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燃气轮机联合循环技术培训系列教材007 Gas Turbine Combined Cycle Technical Training 燃气轮机控制和保护系统 授课教师：邓勇 内容提要 第一章 燃气轮机的控制系统 第一章 燃气轮机的控制系统 启动控制系统(Start UP Control) 启动控制燃料行程基准FSRSU 转速控制系统(Speed Control) 转速控制燃料行程基准FSRN 温度控制系统(Temperature Control) 温度控制燃料行程基准FSRT 加速控制系统(Acceleration Control) 加速控制燃料行程基准FSRACC 停机控制系统(Shut down Control) 停机控制燃料行程基准FSRSD 手动控制系统(Man Control) 手动控制燃料行程基准FSRMAN 表1-1 燃料行程基准 设置了五种自动控制系统（自动改变燃料消耗率）和对应的输出指令——FSR(Fuel Stroke Reference燃料行程基准)； 设置了一个手动控制系统（手动控制燃料行程基准）。 控制策略：“六选低” 六个系统的FSR量中，选出最小值作为燃料控制系统的输入信号，控制燃气轮机的燃料流量(图1-1)。 采用最小值可给燃气轮机提供最安全的运行。 图1-1 控制原理简图 一、启动控制系统 作用：控制从点火开始到启动程序完成的燃料量Gf(通过启动控制系统输出FSRSU)。 启动控制特点： 燃料需要量变化范围大。最大值受压气机喘振(有时还受透平超温)所限，最小值受熄火极限或零功率所限。 燃料量上下限随转速大小而变。 沿上限控制燃料量可使启动最快，但温度变化剧烈，产生较大热应力，导致材料热疲劳而缩短使用寿命。 启动控制方式： 开环方式。根据程序系统来的一组逻辑信号分段输出预先设置的FSRSU。 启动控制过程用图1—2曲线表示。 图1—2 启动控制曲线 二、转速控制系统 转速控制是燃气轮机最基本的控制系统。 控制方式： Mark-V系统具有“有差控制”与“无差控制” 两种方式。 当发电机并网运行时选用“有差”控制方式；（下文介绍） 当发电机单机运行时可选用“无差”控制方式。（不介绍） 有差转速控制原理： 见图1－3。 图1-3 有差转速控制系统原理图 有差转速控制算法——根据转速基准信号（Speed Reference)TNR与实际转速TNH之差，正比例地改变FSR，实现 FSRN－FSRN0＝(TNR－TNH)×KDroop 即 FSRN＝FSRN0＋(TNR－TNH)×KDroop 式中 FSRN——有差转速控制的输出FSR； FSRN0——额定转速下空载的FSR值(常数)； KDroop——控制常数。 三、加速控制系统 角加速度： 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。 加速控制原理： 若角加速度实测值＞给定值，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。 若角加速度值实测值＜给定值，则不断增大FSRACC，迫使加速控制系统自动退出控制。 加速控制系统仅限制转速增加的动态过程的加速度，对稳态不起作用，对减速过程也不起作用。 加速控制系统实质是角加速度限制系统。 作用： (1)在燃气轮机突然甩去负荷后帮助抑制动态超速。 (2)在启动过程中限制轮机的加速率，以减小热部件的热冲击。 四、温度控制系统 必要性： 透平叶轮和叶片在高温、高速下工作，承受高温和巨大的离心应力，所以必须限制透平进气温度。否则，受热部件的寿命大大降低，甚至引起叶片烧毁、断裂等严重事故。 作用： (1)燃气温度超过允许值时，减少燃料量。 (2)在必要时(尖峰运行和尖峰超载运行)可以提高温度的限制值。运行中限制值逐渐提高，使机组的受热部件承受较小的热应力。 (3)和超温保护系统一起，发出警报。一旦机组进入温度控制便会自动切断加载回路，停止加载。 温度控制原理： 透平内部温度限是在第一级喷嘴处，称为工作温度。 该处温度长期维持在1100℃以上，无法直接测量。通过测量透平排气温度和压气机出口压力，计算得到工作温度。 Mark-V温度控制系统简化原理示于图1-4。 图1-4 温度控制的简化原理图 排气温度信号平均值TTXM与温控基准TTRX在减法器相减，输出信号为 ΔT＝TTRX－TTRM 此差值与FSR在加法器中相加之和作为中间值输入，通过中间值选择成为FSRT。中间值选择的另外两个输入FSRMAX和FSRM