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摘要：

文章對某燃機試車過程中控制系統的一般故障進行了描述、分析，并給出了故障的排除方法。

關鍵詞：

燃氣輪機；試車故障；全權限

某燃氣輪機是我國自主研發設計的新型燃機，由于其采用了全權限電子調節控制器并且不再留有機械控制系統做備份，因此該燃機對控制系統的穩定性和可靠性有著極為嚴格的要求；為滿足市場需求而全新設計的可調引射調節控制裝置，能在燃機中、低工況下大幅降低其排氣溫度，對燃機輸出功率、耗油量等參數的影響較小，處于國際先進水平。該型燃機融合了多種新材料、新技術、新工藝，是我國目前自主研發、制造的燃機中十分先進的一種。通過文章可對某燃氣輪機控制系統的一般故障及排除方法有直觀、深入的了解。

1起動故障

1.1起動電機不帶轉按下起動按鈕后，起動機只轉動了較小的角度后幾乎不動，1秒后燃機控制系統便報起動機故障，起動中止。該故障經反復試驗研究，最終確定其主要問題在于信號干擾。通電時由于需要帶動高壓轉子轉動，而低轉速下起動電機控制方案為保持輸出功率不變，故通電后起動機轉動較小角度后幾乎不動屬于正常現象，只需一定時間便能快速轉動起來。1秒報故的現象，經反復測量，發現起動機轉動極慢時起動機電壓沖壓較大，起動電機的控制回路不能完全屏蔽沖壓帶來的干擾信號，該干擾信號進入反饋電路，燃機控制器誤判此信號為“起動失敗”，認為燃機已經起動失敗，報出故障并中止起動。由于電壓沖壓持續的時間較短，因此選定了一種較為簡單的排故方案，即燃機控制系統在延遲一段時間后（1秒左右）再開始對起動是否成功做判斷，由燃機控制器廠商更改控制參數。經過多次起動驗證，此故障未再出現。

1.2燃機控制器間斷性判定起動電機不能起動該故障較為特殊，其發生的時機并不固定，故障現象如下：給燃機控制器通電后，按下“起動檢查”按鈕，控制器對多個控制回路進行檢查并通過，允許燃機進行起動，但多次起動之后重新檢查時，控制器報出起動機不能起動的信號，不允許燃機起動。經反復排查，發現其主要問題在起動電機控制器的電源線路上。為了保障燃機起動的安全可靠，設計人員為起動電機控制器設計了380V交流電源（主電源）和24V直流電源（備份電源），控制器進行燃機起動前的各項回路檢查時，會檢查24V直流電源的一個反饋信號，該信號為直流電源的電壓值，測量該電壓值發現，檢查通過時，該值剛好高于控制模塊設定的下限值，檢查不通過時，該值略微低于控制模塊設定的下限值。排查線路，發現某段線路的阻值異常，為其他線路的（3-4）倍，拆下線路仔細檢查，發現該線路某處被反復折疊過。由于其阻值異常且不穩定，導致控制器接收到的反饋信號剛好處于“通過”與“不通過”的分界線上。更換該段線路后，故障排除。經多次試車驗證，故障未再出現。

1.3離合器斷裂起動電機帶轉時，輸出功率突變為0，約400毫秒后輸出功率恢復，并在起動過程中反復出現，導致連接起動電機和燃機轉子的離合器因受到反復沖擊而斷裂。測量發現，功率為0時，起動電機輸入端的電流值也為0，故障鎖定在為起動電機提供電流的電機控制器上。監測電機控制器，當故障出現時，發現電機控制器內部觸發故障保護模式，并快速消失，然而監控的各項參數條件均符合控制器使用要求。分解電機控制器，對各個電路模塊逐項檢查，發現控制器內部存在溫度保護模塊，其工作機理為當控制器內部溫度達到100℃時，禁止控制器工作，當控制器內部溫度低于100℃時，允許控制器工作；測試該模塊，發現已失效。分析認為，該模塊的設計不合理，即便為防止電機控制器內部溫度過高而禁止其正常工作，也不應在斷開電流后短時間內恢復電流輸出，對棘爪離合器造成多次脈沖式沖擊，最終導致離合器斷裂，嚴重影響燃機的運行安全。取消電機控制器內的溫度保護模塊后進行數百次起動試驗，故障未復現。

2轉速擺動

2.1轉速呈正弦波動并有發散趨勢燃機在慢車狀態下各項參數較為穩定，在提高燃機高壓轉子轉速（Nh）、低壓轉子轉速（Nl）的情況下，這兩個轉速均呈現出正弦波動的情況，且轉速曲線有發散趨勢，其他參數也出現擺動，燃機轉速無法提高。由于在慢車以上工況時，控制系統采取先對Nl轉速比例、積分，計算出內環的Nh給定轉速并進行閉環控制的雙閉環模式，這兩個轉速的波動對各自都有影響，因此僅從轉速曲線上不能判定是哪個轉速首先波動引發的。由于該波動的周期性十分明顯，可判斷出該故障的原因并不在于燃機本身或臺架線路，而是在于控制算法上，極有可能是燃機控制器PID參數的選取不合適。經多次調整Nh閉環系數、Nl閉環系數等參數后，燃機在各工況下的轉速波動值最終達到設計要求。分析認為，雖然控制器PID參數完成了實際工作長試考核，但臺架試車時，采用水力測功機對該燃機的輸出功率進行測量和吸收，水力測功機的供水系統對燃機功率輸出軸（低壓轉子帶動）的影響，與該燃機實際使用時的負載影響不一致；同時，水力測功機轉子的轉動特性與實際負載的轉動特性差異較大，導致了同一套控制參數在不同的負載下，燃機穩定特性不一致。因此實際使用和臺架試車時應配合使用兩套不同的燃機控制參數。某試車臺架采用調整后的控制參數后，進行多次試車驗證，轉速波動故障未再出現。

2.2低壓轉子轉速的給定值始終大于反饋值燃機在慢車狀態各項參數較為穩定，提高燃機運行工況后發現，燃機的低壓轉子轉速給定值始終大于其反饋值（即實測值），改變給定值，發現在過渡態時反饋值得跟隨性較好，進入穩態后低壓轉子轉速給定值始終大于其反饋值。首先判斷為該故障的原因出在燃機控制器參數的設置上，但是多次調整控制器PID參數后，情況沒有得到有效改善。分析認為，如果控制器對燃機所處的狀態判定出現錯誤的話，可能會引發此故障。經過多次半物理實驗模擬后發現，控制參數中的“負載補償系數”設置過低時，會出現該現象。控制器在判斷燃機是否處于過渡態時，通過負載補償系數換算出一個邊界電流值，再通過該值與一個采集周期內負載狀態信號反饋電流差值相比較，后者大時，便認為燃機處于過渡態，而后采用過渡態供油曲線對燃機狀態進行控制。計算后發現，由于負載補償系數較低，一個采集周期內負載狀態信號反饋電流差值超過0.03毫安時便大于邊界值，而負載狀態信號傳感器輸出電流精度僅為±0.02毫安。顯然該值設置偏低，導致穩態時控制系統誤判燃機狀態，最終出現了上述故障。而將該值設置偏低的原因是為了使燃機對負載狀態的改變更加“敏感”，加快燃機狀態與負載狀態的跟隨性。在不影響燃機狀態跟隨性的條件下適當加大該參數，故障現象消失。某試車臺架財通調整過的負載補償系數后，進行了多次試車驗證，故障未復現。

3結束語

由于我國燃機控制器采用全權限控制器的時間較短，設計、使用、維護經驗較少，在批產后的臺架試車、實際使用和維護過程中會逐漸暴露一些沒有遇到過的問題。文章通過對某燃機控制系統一般故障現象的描述、排故思路的梳理以及工作原理的分析，給出了簡潔有效的排故方法和思路，對設計人員具有一定的啟發作用，對燃機的使用和維護人員處理故障時有一定的引導和借鑒作用，也完善了該燃機的故障樹。

參考文獻

[1]孫長江，胡順科，卜麗.基于模糊PID控制器的雙閉環控制器設計[J].制造自動化，2011.

[2]曾光其，胡均安.模糊控制理論與工程運用[M].武漢：華中科技大學出版社，2006.

作者：陳紅強 單位：沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司