S109FA燃气-蒸汽联合循环机组重大设备事故典型案例分析
薛丽华
（江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213001）
摘要：本文主要对杭州华电半山发电有限公司、江苏华电戚墅堰发电有限公司、江苏华电望亭天然气发电有限公司以及北京三吉利能源股份有限公司的张家港华兴燃机电厂等第一批打捆招标的九台GE公司机组进行非计划停运典型案例统计、分析和研究，并提出相应的对策 关键词：联合循环；非计划停运；案例分析
0 概述
重大设备事故对电厂造成的损失是巨大的，有时是难以估量的。
GE 9FA单轴燃气－蒸汽联合循环发电机组主设备的故障率较高，先后发生有发电机转子故障、汽轮机个别缸体中分面法兰螺栓断裂、汽机高压调门阀座垫圈吹入汽机造成汽机叶片损坏、压气机断叶片、燃机透平叶片断裂等一系列重大故障。据统计，迄今共发生主设备故障18次，损失巨大。 1.发电机转子故障 1.1 转子绕组匝间短路
某机组在起动过程中突因发电机机侧轴承的7X振动异常，发生跳闸；后又先后经过近十次起动试验，均发生跳闸。
申请调停，经查发现发电机开端盖检查发现转子绕组的其中一极的第8号线圈从槽底起的第2、第3匝之间已短路，并且有部分绕组铜熔化后甩到了第7、第8号线圈护环侧的空间。故障点找到后，经与GE公司交
涉，发电机转子由GE公司委托哈尔滨电机厂进行返厂修理，6号、8号线圈更换、所有线圈接头重新焊接、所有绝缘更换。修理结束返回现场，在完成现场装复工作后，起动成功并网发电。
GE公司提供了发电机转子故障的原因分析认为：由于该事故导致转子绕组接头烧毁熔化，无法确认故障的根本原因，通过对周边材料的检查和分析来推测，事故的主要原因可能是由于8＃绕组接头焊接前表面处理不当导致部件使用寿命缩短。 1.2 转子内部接地
某机组起动，升速至1550rpm时，突然励磁跳闸，LCI脱扣，机组转速下降，Mark Ⅵ发报警信息：C-Abort stop trip；M1 Abort stop trip ；M2 Abort stop trip；C-field ground fault trip；M1 field ground fault trip；M2 field ground fault trip；EX2K TRIPBAD FIELD；励磁故障代码：24。
燃机熄火停机后立即对发电机及励磁系
统进行全面检查，未发现转子接地现象。经研究决定再次起动，机组转速升至350rpm时，励磁再次跳闸，LCI脱扣，机组转速下降，励磁故障报警信息与上次相同，初步判断发电机转子内部存在接地故障。
后由GE公司专家现场检查确认发电机转子存在一点接地现象，具体位置为负极8号槽；由哈尔滨电机厂全部更换槽衬、绝缘瓦等材料重新安装。
最后查明事故原因为发电机转子负极8号槽有尖针状铁屑一根及半根残余物，导致接地故障，属加工制造质量问题。 1.3 发电机转子直流接地故障
某机组按计划进行离线水洗作业，当进入第十次漂洗的时候， Mark Ⅵ突然发出“转子接地”报警，燃机水洗程序中断，造成近5个月非计划停运。
故障发生后，GE公司派发电机专家现场检查，先从发电机两端进行孔窥检查，拍摄部分内部区域的孔窥照片；然后做部分电气试验测量发电机转子阻抗和直流电阻；发现故障发生在集电环负极导电螺钉及转子内部导电铜棒的接触上面，由于电弧引起集电环与转子绕组之间的导电连接处损坏，造成转子一点接地的故障。
将转子抽出，并经GE公司协调送至新加坡GE的KEPPEL工厂进行修理。返厂后起动并网，运行正常。
GE公司专家组到厂介绍发电机转子接地
故障原因，本次事故是由于发电机转子生产制造过程中存在质量问题导致，原因是：
①导电螺纹表面质量不佳；
②安装时力矩不正确，造成导电螺丝松动；
③导电螺丝在安装时未拧到位； ④上述现象属发电机装配不当造成的。 最后GE公司认为在所生产的同类燃机中上述故障发生的概率小于0.1%，所以不建议对其他机组进行同类检查。 2 汽轮机缸体中部分法兰螺栓断裂
某机组在运行时发现汽机高、中压缸隔音间内汽流声明显，湿度较大，同时发现缸体保温滴水。
停机检查HJ23螺栓中心加热孔对应保温处有一大洞。用孔窥仪检查，看到该螺栓中部有一条明显的裂纹，螺栓基本已断裂，因此高压蒸汽穿透汽缸螺孔与螺栓外壁间空隙，通过螺栓裂纹钻入螺栓加热孔向外散发。
由于发现螺栓断裂，于是扩大检查范围，对所有螺栓进行中心加热孔孔窥检查、超声波探伤检查和螺栓硬度检查。检查共发现三颗高压螺栓（HJ23、HJ28、HJ31）存在不同程度的中心孔裂纹，其中HJ28螺栓已经直接断裂，下螺母挂在保温上；进行螺栓硬度检查时，发现这批螺栓硬度普遍偏高，部分超标。
会同GE公司对螺栓检查，发现裂纹均是由中心孔开始向外发展，中心加热孔壁局部
区域不平整，裂纹区域尤其明显。据GE专家介绍，该法兰螺栓为INCONEL材料的高强度因科内尔合金双头螺栓，可用于温度大于1000华氏度的位置。由于材料本身的特性，在表面若有损伤或微小裂纹的情况下，空气中的氧分子会从该微小裂纹渗入，破坏主材晶体结构，加速裂纹的发展；换言之由于裂纹的存在造成应力集中并产生产疲劳裂纹，最终使螺栓断裂。
最后GE专家分析属螺栓加工质量问题，或机组组装时由于加热棒使用不规范造成局部区域过热，表层金属熔融，冷却后产生原始裂纹，该裂纹在机组运行中发展，最终导致螺栓断裂。
上述汽轮机缸体中分面法兰螺栓断裂或出现较大裂纹的现象，后来在多家电厂的机组上出现过，对机组的运行造成了一定的影响。
3 汽轮机高压调阀座垫圈吹入汽轮机造成叶片损坏
某机组起动，在加负荷至250MW时，发现高压汽包压力偏高（达9.0MPa）；当负荷升至285MW时，高压过热器出口压力达10.08MPa，高过出口温度565℃，高压主蒸汽压力已达允许运行最高压力，于是保持该负荷运行，原因待查。
若机组正常运行，当负荷为280MW时，高压主汽压力应为8.3MPa,主汽流量应为240t/h。核对机组启机过程中的其它参数，
振动、差胀、轴胀等监视数据都无发现明显异常变化。据经验分析，可能是汽轮机的高压联合蒸汽阀（MSCV）未开足或未开到位，或是汽轮机由于受异物打击损伤叶片影响机组的作功引起。
停机后首先对高压联合蒸汽阀、主汽门及再热汽门进行检查试验，结果未发现流量受阻的现象。后利用机组调停机会对高压联合蒸汽阀进行解体检查，发现阀门进汽滤网完好、阀座密封面有部分缺失（长约150mm，整个阀座NDT检查后显示有多处裂纹），但不至于对机组会有这么大的影响。于是决定汽轮机开缸检查，发现上半缸高压1～4级动叶及动叶围带受异物打击布满凹坑，其中1～2级动叶受打击后明显减薄并发现多处裂纹和缺口，围带外侧有卷边现象，受损情况较为严重；对1-2级静叶叶片及围带进行NDT检查，发现同样有受异物打击布满凹坑，叶片发现多处裂纹，围带卷边变型。
由于在质保期之内，GE公司负责对汽机进行修复：更换第1～4级动叶、修复第1～4级静叶工作，并更换了#2汽轮机高压联合蒸汽阀阀座。
4 压气机R0级叶片断裂
4.1 压气机R0级叶片裂纹
1） 案例一：2007年5月，#3机组第一次CI检修，GE内窥镜专家对压气机R0级叶片进行超声波探伤检查时，发现第16号叶片根部P-CUT部位反射波形异常，怀疑有约
长0.5寸裂纹；于是在R0级叶片拆除以后安排荧光粉探伤，结果证实了裂纹确实存在的结论。这是国内首次在S109FA机组上发现压气机R0级叶片有裂纹。
对策：GE专家认为需更换该套R0叶片后机组才能继续运行。为了节省检修时间，GE决定采取在现场对该压气机的R0级叶片进行全部更换。由于标准型R0叶片制造周期长，因此临时选用增强型的P-CUT叶片。
2） 案例二：2007年5月，#8机组利用进行燃烧系统检修的机会，由GE内窥镜专家对压气机R0叶片进行了首次超声波探伤检查，发现＃7和＃29叶片存在问题，其中＃7叶片目视明显的裂纹。这是国内继#3机组首次发现R0叶片裂纹后又在同级机组上发现的第二例事件。
对策：GE专家认为需要更换R0叶片后才能继续运行，为了节省检修时间，GE同样采取在现场对该压气机的R0级叶片全部更换为增强型的P-CUT叶片。
3） 案例三：2008年2月，#2机组在启停达到172次时，由GE内窥镜专家对压气机进行了R0叶片超声波探伤，共检查叶片32张，在其中一张叶片的根部发现裂纹。
对策：为避免断裂对压气机造成更大损失，GE更换了一套完整的R0标准型叶片（叶台上不再有减应孔）。
分析：在这九台S109FA机组进行CI检修时，GE接二连三发现压气机P-CUT型R0
级叶片有裂纹，且果断地将有裂纹P-CUT型RO叶片整套更换为叶台上不再有“P”形切口的R0标准型叶片；可见GE已知道这类叶片的设计存在严重问题。
这类叶片设计存在什么样严重问题？据悉，GE当初采用P-CUT技术设计的压气机R0级叶片，出于压气机R0级叶片的进气侧易受到入口空气中杂质和水份带来的伤害和腐蚀，因此在R0叶片的叶根位置做了一个“P”形状的切口（即P-CUT部位），以便提高叶片在潮湿环境下的适应能力。但是实际使用后发现由于在P切口位置的高应力，反而导致该区域易出现裂纹，严重威胁机组的安全运行。如以前在GE 7FA型机组上就发生有类似问题引发的叶片断裂的事故；还如在某GE 9FA型机组上仅点火运行4800小时，就发生R0叶片断裂导致压气机扫膛事故。为之，GE调整了对P-CUT型RO叶片的检查周期（初次为4500小时，或启停170次；第一次复查为1600小时，或启停48次）。
GE公司为了弥补这类压气机叶片设计上存在的问题，要求对所有原提供的带P-CUT设计R0叶片的新建机组和没有进行过超声波探伤检查的机组，按照GE提供的初次检查时限，进行R0叶片超声波探伤检查；对于在以前的检查中没有发现问题的机组，也需要按照GE公司提供的检查周期定期检查；对处于质保期内的机组GE免费更换为标准型的R0叶片。
5 燃机透平叶片断裂
某机组起动，当机组负荷加至190MW左右，进行燃烧模式切换时，1X、1Y、2X、度），建议充分利用调峰机组启停间隔，合理安排使用内窥镜对压气机、燃烧部件、燃机动静叶进行检查。
对因燃烧故障、燃机排气温度高、非测点原因2Y轴承振动值突然窜至最大值，其余振动均有不同程度的上升，并伴有低沉的轰鸣声，机组轴承振动高保护动作跳闸。
通过对燃机透平检查发现透平第三级叶片断裂。GE公司给出的叶片断裂原因为：由于断裂的初始叶片在制造过程中有“冷隔”现象的产生，形成裂纹源，在长时间的运行及交变应力作用下，裂纹发展最终造成叶片断裂。
启动质保，GE公司检修人员到现场，开缸更换了三级动叶、三级静叶和三级复环；对压气机第15、16级静叶晃动进行了修复，并在叶根处安装了套环；对压气机的R0级叶片进行了全部更换（换为标准型叶片，标准型R0叶片叶台上没有减应孔）。机组修复后运行正常。 6 对策
6.1 加强检查威胁机组安全的设备
研究发现，威胁机组安全的频发异常的设备主要是燃烧部件、压气机，威胁机组安全的频发异常的事件主要是燃机分散度高、轴系振动大。
由于原始设计、加工制造等存在一些问题，燃烧部件烧损及压气机叶片裂缝或断叶片是目前燃机电厂威胁机组安全的共同问题，因此除了每季度至少对其检查一次外（或根据启停次数提高检查密
引起的燃机分散度高、轴系振动大跳机等频发事件，应充分利用调峰机组启停间隔，及时进行热通道内窥镜检查。
对上述检查中发现的问题应积极评估。对影响不大的问题应提高检查密度，检查其发展趋势；同时应积极联系GE公司进行及时处理，应严控或禁止机组长时间带故障运行。
6.2 加强沟通，提高事故应对能力
目前关键部位的故障维修处理还离不开GE。针对机组出现的问题，应及时与GE公司联系，尽快将问题处理好外；还应对GE公司的技术通报高度重视，充分利用合同条款，抓紧改造，使损失降到最小程度。
同时还应加强与同类电厂的沟通，少走弯路。同一类型机组，发生的问题往往具有共性，或有借鉴作用，因此有广泛的交流余地。建议各电厂建立定期或不定期交流的平台，一起对事故分析、跟踪，使各电厂的经验、信息互通，资源共享，有利促进吸收先进技术，有利于加快解决机组的故障。
作者简介：
薛丽华（1967-），女，江苏无锡人，工程师，主要从事电厂热控专业管理工作。
Analysis of typical cases of major equipment accidents of
S109FA gas and steam combined cycle unit
Xue lihua，Zhangti
（Jiangsu Huadian Qisguyan Electric Power
CO.LTD ,Changzhou213001,China）
Abstract: by studying the 9 GE units of first bundle buy including Hangzhou banshan electrical power company;Jiangsu huadian qishuyan electrical power company;Jiangsu huadian wangting electrical company ang Zhangjiagang hoaxing electrical company in china ,this paper collects,analizes and studies the typical cases of major equipment accidents of GE units and raises the respective solutions.
Key words:combined cycle; unplanned outage; case analysis