M701F燃气—蒸汽联合循环机组快速降负荷(RUNBACK)
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摘 要：由于燃气-蒸汽联合循环机组主要设备故障造成机组实发功率受到限制时（协调控制系统在自动状态），为适应设备出力，协调控制系统强制将机组负荷减到尚在运行的设备所能承受的负荷目标值。协调控制系统的该功能称为燃机快速降负荷（RUN BACK），简称RB。故障严重时，燃机快速降负荷仍不能维持机组运行，则机组发自动停机指令自动停机。
关键词：燃气轮机 快速降负荷 RUN BACK
中图分类号：U263 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（a）-0050-02
我厂采用以天然气为燃料的350MW级的燃气-蒸汽联合循环机组，燃机、蒸汽轮机、发电机采用同轴布置，蒸汽轮机布置在燃气轮机冷端及发电机之间。燃气轮机选用为三菱m701f型，蒸汽轮机型号为TC2F -35.4inch，发电机由日本三菱电气公司制造，型号MB-H，额定容量482MVA，额定电压20kV，功率因数0.85，额定转数3000r/min，额定频率50HZ，采取全氢冷冷却方式，余热锅炉型号为DG287/10.67/38.2/3.73/48.2/0.49-M102。当机组主要设备故障造成机组实发功率受到限制时（协调控制系统在自动状态），为适应设备出力，协调控制系统强制将机组负荷减到尚在运行的设备所能承受的负荷目标值。协调控制系统的该功能称为燃机快速降负荷（RUN BACK），简称RB。故障严重时，燃机快速降负荷仍不能维持机组运行，则机组发自动停机指令自动停机。
1 我厂#1燃机快速降负荷（RUN BACK）及自动停机介绍
当机组负荷＞60%时，且有#1燃机快速降负荷条件触发时，机组将自动快速降负荷至50%。机组快速降负荷速率共有三种，分别为：（1）RUN BACK RATE（NORMAL）—速率为18.3MW/min。（2）RUN BACK RATE（MIDDLE）—速率为80MW/min。（3）RUN BACK RATE（V-FAST）—速率为400MW/min。
M701F型燃气轮机逻辑设计中RUN BACK RATE（NORMAL）有两种选择方式，一种是18.3MW/min的固定速率；另一种是根据发电机输出功率计算得出负荷变化速率，这种方式用于既有燃气燃料系统又有燃油燃料系统的机组中，因我厂燃气轮机未配有燃油燃料系统，所以我厂的RUN BACK RATE（NORMAL）为固定的18.3MW/min。
当机组有#1燃机自动停机条件触发时，机组将按正常模式停机，即机组以18.3MW/min的速率降负荷到50%，后LPCV自动关闭到预设定的冷却位置维持低压缸冷却蒸汽，执行正常停机程序。并且自动停机程序是不能被人为中断的。
2 我厂#1燃机快速降负荷（RUN BACK）的条件
2.1 机组以RUN BACK RATE（NORMAL）速率快速降负荷条件有
2.1.1 转子冷却空气温度高RUN BACK
为了防止燃机转子损坏，增加转子冷却空气温度高RUN BACK，当转子冷却空气温度高于235℃，延时5min后，RUN BACK条件触发。
2.1.2 燃气供气温度高RUN BACK
燃气供气温度异常，温度高时（FG-T＞ACTID：燃气温度-T＞0），RUN BACK条件触发。其中T为230℃。
2.1.3 燃气供气温度低RUN BACK
燃气供气温度异常，温度低时（FG-T＜ACTID：燃气温度-T＜-50），RUN BACK条件触发。其中T是根据负荷函数计算出来的（如表1）。
2.1.4 燃机燃烧室冷却空气出口温度高RUN BACK（未投入）
该条件为设有燃油燃料系统的机组所应具有条件，我厂没有相应设备，固该条件未投入使用。
2.1.5 燃气值班喷嘴吹扫异常RUN BACK（未投入）
该条件为设有燃气值班喷嘴吹扫系统的机组所应具有条件，我厂没有相应设备，固该条件未投入使用。
2.2 机组以RUN BACK RATE（MIDDLE）速率快速降负荷条件有
2.2.1 发电机定子线圈温度高RUN BACK
为保证机组不受损坏。发电机定子绕组温度共有6个测点，当任何一个测点温度高于105℃时，将会发出发电机定子绕组温度高报警。如果发电机定子绕组温度6个测点有任意3个温度高于105℃发出报警时，RUN BACK条件触发（如表2）。
2.3 机组以RUN BACK RATE（V-FAST）速率快速降负荷条件有
2.3.1 余热锅炉RUN BACK（未投入）
当下列条件之一满足时，RUN BACK条件成立。
（1）高、中、低压水位高低限制值。
（2）高压过热器温度超限。
（3）再热器温度超限。
对于余热锅炉RUN BACK我厂未投入使用，条件成立后，RUN BACK不会触发。
2.3.2 燃烧器压力波动大RUN BACK
燃烧器压力波动保护是为了保护燃烧器过热段受损。燃烧器压力波动监测系统（CPFM）由20个动态压力传感器和4个加速度传感器组成。CPFM保护共有3个设定值：报警、快速甩负荷和跳闸。当20个压力波动传感器中有2个的检测值超过报警设定值，燃机快速降负荷。
2.3.3 循环水泵跳闸RUN BACK（未投入）
对于循环水泵跳闸RUN BACK我厂未投入使用，条件成立后，RUN BACK不会触发。
2.3.4 WI（water injection）RUN BACK（未投入）
该条件应为注射水系统RUN BACK，是为设有燃油燃料系统的机组所应具有条件，我厂没有相应设备，固该条件未投入使用。
2.3.5 燃气供气压力低RUN BACK
如果燃气供气系统过滤器堵塞，燃气系统泄露严重，天然气调压站出口压力低，放气阀误开，供应阀调节故障，压力开关、压力变送器故障等问题都可能造成燃气供气压力低。当燃气供气压力低时（FG-P＜ACTID：燃气供气压力-P＜0），RUN BACK条件触发。其中P是根据负荷函数计算出来的。
（1）当燃气轮机负荷＜230MW时，P= 2.9MPa。
（2）当230MW≤燃气轮机负荷≤300MW时，P=（3×燃气轮机负荷＋1340）÷700。
（3）当燃气轮机负荷≥300MW时，P=3.2MPa（如表3）。
3 我厂#1燃机自动停机的条件
3.1 BPT叶片通道温度偏差大自动停机
燃气轮机叶片通道温度（BPT）能够间接反映燃烧器和燃气轮机透平的运行状态，防止温度过高或温度变化趋势过快损伤燃烧器和透平叶片。由于燃气轮机叶片级数少，燃气流速快，燃烧器中燃料量的变化将迅速反映在BPT的变化上。长时间的BPT偏差，会造成叶片频繁的受热和冷却，会造成疲劳，影响寿命。
我厂机组经过长期运行实践，为了机组安全运行，多次对BPT叶片通道温度变化报警进行更改。BPT叶片通道温度共有20个温度测点，BPT叶片通道温度偏差是指某一个BPT温度与BPT平均温度的差值。其中BPT平均温度是20个BPT温度总和减去最大的一个和最小的一个后除以18。
当任意一个BPT叶片通道温度偏差大于+70或小于-70，同时与其相邻的两个BPT叶片通道温度中任意一个偏差值大于+60或小于-60，或者与其相邻的两个BPT叶片通道温度满足趋势变化大自动停机（NEXT）逻辑条件（NOBPT TREND CHANGE AUTO STOP（NEXT））时，联锁燃机自动停机。其中NOBPT叶片通道温度趋势变化大自动停机（NEXT）逻辑条件为：设该点BPT温度偏差为x，当满足函数x-ex大于1或者小于-1时，逻辑条件满足。
3.2 BPT叶片通道温度趋势变化大自动停机
燃气轮机叶片通道温度（BPT）能够间接反映燃烧器和燃气轮机透平的运行状态，防止温度过高或温度变化趋势过快损伤燃烧器和透平叶片。由于燃气轮机叶片级数少，燃气流速快，燃烧器中燃料量的变化将迅速反映在BPT的变化上。长时间的BPT偏差，会造成叶片频繁的受热和冷却，会造成疲劳，影响寿命。
BPT叶片通道温度共有20个温度测点，BPT叶片通道温度偏差是指某一个BPT温度与BPT平均温度的差值，其中BPT平均温度是20个BPT温度总和减去最大的一个和最小的一个后除以18。BPT叶片通道温度趋势变化是通过函数计算出来的：y=︱x-ex︱其中y为BPT叶片通道温度趋势变化，x为BPT叶片通道温度偏差。而20个BPT叶片通道温度趋势变化的平均值即为平均BPT叶片通道温度趋势变化。
当任意一个BPT叶片通道温度趋势变化大于该点BPT叶片通道温度趋势变化规定值，同时与其相邻的两个BPT叶片通道温度中任意一个偏差值大于+60或小于-60，或者与其相邻的两个BPT叶片通道温度满足趋势变化大自动停机（NEXT）逻辑条件（NO
BPT TREND CHANGE AUTO STOP（NEXT））时，联锁燃机自动停机。
其中（1）BPT叶片通道温度趋势变化规定值是通过函数计算出来的：
y=（40×x）/11+10 当0≤x≤3.3时
y=22 当3.3＜x≤10时
其中y为BPT叶片通道温度趋势变化规定值，x为平均BPT叶片通道温度趋势变化。
（2）NOBPT叶片通道温度趋势变化大自动停机（NEXT）逻辑条件为：设该点BPT温度偏差为x，当满足函数x-ex大于1或者小于-1时，逻辑条件满足。
3.3 发电机定子线圈温度高自动停机
（1）当发电机定子绕组温度高—RUNB ACK后，经300s机组负荷没有下降到50%，联锁燃机自动停机。正常情况机组快速降负荷速率为80MW/min，300s机组负荷应下降到50%，这种情况的出现，说明机组未执行runback程序，机组程序中存在问题。
（2）当发电机定子绕组温度高—RUNB ACK，机组负荷下降到50%后，可是发电机定子绕组温度高6选3的报警还没复位，即最少还有3个发电机定子绕组温度测点检测温度高于105℃时，联锁燃机自动停机。这时事故的最大可能性为发电机内部出现故障。
3.4 燃机加速度次序不完善自动停机
在燃机启动过程中，由于燃料系统异常、启动装置异常或其他异常原因，会导致燃机无法达到额定转速（3000rpm），影响燃机设备的安全运行。为避免这种异常状况的发生，当满足下列条件之一时，联锁燃机自动停机。
（1）燃机在点火后25min内未达到额定转速。
（2）燃机在启动过程中发生转速异常下降（90rpm）。
（3）燃机在启动过程中，转速低于参考值并延时30s。
4 我厂曾发生过与机组快速降负荷及自动停机条件相关事故
自2006年我厂机组投运以来，曾发生多次机组快速降负荷及自动停机条件相关事故。原因主要为燃气供气压力低，BPT叶片通道温度偏差大及趋势变化大，燃烧器压力波动大。
燃气供气压力低跳机事故，由于事故原因多为天然气供应中断，机组发快速降负荷命令，因供气压力马上下降的跳机值，机组跳机。产生事故原因有设备本身存在缺陷，外界环境引起设备故障（如压缩机变频器因变频器室灰尘较多引起变频器跳闸），也有人为误操作原因。
BPT叶片通道温度偏差大问题也多次出现，BPT叶片通道温度偏差与变化趋势报保护参数值多次修改，最初设定值报警为20℃，快速降负荷为25℃，自动停机为30℃。最后与日本三菱公司经综合分析，在不影响机组安全运行的情况下，将保护参数值定为上文所述参数。后机组未再发生相关事故。
曾经出现过三种原因引起的燃烧器压力波动大问题。（1）设备故障。（2）天然气成分变化，因天然气供应管路改线施工后，由于施工工艺造成约4000m3氮气无法放空，与天然气混和局部形成氮气段塞，氮气含量比较高，机组燃烧不稳定；因雨雪由于天燃气轮机压气机入口空气滤网差压大造成进入燃机的空气流量减少，造成燃烧不稳定，引起燃烧振动。