透平壓縮機組綜合控制技術(shù)ITCC及特點課件

1、TS3000 Integrated Turbine Compressor Control (ITCC) TechniqueTS3000透平壓縮機綜合控制(ITCC)技術(shù)1. 1976 Electro-Pneumatic Governor 1976 電子調(diào)速器 晶體管電路。缺點：體積大，精度低，可靠性差。 2. 1980 Digital Governor 1980 數(shù)字電子調(diào)速器 集成電路。固化程序。缺點：靈活性差。3. 1983 User Configurable Governor 1983 用戶可編程數(shù)字電子調(diào)速器 4. 1983 Redundant Steam Turbine Contro

2、l System 1983 冗余蒸氣透平控制系統(tǒng)5. 1985 Configurable Redundant Governor 1985 可編程冗余蒸氣透平控制系統(tǒng)6. 1988 User Programmable TMR Gas/Steam Turbine Control System 1988 用戶可編程三重冗余燃氣/蒸氣透平機械控制系統(tǒng)7. 1993 Configurable Gas Turbine Generator Controller-ITGC 1993 可編程燃氣透平調(diào)速控制器8. 1993 Compressor Anti-Surge Control System-ITCC 19

3、93 獲得專利的電壓調(diào)節(jié)（自動并網(wǎng)）運算法則9. 1994 Patent on Voltage Regulation Algorithm 1994 壓縮機防喘振控制系統(tǒng)TRICONEX Turbine Control InnovationsTRICONEX 透平機械控制的革新The Advantage of TS3000 Integrated Turbine Compressor Control System (ITCC)TS3000綜合透平壓縮機組控制系統(tǒng)的特點-與傳統(tǒng)控制器比較The Dis-Integrated Control System傳統(tǒng)的分散控制系統(tǒng)TRICONEX TS3000

4、 (ITCC)TRICONEX TS3000（透平壓縮機綜合控制系統(tǒng)）The advantage of Integrated control system 綜合控制系統(tǒng)的優(yōu)勢Lower procurement costs 低成本Lower engineering costs 低工程費用Lower installation costs 低安裝費用Reduced space requirements 減少安裝空間Lower field instrumentation costs 現(xiàn)場儀表費用低No controller-to-controller communication delays 沒有各種

5、單功能控制器之間通訊的時間延遲No interconnection of controllers required 沒有各種單功能控制器之間繁瑣的連接The advantage of Integrated control system 綜合控制系統(tǒng)的優(yōu)勢Single hardware platform training獨立的硬件平臺Single programming software training獨立的編程軟件Common platform with ESD, Burner Management systemsESD，加熱爐管理系統(tǒng)的公共平臺Not a “black box”不是“黑匣子

6、”Easy to program and make changes容易編程和修改程序Seamless coordination of如下控制是同等的Turbine control透平控制Compressor surge control壓縮機喘振控制Capacity control負荷控制Steam system control蒸汽系統(tǒng)控制基于SIL3級可靠的硬件平臺在不停車的情況下在線維護系統(tǒng)的擴性適應(yīng)單機組或多機組控制靈活的機組控制軟件包 1. 機組公用軟件 2. 防喘振控制軟件 3.調(diào)速軟件 4.多機功用軟件組態(tài)向用戶開放,不是黑匣子調(diào)速、防喘、負荷協(xié)調(diào)控制（協(xié)調(diào)的概念和目的）良好的人機界

7、面 TS3000控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用與日常維護中的優(yōu)點The function of TS3000 systemTS3000系統(tǒng)的功能1、 Steam turbine speed control 汽輪機調(diào)速控制2、 Steam turbine overspeed protect 汽輪機超速保護3、Compressor Anti-Surge control 壓縮機組防喘振控制4、Performance Control, main and assist machine technics parameter monitor 機組性能控制、主機及輔機的工藝參數(shù)監(jiān)控5、 Turbine axletree

8、position, temperature and vibration monitor 機組軸承位移、溫度、振動監(jiān)控6、Sequencing Control 順序控制7、The interlock logic control of the turbine and unit. 機組和裝置的聯(lián)鎖邏輯控制TS3000 triple-modular redundant fault-tolerant control systemTS3000 三重冗余容錯控制系統(tǒng)Communication with other system與其它系統(tǒng)通訊功能Speed control Strategy 速度控制策略Acc

9、urate speed measure- within 0.01% 精確的速度測量測量精度0.01%Critical Speed avoidance 臨界速度控制Multiple warm-up hold points 多段暖機設(shè)定點Magnetic Speed Pickup Selection Block 電磁速度探頭的選擇Each PI module can connect 8 speed signal 每塊PI卡可以接8路速度信號 Mid-select for 3 or more speed signals 3個速度探頭則采用中值High-select for 2 speed signa

10、ls 2個速度探頭則高選Speed Measurement轉(zhuǎn)速測量Speed Select Block轉(zhuǎn)速選擇模塊Number of speed pickups numspuSpeed fail setpointfailspdEnable speed failure enabpuflSpeed pickup 1 inputpu1Speed pickup 2 inputpu2Speed pickup 3 inputpu3Speed pickup 4 inputpu4Pickup 1 disable pudis1Pickup 2 disable pudis2Pickup 3 disable pud

11、is3Pickup 4 disable pudis4Pufl1 pickup 1 failedPufl2 pickup 2 failedPufl3 pickup 3 failedPufl4 pickup 4 failedlostspd Loss of speed flagselspd Selected speedselindex Index to the selected speed pickupspddif Speed difference flagSpeed_selectSpeed control logic when ready to start 起機時機組轉(zhuǎn)速控制的邏輯Typical

12、turbine start up curve典型的機組起機曲線Sequence mode 方式設(shè)定 Description 描述 0 Shutdown 停機 1 Ready to Start (Standby) 準(zhǔn)備啟動 2 Warmup 暖機 3 Acceleration 升速 4 Run (No load rated speed to maximum control speed) 正常操作 5 Overspeed Trip Test 超速試驗Steam turbine start-up sequence description蒸汽輪機起機順序Steam turbine start-up s

13、equence description蒸汽輪機起機順序Turbine Auxiliaries Control汽輪機輔助控制Condenser Level Control 冷凝器夜位控制Oil system monitoring 油系統(tǒng)監(jiān)視Reservoir level 油箱液位Oil filter differential pressure 過濾器差壓Oil header pressure monitoring 機頭油壓監(jiān)視Spare oil pump start/stop 輔油泵啟/停Oil pressure alarm and trip 油壓報警和跳車Turbine Auxiliaries

14、 Control汽輪機輔助控制Vibration monitoring 振動監(jiān)視Thrust monitoring 位移監(jiān)視Steam header pressure control (PRV) 機頭壓力控制Bearing temperature monitoring 軸承溫度監(jiān)視Steam sealing system control 蒸汽密封系統(tǒng)控制Anti-Surge Control 防喘振控制Compressor briefness sketch map壓縮機簡單示意圖Anti-Surge Control 防喘振控制Universal Surge Line通用的喘振曲線Anti-Sur

15、ge Control characteristic 防喘振控制特性Automation increase safety margin 自動增加安全域度Setpoint track function 設(shè)定點跟蹤功能Speedily open and slowly close the circumfluence valve 回流閥快開-慢關(guān)控制功能Special Surge Override Function 獨立的比例控制功能 Speed coupling control 速度耦合控制Compressor characteristic壓縮機特性HpQ(in ACFM )Surge LineSpe

16、ed Lines典型的壓縮機曲線Current Surge curve通用的喘振曲線PdischargePsuctionP suctionh orificeTypical compressor efficiency curve 典型的壓縮機效率曲線Pd/PsQ1(in ACFM)喘振線速度線效率橢圓工作目標(biāo)區(qū)域Compressor capability curve壓縮機工作性能圖Control LineSurge LineSuction Flow (hx)Pressure RatioPD/PSStonewall LineSpeed LinesTypical Compressor CurvesH

17、pFlowCompressor capability curve calculate壓縮機性能曲線的計算Needed parameter:需要的參數(shù)The originality data when the compressor manufacture 壓縮機制造原始數(shù)據(jù)Work curve 工作曲線Surge test date 喘振測試數(shù)據(jù)Performance Curve Development性能曲線開發(fā)Select points alongsurge curve沿喘振線選擇設(shè)定點Calculate Performance Data性能計算數(shù)據(jù)Ts入口溫度Mw分子量k絕熱指數(shù)np效率n

18、e系數(shù)Z壓縮系數(shù)C音速轉(zhuǎn)換系數(shù)H%孔板壓差比Two compressors parallel run兩臺壓縮機并行運行Pd/PsQ1(in ACFM)Efficiency EllipsesLeast Efficient MachineBase Load Speed SPMost Efficient MachineAnti-Surge control logic防喘振控制邏輯Setpoint track 設(shè)定點跟蹤技術(shù)Current Operating Point hxHover Setting kHOVERController SetpointrSUCSPControl LinerSUCLNS

19、urge linerSULINEnter Flux (hx)PD/PSHover Ramp Rate kHOVRR123465020406080100Surge Override Function比例功能100%0 %ClosedOpenr MARrPROPTMrSUCLNrSULIN07P出口P入口P 入口H 孔板Compressor efficiency monitor壓縮機效率監(jiān)測Using capability curve 利用性能曲線Real time efficiency track 實時效率跟蹤Monitor time alternation optimize 監(jiān)測時間間隔優(yōu)化T

20、urbine/compressor forepart fault alarm 透平/壓縮機早期故障報警實例 結(jié)合程序講述調(diào)節(jié)過程一 調(diào)速程序簡介請參考升速曲線啟動順序由一系列方式和狀態(tài)來組成，系統(tǒng)中的順序邏輯指定在任何當(dāng)前方式下程序?qū)M入某種方式。以保證確定的程序進程以及在某一特定機械設(shè)備故障情況下采取的動作。如果啟動程序選擇自動升速方式，透平轉(zhuǎn)速將沿升速曲線自動上升。如果啟動程序選擇手動升速方式，可由現(xiàn)場就地盤升速/降速操作按鈕，或操作畫面升速/降速按鈕來執(zhí)行。程序?qū)词孪却_定的升/降速速率進行，不再考慮預(yù)定的暖機停留時間。*調(diào)速程序簡介調(diào)速程序主要由以下幾個部分組成：1).開機順序程序.

21、完成模式的控制和選擇。2).目標(biāo)值程序.完成在相應(yīng)的模式下選擇對應(yīng)的最大最小目標(biāo)值。3). 爬坡速率程序. 完成在相應(yīng)的模式下對應(yīng)升降速速率的選擇。4). 實際設(shè)定值生成程序.依據(jù)在相應(yīng)模式下的目標(biāo)值和速率生成實際的給定值。 例如:在模式由2變成3時,其最大目標(biāo)速度由0變?yōu)?500 RPM,速率為300 RPM/M，則實際設(shè)定值由0 RPM按照300 RPM/M的速率升到1500 RPM. 當(dāng)模式由3變成4時,其最大目標(biāo)速度由1500 RPM變?yōu)?000 RPM,則實際設(shè)定值由1500 RPM按照300 RPM/M的速率升到4000 RPM。5).調(diào)速器控制輸出程序主要由VPID功能快來完成,

22、其功能與常規(guī)調(diào)節(jié)器類似.但它只采用自動方式,輸出加有模式小與2,強制輸出為0,轉(zhuǎn)速1000RPM時輸出最大為40%的限制.詳細介紹見功能塊說明.注意： i、機組在升速過程中，無論在手動還是自動操作模式時，通過臨界區(qū)時，均強制自動操作通過，待通過臨界區(qū)后恢復(fù)正常升速。ii、 汽輪機單機超速試驗時，注意：只有在停機時，iMODE2. 按超速試驗按鈕，否則不可以超速試驗。超速試驗時，分電子超速和機械超速試驗，在電子超速狀態(tài)下，不能做機械超速，因為電子超速的量程范圍被限制，只有在機械超速試驗狀態(tài)下，才可以機械超速試驗（量程范圍被擴大）。二、機組速度控制的過程(見畫面,具體見邏輯圖)（一）、汽輪機主氣門

23、的靜態(tài)測試： 汽輪機主氣門的靜態(tài)測試工作只有在模式小于等于1時進行，大于1和權(quán)限不夠時失效且不可見，具體做法如下：1 在模式小于等于1時，按氣壓機調(diào)速畫面的靜態(tài)測試按鈕，彈出靜態(tài)測試畫面如下：2 做靜態(tài)測試之前請詳細閱讀畫面中的說明后，按靜態(tài)測試按鈕。彈出“靜態(tài)測試”、“取消測試”、“取消”對話框，選擇你想進行的操作。若按“靜態(tài)測試”則進入靜態(tài)測試階段，可以通過游標(biāo)或數(shù)字輸入的方式改變?nèi)ル娨恨D(zhuǎn)換器的電流值，從而改變主氣門的開度。5 測試完畢請按“取消測試”后，再按畫面中的推出按鈕。（二） TS3000系統(tǒng)控制的特點 TS3000系統(tǒng)針對汽輪機的特點采取如下控制措施；機組啟動過程的速度控制 TS

24、3000系統(tǒng)針對汽輪機在啟機過程中所處的不同狀態(tài)來實現(xiàn)機組的速度控制，TS3000系統(tǒng)將機組在啟動運行中定義了8種運行方式，表示各種運行狀態(tài)，各方式控制程序的定義如下：（見下圖）方式描述：Mode 0 Turbine Shutdown 系統(tǒng)停車 Mode 1 System Reset 系統(tǒng)復(fù)位 Mode 2 Ready-to-Start 準(zhǔn)備啟動 Mode 3 Warm-up 1 暖機 1 Mode 4 Warm-up 2 暖機 2 Mode 5 Accelerate 升速 Mode 6 Run 運行 Mode 7 Normal Shutdown 正常停車 Mode 8 Over-speed

25、Test 超速試驗 啟動順序由一系列方式和狀態(tài)組成，TS3000中的順序邏輯指定在任何當(dāng)前方式下程序?qū)M入某種方式。以保證特定的程序進程以及在某一特定機械設(shè)備故障情況下采取的動作。如果啟動程序選擇自動升速方式，透平轉(zhuǎn)速將沿升速曲線自動上升。如果啟動程序選擇手動升速方式，可由現(xiàn)場控制盤升速/降速按鈕或HMI上的升速/降速軟按鈕來執(zhí)行。系統(tǒng)默認為 HMI若由現(xiàn)場控制盤升速/降速按鈕進行升速和降速,則通過HMI上的就地盤/控制室選擇開關(guān)來實現(xiàn).Mode 0：系統(tǒng)停車或聯(lián)鎖動作就是方式0。Mode 1：聯(lián)鎖信號解除，經(jīng)復(fù)位后，系統(tǒng)進入方式1, 此時速關(guān)閥啟動（速速關(guān)閥）。防喘振調(diào)節(jié)閥電磁閥帶電，此時

26、可以用手動控制輸出控制防喘振調(diào)節(jié)閥的開度，此步可以完成防喘振調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)測試。此步也可以完成主汽門的靜態(tài)測試，按調(diào)速畫面中的靜態(tài)測試按鈕，彈出靜態(tài)測試畫面，注意：此按鈕只有在模式小于等于1時可見且有操作權(quán)限。靜態(tài)測試完畢，請按取消測試按鈕后再按推出按鈕，退出靜態(tài)測試畫面。3. Mode 2： 具備啟動條件后,系統(tǒng)進入方式2。系統(tǒng)動作如下： *就地允許啟動燈亮。Mode 3: 上述條件滿足后，按下“啟動”按鈕（透平啟動）后，系統(tǒng)進入方式3。系統(tǒng)動作如下：當(dāng)選擇自動升速方式時，目標(biāo)設(shè)定值(第一暖機轉(zhuǎn)速為:1500轉(zhuǎn)/分)為暖缸轉(zhuǎn)速，當(dāng)前設(shè)定值按既定斜率爬坡到目標(biāo)設(shè)定值。當(dāng)實際轉(zhuǎn)速到達1500轉(zhuǎn)/分

27、時,進行暖缸。暖缸分冷暖和熱暖兩種方式, 冷暖時間為45分鐘, 熱暖時間為20分鐘。自動/手動方式升速速率可設(shè)置 (目前為: 5轉(zhuǎn)/秒)。 機組升速沿預(yù)定曲線上升。手動方式下選擇就地盤方式，就地盤操作指示燈亮。此時就地盤按鈕有效, HMI按鈕失效。手動方式不考慮暖機時間。手動方式時一旦松開升速/降速按鈕，目標(biāo)設(shè)定值將同于當(dāng)前設(shè)定值，暫時停止升速/降速。如果選擇了自動方式，目標(biāo)設(shè)定值為暖缸轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速達到暖缸轉(zhuǎn)速時將啟動暖機定時器。定時時間到，進入MODE 4。進行二階暖機。第二暖機轉(zhuǎn)速為: 4000轉(zhuǎn)分, 暖機時間為: 20 分鐘。手動方式將直接進入MODE 4。如升速方式是自動，在HMI上切為

28、手動，目標(biāo)設(shè)定值將同于當(dāng)前設(shè)定值，暫時停止升速/降速。Mode 4: 方式4中當(dāng)自動時，暖機時間到則自動從暖機1進入暖機2狀態(tài)，系統(tǒng)動作如下：a. 升速控制器自動方式時目標(biāo)設(shè)定值，當(dāng)前設(shè)定值將向目標(biāo)設(shè)定值爬坡。如升速方式自動，在HMI上切為手動，目標(biāo)設(shè)定值將同于當(dāng)前設(shè)定值，暫時停止升速/降速。操作人員可用手動按鈕升速/降速來恢復(fù)升速/降速。 b. 如選擇手動方式（可選擇就地盤或HMI），并選擇升速/降速按鈕，當(dāng)前設(shè)定值將按固定升速率靠近目標(biāo)設(shè)定值。手動方式下選擇就地盤方式，就地盤操作指示燈亮。手動方式不考慮暖機時間。手動方式時一旦松開升速/降按鈕，目標(biāo)設(shè)定值將同于當(dāng)前設(shè)定值，暫時停止升速/降速

29、。 Mode 5: 系統(tǒng)自動進入方式5。動作如下：a 臨界區(qū)設(shè)置，在該范圍，控制器以較快的速率升速/降速。如在臨界區(qū)由自動切手動，將被禁止，一旦走出臨界區(qū)，目標(biāo)設(shè)定值將同于當(dāng)前設(shè)定值，暫停升速/降速b 任何聯(lián)鎖停車將使系統(tǒng)回到MODE 0。 Mode 6:系統(tǒng)自動進入方式6。系統(tǒng)動作如下： 一旦進入方式6，目標(biāo)設(shè)定值限制在當(dāng)前方式最大/最小設(shè)定值之間。a. 給定值限制在當(dāng)前方式最大/最小設(shè)定值之間，超過將不接受。b. 任何聯(lián)鎖停車將使系統(tǒng)回到MODE 0。 Mode 7: 在方式6狀態(tài)下，以管理員以上身份進入系統(tǒng)，按下“正常停車”按鈕后自動進入方式7，系統(tǒng)動作如下：系統(tǒng)會慢慢把轉(zhuǎn)速降下來，可在

30、1500轉(zhuǎn)/分停留2分鐘時間，然后停車。 Mode 8: 在方式2狀態(tài)下，以管理員以上身份進入系統(tǒng)，按下“超速試驗”按鈕后自動進入方式8，系統(tǒng)動作如下：a. 此時需要在現(xiàn)場手動升速。b. 按下“超速試驗”時，轉(zhuǎn)速在大于15611轉(zhuǎn)/分（105%NE）時跳車。c. 按下“機械試驗”時，轉(zhuǎn)速在大于16511轉(zhuǎn)/分（110%NE）時跳車。d. 若想取消超速試驗，請按“超速試驗”彈出對話框的“取消試驗”按鈕。(三) 壓縮機防喘振控制(見畫面,具體見邏輯圖)防喘振控制在完全手動狀態(tài)下gMANUAL 置1，輸出閥位由操作員在HMI“手動輸出”上給出，當(dāng)在半自動狀態(tài)下，手動控制時，喘振控制優(yōu)先。本程序喘振控

31、制模式采用壓比rPRATIO（Pd/Ps 縱坐標(biāo)）對能力rHX（h/ Ps 橫坐標(biāo)）組成的坐標(biāo)曲線，具體參數(shù)如下：入口流量： FI5119 0-90000m3n/min;出口壓力： PI5122 0-16 MPa；入口壓力： PI5121 0-12 MPa；入口溫度： TI5165_1 0-100 C；喘振線 X 0.0 8.16 10.86 13.96 17.44 25.55 Y 1.0 1.125 1.17 1.23 1.31 1.43控制線(+8)X 8.0 16.16 18.86 21.96 25.44 33.55在本系統(tǒng)中，我們利用TRICON防喘振擴展函數(shù)功能模塊SGB400來完成

32、主風(fēng)機的防喘振控制。HMI畫面上有喘振曲線圖，其中有喘振線，和防喘振線，當(dāng)喘振發(fā)生后防喘振線每次增加2%生成喘振下移線，成為新的防喘振線。當(dāng)工況穩(wěn)定脫離喘振區(qū)后，可按復(fù)位按鈕，取消喘振下移線,恢復(fù)原防喘振線。隨工況移動的工作點，指示出現(xiàn)在的工作點與防喘振線的距離?？刂品绞剑河凶詣?，半自動和手動，三種方式。自動方式下，喘振控制輸出為自動控制輸出。（其值為PID輸出與比例輸出高選值。）在手動方式下，輸出閥位由操作員在HMI“手動輸出”上給出。當(dāng)在部分手動狀態(tài)下，手動控制值，與喘振控制輸出值選高值。喘振控制由喘振線和防喘振線及喘振下移線組成，當(dāng)工作點越過防喘振線時，防喘振閥開始打開?？刂戚敵鼍哂锌扉_、慢關(guān)功能。PID控制參數(shù):作用方式： 反作用。給定值SP為由HOVER控制點設(shè)定值生成的，由于工藝車間要求取消設(shè)定點徘徊功能，振盤旋裕度kHOVER設(shè)置為55故，給定值SP一般為TOTAL_SAFETY,既5%。PV值為rMARGIN。放大倍數(shù)rSRG_G及積分時間rSRG