解决Solar T60透平发电机组启动过程中的转速波动问题.pdf

设备管理与维修2023 翼11（上）0引言透平发电机组是保障油田稳定生产的关键设备，在正常生产过程中为油田提供了约 15 000 kW 的电网，为各个采油平台提供生产动力。透平机有运行稳定、效率高的特点，同时充分利用平台自身生产的天然气作为清洁燃料，既节约了成本又不会污染环境。1问题Solar T60 透平发电机组是通过外部电网，经 VFD 变频器驱动透平启动马达带动机组盘车，透平机点火成功后，继续拖动透平加速到自持转速 65%NGP。在透平机转速达到 65%NGP的自持转速后，启动马达断电自动脱扣，透平机通过自身燃烧逐渐加速到 100%NGP 的正常工作转速（14 950 r/min），通过发电机并网为整个油田提供电力。在 2011 年 9 月台风过后，工作人员返回平台的复产过程中，按照复产程序首先恢复油田动力电网。在启动透平机发电机组的过程中，用应急柴油发电机电网作为启动电源，在启动透平发电机组的过程中，透平机能够正常启动盘车到 22%NGP，经过 5 min 的吹扫盘车，透平机开始点火，点火成功后却无法正常爬升至 65%NGP 的自持转速，转速上下波动，启动困难，但NGP 在波动过程中可以缓慢提升，在波动中逐渐达到自持转速。启动马达脱扣后，透平机能够靠自身燃烧，平稳加速至 100%NGP的正常转速。在透平机组启动过程中发现柴油机出现排烟量变大、运转声音变大的现象。透平机组虽然能够启动成功，但点火成功到自持转速之间透平机出现转速波动属于不正常的现象，长此以往会对启动马达和透平机组造成一定的损伤，也不能保证透平每次顺利启动和运行。2故障分析针对此现象，对透平机组的燃料系统、启动系统和应急柴油发电机组进行认真分析，得出可能造成这种现象产生的主要原因有：淤透平机可调导叶（IGV）或放气阀（Bleed Valve）故障引起喘振；于透平机启动系统故障；盂透平机组燃料系统故障；榆柴油机进气系统故障；虞柴油机燃油系统故障。（1）Solar T60 透平机组的防喘振机构有可调导叶和放气阀（图 1）。为防止透平机在喘振工况下运行而引起喘振1，启动时可调导叶必须处于关闭状态（Solar T60 的 IGV 是一次开关式2，只有“关”和“开”两个位置），此时放气阀处于打开状态。而当透平转速达到 92%NGP 时，可调导叶通过电磁换向阀的控制，由液压驱动连杆机构的活塞，将其完全打开。当发电机并网且负载超过 500 kW 时，放气阀通过电磁换向阀控制在液压的作用下关闭。当可调导叶和放气阀出现故障时，往往容易引起喘振，造成转速波动、机组剧烈振动，同时伴随低沉的“怒吼”声。经过排查和检测，可调导叶和放气阀均能活动自如，在启动过程中能够处于相应的关闭和打开状态，且根据启动过程中的观察，透平机并没有因为喘振而出现振动并伴随低沉的“怒吼”声，因此排除了因喘振而引起的转速波动的可能。（2）Solar T60 透平机组的启动系统是由变频器（VFD430）和安装在透平机齿轮箱上的启动马达（B330）组成的。在启动过程中，通过外部电网和变频器使启动马达转速成线性上升，在透平机点火成功后，启动马达继续拖动透平机，在燃料自身燃烧推动涡轮的推力作用下，使透平机逐渐达到 65%NGP的自持转速，此时 PLC 控制启动马达断电脱扣，透平机通过自身燃料的燃烧，逐渐加速到 100%NGP 的正常运行转速。针对转速波动的现象，怀疑启动马达速度提升不够或扭力不够，使得透平机加速出现波动。机械部分怀疑是启动马达与透平机齿解决 Solar T60 透平发电机组启动过程中的转速波动问题杨福海（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳518000）摘要：Solar T60 透平发电机组是保障油田稳定生产的关键设备，在使用由应急柴油发电机电网作为启动电源，驱动透平变频启动马达，在透平点火成功后的启动过程中出现转速上下波动的问题，透平机无法通过启动马达的驱动和自身燃烧爬升至自持转速，使得启动失败。通过对透平机的启动系统和应急柴油发电机的综合检查分析和故障排除，使油田供电得到有效和及时的保障。关键词：透平机；柴油机；NGP 转速；自持转速；燃油喷嘴；启动马达中图分类号：TM307文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.11.21图 1Solar T60 透平机可调导叶和放气阀輪輯设备管理与维修2023 翼11（上）轮箱连接的“超速”离合器出现问题，使得启动马达不能完全将作用力传输给齿轮箱，经手动盘车检查，“超速”离合器工作正常。（3）透平机双燃料系统的天然气进气调节阀（EGF344）和柴油供油调节阀（ELF344）出现漂移，即不能按照 PLC 的要求控制合理的开度，使得燃料供应量变小，燃烧后推力下降从而不能满足启动转速提升。后经测试发现用柴油点火时同样出现转速波动，而两个调节阀同时出问题的可能性较小，又经过对两个燃料控制阀的检查，发现控制阀处于良好状态。另外，透平机在正常运行中，并没有发现动力不足或转速波动的现象，这也能够证明燃料控制系统正常。因此问题应该出在启动系统中。用其他平台透平机组，经电力管理系统（PMS）已建立的透平电网来启动该透平，发现在启动的过程中，该透平没有再出现转速波动。由此推断，透平自身的启动系统正常，问题应该出在外部电网的提供者柴油机。（4）平台的应急柴油发电机组型号是底特律 V12 缸 149TI 型两冲程柴油机，柴油机的最大带载能力可达 1200 kW。进气系统由进气过滤器、进气应急关断风门、涡轮增压装置、中冷器，机械增压装置（扫气泵）组成，最终通过扫气泵将空气扫进位于活塞缸中部的进气门，缸头顶部分布 4 个排放气门。检查柴油机的进气系统，确保进气风门处于开位，更换新的进气过滤器，检查进气涡轮增压系统等，发现各部分工作正常。（5）柴油机燃油和控制系统由过滤器、柴油传输泵、柴油分油管和喷嘴（喷油泵）组成。通过扫气泵的输出轴驱动一个液压泵，建立油门控制系统的液压压力，油门电磁阀根据转速（1800 r/min）反馈的电信号（0耀24 VDC）调节阀芯位置，使液压泵建立的液压调节油门连杆上下运动，油门连杆控制柴油喷嘴（喷油泵）的喷油量，使柴油机在不同负载下转速始终保持 1800 r/min，向外输出 480 V 交流电。检查柴油机的燃油系统，更换柴油初级过滤器和第二级过滤器，检查柴油传输泵工作正常。打开摇臂盖板，逐个检查柴油机喷嘴（喷油泵），喷嘴（喷油泵）是尺杆式油量调节形式，通过齿条调节喷油柱塞供油行程控制喷油量，从而稳定转速（图 2）。经检查发现 L5 喷嘴的齿条无法调节，其他喷嘴均工作正常，怀疑是 L5 喷嘴的柱塞卡死。拆除 L5 喷嘴，经解体检查发现喷嘴的喷油柱塞卡死，齿条无法驱动柱塞上的齿轮旋转调节。柴油机的 12 个喷嘴的调节齿条，都用一根拨叉拉杆带动（图 3），而 L5 喷嘴柱塞卡死限制了整条拉杆的运动，导致整个油门只能在 0 供油位和 L5 喷嘴柱塞卡死点供油位之间较小范围内调节，当负载过大时不能满足供油要求，从而导致柴油机转速降低、电压不稳定，当驱动透平机启动马达启动透平机时，出现转速波动现象。3解决措施更换了卡死的柱塞部分，喷油测试时又发现喷油孔堵塞严重，用工具将堵塞的喷油孔疏通，再次喷油测试工作正常。回装 L5 喷嘴，调节喷嘴柱塞位置，当凸轮基圆经过喷嘴柱塞顶端时，喷嘴距离喷嘴底座的距离，即正时高度为 2.175义；调节排气门的间隙，使气门关闭时，即摇臂处于凸轮轴基圆位置时，气门间隙为 0.028义。完成 L5 油嘴的安装调节后，检查油门连杆在全速时的位置，并做好标记，在以后的维护中作为参考。回装应急柴油发电机的摇臂盖板，启动柴油机，用应急发电机电网作为启动电源，进行透平启动测试，透平启动过程中的加速波动异常现象消失。4结束语总结整个维修过程，首先分析出可能的故障原因，排除一些可能原因，逐步排查找到根本原因。故障的及时排除，使得透平机的启动能够顺利进行，对平台生产提供了有力保障。同时发现维修维护工作中的盲点，及时更正维修方式和扩大维护范围，为以后的故障维修积累经验。参考文献1姚秀平.燃气轮机及其联合循环发电 M.北京：中国电力出版社，2004.2清华大学热能工程系动力机械与工程研究所，深圳南山热电股份有限公司.燃气轮机与燃气蒸汽联合循环装置 M.北京：中国电力出版社，2007.编辑李波图 2柴油机尺杆式油量调节喷嘴图 3柴油机油量拨叉拉杆控制形式輪輰