(晋煤集团金驹股份王台热电分公司,山西 晋城 048006)
G3520C燃气机组的负荷不能稳定保持属于发电机的一个典型失控现象,负荷的曲线呈现锯齿状剧烈或谐波式平缓摆动时,对机组的安全运行造成隐患的同时,也使得不能正确计量机组的发用电情况。
当此种情况出现时,一般要从气路上找原因。比如管路有没有漏气,管路中的电池阀有没有机械卡涩或控制失灵等,也就是要分别从机械和电气控制两方面来分析。
图1所示燃机机组中气路的走向及控制情况。
G3520C采用稀薄燃烧技术,将浓度为38%~45%的煤层气(该浓度的煤层气,一般在煤矿开采过程中被当做废气对空排放掉)经过过滤、加压、除湿、冷却等一系列“预处理”之后送到机组,这就是上图 “燃气供应、燃气过滤器、燃气调压器” 所示的作用。
图1
其中“燃气过滤器”是“燃气进气管涡流计过滤芯”、“进气立管”和“精密过滤器”等的合称;“燃气调压器”则主要指“罗茨变频加压风机”。
“燃气切断阀”又称为“快速切断阀”或“燃气电磁阀”,是经过预处理之后的燃机进入燃气机组的第一道电磁阀。当对机组发起“启动”命令后,“燃气切断阀”的两芯接线上会有一个直流24V的工作电源,该电源会将垂直上下运动的阀芯提起,从而使气路导通。
为什么不能给“燃气切断阀”一个长供的DC24V电源,而不用受启停机的影响而开启和关闭呢?因为在燃机运行中也会偶尔出现“电池阀故障”这样报警信号,往往是电磁阀机械卡涩或运行中掉电导致该阀的气路被关闭。为排除此故障,现场操作中也会临时给电磁阀一个固定24V直流电源。
但不能将“燃气切断阀”给定成长供的DC24V电源,是因为机组停运失去控制电源后,后续的气路会在燃气本身的压力推动下导通,燃机会直排大气;另外,常开的电磁阀不能起到快速切断气路,保护机组的作用;此外,常开的电池阀会让气路中存在残气在燃烧做功时出现“烘膛”的可能。
“燃气计量阀”是气路中一个重要的环节,计量阀的作用采集燃气的压力、温度、浓度等参数,反馈给“发动机控制模块(ECM)”,保证发动机在设定的空燃比下运行。
ECM模块分“主ECM模块”“副ECM模块”和“辅助ECM模块”。它是发动机的主要控制单元,相当于电脑主机中的CPU。
ECM模块采集从计量阀来的各种关于燃气的参数,根据负荷情况,动态调节进入气缸内的燃气质量。
从图上看,ECM模块负责向“燃机计量阀”、“节流阀”、“旁通阀”发出命令。值得注意的是,从监控电脑的后台(DCS后台)上看到的,是以上三阀的开度“命令”,而不是开度“反馈”。
一般情况下,我们可以将开度“命令”近似地看作与开度“反馈”是一致的,当发生故障时,要结合比照其他参数(例燃气压力、混合燃料压力、机组有功等)的实时变化曲线来判断以上所述的三阀是否正确的执行了ECM发出的命令。
当出现“计量阀开度大”、“节气阀(节流阀)开度大”、“旁通阀开度大”之类的故障时,一般从机械机构卡涩和电气控制回路故障两个方面,针对性地检查相关的阀体。
而在本案所述的机组负荷摆动故障中,往往伴随有“计量阀开度大”、“节气阀(节流阀)开度大”等现象。
“涡轮增压器”作为进入燃气机组最后一道动力来源,利用燃烧后的废气推动涡轮产生的负压,来吸入煤层气进入燃气机组。
经“燃气计量阀”来的低浓度煤层气与“空气滤清器”来的空气,被“抽取”进入“涡轮增压器”,然后混合、加压,进入“节流阀”,超出需要量的混合气又经“旁通阀”回到“涡轮增压器”。
因为增压后,气体会发热,经过二级中冷,也就是“后冷”之后,符合要求的混合气体经由“进气歧管”进入每个燃气缸,然后开始四冲程的做功(进气、压缩、燃烧、排气)。
G3520C有比较完备的保护监控程序,当故障跳机时,会针对性地将发生故障的部位以报警的形式提示出来。
一般的排除故障的方法是“排除法”。意思是在确定了大概的方向之后,通过逐一更换备件的方法来确定和排除故障。
而用最短的时间发现故障和消耗最少的备件来解除故障,这个考量的是现场技术人员的业务能力以及工作经验。
当然,《G3520C燃气机组故障手册》提供了成套的排除各种故障的方法,很系统但很繁琐。在发电任务紧似“度电必争,方气必发”的形势下,显然有些不合时宜。
回到本案,之所以要从一张图来看燃机机组负荷摆动的原因,是因为有的时候,“负荷摆动”是一个很顽固的故障,往往不将最后一个备件更换上去,这个故障就是“挥之不去”。
但话说回来,只有熟悉了气路的整个运转及控制的过程,熟悉每个节点上可能存在的导致故障的原因,然后参查机组运行的曲线图,才有可能尽快的将“负荷摆动”的故障消除。
从一张图看G3520C燃气机组负荷摆动的原因,就是提高排除故障效率的过程,只有熟悉了气路中燃气的“来龙去脉”,以及各个关卡“阀门”的相互制约、配合过程,才能提出最为有效的排除故障的方案。