9FB燃气轮机启动点火失败原因分析及处理

华能临港（天津）燃气热电有限公司 李 洋 丁 盛 于 洋 李 珍 郝骜劼 刘 博 张 皓

通用9FB型燃气轮机组作为国内引进的最先进的一种新型发电设备，以其装机容量大、启停速度快、高效节能等优越的性能，在节能减排和满足电网调峰需求等方面发挥了重要的作用。燃气轮机因其多用于电网调峰，需频繁启停，对机组快速、可靠的启停有较高的要求，而燃机点火是燃气轮机机组启动过程中最关键的步骤之一，为适应电力负荷调度的要求，对燃机一次点火的成功率要求较高，但是在实际运行中发生过多次点火失败导致机组跳闸的故障，跳闸之后机组将需经约16分钟清吹过程后方可再次进入点火程序，直接延误机组的正常启动[1]。因此对燃气轮机启动点火失败的原因进行分析十分重要。

1 燃气轮机启动点火过程

当燃气轮机接受启动指令后，首先由静态启动器（LCI）供电给发电机，使燃机从盘车转速上升到清吹转速705r/min。清吹时LCI维持机组在冷拖转速不变。清吹16.6分钟结束后LCI输出被切断，机组减速到405r/min时LCI再次输出供电，燃机转速重新上升，到点火转速420r/min时机组维持在点火转速上，进入点火程序，燃料控制行程基准（FSR）输出点火值22.5%提供燃料，同时火花塞得电打火[2]。当火焰稳定建立，确认点火成功后机组将进入暖机程序。如果在点火允许的时间内（10s）没能建立稳定的火焰，则系统判断为机组点火失败1次，LCI使燃机重新升速到清吹转速705r/min，清吹12.2分钟结束后LCI输出被切断，机组减速到405r/min时LCI再次输出供电，燃机转速重新上升，到点火转速420r/min时机组维持在点火转速上，第2次进入点火程序，如果第2次点火失败则系统自动遮断机组。整个点火逻辑控制策略采用开环控制。

2 燃机点火失败及分析处理

2.1 点火失败情况

某燃气电厂9FB机组投产运行1年来未出现过点火失败情况，但是在某次燃机跳机、待故障处理完毕后再次启动时燃机出现第1次点火失败，在此之后的两年运行时间中，燃机断断续续出现点火失败47次，虽通过各种分析，参考各类型燃机点火失败案例对常见的可能因素进行快速排查[1-3]，及时找出故障点并修复，但也出现新的罕见原因，造成同一原因点火失败持续1年之久。为保证燃机调峰的可靠性，每次启动都要提前2小时试验点火，点火成功后长期在3000rpm空转等待并网，不仅严重影响了燃机的可靠性，还严重降低了电厂的经济性。

点火故障发生后，必须采取检查、分析及改进措施，在进行任何新的尝试工作之前，主要检查下列项目：燃料条件是否具备，如气体纯度、压力、温度等；点火器的功能是否正常；火焰检测系统的功能是否正常；燃料等阀门的功能是否正常。

2.2 天然气参数变化导致的故障

天然气系统及其控制参数是根据控制规范中包含的燃气组分计算的。某时刻燃气热值、密度和燃气温度等燃气轮机燃气参数对应计算该时刻燃气相应的华白指数。为保证机组可靠运行，华白指数应维持在合同规定燃料华白指数±10%以内。

9FB燃机有18个燃烧室，燃烧室之间通过连焰管连接，每个燃烧室有6个燃烧器，具有低氮燃烧（DLN）作用，其中2个燃烧室带有点火器，有4个火焰监测装置。点火系统的常见故障有点火变压器故障和点火器故障。

此外，由于在前置模块到天然气调阀前管路较长，支路和弯头较多，模块化设计导致操作空间狭小等原因，在燃机点火前如果出现天然气管道置换不彻底，含氮较高，也容易出现点火故障。尤其在出现临修抢修情况，时间短暂，使置换或取样操作不规范等都会造成天然气成份变化大，引起点火失败。同时建议在燃气轮机调阀前增加取样口，以便准确掌握天然气置换后的天然气纯度。

矿区内大面积风成砂土覆盖，为圈定自电异常，初步了解全区石墨矿化情况，缩小找矿靶区，矿区内布设1∶1万自然电场电位测量法20km2，并形成了自然电场电位平面等值线图(图2)。

在9FB燃机中，由于天然气压力和温度都是自动调整控制，即使出现异常也比较容易排查。同时9FB燃机在天然气进厂母管和燃机前置模块都配有在线分析仪，因此对于天然气成分的变化也可及时准确掌握，必要时可适当降低燃气轮机点火转速来降低天然气成分小幅改变的影响，同时降低点火转速也可减少对初始火焰的干扰。由于某燃机电厂天然气供应紧张，经常出现管道气和LNG两路掺混使用情况，华白指数波动最大超过15%以上，为此9FB燃机点火转速从420rpm缓慢降至300rpm才能保证点火成功。随着后期天然气供应稳定后未再出现华白指数大幅波动导致点火失败的情况。

2.3 点火及火检系统故障

另外，在交通组织过程中，还需要融入交通综合性以及交通科学性发展的目标，以充分利用原有交通设置为宗旨，保证最好的改扩建效果。根据项目实际情况，选择最合理的施工方案，保证施工结果可以满足实际安全需要。

奥斯本检核表法由美国著名创造工程学家创新技法之父A·F奥斯本提出，是根据需要解决的问题或者需要创造发明的对象，以提问表格的形式，列出9个方面的有关问题，即如能否他用、能否借用、能否改变、能否扩大、能否缩小、能否代用、能否调整、能否颠倒、能否组合，然后逐一进行审核讨论，以促进创新活动深入进行的一种创新技法。运用该创新技法的核心是检核思考。在检核思考时，可将每一条检核项目视为单独一种技法使用，也可结合其他检核项目或者其他创新技法共同使用，并按照创造性思考方式进行深度思考，还需对各种设想进行可行性检验和综合评价，尽可能检核思考出有价值可操作的创造性设想。

点火变压器故障主要指变压器不工作或出线端升压电压不够。首先检查确定输入电压是否正常，接线是否良好，如都正常而点火变压器输出无电压或电压不足则需对点火变压器进行更换。9FB机组设计1套点火装置即可满足点火需求，但运行期间出现过2次由于接线不良和点火变压器故障情况，因此建议做好点火变压器及电缆的备件，确保可以及时更换；点火器故障主要指点火电极在燃烧器组装过程中折断，或是点火电极与其他导电体接触造成短路或低电压，或是放电部位电极间隙过大或过小从而导致电弧难以产生。以上故障在不同的文献中都有详细处理[4]，主要是规范燃机检修标准，保护电极，避免其他导电体与电极接触，在燃机检修结束后燃烧室人孔门封闭前应进行放电试验，以排除因安装不当导致的电极折断、短路或放电部位间隙变化。

此外，9FB燃机在点火前由于燃烧室内压力低，点火电极在弹簧力作用下伸出在燃烧室内部，当点火成功后，随着燃烧室压力增加点火电极会被压缩进点火器内。如点火电极卡涩在点火器内，在燃机停机熄火后将无法弹出电极进行下一次点火。由于这种卡涩主要是对中出现的问题，因此在排除其它常规点火器故障后，重新拆除点火器进行检查，查看电极是否有卡涩情况。

可是，蔡大姐，牛到了菜园里哪有不吃菜的理？何况，现在的风气如此，你就是想廉洁自律别人也不允许啊！我仍然苦着一张脸说。

在燃气轮机新机组调试时，燃气轮机点火转速的选择依据之一是天然气与空气的配比[5]。9FB机组在点火时压气机进口导叶（IGV）在29°维持不变，天然气扩散调节阀控制天然气量而预混调节阀关闭不参与点火。因此，点火时IGV开度发生较大漂移、扩散调节阀开度设置漂移等都会引起进压气机的空气量过大或过小，从而使得天然气与空气的配比发生较大改变而引起点火失败。

2.4 阀门卡涩、行程偏移等故障

火检系统的常见故障主要是外缸透光石英玻璃积污引起透过的可见光过少或亮度过低使可见光难以被捕捉到，内部透镜破裂或光感元件故障造成探头对可见光的感知失效，光强度显示灵敏度过低，火检信号电缆损坏或接线有误、火焰放大器故障等原因。检查火焰检测器是否正常，可通过对燃机排气温度和轮间温度等参数的变化来提供辅助判断。通过对燃机排气温度和轮间温度等历史数据的查阅，温度未见变化，火检故障基本排除。为保险起见，一般在燃气轮机检修结束后燃烧室人孔门封闭前，对火焰检测器进行光感试验并对火检探头进行检查，严格按照技术资料对火焰检测信号电缆接线做好信号屏蔽并对信号电缆做好隔热措施，防止电缆老化引起短路。

在9FB机组前几次点火失败故障中，主要是点火变压器故障、电缆短路、天然气纯度低等原因造成，但是处理完故障后的1年多运行时间里仍断断续续出现多次点火失败，基本判断为天然气与空气的配比出现较大变化导致，并采取以下措施：现场用IGV测量专用角度仪再重新测量IGV点火角度（29°），并与系统显示进行比较，未发生偏移；对扩散调节阀进行零位校对和全行程校验，也未发现偏移情况。

由于9FB燃机液压油与润滑油共用，投产初期就出现润滑油漆膜问题，造成各液压阀的油路滤网堵塞、伺服阀卡涩等情况，出现了多次调节阀、紧急关断阀抖动使燃机跳闸的情况。为此电厂更换了全套调节阀门并定期对各调节阀进行阀门校验，同时定期对各液压阀上的滤网及伺服阀进行检查，发现滤网堵塞及时清理或更换，伺服阀故障及时更换。因此，对可能造成的使天然气与空气配比发生较大改变的问题都一一排除，但是仍然还不定期的出现点火失败故障。为提高点火成功率，采取逐步提高FSR由22.5%升至23.5%，延长点火时间由10s提高至30s，并在每次启动前提前2小时进行试点火，进而保证了燃机按期并网，但是也严重制约了燃机调峰可靠性及运行经济性。

2.2 银杏外果皮挥发油体外抗氧化能力 由图2a可知,银杏外果皮挥发油对DPPH和ABTS自由基均具有一定的清除能力,且该能力皆随着挥发油浓度的升高而逐渐增强,当挥发油浓度为40.000 mg/mL时,其对DPPH自由基的清除率达到97.76 %,而对ABTS自由基清除率达到84.98 %。通过SPSS软件计算得出银杏外果皮挥发油对DPPH和ABTS自由基的半数清除浓度(IC50)分别为4.23和2.36 mg/mL。与此同时,阳性对照维生素C对DPPH和ABTS自由基的IC50分别为0.018和0.046 mg/mL(图2b)。

为解决点火失败问题，在第2年检修期间重新对扩散调节阀进行全面检查，通过阀门供货代码发现，在进行调节阀全套更换时误将扩散调节阀（D5）与预混调节阀1（PM1）安装错误。D5阀与PM1阀布置在一起，阀门外在尺寸完全一致，相比而言与PM2和PM3阀的外在尺寸明显不同，在更换过程中技术人员没有严格指导使安装人员误将PM1阀安装在D5阀位上。由于D5阀与PM1阀内部结构虽相同但尺寸略有差别，导致在点火程序启动后在同样的阀门开度下天然气流量出现变化，使得天然气与空气的配比发生较大改变而引起点火失败。在重新更换阀门后9FB燃机运行几年来未再出现点火失败故障。

3 结语

燃气轮机点火是一个复杂过程，涉及燃机本体、辅助系统、控制保护等，随着燃机容量的扩大控制精度更加严格，即使出现细微的偏差都可能造成点火失败。同时由于燃机为满足电网调峰的需求启停次数较多，并且随着运行时间的增多相关设备会逐渐出现老化或故障的情况，因此在发生启动点火失败故障时应对相关数据和现象进行细致深入的分析，对常见可能因素进行详细排查，快速找出故障点并提出相应的防范措施，提高机组点火的成功率，保证机组按时并网。但对每次故障需客观分析，解决分析问题的思路需建立在故障数据和推理的基础上，以往经验可以借鉴，但不可根据经验盲目判断。当进行点火失败故障检查处理时也要考虑过程的安全性和可行性，严格执行清吹时间规定，对FSR和点火转速的调整要采取多次微调的方法，防止出现燃机爆燃故障。