目前我国燃气轮机发电技术与发达国家相比差距很大，主设备基本依赖进口，运维技术也很薄弱，因此分析燃气轮机运维关键技术，提供运维服务思路，降低运维服务成本，实现运维服务自主化意义重大。从建立远程监测与故障诊断功能平台、优化运行条件延长检修时间间隔、备品备件优化配置减少储备成本3 个方面论述了燃机运维的关键技术，可以有效地降低电厂故障发生率，节省检修维护费用，减少备品备件储备成本，提高燃机电厂的运行可靠性、经济性和灵活性。 燃气发电与传统火电相比，占地面积少、建设周期短、运行灵活、启停迅速，在节能减排、提高供电安全性、有利于电力与燃气供应削峰填谷和促进经济可持续发展等方面具有明显优势[1]。目前，世界各国都在积极发展天然气发电产业，美国、俄罗斯、英国、日本等发达国家都将燃气发电作为实现能源供应可持续发展的重要途径。我国也在不断深入研究和应用燃气发电技术，政府在《电力发展“十三五”规划》中明确提出下一阶段将大力推进天然气消费模式，力争在“十三五”结束之前，天然气占中国一次能源消费比重高于10%，努力在2030 年达到15%左右，成为仅次于煤炭、石油的主体能源[2-3]。从我国能源结构和电力行业的发展经验来看，作为现代能源领域的重要组成部分，燃气发电将迎来较大的发展机遇。 但是我国燃气轮机的设计与制造技术与世界发达国家相比还很薄弱，主设备基本依靠国外进口，电气部分除了DCS 系统、保护系统等可以国产化外，燃机的流程控制、MARK VI 系统等都被国外技术控制[4]。与此同时，燃气发电机组投产后，由于国内并没有完全掌握相关的运维技术，只能开展常规性检修，核心部件的运行维护基本上由GE、西门子、三菱重工等主机制造商掌控，技术垄断产生了高昂的检修维护费用，特别是维修时的备品备件，1个大修周期内的所有费用几乎相当于1 台新机的设备费用。目前国内外众多研究学者都在开展燃机运维关键技术的研究。PUGGINA 等[5]认为故障诊断与预测评估方法可以有效地降低部件成本，优化燃机运行状况，提高维护管理水平。马传庆等[6]在对西门子V94.2 型燃气轮机运行与维护研究中提出快速变负荷会导致叶片和喷嘴产生很高的热应力，严重影响燃气轮机热通道部件的寿命。因此开展燃气轮机运维关键技术国产化研究，实现燃气轮机运维服务自主化，打破国外燃气轮机厂商对运维服务市场的垄断，降低运维服务成本意义重大。 1 发展现状
燃气轮机检修目前主要采用传统的计划性检修模式，围绕热通道部件的状态而定，检修范围包括燃烧室、热通道部件和整个燃气轮机。机组检修周期的主要依据是等效运行时间EOH 或等效启动次数ESN[7]，GE 公司推荐的9FA 燃机的检修周期见表1。
燃烧室的检修主要包括燃料喷嘴、火焰筒、过渡段、旋流器等部件。由于其工作温度最高，所以出现故障的概率也高，周期性的检查目的在于消除燃烧系统中影响机组安全运行的因素。热通道部件的检修主要包括透平静叶片、动叶片、护环等零部件，重点对透平通流部分（喷嘴、动叶） 进行检查，查看积垢、腐蚀、涂层脱落等情况是否发生，消除运行中已发现的故障和存在的各种隐患。整机的检修包括压气机、燃烧室和透平涉及的所有部件，是所有检修中工作量最大、耗时最长、费用最高的一项检修工作。各燃机用户都希望通过检修以提高机组运行的安全性和可靠性[8]。
传统的计划性检修以主机制造商为主，燃机电厂在检修周期和检修范围方面并没有多少自 主 权，检修费用很难管控，为此众多燃机电厂都希望采取措施来延长机组的检修周期。现代维修理念以运行可靠性为中心，根据设备运行情况，采取状态监控、视情维修和定期维修相结合的综合性维护方式[9]。通过采集和分析燃气轮机运行的海量数据，充分地提取有用价值信息，开展燃气轮机运行状态的智能分析诊断，及时了解机组的运行现状及潜在问题，从而更高效准确地制定运维策略，降低燃气轮机的检修成本，实现燃气轮机的安全经济运行。表2 是美国ARC 咨询机构列举的燃机状态检修能带来的具体收益[10]。 表2 燃机状态检修管理的具体收益
2.1 远程监测与故障诊断
燃气轮机远程监测与故障诊断是指采集燃机运行过程中所产生的实时数据，通过数据传输、存储以及管理，再经过监测及诊断系统对数据的内在价值进行挖掘，预测机组性能衰退及未来运行状况，并基于运行状态提供解决方案，系统整体架构如图1 所示。这种基于状态的维护方式被普遍认为是未来燃气轮机维护技术的发展方向[11-13]，可以有效地避免“维修过剩”和“维修不足”的情况，降低燃气轮机全寿命周期的维护费用，提高燃气轮机的运行稳定性。 
图1 燃气轮机远程监测与故障诊断整体架构
目前各大燃机公司为了提高燃气轮机运行的可靠性，都推出了许多与燃气发电远程监测与故障诊断相关的技术平台或系统，比较著名的有Solar 公司的Insight 系统，SKF 公司的LM 系统以及Bently 公司的SYSTEM1 系统[10]。GE 公司结合互联网也推出了实时远程辅助决策服务，将分布于世界各地的燃气轮机运行数据传输至远程控制中心，专业人员通过故障诊断模型和专家经验知识对运行数据进行分析，并将诊断分析结果传回，以帮助运行人员掌握燃机部件的性能状况，针对设备劣化情况合理安排检修，使机组安全、稳定、经济地运行，世界范围内已有百余台（套） 燃气轮机接入系统[14]。因此，建立燃气轮机远程监测及故障诊断平台，可以为燃气轮机的安全经济运行提供技术保障。 2.2 运行条件优化
燃气轮机的维护成本和设备可用率是燃机用户最关心的2 个问题。在保证燃机安全经济运行的前提下，优化燃机的运行条件，可以延长检修时间间隔，降低机组的运维成本。在机组正常运行中，电厂每天都会安排运行人员定期对机组进行巡视检查，及时发现设备可能存在的故障隐患，并对运行数据进行整理归纳，分析关键参数（如振动、压力、流量、排烟温度等） 的变化情况，以判断机组运行状态是否偏离正常值并及时做出调整。因此，对燃机设备进行日常检修与维护是保证机组运转正常，降低故障发生率的重要手段。
燃机高温部件的工作环境十分恶劣，在热疲劳、蠕变、氧化和腐蚀等作用下很容易发生损伤，维修和更换费用高昂，是燃机发电运营成本高的主要原因之一[15]。从机组运行的可靠性方面分析，机组频繁的启停将造成高温部件反复经历热胀冷缩的循环，热疲劳加剧，进而产生裂纹、发生变形[16]。从机组运行的经济性方面分析，承担电网调峰任务的机组由于频繁的启停其运维费用将明显高于按照基本负荷运行的机组。表3 为欧洲某燃机电厂运维费用与年启停次数的关系[7]。因此优化燃机的运行条件，有利于更好地维护热通道部件及机组的性能状况。尽量延长机组运行时间，减少机组启停次数，严格控制负荷波动的速率和幅度，避免机组在满负荷工况下跳闸、甩负荷，特别是甩全负荷[17]。 表3 年启停次数与燃机运维费用的关系
2.3 备品备件优化配置
燃气轮机热通道部件在检修之前通常会准备一套备品备件，用于检修过程中对相应的部件进行轮换，轮换下来的部件会先返回制造厂，经寿命评估及修复后再运至电厂。备件不足将影响检修进程，降低发电收入；备件过剩又会增加库存成本，占用电厂资金。因此合理的备品备件计划对于电厂运行的经济性和可靠性十分重要[9]。相关统计数据表明，9E 燃机一整套热端部件的价格就接近整机价格的40%；而三菱F 级燃机的热通道部件的备件价格也高达上亿元[7]。因此，备品备件的优化配置可以显著降低检修费用。
目前大多数燃机电厂都会与制造商签订备品备件供货的长期服务协议，这种合约模式下价格高昂的备品备件将占据电厂大量的流动资金，缺乏灵活性和自主性，造成电厂的储备成本很高。随着国内燃气轮机数量的增加，同一集团或同一区域内相同型号的燃机数量也相应增加，因此如果能够将这些相同型号的燃机电厂作为一个整体与制造商签订供货协议，就能以更优惠的价格采购备品备件及检修服务，将大大降低电厂的检修成本[18]。另外，备品备件的使用也可以采用共享管理机制，以集团或区域为单位联合储备，再根据需求合理调配，降低备件库存的成本。中国华电集团上海通华燃气轮机服务有限公司的主营业务就是为燃气轮机电厂提供燃机设备及备件的采购、修理、联储与调配等服务[18]。因此，开发燃气轮机备件协调管理系统，有利于降低备件储备成本，实现备件资源的统一配置和共享。 3 运维发展思考
近年来，在国家技术引进以及市场换技术方针的引导下，我国燃机产业在设计生产、安装调试和运行维护等方面已经取得了较大的发展，燃机部件的国产化率也在不断提高。但是与发达国家相比，我国燃气轮机基础研究水平、核心技术能力以及专业人才储备依然比较薄弱，燃机自主创新的国产化道路还很漫长。下面就我国燃机运维服务自主化发展提几点个人的思考。
1） 目前国内燃气轮机机组以GE、西门子、三菱重工三大制造商的机型为主，因此可以建立不同厂家不同型号燃机的信息数据库，将燃机全生命周期的设计图纸、运行规程、检修记录等资料统一归纳管理，以备对比研究。
2） 依托燃机的信息数据库，针对现有的备品备件供应模式，开发备品备件联合储备与协调管理系统，对同类型机组备品备件统一采购、统一调配，降低备件的库存成本，提高备件周转速度和使用灵活性。
3） 及时总结燃气轮机运维过程中的检修工艺和方法，逐步建立检修标准和规范，形成检修成果科学考核管理机制。同时加强对检修队伍专业技能的培养，形成一套完善的技能鉴定模式，培养一支高素养的燃气轮机运维团队。
来源: 能源研究与管理，蓝色碳能
