從一張圖看G3520C燃氣發電機組負荷擺動的原因

(晉煤集團金駒股份王臺熱電分公司，山西 晉城 048006)

1 引言

G3520C燃氣機組的負荷不能穩定保持屬于發電機的一個典型失控現象，負荷的曲線呈現鋸齒狀劇烈或諧波式平緩擺動時，對機組的安全運行造成隱患的同時，也使得不能正確計量機組的發用電情況。

當此種情況出現時，一般要從氣路上找原因。比如管路有沒有漏氣，管路中的電池閥有沒有機械卡澀或控制失靈等，也就是要分別從機械和電氣控制兩方面來分析。

2 氣路分析

圖1所示燃機機組中氣路的走向及控制情況。

2.1 預處理

G3520C采用稀薄燃燒技術，將濃度為38%～45%的煤層氣(該濃度的煤層氣，一般在煤礦開采過程中被當做廢氣對空排放掉)經過過濾、加壓、除濕、冷卻等一系列“預處理”之后送到機組，這就是上圖 “燃氣供應、燃氣過濾器、燃氣調壓器” 所示的作用。

圖1

其中“燃氣過濾器”是“燃氣進氣管渦流計過濾芯”、“進氣立管”和“精密過濾器”等的合稱；“燃氣調壓器”則主要指“羅茨變頻加壓風機”。

2.2 燃氣切斷閥

“燃氣切斷閥”又稱為“快速切斷閥”或“燃氣電磁閥”，是經過預處理之后的燃機進入燃氣機組的第一道電磁閥。當對機組發起“啟動”命令后，“燃氣切斷閥”的兩芯接線上會有一個直流24V的工作電源，該電源會將垂直上下運動的閥芯提起，從而使氣路導通。

為什么不能給“燃氣切斷閥”一個長供的DC24V電源，而不用受啟停機的影響而開啟和關閉呢？因為在燃機運行中也會偶爾出現“電池閥故障”這樣報警信號，往往是電磁閥機械卡澀或運行中掉電導致該閥的氣路被關閉。為排除此故障，現場操作中也會臨時給電磁閥一個固定24V直流電源。

但不能將“燃氣切斷閥”給定成長供的DC24V電源，是因為機組停運失去控制電源后，后續的氣路會在燃氣本身的壓力推動下導通，燃機會直排大氣；另外，常開的電磁閥不能起到快速切斷氣路，保護機組的作用；此外，常開的電池閥會讓氣路中存在殘氣在燃燒做功時出現“烘膛”的可能。

2.3 燃氣計量閥

“燃氣計量閥”是氣路中一個重要的環節，計量閥的作用采集燃氣的壓力、溫度、濃度等參數，反饋給“發動機控制模塊(ECM)”，保證發動機在設定的空燃比下運行。

2.4 發動機控制模塊(ECM)

ECM模塊分“主ECM模塊”“副ECM模塊”和“輔助ECM模塊”。它是發動機的主要控制單元，相當于電腦主機中的CPU。

ECM模塊采集從計量閥來的各種關于燃氣的參數，根據負荷情況，動態調節進入氣缸內的燃氣質量。

從圖上看，ECM模塊負責向“燃機計量閥”、“節流閥”、“旁通閥”發出命令。值得注意的是，從監控電腦的后臺(DCS后臺)上看到的，是以上三閥的開度“命令”，而不是開度“反饋”。

一般情況下，我們可以將開度“命令”近似地看作與開度“反饋”是一致的，當發生故障時，要結合比照其他參數(例燃氣壓力、混合燃料壓力、機組有功等)的實時變化曲線來判斷以上所述的三閥是否正確的執行了ECM發出的命令。

當出現“計量閥開度大”、“節氣閥(節流閥)開度大”、“旁通閥開度大”之類的故障時，一般從機械機構卡澀和電氣控制回路故障兩個方面，針對性地檢查相關的閥體。

而在本案所述的機組負荷擺動故障中，往往伴隨有“計量閥開度大”、“節氣閥(節流閥)開度大”等現象。

2.5 渦輪增壓器

“渦輪增壓器”作為進入燃氣機組最后一道動力來源，利用燃燒后的廢氣推動渦輪產生的負壓，來吸入煤層氣進入燃氣機組。

經“燃氣計量閥”來的低濃度煤層氣與“空氣濾清器”來的空氣，被“抽取”進入“渦輪增壓器”，然后混合、加壓，進入“節流閥”，超出需要量的混合氣又經“旁通閥”回到“渦輪增壓器”。

因為增壓后，氣體會發熱，經過二級中冷，也就是“后冷”之后，符合要求的混合氣體經由“進氣歧管”進入每個燃氣缸，然后開始四沖程的做功(進氣、壓縮、燃燒、排氣)。

3 故障排查

G3520C有比較完備的保護監控程序，當故障跳機時，會針對性地將發生故障的部位以報警的形式提示出來。

一般的排除故障的方法是“排除法”。意思是在確定了大概的方向之后，通過逐一更換備件的方法來確定和排除故障。

而用最短的時間發現故障和消耗最少的備件來解除故障，這個考量的是現場技術人員的業務能力以及工作經驗。

當然，《G3520C燃氣機組故障手冊》提供了成套的排除各種故障的方法，很系統但很繁瑣。在發電任務緊似“度電必爭，方氣必發”的形勢下，顯然有些不合時宜。

回到本案，之所以要從一張圖來看燃機機組負荷擺動的原因，是因為有的時候，“負荷擺動”是一個很頑固的故障，往往不將最后一個備件更換上去，這個故障就是“揮之不去”。

但話說回來，只有熟悉了氣路的整個運轉及控制的過程，熟悉每個節點上可能存在的導致故障的原因，然后參查機組運行的曲線圖，才有可能盡快的將“負荷擺動”的故障消除。

4 結語

從一張圖看G3520C燃氣機組負荷擺動的原因，就是提高排除故障效率的過程，只有熟悉了氣路中燃氣的“來龍去脈”，以及各個關卡“閥門”的相互制約、配合過程，才能提出最為有效的排除故障的方案。