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          管道研究

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          RB211燃氣輪機RVDT控制失效故障排查和處理

          來源:《管道保護》2022年第5期 作者:郝卓卓 崔雪萌 張演義 白保存 時間:2022-10-27 閱讀:

          郝卓卓 崔雪萌 張演義 白保存

          北京管道陜西輸油氣分公司

           

          摘要:站場壓縮機穩定運行直接關系到輸氣管道安全生產。燃氣輪機是離心式壓縮機的核心驅動部件,針對RB211燃氣輪機在運行過程中出現的RVDT(旋轉差動可變式角度傳感器)控制失效故障,歸納總結了故障產生原因、排查要點和處理方法,為燃氣輪機的故障處理提供參考。

          關鍵詞:RVDT;VIGV;燃氣輪機;離心壓縮機;故障分析

           

          陜京管道榆林作業區目前擁有3臺燃氣輪機驅動的離心式壓縮機,機組額定功率為90 MW,年輸氣量170億立方米。燃氣輪機是以空氣及燃料氣為工質的旋轉式熱力發動機,是壓縮機的核心部件,主要組成包括燃氣發生器(壓氣機)、燃燒室和動力渦輪。以RB211燃氣輪機為例,分析RVDT(旋轉差動可變式角度傳感器)控制失效故障(FC:RVDT Transient Control Failure ESD)原因,通過故障排查和處理,以確保壓縮機組安全平穩運行。

          1  RVDT控制原理

          RB211燃氣輪機的工作過程如圖 1所示,壓氣機從大氣中吸入空氣并將其壓縮,壓縮空氣進入燃燒室與噴入的燃料混合后燃燒形成高溫燃氣,隨即流入燃氣渦輪中膨脹做功,推動渦輪葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉。高溫燃氣的做功能力顯著提高,因而燃氣渦輪在帶動壓氣機的同時尚有余功作為燃氣輪機的輸出機械功[1]。


          圖 1 燃氣輪機工作過程示意圖

          VIGV(Variable Inlet Guide Vans,可調進口導葉)位于壓氣機上,由一個MOOG伺服閥控制三個液壓作動筒調節其角度,通過RVDT監控液壓作動筒位置進行安全保護[2],以保證壓氣機的第一級葉片始終處于設計狀態,有效防止壓氣機喘振。MOOG閥采用PI控制原理,比較設定值和反饋值得出偏差值,然后將此差值按比例放大和積分運算后,作用在MOOG伺服閥的壓電元件上,對VIGV進行較正,使反饋值不斷接近設定值[3]。如圖 2所示。


          圖 2 VIGV控制原理示意圖

          2  RVDT控制失效原因及處理方法

          RVDT控制失效主要原因有:①VIGV液壓油供油異常;②VIGV或液壓作動筒本體缺陷;③控制回路接線松動導致信號丟失;④MOOG閥堵塞;⑤MOOG閥PI控制器故障。故障排查應遵循從易到難的原則。下面分別介紹各故障現象、排查要點、處理方法。

          2.1  VIGV液壓油供油異常

          (1)故障分析。 液壓油供油異常會使液壓作動筒不能正常運行,導致RVDT控制失效。

          (2)排查要點。首先檢查油泵及供電,若正常運行,再檢查VIGV液壓油的壓力及溫度應保持在7000±170 kPa(1000±25 psig)、 60±5℃范圍內。若油路堵塞,VIGV運行不穩定則表現為對進氣擺葉進行連續開關調整。

          (3)處理方法。若油泵故障,進行維修。若液壓油管路堵塞,進行解體清洗、清吹。

          2.2  VIGV或液壓作動筒本體缺陷

          (1)故障分析。VIGV或液壓作動筒本體存在變形、銹蝕等缺陷會導致摩擦力增大,運行卡滯。

          (2)排查要點。需進入GG箱體檢查VIGV外觀和液壓作動筒本體是否存在變形、銹蝕等缺陷,進入前務必確保壓縮機組處于停機狀態并關閉二氧化碳手閥,液壓油壓力和溫度均在正常范圍內。若能手動推動液壓作動筒,可排除其卡滯或VIGV本體卡滯。若不能推動,則需要進一步拆除液壓作動筒進行排查,若仍不能推動則可排除回油管回油不暢故障。①拆除液壓作動筒與VIGV的機械連接,若能自由手動推動,則可排除其卡滯故障;②拆除液壓作動筒后,若手動依舊無法推動VIGV,可判斷為VIGV本體卡滯。用塞尺檢查VIGV外連接環與GG外殼間的螺栓間隙,以此判斷VIGV外連接環與GG殼體同心度是否一致。同心度不一致增大外連接環與GG外殼之間摩擦,可能導致VIGV卡滯。

          (3)處理方法?课唤怏w維修或更換備件(備件型號與原設備型號務必保持一致)。

          2.3  回路接線松動導致信號丟失

          (1)故障分析。RVDT控制回路線纜虛接、松動會導致信號丟失,影響VIGV的正?刂。

          (2)排查要點。對照RVDT接線圖,檢查回路線纜接頭是否有虛接、松動。

          (3)處理方法。緊固松動位置。

          2.4  MOOG伺服閥堵塞

          (1)故障分析。MOOG閥可以根據控制信號來調節液壓油的流量,控制3個液壓作動筒來調節其VIGV的角度,MOOG閥堵塞會導致液壓油流量減小,RVDT控制失效。

          (2)排查要點。將MOOG閥從液壓油管路上拆下,使用清潔空氣進行吹掃以判斷是否堵塞。

          (3)處理方法。先使用清潔空氣吹掃,若無效則對MOOG閥解體維修,必要時可更換備件(備件型號與原設備型號務必保持一致)。

          2.5  MOOG閥PI控制器故障

          (1)故障分析。MOOG閥PI控制器是RVDT控制回路中的重要模塊,主要作用是將來自PLC的控制信號進行處理并放大后輸出到MOOG閥,實現對VIGV的控制。PI控制器故障會直接導致RVDT控制失效。

          (2)排查要點。排除以上四種問題后,在上位機VIGV/Bleed Air Monitor界面遠程對VIGV下發開關指令,查看下發的命令與反饋值是否一致。若不一致,測量PI控制器輸出端5―6回路,若無輸出電流則可判斷為PI控制器故障。

          (3)處理方法。更換MOOG閥PI控制器。①DIP開關配置(務必與原控制器一致)。用螺絲刀推上蓋釋放凸耳(頂部2個,底部2個),同時輕輕拉動頂蓋即可打開PI控制器頂蓋,完成配置,DIP開關和跳線如圖 3所示;②PI控制器接線。如圖 4所示;③PI控制器校準前預設置。將“Controller Bias”電位計朝一個方向轉15圈,設置到中間位置,之后將其反方向旋轉6至7圈。順時針轉動“Input 1 scale”電位計約15圈,逆時針轉動“Dither”電位計約15圈,在ECS程序中找到標簽“dxlcvigv”,將“dxfalse”寫入標簽“dxlcvigv”,完成設置;④PI控制器校準。校準應在主油泵關閉情況下進行,并考慮燃氣輪機型號差異性。588型系列燃氣輪機使用的MOOG閥型號為E760K141K,如圖 5-a,共有三個液壓作動筒,信號參數SIG-8.00 mA~8.00 mA。校準方法為:從發動機控制系統(ECS)發出0%指令,萬用表上的數值應為0 mA±0.4 mA,如果不在該公差范圍內,調整“Feedback Zero”,直到符合公差值。從發動機控制系統(ECS)發出100%指令,萬用表上的數值應為15 mA±0.4 mA。如果不在該公差范圍內,調整“Controller P Gain”,直到符合公差值;將標簽“dxlcvigv”中的值恢復為原本的“dxfalse”。 660型系列燃氣輪機使用的MOOG閥型號為E760K977K,如圖 5-b,共有兩個液壓作動筒,信號參數SIG-10.00 mA~6.00 mA。校準方法為:從發動機控制系統(ECS)發出0%指令,萬用表上的數值應為﹣10 mA±0.4 mA,如果不在該公差范圍內,調整“Feedback Zero”,直到符合公差值;從發動機控制系統(ECS)發出100%指令,萬用表上的數值應為6 mA±0.4 mA。如果不在該公差范圍內,調整“Controller P Gain”,直到符合公差范圍內的值;將標簽“dxlcvigv”中的值恢復為原本的“dxtrue”;⑤校準結果確認。啟動GG油泵并遠程強制VIGV:打開上位機ECS Maintenance界面,點擊System Login登錄后,在IGV Manual Stroke中依次輸入0-25-50-75-100-75-50-25-0,如圖 6所示,在歷史趨勢中查看VIGV設定值與反饋值是否一致,若不一致,則需要對VIGV重新標定校準。


          圖 3 DIP開關配置示例

          圖 4 PI控制器接線示意圖

          圖 5 MOOG閥型號

          圖 6 VIGV遠程強制

          3  結論

          (1)RVDT控制失效分為硬件故障和控制系統故障兩大類。硬件故障有VIGV液壓油供油異常、VIGV或液壓作動筒本體缺陷、MOOG閥堵塞三種,控制系統故障有控制回路接線松動和MOOG閥PI控制器故障兩種。

          (2)導致RVDT控制失效故障的原因較多,故障排查應遵循從易到難的原則,首先排查VIGV液壓油供油情況和控制回路接線是否有松動,若均無異常再考慮設備本體缺陷、堵塞以及PI控制器故障等因素。

          (3)由于RVDT控制直接關系到燃氣輪機壓氣機的安全平穩運行,進而影響到壓縮機組的運行,因此在日常運維中要重點關注,定期對VIGV進行開關測試,及時發現問題。

           

          參考文獻:

          [1]艾勇,張福坤,吳全,王占黎.長輸天然氣管道不同壓縮機驅動方式的比較[J].石油規劃設計,2014,25(05):27-29+50.

          [2]劉軍峰,黃旭民,葉國元.RB211-24G燃氣發生器VIGV機構的控制與調試[J].科技資訊,2012(22):104-105.DOI:10.16661/j.cnki.1672-3791.2012.22.012.

          [3]趙洪亮,劉超,王朋飛,拜禾,劉培軍.多構型RB211-24G燃氣發生器試車控制系統升級[J].油氣儲運,2018,37(06):682-686.


          作者簡介:郝卓卓,1991年生,工程師,2014年畢業于西安郵電大學,現從事長輸管道自控與電氣通信管理工作。聯系方式:18729356162,768500532@qq.com。

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