燃机频发跳闸故障的原因探究张千里

张千里

摘要：结合燃机故障跳闸频发的原因分析，引发并阐述了燃机硬件跳闸系统原理，找出系统故障点所在并最终得以解决。

关键词：燃气轮机；硬件跳闸系统；原理阐述；故障分析

TheReasonandResolutionofFrequenttrippingFaultofGasturbine

Qianli-Zhang

Shanghaifengxiangasturbinepowergenerationco.，LTD.，No.1328jinqianroad，fengxian，ShanghaiZipcode201403

ABSTRACT：CombinedwiththecauseanalysisofFrequenttrippingfaultofgasturbine，theprincipleofgasturbinetripsystemwasintroducedandexpounded，andthefaultpointofthesystemwasfoundoutandsolvedfinally

KEYWORD：Gasturbine；Hardwaretripsystem；PrincipleExplanation；Faultanalysis

1引言

某西门子SGT5-4000F（4+）型燃气轮机在数月间频发跳闸故障，燃机跳闸后每次查看T3000控制系统，ASD中仅出现“hardwareonelinetrip（硬件单线跳闸）”一条报警，通过对燃机保护逻辑、热控信号回路和燃机保护跳闸系统原理一系列分析和试验，最终找到跳闸原因并基本解决问题，现将这一典型案例与同行共同交流、研讨。

2燃机跳闸具体情况

2016年7月，燃机第一次跳闸，T3000控制系统ASD首出报警为“hardwareonelinetrip”（硬件单线跳闸）。故障发生后，热控人员第一时间调取了燃机重要参数运行曲线、报警记录、SOE记录、运行操作记录等，均未发现有异常情况发生。由于当时燃机控制机柜中为燃烧调整试验，临时加装了一个紧停硬按钮，初步怀疑可能是紧停按钮回路触点接触不良或有人误碰引起。为不影响后续调整试验工作继续进行，燃机重新启动并运行。

2016年9月，该台燃机又一次在3000转/分时跳闸，故障现象和报警记录与第一次相同。为找出燃机跳闸真正原因，排除各别跳闸条件可能存在未进入燃机报警记录、SOE事故顺序记录的问题，热控人员采用就地模拟信号的方法逐条对跳闸条件进行联锁保护试验。试验完毕查看T3000报警记录和SOE记录，每项试验均有正常显示和记录。

该台燃机第三次同类型跳闸故障发生在2016年11月，考虑到所有的逻辑跳闸条件、硬接线跳闸条件均已做过试验，暂时确实找不到问题原因。热控人员将目光转向了跳闸功能最终的执行者：西门子定制的燃机SCHLOSSER硬件跳闸系统本身。

3燃机跳闸系统介绍

燃机跳闸系统分为软件跳闸和硬件跳闸两个部分。

2.1软件跳闸系统

软件跳闸系统由控制系统T3000的软件逻辑组态组成。控制系统将I/O模件采集到的就地仪表信号送入计算机并进行逻辑运算。一旦跳闸软条件满足，控制系统通过SCHLOSSER硬件跳闸系统对燃机发出跳闸指令。

燃机软件跳闸条件条目繁多，归纳起来共有21大项，其中又包含47小项，例如燃机振动超限、轴瓦温度超限、发电机定子冷却水流量过低、天然气压力过低、进口滤网差压大、值班阀、预混阀、压气机入口导叶等控制偏差大等。由于篇幅限制，在此就不一一具体介绍。

图1硬件跳闸系统结构示意图

2.2硬件跳闸系统

硬件跳闸系统是西门子燃机控制系统采用SCHLOSSER品牌硬件搭建。主要由两套互为冗余的7031、7033多级继电器开关放大器模件、7038冗余故障输出放大器模件、7041十八通道“或门”安全单元、7063故障安全型时间延时继电器模件以及3153耦合模块、3154电子保护开关组成。通过继电器搭建的回路动作来判断各种跳闸条件并触发跳闸信号，实现对燃机的保护功能。任意一套模件动作可以直接跳闸燃机，以提高保护系统可靠性。同时，由于所有信号的输入输出均为硬接线回路，免除了逻辑运算时间，响应迅速。

2.2.1硬件跳闸系统原理结构

燃机硬件跳闸系统大致可分为如图1所示的五个部分。作为跳闸条件之一的转速监视信号分为两路，采用三取二逻辑控制三路24VDC电源输出两路进入3154模件。3154模件提供两路NOTRIP高电平信号源进入由7033模件搭建的跳闸主回路。该回路将现场其余九路跳闸继电器常闭或常开触点串联在一起，继续送出两路高电平信号（NOTRIP）进入7038模件。这两路信号与T3000控制系统输出的阀门开启指令共同控制燃机ESV阀、值班阀和预混阀的电磁阀。燃机正常运行时，7038输出一直为高电平，才能使燃机各阀门电磁阀带电，让阀门能正常开启。

2.2.2其余九路跳闸条件分别为：

（1）余热锅炉保护动作：来自余热锅炉的跳闸条件；

（2）紧急跳闸按钮保护动作：按下任一紧急跳闸按钮，使两路跳闸信号任一动作；

（3）发变组保护动作：来自电气的跳闸信号；

（4）压气机入口挡板门保护动作：机组转速>3Hz时，压气机挡板门开反馈信号三取二丢失；

（5）过燃保护动作：一般发生在预混阀尚未开启的燃机点火阶段，值班阀出口天然气压力任一高于0.6MPa，流量过大；

（6）火焰监视保护动作：两路火焰正常信号均丢失；

（7）软件逻辑跳闸系统保护动作：T3000控制系统逻辑组态中，跳闸条件任一动作；

（8）喘振保护动作：燃机转速>42Hz，压气机出入口差压满足（正常应大于3kPa）信号三取二失去；

（9）危险气体保护系统动作：气体保护系统正常信号三取二失去。

除以上跳闸条件外，3154模件会判断硬件跳闸系统本身是否存在过流或超温，也会导致跳闸保护动作。系统还预留两路备用跳闸信号通道，以便用户扩展使用，值得注意的是：该回路如误动也同样会引起燃机跳闸。

2.3跳闸故障分析排除

之前大量回路动作试验将问题的原因都指向硬件跳闸系统，因此工程师对所有卡件输出端进行了测量和检查。可惜由于该故障并非一直存在，每次跳闸故障发生后，燃机仍能正常复位并立即启动，检查结果也是意料之中的全部正常，因此问题陷入僵局。

将整套硬件跳闸系统换掉或返厂检测维修是不现实的，因此必须分析选出最有可能引起跳闸保护动作，又不会发出SOE信号的卡件进行更换。虽然控制系统报警是：“硬件单线跳闸”，但并未明确是哪路信号最终引起燃机跳闸的发生。经讨论，位置代码E1A49、E1A53、E1A57、E1A61的四块模件是判断ESV阀开启状态、复位燃机跳闸状态、判断点火状态的重要模件，随后对它们进行了更换。燃机运行至今，没有再发生相同故障。

4结束语

本文从实际出发，结合燃机频发跳闸故障的罕见案例，分析总结了燃机跳闸保护系统的组成和原理。燃机硬件跳闸系统集成度高且均为硬接线搭建，自我诊断能力差、检查手段少，一旦发生偶发性故障，很难在短时间内准确判断并找出问题根本所在，本案例最后也是如此。但笔者认为该案例存在一定参考价值，仍将其整理出来并提供自己的一些拙见给燃机同行借鉴，希望能够在各位同行在处理燃机保护故障时有所帮助！

致谢

感谢在论文撰写过程中西门子燃机专业人员的大力支持和帮助！

参考文献：

[1]上海电气电站设备有限公司.SGT5-4000F燃气轮机运行维护手册

[2]燃机跳闸系统（SCHLOSSER）硬件手册

[3]燃机跳闸系统（SCHLOSSER）电气原理图

作者简介：

张千里（1983-），男，黑龙江佳木斯，本科，工程师，现从事燃机热控专业技术管理工作