钟凯诚，刘瑞奇

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

0 引言

透平发电机组是海上平台动力设施，为平台生产和生活提供电力保障。某海上油田使用的透平为SOLAR TITAN130，原动机ISO 工况（环境温度15 ℃，大气压力101.3 kPa，大气相对湿度60%）下额定功率15 MW，配置的发电机额定功率为12.5 MW。原机组压气机的VGV（Variable Guide Vane，可转静叶片）无力矩反馈，一旦VGV 发生卡涩则可能导致可转静叶片的力臂发生弯折变形甚至断裂，严重影响机组安全运行。

利用TITAN130 压气机VGV 电动执行器预留的MTR CURRENT 反馈口，通过敷设电缆和增加相应程序，增加VGV扭力反馈，VGV 启机测试和手动测试功能。当程序检测到扭力达到350 lbf（1556.88 N）时触发机组报警，达到500 lbf（2224.11 N）时触发关断；机组启机过程中在盘车阶段，自动开关VGV，并检测开启的力矩；停机状态下，可以手动测试VGV是否存在卡滞，方便日常维保。通过新增VGV 力矩反馈功能和手动测试功能，提高机组运行的稳定性和安全性。

1 IGV 的作用

透平机组压气机的作用是将过滤的空气进行压缩，用于机组冷却和燃烧。TITAN130 机组压气机为轴流式，压缩比为17∶1，由IGV（Inlet Guide Vane，进口导流叶片）、14 级静叶片和14 级动叶片组成，其中14 级静叶片由6 级VGV（Variable Guid Vane，可转静叶片）和8 级GV（Guid Vane，不可转静叶片）组成。

IGV 主要控制机组进气量，防止机组喘振，并参与机组控制：压气机动叶片在旋转过程中增大气流速度，静叶片沿进气方向呈喇叭口状，压缩气流经过时空间变大、气流速度降低，压力增大（图1）。经动静叶片循环加速、加压，压气机出口压力达到14.0 bar（1.40 MPa）左右，压缩空气用于机组燃烧和冷却。

图1 压气机静叶片和动叶片

透平IGV 主要控制进气量，在机组运行中起着关键的控制作用。IGV 控制主要目的有3 个：一是防止压气机喘振；二是实现对燃气轮机排气温度的控制，在燃气轮机运行在部分负荷下就要投温控；三是温度匹配联合循环机组，在汽轮机冲转前，需要对燃气轮机的排气温度进行限制，让排气温度与汽轮机金属温度匹配，满足汽轮机进汽需求[1]。

海上进气盐分大、湿度高，在机组运行过程中可能发生IGV转动环锈蚀和磨损，引起IGV 发生卡涩，一旦发生卡涩，IGV 的力臂在电动执行器扭力作用下发生弯折变形，导致叶片角度偏差增大。IGV 叶片角度偏差大将影响压气机的进气量，造成不同位置进气量不均匀，有可能导致燃烧不稳定、部分压气机叶片应力过大等问题，严重威胁燃机的安全稳定运行[2]。

2 VGV 增加扭力检测方案

通过查阅压气机VGV 电动执行器EGV339（品牌为Precision，型号ACT200）相关材料，执行器接线箱的MTR CURRENT点可以反馈VGV 扭力值（以4～20 mA 信号输出）（图2）。通过敷设信号线从现场VGV 到MCC（Motor Control Center，发动机控制中心）控制柜，进行相关逻辑和HMI（Human Machine Interface，人机界面）修改，即可实现VGV 扭力检测显示、VGV 启机测试和VGV 手动测试功能。

图2 EGV339 反馈接口至模拟量输入模块ZF2085 CH7

首先，敷设一组信号线从现场VGV 接线箱的MTR CURRENT 接口（3#、4#接线端子）至MCC 控制柜AI（Analog Input）ZF2085 模块的通道7（即CH7，包括14#、31#接线端子）。

对机组逻辑进行修改，首先添加扭力反馈信号短路和开路的报警信号组态。按照索拉TL 8-6-111d 规则，修改控制逻辑Fuel routine 840 和850，并增加VGV 扭力显示和启机测试功能（图3）。设置VGV 扭力的报警和关断值为350 lbf 和500 lbf，如果程序检测到扭力值达到设定值，延时0.5 s，会触发机组高报警和关断，此时就需要立即检查。

图3 增加VGV 力矩报警和关断值

按照索拉TL 8-6-113b 规则，修改机组控制逻辑Fuel routine 850 和HMI routine 580，增加机组启动时执行VGV 开关测试，增加停机状态下的手动开关测试功能（图4、图5）。停机状态下，在透平HMI 上位机上点击VGV 系统测试，VGV 开度即可从0%升至最大、再降至0%，在此过程中实时显示开启的扭矩值。

图4 增加手动和启机时VGV 测试

图5 HMI 上位机手动测试界面

最后，对新增的逻辑进行功能测试，要求：①VGV 启机测试和手动测试功能正常，从0%到最大位置开闭正常，扭力显示正常；②模拟反馈信号MTR CURRENT 值，观察是否触发报警和关断。

3 效果评价

利 用 TITAN130 压气机VGV 电动执行器预留的MTR CURRENT 反馈口，通过敷设电缆和修改逻辑，即可增加VGV 扭力显示、VGV 启机测试和手动测试功能。对于备用机组，油田利用新增加的手动测试功能进行例行测试和检查，能够有效防止VGV 卡涩。通过此次改造，大大降低了压气机VGV 卡滞，提高了透平机组整体运行稳定性。