料控制系统和启动过程2.1燃料的供应和分配M701F3型燃气轮机机组以天然气作为燃料。组成燃料控制系统的阀门共有5个，分别是主燃料压力控制阀-A、主燃料压力控制阀-B、主燃料流量控制阀、值班燃料压力控制阀、值班燃料流量控制阀。压力控制阀调节流量控制阀前后压差，使其稳定在0.39MPa，流量控制阀根据控制目标的不同调节开度以满足燃料的供应需求。其燃料全程分配情况大致如图1所示。从图1中可以看出，当转速达到3000rpm之前，值班燃料的燃烧提供了大量的转动力矩。燃气控制的五个阀门均为油动伺服阀，每个伺服阀由两块伺服模块冗余控制。每个阀门控制环节从DCS发出的阀门需求指令开始至执行机构形成延时积分环节。每个控制回路各有一个独立的LVDT反馈装置。即每个阀门都由两个相互冗余的全套控制环节进行阀门定位。正常调试时阀门指令与反馈误差不超过1%。2.2单轴燃气轮机升速可靠性问题M701F型燃气轮机的启动过程大概分为三个阶段：在第一阶段中燃气轮机依靠启动机SFC提供的转矩Mst把机组从静止状态加速到点火转速nig。这个阶段称为机组的“冷加速阶段”；第二阶段，点火成功后随着透平的前温T3*显著升高，燃机透平开始发出转矩Mt且以较快转矩增长率增升。这一阶段称为“热加速阶段”。在第二阶段中，机组依靠启动机和透平共同提供转矩开克服阻力矩（Mc+Mm，即压气机阻力和摩擦阻力）并有一定剩余供加速使用。当转速达到ns时，燃气透平提供的转矩Mt刚好等于阻力矩Mc+Mm，此时启动机可以脱扣了。但是，为了保险起见，起动机总在nb>ns的情况下才脱扣。第三阶段，又称为“继续热加速阶段”，这个阶段内机组完全依靠燃气透平提供的转矩Mt来克服阻力矩（Mc+Mm）加速的，它是机组的转速从nb增至n0。整个升速过程中的燃气轮机本体力矩变化图如图2所示。启动升速过程中需要注意两个方面的问题：首先是燃料量的递增率过低导致的启动剩余力矩不足，转子升速过缓，导致启动失败。其次是燃料量供应过多或燃料量递增率过快，机组发生“热悬挂”。从转矩变化图中看，“热悬挂”最容易发生在机组脱扣阶段。如果在第三阶段前，燃料增加过快致使T3*比预定的高，那么机组的运行点将趋向于喘振边界，使压气机发生失速现象，压气机效率下降。此时起动机脱扣后，剩余转矩Mex可能突然变为零，转子会停止升速。这就是热悬挂现象。继续快速增加燃料，虽然T3*能进一步增加，但压气机效率也会进一步下降，仍然于事无补，最终使启动失败。3M701F型机组启动升速阶段主控逻辑3.1启动升速逻辑与升速过程的关系M701F3型机组的启动逻辑从发出启动指令开始，经历了启动机带速清吹、降速点火、点火暖机、升速和定速五个阶段。这五个阶段与升速过程的三大阶段有一定的对应关系。前三个阶段属于升速过程的第一阶段。当点火后，燃机并没有马上进入定速率升速，其次将燃料量稳定在点火燃料量，对燃气轮机进行暖机。待当前动力矩（Mt+Mst）与阻力矩（Mc+Mm）接近相等后，机组进入升速阶段，按照固定升速率需求增加燃料以提升Mt。这一阶...