燃气轮机控制系统培训2009.ppt

欢迎中海油湛江分公司员工莅临哈尔滨进行技术交流 哈尔滨第703研究所 34室 调节组 第九讲：燃气轮机控制系统主讲：张学忍 目　　录 简介 燃气轮机控制系统的结构 燃气轮机的主控系统 启动控制系统 转速控制系统 加速控制系统 温度控制系统 停机控制系统 手动FSR控制系统 燃气轮机的顺序控制系统 转速级逻辑 燃气轮机启动控制 燃气轮机的IGV控制系统 燃气轮机的燃料控制系统 GT6000燃气轮机监控系统结构 GT6000燃气轮机监控系统人机界面 简 介 燃气轮机控制系统使机组盘车把机组带动到清吹转速、点火，暖机、再把机组转速提升到额定工作转速，还要控制同期并网，然后把燃气轮机加负荷到适当的工作点。这一系列过程必须自动发生和完成，同时要减小燃气轮机热通道部件和辅助部件中的热应力。 燃气轮机控制系统包括4个功能子系统，即：①主控制系统；②顺序(程序)控制系统；③保护系统；④电源系统。在上述各功能系统中主控制系统是主要的，它必须完成4项基本控制：①设定启动和正常的燃料极限；②控制燃气轮机转子的加速；③控制燃气轮机转子的转速；④限制燃气轮机的透平进口温度。 每个时刻只有一个控制功能或系统能控制送到燃气轮机的燃料流量。这几个控制系统都输入到“最小值选择门”，该选择门的输出作为燃料控制系统的输入。采用最小值可给燃气轮机提供最安全的运行。 顺序(程序)控制系统提供了在启动、运行、停机和冷机期间轮机、发电机、启动装置和辅机的顺序控制。顺序控制系统监测保护系统和其他主要系统，如燃料系统、液压油系统，并发出燃气轮机按预定方式启停的逻辑信号。这些逻辑信号包括转速级信号、转速设定点控制、负荷能力选择、启动设备控制和计时器信号等。 保护系统和电源系统由另外老师主讲。 本章介绍对象为GE公司的SPEEDTRONICTM Mark-V数字控制系统 。 燃气轮机的主控系统 燃气轮机的主控系统 图1 主控系统控制原理图 燃气轮机的主控系统 启动控制系统 启动控制系统仅控制燃气轮机从点火开始直到启动程序完成这一过程中燃料量Gf(在Mark-V系统中通过启动控制系统输出FSRSU)。燃气轮机启动过程中燃料需要量变化范围相当大。其最大值受压气机喘振(有时还受透平超温)所限，最小值则受熄火极限或零功率所限。这个上下限随着燃气轮机转速大小而变，在脱扣转速时这个上下限之间的范围最窄。沿上限控制燃料量可使启动最快，但燃气轮机温度变化剧烈，会产生较大的热应力，导致材料的热疲劳而缩短使用寿命。 启动控制过程是开环的，根据程序系统来的一组逻辑信号来分段输出预先设置的FSRSU，整个启动控制的过程用图2曲线表示。图3则给出了FSRSU的控制算法。 (图中有误处：将第一个比较器的A、B间连线断开;将FSKSU_AR横线段延伸至右侧纵线处,并以常闭触点形式受控于比较器输出。） 燃气轮机的主控系统 图2 启动控制曲线 燃气轮机的主控系统 图 3 启动控制算法 燃气轮机的主控系统 转速控制系统 转速控制是燃气轮机最基本的控制系统，Mark-V系统有“有差控制”(Droop Speed)与“无差控制”(Isoch Speed)两种控制方式。当发电机并网运行时应选用“有差”控制方式，当发电机单机运行时可选用“无差”控制方式。这里仅介绍“有差”控制。 有差转速控制算法根据要求的转速基准信号(speed Reference)TNR与实际转速TNH之差，正比例地改变FSR 有差转速控制算法公式： FSRN- FSRN0 =(TNR-TNH)×KDroop 式中：FSRN——有差转速控制的输出FSR； FSRN0——燃气轮机在额定转速下空载的FSR值(在这里作为控制常数存入存储元) KDroop——决定有差转速控制不等率的控制常数(调峰的燃气轮机δ一般取4%) 燃气轮机的主控系统 图 4 有差转速控制系统原理图（a：转速控制 b：转速基准） 燃气轮机的主控系统 加速控制系统 加速控制系统将转子实际转速信号TNH对时间求导，计算出转子角加速度TNHA，若角加速度实测值超过了给定值TNHAR，则减小加速控制FSR值FSRACC，以减小角加速度，直到该值不大于给定值为止。若角加速度值小于给定值，则不断增大FSRACC，迫使加速控制系统自动退出控制，角加速度为正值时就是转速增加的动态过程，加速控制系统仅限制转速增加的动态过程的加速度，对稳态(静态)不起作用，对减速过程也不起作用。由此可见加速控制系统其实质是角加速度限制系统。加速控制系统主要在两种加速过程发挥作用。 在燃气轮机突然甩去负荷后帮助抑制动态超速。燃气轮机甩去负荷后的过渡过程中，初期转速还未上升多少，FSRN下降也不多，但此时加速度却很大，使FSRACC降得很小