燃機控制裝置

燃機控制裝置控制系統(tǒng)概貌圖零部件的作用

·透平的低應力啟動和停機·與電網的同步·給透平加負荷·使頻率穩(wěn)定化·有管理甩負荷的能力和滿足設備的負荷要求·防止燃氣輪機過載·防止壓氣機過載·對故障和異常工作狀況作出反應控制裝置的結構

·有保護功能的升速斜坡發(fā)生器·速度/負荷控制器·排氣溫度控制器·極限負荷控制器·壓氣機壓力比極限值控制器·冷卻空氣極限值控制器·進口導葉溫度控制器·壓氣機進口導葉位置控制器·閥門開度控制器對結構的說明

·測試值的收集和信號處理·設定值的形成·主控制器和升速等變率功能·選擇邏輯電路和分配器·校正和計算電路·壓氣機進口導葉和專用控制器·閥門開度控制器對速度實際值的調節(jié)模件NT

燃氣輪機的速度用圍繞機軸周圍安排的6只探頭來測量。這6只探頭對由于機軸傳感區(qū)內加工槽的位移引起的磁場變化有反應。探頭的輸出信號是方波交流電壓，其頻率是機軸的轉動速度與槽子數目的乘積。頻率通過3個信道被燃氣輪機控制器讀出。這3個讀數的中值被三選一邏輯電路選中。作為速度實際值的代表，供控制器控制速度使用。對功率實際值的調節(jié)模件PEL

發(fā)電機的實際功率（有效功率）用二只獨立的負荷傳感器來測量。這二個實際功率的數值被燃氣輪機控制裝置直接讀出，其中較大的一個數值被選用并被輸出，代表發(fā)電機功率的實際值供進一步加工時使用。對燃氣輪機出口溫度校正值的調節(jié)模件ATK

在燃氣輪機的場合，透平進口溫度不得違反規(guī)定的極限值，然而，這些進口溫度太高，以致于不能直接進行測量，因為溫度傳感器只有很短的使用命。基于這一原因，人們只能測量溫度低得多的透平排氣溫度，以代替上數。排氣溫度用均勻分布在排氣口四周的24支熱電偶來測量。所有這些熱電偶被分成三組，從每一組中的2支熱電偶發(fā)出的信號在燃氣輪機保護系統(tǒng)中進行調介。只有每逢第4個測量點獲得的數據才在燃氣輪機控制裝置中直接處理（動態(tài)測量值）。根據這6個測量值計算出算術平均值，并且對壓氣機進口溫度的影響和燃氣輪機速度TV的影響進行校正。這個結果是根據6個測量值獲得的經校正的燃氣輪機出口溫度，它在穩(wěn)態(tài)情況下校正，以便與根據燃氣輪機開環(huán)控制系統(tǒng)24個測量點ATK24獲得的經校正的燃氣輪機出口溫度值一致（穩(wěn)態(tài)測量值）。用這種方法計算出來的出口溫度校正值ATK是出口溫度控制器ATKR和進口導葉溫度控制器LTR的受控變量。甩負荷識別，模件LAW

電網內大幅度的功率波動必須迅速檢測，以防在燃氣輪機控制裝置中出現不穩(wěn)定性而影響測試。在甩負荷識別模件中，借助于極限值監(jiān)控組件能發(fā)現功率的迅速下降。如果極限值監(jiān)控器有響應，可以在燃氣輪機控制裝置和它的開環(huán)控制系統(tǒng)中引起合適的動作。對天然氣系統(tǒng)跳閘信號的處理模件TRIPG

在TRIPG模件中，由燃氣輪機保護系統(tǒng)GTSZ發(fā)出的所有跳閘指令以及與燃氣輪機使用燃氣有關的所有跳閘指令，由有關的硬件讀出，然后加以監(jiān)控。只要有給應急關閉閥ESV的OPEN指令，從燃氣輪機保護系統(tǒng)發(fā)出的信號就處于狀態(tài)“1”。該模件還收集所有燃氣輪機控制裝置的跳閘標準，它們與燃氣輪機使用的燃氣有關，并且通過硬件把它們輸入到燃氣輪機保護系統(tǒng)中。燃氣輪機的負荷計算模件PGT

在單軸設備中，無論是燃氣輪機還是蒸汽輪機，只有一種通用的功率測量方法，這是因為它們都是通過一條公用的軸線去驅動相同的發(fā)電機。只要蒸汽輪機的離合器沒有嚙合上，即蒸汽輪機對驅動轉矩還沒有作出貢獻，則測出的電功率與燃氣輪機的負荷是等值的。一旦蒸汽輪機開始對發(fā)電有貢獻，電功率就不再用作燃氣輪機負荷的度量尺度。燃氣輪機的負荷計算，模件PGT因此，PGT模件可以通過代入變量來計算燃氣輪機的負荷。在這種計算中，重要的輸入變量有：-壓氣機排氣壓力PV2MAX-壓氣機進口溫度TV-經校正的透平出口溫度ATK一旦蒸汽輪機的離合器嚙合上，從燃氣輪機負荷的測定值到計算值的無擾動轉換就開始了。燃氣輪機負荷計算值PGT成為負荷極限值控制器（模件PGR）的實際值。天然氣的壓力測量模件PGAS

天然氣的壓力用二只獨立的壓力傳感器來測量。二個實測值可以直接從燃氣輪機控制裝置中的設備ANL上讀出。二個讀數中的一個被二選一邏輯電路選出，然后在控制裝置中作進一步的處理，它代表天然氣的壓力PGAS。壓氣機排氣壓力測量模件PV2

壓氣機排氣壓力用二只獨立的絕對壓力傳感器來測量。二個實測值可以直接從燃氣輪機控制裝置中的設備ANL上讀出。測試結果是各種功能所需要的，這些功能有不同的安全標準供邏輯電路選擇。基于這一原因，二個實際值一個輸入到MAX邏輯電路，一個輸入到二選一邏輯電路。后者的輸出按照要求在控制裝置中進行處理，它們分別代表壓氣機的排氣壓力PV2MAXPV2A。過頻率和低頻率保護模件UFS

燃氣輪機打算用于速度在額定值95%與103%之間作連續(xù)運行。短期運行時可以允許速度在94%與95%之間或者在103%與104%之間。這里的前提條件是不存在任何功率增加，因此，如果出現上述情況，必須馬上觸發(fā)水循環(huán)系統(tǒng)跳閘。此外，要確定進口導葉在最大值位置時的功率值。哼聲監(jiān)控模件BRUM

哼聲的幅值要用儀表室中指定的裝置（振動計）來測定，并且把它們通過雙聲道輸入到燃氣輪機控制裝置中去。對在每一個聲道中測得的信號要進行處理，形成二個極限值信號，然后開通這些信號，使通過這些聲道的二選一信號一致。加速度監(jiān)控模件ACC

加速度的大小要用儀表室中指定的裝置（振動計）來測定，并且通過雙聲道把它們輸入到燃氣輪機控制裝置中去。對在每一個聲道中測得的信號要進行處理，形成4個極限值信號，然后開通這些信號，供二選一選擇。每一個極限值信號觸發(fā)若干目標動作，以保護燃氣輪機。此外，加速度的數值比極限值2大的時間被積累起來用來確定檢查的間隔時設定值的形成

速度設定值模件NS

速度的目標設定值NS在預先規(guī)定的工作條件下被調節(jié)到預先確定的數值。假如沒有相關的設定標準，速度設定值可以通過操作和監(jiān)控系統(tǒng)OM，當地的控制站和同步裝置在一定的極限值范圍內改變，對設定值的調節(jié)可以按照某個梯度（變化率）來完成，梯度的大小取決于預先規(guī)定的工作條件。延遲速度設定值NSV構成速度設定值模件的輸出，它使速度/負荷控制器變得有效。負荷設定值模件PS

負荷目標設定值PS在預先規(guī)定的工作條件下被調節(jié)到預先確定的數值。假如沒有相關的設定標準，負荷設定值可以通過操作和監(jiān)控系統(tǒng)OM在一定的極限值范圍或者機組協(xié)調等級內改變。在特殊情況下對設定值的調節(jié)可以用步進方式調到預先確定的數值。通常，對設定值的調節(jié)可以按照某個梯度來完成，梯度的大小取決于預先規(guī)定的工作條件或者預先選定的目標值。延遲負荷設定值PSV構成負荷設定值模件的輸出，它使速度/負荷控制器變得有效。排氣溫度設定值模件TS

在設計溫度設定值時，燃氣輪機在低負荷下專用的設定值被調到固定的數值下，并且被輸入到燃氣輪機排氣溫度控制器ATKR中，通過設定值控制時有一個延遲時間。進口導葉IGV的溫度控制器LTR接收一個當時有效但未經延遲的基本負荷溫度設定值（因為它有它自己的設定值控制）。在聯(lián)合循環(huán)作業(yè)的某些工作方式下，外界溫度設定值通過機組控制等級來調節(jié)。這些溫度值既可能只對透平排氣溫度控制器起作用，也可能對進口導葉IGV的溫度控制器起作用，這要取決于它們的功能。主控制器和升速等變率功能

升速斜坡發(fā)生器模件HLG

燃氣輪機用啟動變換器升速，直至由壓氣機產生的空氣質量流量和由升速斜坡發(fā)生器調節(jié)的燃料流量達到足夠的數量，足以使透平能夠在它自己的功率下實現加速為止。因此，升速斜坡發(fā)生器用來把燃氣輪機的受控啟動速度提升到額定的速度。只有當速度達到預先設定的數值時，燃氣輪機才能啟動。在這一啟動過程中使用不同的梯率（變化率），梯度的大小取決于選用的燃料以及是正常啟動還是黑啟動。除了這一斜坡作用之外，在MIN選擇中的保護作用對升速斜坡發(fā)生器的輸出也有影響。通過這一輸出可以防止在實際速度下使用的燃料數量不合適。通過在升速設定值形成中的中央MIN邏輯電路YMIN，使升速斜坡發(fā)生器能調節(jié)燃料的供應量，直至速度控制器啟動為止。速度/負荷控制器模件NPR

速度/負荷控制器是雙變量控制器，它具有PI結構。它控制透平發(fā)電機在下述情況下的轉動速度和電功率：從空負荷速度到額定速度；與電網的同步；對透平加負荷；甩負荷；燃氣輪機關機。當斜坡發(fā)生器的開關或電源電路的開關斷開時，該控制器只起速度控制器的作用。在與電網達到同步之后，它才起到控制負荷的作用。當必要時，它可使發(fā)電機的負荷與對電網的功率需求相匹配。如果電網頻率比標稱頻率高，必須減少發(fā)電的功率。如果電網頻率比標稱頻率低，則必須增加發(fā)電的功率。借助于一次頻率的影響和規(guī)定的下降系數，速度/負荷控制器能完成上述功率調節(jié)任務。該系數規(guī)定燃氣輪機產生的功率必須增加多少或降低多少。如果電網頻率偏離了標稱頻率的話。下降系數5%意味著當頻率偏差達5%時，燃氣輪機的負荷必須改變100%的標稱功率。通過操作和監(jiān)控系統(tǒng)OM可以選擇控制功率方法：是用速度控制器來控制負荷還是用負荷控制器來控制負荷。當用工作方式變換器來促動甩負荷時，這會引起預先通過速度控制器來選擇負荷的自動轉換。觸發(fā)燃氣輪機跳閘會引起預先通過負荷控制器來選擇負荷的自動轉換。速度/負荷控制器通過中央MIN邏輯電路來調節(jié)燃料的供應量，直到另一只控制器被促動為止。排氣溫度校正值控制器，模件ATKR

排氣溫度校正值（OTC）控制器按照有效的溫度設定值來調節(jié)燃氣輪機的排氣溫度。該控制器對燃料的供應量起作用，限制燃氣輪機的進口溫度在該過程允許的范圍內。在聯(lián)合循環(huán)作業(yè)中，OTC控制器可以根據機組協(xié)調等級來促動，以便在一定的負荷范圍內使降低的排氣溫度與鍋爐或汽輪機相匹配。OTC控制器還可以在溫度仍舊低并且壓氣機進口導葉仍舊關閉時（參見模件TS）從外部來啟動，以便給鍋爐預熱。OTC控制器以有PI結構為特色。在升速設定值形成直到另一個控制器啟動為止，OTC控制器通過中央MIN邏輯電路來調節(jié)燃料的供應量。極限負荷控制器模件PGR

在運行期間，極限負荷控制器通過機械設計結構來防止燃氣輪機超過允許的最大功率電平設定值。當負荷設定值被設定到很高的水平并且當燃氣輪機中的質量流量迅速升高以適應外界溫度下降，或者用注水方式運行時，就會出現上述情況。極限負荷控制器通過在模件YMIN內的中央MIN邏輯電路來限制燃料供應量，直到另一只控制器啟用為止。壓氣機壓力比極限控制器模件VPVR

壓氣機壓力比極限控制器（即π控制器）的作用是防止壓氣機出現不允許的工作狀態(tài)。為此，劃定了一條務必不能超過的壓氣機邊界曲線，它根據壓氣機不穩(wěn)定邊界（喘振邊界）來定義，并有一個喘振裕度。如果到達邊界曲線，就必須采取下述措施：·如果靠近邊界曲線的速度較慢，壓氣機進口導葉（IGV）進一步打開，（通過IGV位置XDVP控制溫控偏差信號），只要它對壓氣機的壓力比有積極的影響，并且燃料的流量逐步減少?！と绻拷吔缜€的速度較快，或依靠打開進口導葉已不能實現提高允許的壓氣機壓力比時（例如當導向葉片已經完全打開時），則應適當減少燃料流量，以便使壓氣機的排氣壓力下降。該控制器的作用是防止到達甚至超越壓氣機的喘振邊界。這一點是通過在出現上述情況之前就限制壓氣機的壓力比來實現的。用壓氣機進口壓力PVI除壓氣機排氣壓PV2MAX就可以得到目前的壓縮比。最大允許壓縮比由不穩(wěn)定極限值來確定，它取決于下述變量：·壓氣機進口溫度TV·實際速度值NT·進口導葉的位置HVL冷卻空氣極限值控制器模件KLGR

冷卻空氣極限值控制器的作用是排除可能給燃氣輪機葉片提供不合適的冷卻空氣的各種工作條件。當壓氣機的進口溫度低和（或）燃氣輪機在過頻率狀態(tài)下運行時就可能出現這類工作條件。為了保證燃氣輪機的葉片在上述條件下有合適的冷卻，冷卻空氣極限值控制器采取了下述措施：·如果進口導葉尚未完全打開，經由IGV位置的溫度控制器之溫度設定值，通過冷卻空氣控制器對IGVXDKL的作用而獲得適當的微調，從而使進口導葉完全打開。這樣就增加了空氣質量流量，并且改善了冷卻條件?！と绻M口導葉已經完全打開，冷卻空氣溫度極限值控制器就會通過YMIN模件內的中央MIN邏輯電路來減少燃料的供應量。這樣就減少了燃氣輪機葉片上的熱負荷，從而改善了冷卻效果。為了給熱負荷提供一個度量的尺度，我們使用了一個導出的參數，即允許的壓氣機壓力比，它隨著下降的速度NSTERN、壓氣機的質量流量LSV以及注射泵（如果有注射泵的話）的工作狀態(tài)而變化。選擇邏輯電路和分配器

中央MIN邏輯電路模件YMIN

中央MIN邏輯電路從升速斜坡發(fā)生器的輸出中及其它對燃料流量起作用的主控制器輸出中選擇具有最小值的信號。這一信號構成MIN邏輯電路YMIN的輸出。信道識別邏輯電路發(fā)信號給目前正在起作用的控制器，即調節(jié)燃料供應量的控制器。在這個MIN邏輯電路中，控制作用在升速斜坡發(fā)生器與主控制器之間無擾動地傳遞。天然氣的最小流量JEGMIM以及有效輔助氣體的質量流量JPGM從中央MIN邏輯電路的輸出中扣除，它構成完全燃燒負荷JGES，并且，最后獲得的信號按照可變的燃燒強度JVAR變化。天然氣分配器模件ANTG

天然氣的有效成份在模件ANTG中進行計算。它是根據可變燃燒強度JVAR算出來的。天然氣的燃料部分已經標準化，并且借助于轉換分配器在擴散支路與預混支路之間進行分配。然后添加合適的最小流量值（對于預混/擴散操作）并且啟用最后獲得的數值供各自的燃燒器系統(tǒng)使用。這樣便產生一個天然氣擴散系統(tǒng)質量流量設定值FEGDB和一個天然氣預混系統(tǒng)質量流量設定值FEGVB，它們用來計算下行線路的閥門開度。天然氣預混操作的轉換部分隨著下述操作條件而變化并加以調節(jié)：天然氣的擴散操作、天然氣的預混操作、天然氣的混合擴散和預混操作。按照這一情況，燃料的質量流量在擴散與預混之間進行分配。分配器內的程序裝置把分開的控制信號輸入到轉換器的分配器內，并且利用狀態(tài)信號來實現控制和平衡的目的。天然氣的最小流量控制模件MIG

天然氣最小流量控制為模件ANTG（天然氣分配器）提供所需的最小天然氣流量，它的大小隨燃氣輪機當時的運行狀態(tài)而異。相關的最小流量值根據燃氣輪機的運行狀態(tài)來選擇。對于天然氣擴散閥和天然氣預混閥來說，都有一個最小流量分支。在模件MIG內有一個獨立的邏輯電路，它用來平衡在全部燃燒強度范圍內的天然氣最小流量。在平衡支路內安裝了一些合適的計時元件，用于模擬當各自的燃燒系統(tǒng)被啟用之后延遲的燃料輸入以及當它們關閉后延續(xù)的燃料流量。在模件YMIN（中央MIN邏輯電路）內，這一延遲的燃料流量（信號JEGMIM）已從全部燃燒強度中扣除。校正和計算回路

輔助氣閥質量流量設定值的計算模件MSPG

在該模件中，輔助氣體最佳質量流量根據工作地點以及環(huán)境狀況來計算。其中主要的輸入參數為：-校正后的透平排氣溫度ATK；-進口導葉的位置HVL；-壓氣機進口溫度TVI。在特殊設備情況下，系統(tǒng)從可變的設定值轉換為固定的設定值。這種轉換隨斜坡函數而異，隨斜坡系數而異，它們可根據實際需要來改變。輔助氣體質量流量設定值FPG用來計算控制閥的設定值，輔助氣體燃燒強度JPG用來實現模件YMIN內的平衡。輔助氣體閥門開度的計算模件PGHB

在該模件內，輔助氣體質量流量的設定值FPG要乘以一個校正系數，以便計算天然氣壓力PGAS、天然氣溫度EGTEMP和壓氣機排氣壓力PV2A的影響。輔助氣體閥門合適的開度設定值HSP是利用閥門特性、根據校正后的質量流量設定值（kv值）計算出來的。天然氣擴散閥門開度的計算模件GDHB

在該模件內，天然氣擴散質量流量的設定值FEGDB要乘上一個校正系數，以便計算天然氣壓力PGAS、天然氣溫度EGTEMP和壓氣機排氣壓力PV2A的影響。天然氣擴散閥門的合適開度設定值HSGD是利用閥門特性、根據校正后的質量流量設定值（kv值）計算出來的。天然氣預混閥門開度的計算模件GVHB

在該模件內，天然氣預混質量流量的設定值FEGVB要乘上一個校正系數，以便計算天然氣壓力PGAS、天然氣溫度EGTEMP和壓氣機排氣壓力PV2A的影響。天然氣預混閥門的合適開度設定值HSGV是利用閥門特性，根據校正后的質量流量設定值（kv值）計算出來的。壓氣機進口導葉和專用控制器

進口導葉溫度控制器模件LTR

進口導葉溫度控制器通過改變進口導葉的位置來改變進入燃燒室內的空氣質量流量來控制燃氣輪機的排氣溫度?？梢哉{節(jié)的壓氣機進口導葉（縮寫為IGV）可以使空氣質量流量從大約60%改變?yōu)?00%，前者是當進口導葉關閉時，后者是當進口導葉安全打開時。該控制器還有一個從動的位置控制器（模件LSR，分別有LSRS），它隨著IGV溫度控制器輸出信號的變化或開啟或關閉進口導葉。開啟進口導葉可增加空氣質量流量，從而降低出口溫度，同時不改變燃燒強度。該控制器的作用是當燃氣輪機在較高負荷下運行時保持其溫度在有效設定值上。為此，空氣質量流量基本上與燃料數量的增加成正比，以便使排氣溫度保持恒定不變。重要的輸入參數是基本負荷溫度設定值GLT和校正后的出口溫度ATK（包括設定值和實際值）。如果燃氣輪機工作需要，溫度設定值可以降低。這一點可以通過模件KLGR或VPVR的影響來實現。冷卻空氣極限值控制器影響IGVXDKL的信號和壓氣機壓力比極限值控制器影響IGVXDVP的信號能達到整體降低溫度設定值的目的。為了防止在負荷發(fā)生動態(tài)變化時溫度控制出現明顯的偏差，要對控制器的輸出預先進行調節(jié)，也就是說要把總燃燒強度JGES補充到控制器的輸出中去。進口導葉溫度控制器輸出信號/YLTR是輔助位置控制用的設定值。進口導葉位置控制器（用于快速啟動作導葉）模件LSRS

可以調節(jié)的壓氣機進口導葉（縮寫為IGV）位置控制器控制它們的位置，可從屬于IGV溫度控制器。當IGV溫度控制器接通電源時（IGV溫度控制器ON，LTRE=1），位置設定值由IGV溫度控制器提供。當該控制器切斷電源時（用手動方式MANUAL，LTRE=0），操作和監(jiān)控系統(tǒng)OM的調節(jié)由手工調節(jié)設定值來完成。進口導葉的實際位置值HVL用轉動角度傳感器來測定。在某些運行狀況下為了安全起見或者為了限制最大角度，進口導葉被定位在固定的設定值上。進口導葉位置控制器輸出信號YLSRS構成外部功率級的設定值，它控制進口導葉位置伺服電機。閥門開度控制器

輔助氣體系統(tǒng)閥門開度控制器模件RSP

導向氣體閥門開度控制器的作用是按照規(guī)定的開度設定值給