柳钢TRT稳定运行优化实践

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【摘 要】介绍了柳钢trt在稳定运行方面存在的不足，通过在技术和管理手段进行优化，实现了TRT全年无误停机现象，吨铁发电量达到全国先进水平。

【关键词】TRT;稳定;优化;发电量

1 前言

高炉煤气余压透平发电装置（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，以下简称TRT）是利用高炉冶炼的副产品――高炉炉顶煤气所具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，驱动发电机或其它装置发电的一种二次能源回收装置。TRT装置由透平主机、阀门系统、油系统、动力油系统、给排水系统、氮气密封系统、高低发配电系统、自动控制系统组成。

目前柳钢共有6座高炉，各高炉均配置TRT系统。在稳定运行方面，2014年以前仍有不少欠缺，多次出现误停机现象，表1所示为历年TRT误停机次数统计表。

表1 柳钢TRT历年误停机次数统计表

时间

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

次数

15

10

7

13

6

7

TRT出现误停机，在故障排查和处理完毕再重新启动，往往需要2小时以上，有时处理甚至超过10小时，严重影响了TRT的发电量，有时甚至对机组的设备使用寿命产生影响。

2 常见故障

2.1 检测仪表不稳定

可靠的仪表检测是TRT稳定运行的关键，因为机组上的振动、温度、压力仪表大多参与联锁保护控制，一旦仪表数据失真，出现误停机的次数将会大大上升。如图1所示为TRT机组上的振动、温度检点，全部参与联锁保护。

图1 TRT仪表检测点分布图

（1）轴振动检测信号失真。表2所示为柳钢TRT使用的振动检测仪表型号规格一览表。

表2 TRT振动监测仪表一览表

位置

检测量

检测仪表

型号参数

品牌

透平机进/排气侧

振动

电涡流传感器

探头：2107/50/00/1/10;监测器：6682

ENTEK

透平机排气侧

位移

电涡流传感器

探头：2107/50/00/1/10;监测器：6682

ENTEK

发电机前/后轴

振动

加速度传感器

探头：9200V;监测器：6622

ENTEK

故障率最高的是发电机前/后轴振动，通过加速度传感器进行检测，容易受到强电、照明、对讲机等信号干扰，每天机组平台的照明打开之后，振动值就会出现无规则波动，多次引起机组停机;透平机振动和位移采用电涡流传感器检测，常见故障主要是连接线浸油、松动或磨损引起信号失真。

（2）轴系温度检测失灵。参与联锁的温度点包括透平机进气侧/排气侧支撑轴温、透平机止推轴温、发电机轴承温度，检测元件采用Pt100热电阻，失灵的原因主要是线路浸油或磨损、线路松动、电阻损坏等。

（3）炉顶压力检测失真。TRT的作用除了发电之外，另一重要功能就是稳定高炉顶压，顶压检测失真，静叶和旁通阀就会误动作，造成真实顶压波动，影响高炉炉况。常见故障主要是高炉顶压取压管堵。

（4）动力油和油压力开关误动作。动力油和油压力采用压力开关三取二方式进行联锁保护， 但因检测元件长时间使用后出现老化，设定值偏移，使真实油压未达设定值时出现误停机。

2.2 联锁控制程序不完善

（1）振动、位移、温度仪表都是单点联锁保护，一旦任何一块仪表出现故障，都会造成机组停机，而任何设备都有其使用寿命，很难能够避免仪表损坏失灵现象，因此，单点保护存在非常大的误停机隐患。

（2）联锁程序未对仪表检测数值的正常范围判断，即当仪表失灵时，显示的数值已严重失真但是机组仍然执行联锁停机。如透平机的推力瓦温度，一般示值在0-130℃以内，当温度失灵时，温度突然显示3276.7℃，明显可以判断是热电阻损坏引起，但是机组仍然停机。

（3）顶压失真判断程序有缺陷。顶压失真包括实际顶压失真和顶压设定失真，TRT并网发电运行后，静叶的控制主要根据顶压设定和实际顶压间的偏差进行自动调节，因此，一旦顶压失真，静叶的控制必须退出原设定程序。但是原来的顶压失真判断程序仅仅通过炉顶压力本身进行判断，判断程序如下：

①炉顶压力 > 230 kPa OR 炉顶压力 < 0 kPa;

②顶压设定> 230 kPa OR 顶压设定 < 0 kPa;

①和②任何一个条件满足，则判断为顶压失真。出现的问题主要在条件①，炉顶压力是从高炉本体DCS远传信号至TRT的PLC系统，曾出现高炉本体DCS模块损坏，炉顶压力一直稳定在模块损坏前的数值，这样TRT追踪的顶压是失真的，当时顶压示值小于设定压力，造成高炉憋压，干法防爆膜破裂。

（4）快切阀关闭和发电机解列控制采用继电器得电快关控制方式，导致故障停电后快切阀没有关闭、发电机没有解列，易造成事故扩大化。2009年11月炼铁厂某TRT曾出现停电事故，因油泵已停止，但是TRT未解列停机，造成励磁机转子和定子完全损坏、发电机轴瓦损坏、透平机轴瓦有损伤的严重后果。

2.3 伺服控制系统故障

伺服控制系统包括静叶控制系统和旁通阀控制系统。控制原理图如图2所示。

图2 伺服控制系统原理图

伺服控制器、位置反馈传感器和电液伺服阀都出现过故障，其中位置反馈失灵情况最多，最多时一年曾出现4次，主要原因是现场防护未做到位，日晒雨淋造成传感器老化速度加快，有时也出现高炉炉况异常时，煤气温度过高造成传感器的周围环境温度上升，传感器损坏;其次是伺服控制器，每年需更换1-2台，具体原因不明;电液伺服阀故障集中在2011年，损坏了3台，主要是油液不合格引起。

2.4其它问题

（1）操作失误。如2010年某TRT在开机正常并网发电后，因该机组越临界时振动偏大，是通过屏蔽振动联锁开机的，但是在重新投锁保护前，未对振动监控仪表（型号：ENTEK 6682）进行复位，投锁后机组再次跳机。

（2）点检定检不到位。包括PLC故障未及时发现、仪表或电源接线端子松动、机柜防护不好、仪表失灵前信号波动等问题。

3 优化实践

3.1 技术手段优化

3.1.1 提高检测仪表的稳定性

（1）提高振动检测仪表抗干扰能力。重新整理振动检测传感器线路，敷设专用仪表槽架，避免仪表电缆和高压电缆混在一起;线槽外的电缆全部穿镀锌管走线;同时设计专用仪表接地，确保仪表接地可靠。通过改造，有效降低了振动检测信号的干扰。

（2）提高温度检测仪表使用寿命。通过对热电阻结构的改造，提高了热电阻的抗震性、电缆的耐磨和防浸油能力。同时增加了温度检测备用点，以便在做联锁保护控制时，通过二取二方式进行保护。

（3）将动力油和油的压力开关改为压力变送器，提高油压检测的准确性和稳定性，减少误动作。

（4）定期对炉顶压力变送器进行清灰和排污，保证顶压检测正常。同时安装了三台炉顶压力变送器，采用三取二方式将顶压信号送至TRT。

（5）增加仪表正常范围的判断程序，当出现仪表失灵时自动退出联锁程序。如温度检测，当温度变化超过10℃/秒时，则判断为温度检测异常，自动屏蔽该点的联锁保护。

（6）做好旁通阀和静叶位置传感器的防护工作，防止日晒雨淋。

3.1.2 优化控制程序

（1）联锁停机方案修改。根据原联锁保护程序存在的缺陷，对原控制方案进行修改，修改方案如表3所示。

表3 TRT联锁保护控制方案

序号

联锁参数

原控制方案

新控制方案

1

透平机振动

两端振动（共4点）中任1点达跳机值并延时3秒。

两端振动任1点达跳机值且另3点中任1点达报警值。

2

轴位移

任意一个达跳机值并延时3秒。

有1点达跳机值且另1点达报警值。

3

发电机振动

振动值超高并延时3秒

不参与联锁，只有报警

4

透平机支撑瓦温度、电机轴温、主推力瓦温度

任一个温度达跳机值并延时3秒。

1点达跳机值且另1点达报警值延时2秒。

5

副推力瓦温度

达跳机值并延时3秒。

不参与联锁，只有报警。

6

发电机定子温度

任一个温度达跳机值并延时3秒。

不参与联锁，只有报警。

7

/动力油压力

压力开关三取二

任1压力开关+任1个压力变送器;任2个压力变送器

（2）顶压失真判断程序修改。将原来只通过炉顶压力变送器判断顶压失真改造为，通过炉顶压力、TRT入口煤气流量的补偿压力和TRT入口压力三个变送器互相比较判断，判断流程如图3所示。

3.1.3 技术创新

针对伺服控制器易损坏而原因不明这种情况，尝试取消旁通阀伺服控制器，通过利用现有PLC进行自主编写旁通阀控制程序，目前已在两座TRT试验取得成功，从而大大提高了旁通阀控制的可靠性。

3.2 管理手段优化

（1）重新优化TRT岗位操作规程，定期抽查岗位工的操作熟练程度，防止出现误操作现象。

（2）加强了点检管理。设计了岗位工、仪表工和专业三级点检本，岗位工点检频次是1次/班，仪表工点检为1次/周，专业点检为2次/月。同时在监控画面上，添加了所有与联锁保护参数相关的变量曲线图，并设计了点检画面，每2小时自动声光报警，要求岗位工定期观察各关键参数的运行趋势，一旦发现有波动或失灵现象，及时通知仪表工或技术人员到场处理。

（3）定期对油液进行检验，如不合格及时换油。

（4）加强了检修期间的定检维护工作。设计了定检项目表，包括定期吹灰、接线端子紧固、静叶和旁通动作试验、联锁程序试验等内容。

3.3 防事故扩大化措施

（1）各个模拟量模块和数字量模块均采用单独空开供电。这样可以避免因为一个模块故障造成的模块大面积停电事故。

（2）“快切阀快关” 控制继电器改为失电快关控制方式，正常运行时，继电器一直得电，当发生故障停电时，继电器失电，快切阀快关，TRT跳闸;“发电机解列”控制继电器改为失电解列控制方式，正常运行时，继电器一直得电，当发生故障停电时，继电器失电，发电机解列。这样可以避免停电故障后事故的进一步扩大。

（3）在操作规程上对油泵控制方式进行修改，在启动油站时，将一台泵打至现场手动方式强制启动，另一台打至远程自动，当检测到压力低时自动启动。这样可以避免因PLC故障时两台油泵全部停止而造成机组损坏。

（4）通过改变油路控制，将旁通阀改为失电快开，防止因停电出现旁通阀关闭，高炉憋压情况。

（5）提高PLC供电电源可靠性。在UPS选型上，选用冗余型UPS，并要求在UPS故障时自动走旁路，同时在UPS前端增加浪涌保护器，防止市电电压过高时UPS失效。

图3 顶压失真判断程序流程图

4 效果

通过技术手段和管理手段对影响TRT稳定运行的因素进行一一整改后，2014年运行至今TRT未出现误停机现象，真正实现了长期稳定高效运行，TRT的发电量也超过了47kWh/t.Fe，达到全国的先进水平。

参考文献：

[1]原国家电力部《发电机运行规程》.

[2]南阳防爆集团有限公司《QFW系列汽轮发电机使用说明书》.