某燃机控制系统故障的排除范文

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摘要：

文章对某燃机试车过程中控制系统的一般故障进行了描述、分析，并给出了故障的排除方法。

关键词：

燃气轮机；试车故障；全权限

某燃气轮机是我国自主研发设计的新型燃机，由于其采用了全权限电子调节控制器并且不再留有机械控制系统做备份，因此该燃机对控制系统的稳定性和可靠性有着极为严格的要求；为满足市场需求而全新设计的可调引射调节控制装置，能在燃机中、低工况下大幅降低其排气温度，对燃机输出功率、耗油量等参数的影响较小，处于国际先进水平。该型燃机融合了多种新材料、新技术、新工艺，是我国目前自主研发、制造的燃机中十分先进的一种。通过文章可对某燃气轮机控制系统的一般故障及排除方法有直观、深入的了解。

1起动故障

1.1起动电机不带转按下起动按钮后，起动机只转动了较小的角度后几乎不动，1秒后燃机控制系统便报起动机故障，起动中止。该故障经反复试验研究，最终确定其主要问题在于信号干扰。通电时由于需要带动高压转子转动，而低转速下起动电机控制方案为保持输出功率不变，故通电后起动机转动较小角度后几乎不动属于正常现象，只需一定时间便能快速转动起来。1秒报故的现象，经反复测量，发现起动机转动极慢时起动机电压冲压较大，起动电机的控制回路不能完全屏蔽冲压带来的干扰信号，该干扰信号进入反馈电路，燃机控制器误判此信号为“起动失败”，认为燃机已经起动失败，报出故障并中止起动。由于电压冲压持续的时间较短，因此选定了一种较为简单的排故方案，即燃机控制系统在延迟一段时间后（1秒左右）再开始对起动是否成功做判断，由燃机控制器厂商更改控制参数。经过多次起动验证，此故障未再出现。

1.2燃机控制器间断性判定起动电机不能起动该故障较为特殊，其发生的时机并不固定，故障现象如下：给燃机控制器通电后，按下“起动检查”按钮，控制器对多个控制回路进行检查并通过，允许燃机进行起动，但多次起动之后重新检查时，控制器报出起动机不能起动的信号，不允许燃机起动。经反复排查，发现其主要问题在起动电机控制器的电源线路上。为了保障燃机起动的安全可靠，设计人员为起动电机控制器设计了380V交流电源（主电源）和24V直流电源（备份电源），控制器进行燃机起动前的各项回路检查时，会检查24V直流电源的一个反馈信号，该信号为直流电源的电压值，测量该电压值发现，检查通过时，该值刚好高于控制模块设定的下限值，检查不通过时，该值略微低于控制模块设定的下限值。排查线路，发现某段线路的阻值异常，为其他线路的（3-4）倍，拆下线路仔细检查，发现该线路某处被反复折叠过。由于其阻值异常且不稳定，导致控制器接收到的反馈信号刚好处于“通过”与“不通过”的分界线上。更换该段线路后，故障排除。经多次试车验证，故障未再出现。

1.3离合器断裂起动电机带转时，输出功率突变为0，约400毫秒后输出功率恢复，并在起动过程中反复出现，导致连接起动电机和燃机转子的离合器因受到反复冲击而断裂。测量发现，功率为0时，起动电机输入端的电流值也为0，故障锁定在为起动电机提供电流的电机控制器上。监测电机控制器，当故障出现时，发现电机控制器内部触发故障保护模式，并快速消失，然而监控的各项参数条件均符合控制器使用要求。分解电机控制器，对各个电路模块逐项检查，发现控制器内部存在温度保护模块，其工作机理为当控制器内部温度达到100℃时，禁止控制器工作，当控制器内部温度低于100℃时，允许控制器工作；测试该模块，发现已失效。分析认为，该模块的设计不合理，即便为防止电机控制器内部温度过高而禁止其正常工作，也不应在断开电流后短时间内恢复电流输出，对棘爪离合器造成多次脉冲式冲击，最终导致离合器断裂，严重影响燃机的运行安全。取消电机控制器内的温度保护模块后进行数百次起动试验，故障未复现。

2转速摆动

2.1转速呈正弦波动并有发散趋势燃机在慢车状态下各项参数较为稳定，在提高燃机高压转子转速（Nh）、低压转子转速（Nl）的情况下，这两个转速均呈现出正弦波动的情况，且转速曲线有发散趋势，其他参数也出现摆动，燃机转速无法提高。由于在慢车以上工况时，控制系统采取先对Nl转速比例、积分，计算出内环的Nh给定转速并进行闭环控制的双闭环模式，这两个转速的波动对各自都有影响，因此仅从转速曲线上不能判定是哪个转速首先波动引发的。由于该波动的周期性十分明显，可判断出该故障的原因并不在于燃机本身或台架线路，而是在于控制算法上，极有可能是燃机控制器PID参数的选取不合适。经多次调整Nh闭环系数、Nl闭环系数等参数后，燃机在各工况下的转速波动值最终达到设计要求。分析认为，虽然控制器PID参数完成了实际工作长试考核，但台架试车时，采用水力测功机对该燃机的输出功率进行测量和吸收，水力测功机的供水系统对燃机功率输出轴（低压转子带动）的影响，与该燃机实际使用时的负载影响不一致；同时，水力测功机转子的转动特性与实际负载的转动特性差异较大，导致了同一套控制参数在不同的负载下，燃机稳定特性不一致。因此实际使用和台架试车时应配合使用两套不同的燃机控制参数。某试车台架采用调整后的控制参数后，进行多次试车验证，转速波动故障未再出现。

2.2低压转子转速的给定值始终大于反馈值燃机在慢车状态各项参数较为稳定，提高燃机运行工况后发现，燃机的低压转子转速给定值始终大于其反馈值（即实测值），改变给定值，发现在过渡态时反馈值得跟随性较好，进入稳态后低压转子转速给定值始终大于其反馈值。首先判断为该故障的原因出在燃机控制器参数的设置上，但是多次调整控制器PID参数后，情况没有得到有效改善。分析认为，如果控制器对燃机所处的状态判定出现错误的话，可能会引发此故障。经过多次半物理实验模拟后发现，控制参数中的“负载补偿系数”设置过低时，会出现该现象。控制器在判断燃机是否处于过渡态时，通过负载补偿系数换算出一个边界电流值，再通过该值与一个采集周期内负载状态信号反馈电流差值相比较，后者大时，便认为燃机处于过渡态，而后采用过渡态供油曲线对燃机状态进行控制。计算后发现，由于负载补偿系数较低，一个采集周期内负载状态信号反馈电流差值超过0.03毫安时便大于边界值，而负载状态信号传感器输出电流精度仅为±0.02毫安。显然该值设置偏低，导致稳态时控制系统误判燃机状态，最终出现了上述故障。而将该值设置偏低的原因是为了使燃机对负载状态的改变更加“敏感”，加快燃机状态与负载状态的跟随性。在不影响燃机状态跟随性的条件下适当加大该参数，故障现象消失。某试车台架财通调整过的负载补偿系数后，进行了多次试车验证，故障未复现。

3结束语

由于我国燃机控制器采用全权限控制器的时间较短，设计、使用、维护经验较少，在批产后的台架试车、实际使用和维护过程中会逐渐暴露一些没有遇到过的问题。文章通过对某燃机控制系统一般故障现象的描述、排故思路的梳理以及工作原理的分析，给出了简洁有效的排故方法和思路，对设计人员具有一定的启发作用，对燃机的使用和维护人员处理故障时有一定的引导和借鉴作用，也完善了该燃机的故障树。

参考文献

[1]孙长江，胡顺科，卜丽.基于模糊PID控制器的双闭环控制器设计[J].制造自动化，2011.

[2]曾光其，胡均安.模糊控制理论与工程运用[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.

作者：陈红强 单位：沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司