燃气轮机

M7 1 0F型燃气轮机压力波动监视及联锁保护的应用

发电设备 ( 0 9No 3) 20 .

M7 1 0燃气轮机压力波动监视 F型及联锁保护的应用熊畅，吴海滨

(圳市广前电力有限公司，深圳 5 8 5 )深 1 0 1摘要：日本三菱公司 M7 1对 0 F型燃气轮机独有的燃烧室压力波动监测 ( P M)统的框架构成、理 C F系原进行了简要介绍。结合实例对 C F系统在 M7 1 P M 0 F型燃气轮机中的报警及联锁保护应用进行了分析，出得 该系统能监测燃气轮机燃烧系统，供热通道监控保护，新型燃气轮机运行中能发挥更大作用。提在 关键词：气轮机；烧室；力波动；测燃燃压监中图分类号： TK4 7 7文献标识码： A文章编号： 6卜0 6 2 0 ) 30 7— 4 1 7 8 X( 0 9 0— 1 70

Pr s u e Fl t a i e s e e t a nt r o k e s r uc u ton M a ur m n nd I e l c

Pr e to f M 701 a r ne ot c i n o G s Tu bi s FXI ONG Cha g。 W U ib n n Ha - i

( he z e a g i n El c rc P we S n h n Gu n q a e t i o rCo.,Lt,S e z e 1 0 1 d. h n h n 5 8 5,Ch n ) ia

A b tac: if i t odu ton s be n es nt d o he r m e s r t e nd w o ki i i esof t e sr t A bre n r c i i i g pr e e t t f a t ucur a r ng prncpl h c om bu ton p e s r l t aton m ea ur e s i r s u efuc u i s em nt( CPFM )s sem,e clsve yde ine orM 7 F st r i s yt x u i l sg d f 01 ga u b ne,m a e b ap es is bihi d y J an e M tu s Co por ton. By an yzng ho t r ai al i w he CPFM y t s sem a ppl o M 701 g s w sa i ed t F a

t b n s f l m i nd i e

l k pr e i ur i e or aar ng a nt roc ot cton pur s t c u xa pls,i sc po e wih a t ale m e ti oncud d ha he s t m l e t tt yse c n o de s er son f r a ur i e’ om bu ton s sem a o ec i f t a pr vi up vii o g s t b n S c si yt nd pr t ton or is hotga t s pa h, a il nd w l t r f e be wi el s d i e t e ga ur i s he e or d y u e n n w yp st b ne . Ke wo d g s t r ne;c y r s: a u bi om bu ton c m be s i ha r;pr s ur uc u i e s e f t aton;m ea ur m ent l s e

日本三菱公司的 M7 1 0 F重型燃气轮机具有清洁高效、技术领先、启停快速、自动化程度高等特点。由于 M7 1 0 F型燃气轮机的燃烧室及其热

应于每个燃烧器 )并在 3号、, 8号、 3号、 8号燃 1 1

烧器上分别安装了一个加速度传感器，别检测分燃烧室压力波动和压力波动加速度。探头安装位置见图 1。 c

通道处于高温高压的工况中，易产生燃烧不稳容定及燃烧压力波动大，能导致火焰筒或过渡段可等部件出现破裂等各种故障。三菱公司为 M7 1 0 F型机组配备了其独有的燃烧室压力波动监测系统 ( P M )对燃烧进行监视报警及联锁 C F,

保护，优化了机组的性能和效率的同时，保在对护热通道部件也起到非常积极的作用[。 1]

1燃烧室压力波动监视M7 1 0 F型燃气轮机配备 2 0个 DL燃烧器， N 在燃烧器上共安装了 2 0个压力波动传感器 (对收稿日期： 0 8 l一 5 2 0一 1O

图 1探头安装位置示意图

作者简介：熊

畅 ( 9 2 )男，理工程师，事电厂热工检修工作。 18一，助从

燃气轮机

发电设备 (0 9N . ) 2 0 o 3

M7I OF型燃气轮机压力波动监视及联锁保护的应用

2 4个传感器探头的前置器将采集到的信号

表 1燃烧器压

力波动类型

放大后分别传到特殊的专用模块进行数据转换。此数据通过燃烧器压力波动分析站 ( P A) C F分析，对燃烧情况进行实时监控。运行人员可以并

通过操作员站 ( S监视报警临界值、 OP )压力波动趋势图、频段的压力波动等。各通过 C F燃烧监视调整系统来调整燃 P M2 1赫姆霍兹形式 .

料流量、气流量，而控制燃烧状态 (焰稳空进火定性、产生量等 )当燃烧不稳定时，烧 NO。燃

燃气轮机第 4级叶片的自振频率被由于转子升速产生的赫姆霍兹频率激发产生共振，导会致燃烧室灭火。f一× 5±fHl b 0

火焰的脉动会影响到周围空气压力场的变化， 甚至会引起火焰筒壳体振动的变化。因此利用这些特殊的传感器分别对各个火焰筒壳体振动及周围压力波动进行连续不断的检测，以更可

式中：为叶片的自振频率，; 为赫姆霍 _厂 Hz f兹频率，; 1 2,……。 Hzm一，,3 减小赫姆霍兹压力波动影响的对策是采用

加直接地监视燃烧状况。当 2 4个信号中有 1 个超过报警值，发出报警，时操作员应该则此手动减负荷； 2当 4个信号中有 2个超过减负荷

独立的整体围带叶片。2 2轴向形式 .

警报水平时，组在 1mi机 n内快速减负荷至

设计的燃烧器不同部位产生的自振频率值与轴向压力波动频率值不一致，导致损伤火焰将筒和过渡段。压力波动值与周向形式压力波动

6 负荷；果仍然超过减负荷警报水平则跳 D如机；果 2如 4个信号中有 2个超过跳机水平，则马上跳机。

频率分布见图 3。1 o0

2燃烧室压力波动产生机理及分类燃烧室压力波动的实质是燃烧室内的工质在高温高压的燃烧状态下产生的燃烧振动范围 的变化，使燃烧振动增加、序，烧效率降低，无燃破坏热通道并产生更多的 NO。其产生的根本 原因是随着燃气轮机运行时间的增长，气轮机燃

妄5 0出

√0 1 0 o

I八 L20 0 3 00 40 0

一5 o0

各个

部件也随之老化。老化的燃烧部件性能劣化，污垢增多，加上大气条件和燃料条件的变化，

频率/ Hz图 3轴向形式的压力波动频翠分布

使燃烧室的燃烧环境恶化，生了燃烧室的振产动，即燃烧室压力波动。燃烧室压力波动的机理见图 2 。

减小轴向形式压力波动影响的对策是通过

C F系统改变值班燃料控制阀和燃烧器旁路 P M阀的开度来优化火焰的位置和传播速率。2 3圆周向形式 .

燃烧室自振频率产生的振动形成的内压会由压力波动激发而成，受此振动影响的热部件将在短时间内加快疲劳应力周期，热部件产生巨使

大损伤。压力波动值与圆周向形式压力波动频率分布见图 4。减小圆周向形式压力波动影响的对策是通过 C F系统改变值班燃料控制阀和燃烧 P M图 2燃烧压力波动机理

器旁路阀的开度来优化火焰的位置和传播速率。

燃烧器压力波动可根据其表现形式见表 l。

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M7 I O F型燃气轮机压力波动监视及联锁保护的应用

发电设备 ( 0 9 No 3) 2 0 .

3燃烧压力波动报警与联锁保护3 1燃烧压力波动频段 .

输送到终端的数据被分为 9个频段进行监

视，同频段的波动值与各自的报警值和保护值不进行比较，力波动的频段与对应的报警、锁压联0 l0 00 20 00 30 00 40 00 50 00

保护定值见表 2。

频率/ z H

图 4圆周向形式压力波动频率分布

表 2压力波动频段定值表

3 2燃烧压力波动报警的种类 .

状况出现异常，生了较大的压力波动，能导发可致燃烧室振动大、力扰动频繁，要及时关注压需和采取必要的措施，则有可能会造成机组快速否减负荷，至跳机。压力波动报警等级见图 5甚。

( )由于压力波动传感器异常产生的报警 1类型有：灵敏性低；杂乱的扰动值高；能量①②③场扰动大 (0 )④零输出；脉冲扰动。 5 Hz;⑤

根据实际经验，出现以上 5种类型报警往往是由于传感器元件本身的故障引起，如传感器例与前置放大器之间的连接

头松脱、开，感器、断传 前置放大器或控制模块本身由于损坏而失效造成。机组快速减负荷跳机

这些报警不会造成机组联锁保护的动作，只是作为状态监视，来提醒检修人员及时进行处用理，免影响 C F系统监控和调整的正常以 P M运行。

需

预报警注意(%预报警值) 7 5 安全(%预报警值) 5 O图 5燃烧压力波动等级

( )燃烧不稳定产生的报警类型：预报 2①警，即任一频段预报警；高报警 (组快速减负②机

3 3燃烧压力波动报警与联锁保护逻辑 .3 3 1报警逻辑名称介绍 ..

荷值 )即任一频段高值报警；跳机高限报警，③(机值 )即任一频段跳机极限报警。跳， ( )C F的预报警、报警、机高限报 3 P M高跳警包含 2 O个燃烧室压力波动传感器和 4个 ( 3号、号、3号、 8号 )烧室加速度传感器所在 8 1 1燃9个不同频段中。

( )C F联锁投入： P M联锁投入信号 1 P M C F( P M投入控制后，终输出 1。 C F始 )

( )C F单个预报警：一频段出现单个 2 P M任预报警。

( )C F两个高报警：一频段同时出现 3 PM任两个或以上高报警。

出现以上 3种报警则表明燃烧室内的燃烧

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MT1 OF型燃气轮机压力波动监视及联锁保护的应用

( )C F两个跳机高限报警：一频段同 4 P M任时出现两个或以上跳机高限报警， P M跳机信 C F号由 C F送至 T S实现。 P M P

报警逻辑输出为 1。以上 3个条件同时满足将触发机组快速减负荷指令给主控系统，控系统会主

迅速将机组的负荷减到 6。 0( )跳机 2

( )C F 6%负荷高报警： P M在燃气 5 P M 0 C F轮机负荷≤ 6 额定负荷 ( 5 MW)出现高报 0 19时警时，出现 C F两个高报警， 6负荷高报 P M则 0警发出。3 3 2 CPF联锁保护逻辑分析 . . M

一一逸一Ⅲ而 一 Ⅲ

第 1种情况： C F联锁投入信号为 1若当 P M,同一频段任两个压力波动传感器发出跳机高限报警， C F两个

跳机高限报警逻辑条件为则 P M 1将触发跳机指令给机组保护系统，,机组保护系统会使燃气轮机跳机。 第 2种情况：当机组由于 C F两个高报警 P M触发出的机组快速减负荷指令，燃气轮机负荷将

C F报警有 3档次的定值， PM个由低至高分别为：预报警、高报警、机高限报警。当机组并跳网后延时 1,点火后延时 6 0S且 0 S和 CP FM联锁

投入信号两个条件同时建立输出 1则 C F保， P M

减至 1 9Mw后，果 C F两个高报警，同 5如 P M即一

护投入。C F保护分为机组快速减负荷和跳 P M机 2种。逻辑图见图 6。<GT56 D> 2- CED——

频段任两个压力波动传感器同时发出高报警

继续存在，将会发出 C F 6负荷高报警， P M 0此信号也会触发机组跳机指令给机组保护系统，使燃气轮机停机。

与

4结语 燃气轮机的燃烧室部分由于处于约 l4 0℃ 0超高温的运行工况下，能用温度压力测量元件不

或D0

直接进行监测，燃气轮机最重要也是最难监控是

的部件。因此常用的方法是通过监测排气温度或叶片通道温度来推算出对应的燃烧室的温度，进而估计燃烧室燃烧状态。 三菱公司特有的 C F系统为解决上述问 P M

机组跳闸信号 1

I !■ ! 卜 _ !— _ 1 CF两个跳机高限报警 L PM‘ Ⅲ) J C D El一

D0

. (DI

亟

机组跳闸信号2DO

题提供了一种可行的途径，不但可以让测量元它件直接安装在燃烧室上采集振动数据，且还具而备通过分析数据对燃气轮机进行燃烧调整，而进监视燃烧状态，对异常情况采取联锁保护的并功能。 参考文献：E i杨顺虎 .燃气一蒸汽联合循环发电设备及运行 E .北京： l M]中国电力出版社， 0 3 20.

C F 0 P M 6%负荷高报警

巫画二)一 _机组跳闸信号复位

机组跳闸信号3DO

机组跳闸信号4

图 6燃烧压力波动连锁保护逻辑

( )机组快速减负荷 1当 C F联锁投入信号为 1燃气轮机负荷

P M,大于 6%额定负荷， 1 9Mw时， O即 5如果同一频

[]吴海滨 .MP P一 7 1单轴联合循环机组透平保护系统 2 C 1M 0 Fr .电设备， 0 6 2 ( ) 3 13 5 发 J1 2 0,0 5:3-3 .

段任两个压力波动传感器发出高报警，两个高则