摘 要 本文主要介绍了格尔木300 ＭＷ燃气电站燃气轮机进口可调导叶（IGV）系统。从理论的角度分析了该系统的工作原理，说明了在机组中的作用，介绍了该系统容易出现的故障及解决方法。

关键词 燃气轮机；IGV系统；控制

中图分类号 TK 文献标识码 A文章编号 1673-9671-(2011)112-0202-02

1 概述

早期的IGV控制方式与缺点。早期的压气机进口导叶被控制在两个固定位置上，称为双位置控制方式。在启动和停机的过程中，为了避免压气机在低转速下发生喘振，IGV处在关小的位置，当机组达到运行转速时，IGV调整到全开角度（86°），改善燃气轮机的热效率。IGV的角度检测一般使用了33TV限位开关（只能指示开位置和关位置），控制方式简单。这种方式在联合运行时，降负荷运行能力较差，部分负荷时整体热效率下降较多，不具备IGV温控功能。

2 系统的控制作用与原理

2.1 系统的控制作用

1）处于启机或停机的过程中，燃气轮机转子以部分转速旋转，为了避免压气机出现喘振而调节IGV角度。IGV的调节范围是34°-57°。

2）IGV温控。为了充分的利用高温烟气的热量节约能源，我厂采用联合循环方式，在部分负荷运行时适当关小IGV，维持较高的排气温度，提高了锅炉和汽轮机的效率，使联合循环的总效率得到提高。IGV的调节范围是57°-86°。

3）燃气轮机启动时，IGV处于最小开度，将减小流经压气机的空气流量，降低启动功率。

4）在燃气轮机正常运行时，压气机的耗功大约占到了透平输出功率的2/3。在机组甩负荷时，控制系统通过开大IGV的角度来增加进气量，以增大压气机耗功，抑制转速飞升，防止超速。

2.2 系统的工作油源

IGV系统的工作油源取自两路：第一路是来自液压油母管，主要是作为电液伺服阀90TV-1的控制油以及IGV动作油缸的工作压力油；第二路是来自润滑油系统经20TV-1电磁阀控制，作为IGV跳闸放油切换阀VH3的工作压力油。

运行中要求滑油母管压力不能低于2.8 bar，低于2.8 bar发滑油压力低报警；要求液压油母管压力不能低于93 bar，低于93 bar发液压油供油压力低报警。

液压油取自滑油系统，工作压力不同，但用油型号相同，我厂的燃气轮机用油为道达尔涡轮机油，每三个月检查一次，当油质检查不合格时，必须更换润滑油。

2.3 系统的工作原理

可调进口导叶系统设计为根据压气机和燃烧需要调整压气机气流。系统由液压油驱动，油通过重力返回到滑油油箱。系统包括以下部件：伺服阀90TV，位置传感器（LVDT）96TV-1和96TV-2，电磁阀20TV和液压泄放阀VH3。

机组启动前，可调导叶处于关闭位置，即初始状态，角度为34度。高压液压油经过IGV伺服液压控制油供油油滤FH6-1后流向90TV-1电液伺服阀和VH3－1跳闸放泄切换阀；由于20TV-1在燃机零转速继电器14HR（零转速继电器）带电前时处于失电状态，因此OLT油处于回油状态，所以遮断器VH3-1的油缸在弹簧力的作用下处于左边的工作状态。液压油经VH3-1后通过限流孔板进到HM3-1的油缸活塞下部腔室，活塞上部腔室经过VH3-1接通回油管路，在此情况下，HM3-1关闭到最小位置，即34度开度。可转导叶IGV处于初始状态。

当机组在启动电机带动下使14HR动作（转速达到0.06%额定转速）时，20TV-1带电，从跳闸油系统来的OLT油压建立，推动VH3-1阀向左移动，使该阀处于右边位置，这时将液压油OH-4接通伺服阀90TV-1和HM3-1的油缸的液压油路，使可转导叶IGV处于可调节状态。直到机组转速继续升至95.0%额定转速时，可调导叶由34°打开到57°位置，然后机组转速继续升至额定转速，可调导叶一直保持在57°这个位置。当机组并网后，直到到达基本负荷后，通过90TV和HM3-1把可调导叶保持在87°位置。

IGV的角度是由燃气轮机MarkⅥ控制系统通过电液伺服阀90TV控制的，这是一个3个线圈的伺服阀。三个线圈绕在其扭力器的中心杆上，中心杆置于永久磁铁形成的磁场中，三个线圈分别接受来自燃气轮机控制系统（R）（S）（T）3个控制器的经过运算放大的直流电流。

反之，当我们所要求的可转导叶角度位置信号和可转导叶的实际位置反馈信号（来自96TV-1，2）相加结果不为零时，90TV-1线圈中有电流流过，扭力器在磁场力的作用下发生偏转，扭力器的射流管随着扭力器一起偏转。液压油从射流管高速喷出，进入油动机HM3，通过强劲的拉杆驱动包在压气机进气缸上的联动齿条，每片进口导叶由穿过气缸后的小齿轮与联动齿条啮合以带动导叶的开大或关小。

机组跳闸时，则由跳闸油控制的切断阀VH3将IGV关到最小位置。

3 系统对联合循环的影响

IGV温控投入与退出：如果机组需要投入IGV温控时，进入“Control”画面的“IGV Control”子画面，查看“IGV Mode Control”栏目下的“AUTO”靶标灯亮，点击“IGV Temp Control”栏目下的“On”靶标，“On”灯亮，IGV温控投入。如果是在升负荷的过程中，应该密切监视排烟温度，当发现机组有超温现象时，应立即退出IGV温控。

IGV温度控制基准低于FSR温度控制基准，FSR温控优先于IGV温控。当机组处于FSR温控下，就不允许投入IGV温控再去关小IGV。只有当机组不处于FSR温控时，才可以选择投不投入IGV温控。

4 IGV系统的巡检内容及常见故障

作为运行值班人员，运行中检查包括以下几方面内容。

1）检查油质，通过窥孔从外观上看是否清洁、透明、无游离水或乳化水，颜色没有突然变得很深。

2）检查油管路有无漏油现象，通过油压变化和巡回检查，能够及时发现外漏，当发生内漏时，需要机组检修时才能发现，巡回较难发现。

3）检查油箱液位，发现液位低，应及时加油。

检修及启机前检查包括以下几个方面。

1）检查入口导叶应该仔细检查：入口导叶叶片有无沉积物、侵蚀；叶根和轮叶中裂纹的渗液检查；如果发现有沉积，应当收集两个叶片沉积的样品在一直清洁的玻璃罐或瓶内，送到实验室分析；检查入口导叶叶片上的油状物。

2）角度指示牌上的刻度是否在正确角度（34°），当IGV角度关闭时小于31°或大于35°，报进口导叶位置伺服故障，需要重新标定。標示牌上的角度为33°，属于正常范围。

3）检查滑油和液压油管路有无漏油现象。

4）检查IGV控制电磁阀20TV-1，电液伺服阀90TV，反馈传感器96TV是否正常。

5）检查管路系统紧固元件有无松动。

燃气轮机IGV系统在长期运行中，可能出现一些问题，现将问题归结如下。

4.1 润滑油油质恶化

9E燃气轮机发生过开机过程中IGV导叶打不开的情况，当95％额定转速时，IGV应该开到57°，但实际停在36°。检查发现IGV伺服阀90TV前的滤网压差高，滤网堵塞，使得油路不畅通引起IGV油缸动力不足，不能驱动导叶。进一步检查发现，润滑油油质恶化，不符合运行要求。

预防措施：在这种情况下，应该加强油质监控。在运行中，通过窥孔观察油的变化。应该定期取少量的油与新油进行对比，确定油质有无变化。应该定期取油样送到实验室进行分析，确定油的品质。

4.2 IGV系统伺服阀故障

IGV系统中共有两个伺服阀。①可转导叶控制伺服阀90TV-1；②可转导叶执行机构的进油伺服阀VH3-1。

伺服閥常见故障如下。

1）由油质污染造成伺服阀卡涩以及密封件等易损部件损坏故障。

2）由磨损引起泄露增大。

3）由其他原因引起性能不稳及参数变化。

主要原因如下。

1）油质不合格。伺服阀是一种很精密的元件，对油液的要求和功能严格，污染颗粒的增加容易造成伺服阀堵塞，同时加速阀芯的磨损，使阀泄露增加。

2）我厂伺服阀所处的环境温度较高，对伺服阀有一定的影响，而且过高的环境温度会加速油的恶化。

3）密封件的老化或使用了与油液不相容的密封件。密封件的腐蚀，老化，变形，掉渣，会引起伺服阀泄露，严重的则会使伺服阀堵塞。我厂的伺服阀90TV使用的密封件是氟化橡胶，更换时要注意不能使用其他橡胶替代。

处理方法如下。

1）加强油质监控，定期更换油液。

2）定期更换滤芯。

3）定期更换伺服阀，清洁后的伺服阀可作为备品轮流使用，降低费用。

4.3 IGV控制电磁阀20TV故障

我厂的控制电磁阀20TV是一个常开阀，不具备完全密封的功能。

长期运行过程中，电磁阀常见的故障有以下几种。

1）电磁阀通电不动作。

2）电磁阀不能关闭。

3）有压力后发现过量渗漏。

主要原因如下。

1）有杂质进入电磁阀阀芯时，可能造成电磁阀通电不动作和不能关闭的情况。

2）密封件损坏，连接处松动以及弹簧变形或者寿命已到时，可能造成电磁阀不能关闭，同时造成电磁阀泄露。

3）电磁阀其他故障如电源接线松动、线圈脱焊、线圈短路等，造成电磁阀通电不动作。

处理方法如下。

1）进行清洗，取出杂质。

2）更换密封件并安装过滤器。

3）不定期得更换电磁铁线圈，如果电磁阀寿命已到，更换新的电磁阀。

4.4 IGV机械故障

1）IGV反馈连杆断脱，造成反馈信号不真实。Mark VI发出“排气温度高报警”，“排气超温遮断”报警，“机组熄火遮断报警”，机组跳机。IGV的LVDT反馈连杆断脱后CSGV突然增大而呈高值。机组在IGV控制方式运行，所以控制系统关小IGV开度，但其反馈值不变，IGV开度持续关小，直至全关造成机组空气量在短时间内骤减而超温跳机。（在此过程中随着排烟温度的升高，FSR控制也会减燃料，但仍跟不上排气温度的变化）。

查看跳机后的CSGV反馈值与现场IGV实际不符，实际值为34°，对燃机IGV反馈连杆进行全面检查，将机械连接方式的连杆做焊接处理。

2）传动齿条从小齿轮损坏或脱落。油动机HM3作用于连接杆，连接杆作用于传动齿条，每片进口导叶由小齿轮与驱动齿条啮合以带动导叶的开大或关小。当传动齿条从小齿轮损坏或脱落时，转动齿轮不再作用于小齿轮。机组在IGV控制方式下运行，CSGV不变，控制系统继续开大或关小IGV开度，IGV角度实际值也不变，可能造成燃机超温跳机或机组运行不稳定。

3）导叶衬套磨损，间隙过大。IGV导叶是通过液压缸的活塞上下运动来操作连接杆，拉动齿条，通过齿轮传动而开启和关闭的，传动齿轮和导叶上下端衬套长久运行后发生磨损，造成齿轮与齿轮缝隙变大，导叶连接杆就有一定的惰性。导叶关闭时，上端泄油，油缸活塞往上关，关到34°时，活塞停止移动，如果停机时间长，液压油无油压，而压气机还有一部分空气流通，对导叶有一个关小的作用力，该力会克服齿轮与齿条的间隙使IGV继续关小。停机后需要更换衬套。

导叶连接杆螺纹连接固定松掉，造成连接杆长度变化，使活塞行程变化，导致导叶起始角度变化，一般通过调节连接杆螺纹就能够解决。

4.5 IGV导叶叶片腐蚀和裂纹

空气中的污染物如灰尘、盐份、工业蒸汽和油等也能引起叶片腐蚀和结垢。叶片的腐蚀引起叶片表明点蚀，这也是潜在的疲劳裂纹的开始。同时，在燃机运行中，IGV开停机在34°-57°变化，正常运行时在57°-86°变化，通过气流量大，对叶片作用力较大，长期运行情况下，叶片根部间隙增大导致叶片晃动引起疲劳损坏。

5 结论

IGV导叶系统是燃气轮机中一个简单但非常重要的系统，该系统的任何一个故障都可能导致燃气轮机无法启动或设备损坏的事故。我厂的PG9171E型燃气轮机由于设置了IGV，并通过MARKⅥ控制系统的合理控制，很好的解决燃气轮机在启动和停机过程中可能引起的喘振问题，同时在燃气-蒸汽联合循环中提高了电站的整体效率。 IGV故障的出现与定期检查的周期、大小修的质量有关。因此，检修把好质量关，做到彻底、全面的检查和修复，是避免故障的重要方法。

参考文献

[1]张章军.9E燃气轮机IGV导叶的故障分析及处理[J].电力安全技术,2010,12:44-45.

[2]吴革新.大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书控制系统分册[M].中国电力出版社,2009.

[3]焦树建.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置(上)[M].中国电力出版社,2008