(建筑電氣工程)燃氣輪機控制系統(tǒng)概況

（建筑電氣工程）燃氣輪機控制系統(tǒng)概略燃氣輪機控制系統(tǒng)—SPEEDTRONICMarkV綱要:本文介紹了燃氣輪機及其控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程,以及燃氣輪機控制系統(tǒng)—SPEEDTRONICMarkV的工作原理及主要功能,且列舉了幾個燃氣輪機控制系統(tǒng)的例子。重點詞:燃氣輪機;控制系統(tǒng)SPEEDTRONICMarkVGasTurbineControlSystemAbstract:Thispaperintroducethedevelopmenthistoryofgasturbinesandtheircontrolsystem,andthefunctionalprincipleandmainfeaturesofgasturbinecontrolsystems,accompaniedbysomeexemplifyingsystem.Keywords:GasTurbine;controlsystem燃氣輪機控制系統(tǒng)的發(fā)展燃氣輪機開始成為工礦公司和公用事業(yè)的原動機組始于40年月后期,其最先被用作管道天然氣輸送及電網(wǎng)調(diào)峰。早期的控制系統(tǒng)采用了液壓機械式氣輪機調(diào)速器,且輔以氣動溫控,啟機燃料限制穩(wěn)固及手動程控等功能。其余諸如超速、超溫、著火、熄火、無潤滑油及振動超標等保護均由獨立的裝置來實現(xiàn)。跟著控制技術(shù)的飛速發(fā)展，燃氣輪機控制系統(tǒng)出現(xiàn)了以燃料調(diào)理器為代表的液壓機械操動機構(gòu),以及用于啟、停機自動控制的繼電器自動程序控制。繼電器自動程序控制,聯(lián)合簡單的報警監(jiān)督亦可和SCADA(監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集)系統(tǒng)接口,用于連續(xù)遙控運行。這即是于1966年美國GEX公司推出的第壹臺燃機電子控制系統(tǒng)的雛形。該套系統(tǒng),也就是以后被命名為SPEEDTRONICMARKI的控制系統(tǒng),以電子裝置代替了早期的燃料調(diào)理器。MARKI系統(tǒng)采用固態(tài)系列元件模擬式控制系統(tǒng)，大概50塊印刷電路板，繼電器型次序控制和輸出邏輯。MARKII在1973年開始使用。其改良主假如采用了固態(tài)邏輯系統(tǒng)，改良了啟動熱過渡過程，對應(yīng)用的環(huán)境溫度要求放寬了。在MARKII的基礎(chǔ)上，對溫度丈量系統(tǒng)的賠償、剔除、計算等進行改型，在70年月后期生產(chǎn)出MARKII＋ITS，即增添了壹套集成溫度系統(tǒng)。對排氣溫度的控制能力得以增強，主假如對破壞的排氣熱電偶可以實現(xiàn)自動剔除。MARKIV的出現(xiàn)是在1982年，這是在本來I型II型基礎(chǔ)上做了較大的改良。第一是采用冗余微辦理器和電路大批的集成化。從操作來講前三種型號都沒有實質(zhì)上的變化，而MARKIV更新了操作和顯示方式，簡化了面板的部署，依賴CRT和協(xié)助顯示器及操作軟鍵來控制。仍壹改手抄運行數(shù)據(jù)的方法由打印機按要求的時間和內(nèi)容列出數(shù)據(jù)表。這里包含他的改良型PLUS。1991年投入使用的MARKV進壹步完美了三重冗余的微機系統(tǒng)，采用彩色圖形顯示及標準鍵盤的人機接口，對容錯系統(tǒng)由MARKIV的硬件方式改用SIFT的軟件容錯。提升了運行靠譜性以及為在線維修供給了更多的方便。仍改良了控制柜的保護系統(tǒng)，提升了安全性。對SPEEDTRONIC輪控盤的發(fā)展可拜見下表：系統(tǒng)型號MARKIMARKIIMARKIIMARKIVMARKV＋ITS生產(chǎn)時間19661973197619821991數(shù)目8501825356562――次序控制繼電器擺列固態(tài)元件控制保護顯示輸入容錯在這壹階段中,控制原則(見表2)跟著現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。該理論依其重要程度擺列,分別重申了安全運行、靠譜性、靈巧性、可保護性及使用的方便性?，F(xiàn)代燃機控制系統(tǒng)的主要功能以1991年美國ＧＥX公司推出的SPEEDTRONICMarkV為代表的燃機控制系統(tǒng)所執(zhí)行的功能包含了對燃料、進氣、排放量等的控制,同時仍包含燃機的啟、停和冷機等過程中燃料和協(xié)助設(shè)施的程序控制,別的,仍有其余諸如發(fā)電機勵磁機及波及燃機運行的全部主、協(xié)助設(shè)施的控制以致防備違犯程序的操作和不利于安全運行工況的保護舉措,均在其執(zhí)行功能之列。這些功能都是以某種集成方式達成的,這類集成方式可按前面提到的先后次序?qū)崿F(xiàn)上節(jié)所述原則。轉(zhuǎn)速和負荷的控制功能在部分負荷條件下對燃料流量加以控制以期知足對換速器的要求。溫度控制功能則對燃料流量加以限制使之焚燒溫度最大程度地切合額定值的要求。進氣控制經(jīng)過多導(dǎo)葉開度的調(diào)理使得燃機在熱回竣工況下運行的熱耗值降到最低。當燃機帶余熱回收裝置或排煙道裝有回收可燃排放物的回收袋時,需對燃氣通道進行吹掃以保證點火安全。當燃機啟動達到吹掃轉(zhuǎn)速時,以此速度恒定運行壹段時間,往常為足以使3倍至5倍體積的氣流流過燃氣通道為宜,亦即在帶余熱鍋爐狀況下1ｍｉｎ至10ｍｉｎ不等。該過程結(jié)束后即可將燃機轉(zhuǎn)子加快至點快速度。該速度經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)無論從熱氣流通道的熱疲憊的承受能力亦或火焰筒靠譜點火及聯(lián)焰的角度而言均為最正確值。點火的過程包含接通火花塞的點火電源和設(shè)定點火時的燃料流量等步驟。當位于火花塞對側(cè)的火焰探測器探知火焰時,表示點火和聯(lián)焰成功。此時將燃料流量降至暖機運行值且連續(xù)運行1ｍｉｎ,而后啟動機構(gòu)升至最大賣力。若是在規(guī)準時間內(nèi)未能成功點火,控制系統(tǒng)自動倒回到吹掃程序,且在不需操作人員介入的狀況下試試再次點火。不完整點火的狀況很少發(fā)生,但壹旦發(fā)生,因其排放溫度高升,火焰監(jiān)督器可在燃機加載以前便探測到。在暖機運行過程結(jié)束后,可增添燃料流量以使燃機轉(zhuǎn)速快速上漲,當達到額定轉(zhuǎn)速的30%～50%時,燃機進入預(yù)約的升速程序,開始時增速速率較小,在鄰近額定轉(zhuǎn)速之際上漲較快。其目的是為減小啟動過程中對機件造成的熱疲憊。在40%～85%轉(zhuǎn)速之間燃機效率顯然提升,進而可以自行保持運行。這時便不再需要外面盤車動力了。當轉(zhuǎn)速進壹步升至80%～90%時,本來在啟動早期為防備壓氣機遇到?jīng)_擊而封閉的壓氣機進氣導(dǎo)葉將開啟至全速空載狀態(tài)。跟著燃機運行靠近正常工作轉(zhuǎn)速,即可開始同期過程。該過程包含:使燃機發(fā)電機所發(fā)出的電壓周波及數(shù)值和母線電源壹致。在倆者之相位差小于原來整定的數(shù)值之瞬中斷路器合閘。燃機的轉(zhuǎn)速應(yīng)和系統(tǒng)頻次壹致且略有正差,以防備斷路器合閘于倒送功率上而跳閘。保護模塊中的微辦理器采用三冗余準同期方式展望零相角差,且計算出斷路器合閘工作賠償時間以保證零相角合閘。三冗余控制辦理器互相校驗共同確立準同期條件。同期過程達成后,燃機開始進入旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài),啟動過程的最后壹個環(huán)節(jié),包含燃機發(fā)電機的自動加載。其依據(jù)早先設(shè)定的指令,以正?；蚣涌斓姆绞椒謩e帶上腰荷、基荷或峰荷。正常狀況下可由運行人員手動發(fā)出停機指令,且于斷路器分斷且燃機轉(zhuǎn)速降至額定值95%前恢復(fù)加載。停機過程始于機組自動減載。當?shù)顾凸β手颠_5%時,逆流繼電器跳開發(fā)電機斷路器?？刂葡到y(tǒng)將燃油流量降至僅夠保持火焰但沒法保持燃機轉(zhuǎn)速的最低值。燃機則將減速至25%～40%額定轉(zhuǎn)速,此時燃料供給完整停止。如前所述,該帶火焰停機過程是為減小燃氣通道零件的熱疲憊。在燃料關(guān)斷以后,燃機轉(zhuǎn)速漸漸降落至需要借助盤車系統(tǒng)來轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子應(yīng)予按期盤動以防備因不平均冷卻而造成軸向曲折,進而致使再次啟動時惹起振動。轉(zhuǎn)子在冷卻過程中或維修時均需予以盤動。小型燃機往常利用壹套棘輪來盤動轉(zhuǎn)子。正常的冷卻過程依燃機的大小不同而各異,壹般小機在5ｈ左右,而大機則可長達48ｈ。燃機冷卻過程可視需要,在任何時候予以中斷而從頭啟動。當系統(tǒng)發(fā)生緊迫狀況時,燃機可以快速加載。但此舉亦會加劇熱疲憊?？焖偌虞d工況須接收運行人員手動指令,而正常啟動過程則由控制系統(tǒng)按設(shè)定進行自動控制。選擇帶柴油機啟動裝置的燃機發(fā)電機組,可保證當外界供電完整喪失機得以正常啟動,機組啟動時潤滑油由直流應(yīng)急泵供給,應(yīng)急泵使用蓄電池供電,該蓄電池在無外界電源時也同時為直流燃油泵供電。全部的燃機和發(fā)電機控制盤均采用直流蓄電池供電,點火及操作員人機對話接口的溝通電供給則需使用逆變電源來知足。當發(fā)電機升速至50%時,勵磁電源自蓄電池切換至自勵。冷卻系統(tǒng)的電扇供電取自主發(fā)電機出口的電壓互感器。無電源啟動方式選擇的配置采用壹由蓄電池供電的盤車裝置盤動冷卻過程的轉(zhuǎn)子,使機組在無外面供電狀況下能靠自己裝置啟停。如前所述,保護裝置獨立于燃油控制單元,當機組出現(xiàn)超速、超溫、轉(zhuǎn)子振動、著火、熄火或滑油失壓等狀況時,保護能獨立跳開燃機。跟著微辦理器技術(shù)的出現(xiàn),控制系統(tǒng)又增添了不一樣的保護功能。由于微辦理器及探頭和信號辦理單元等的冗余方式,使之增添的保護功能對機組運行靠譜性的影響減至最小。其增添的功能包含:焚燒和熱電偶監(jiān)控,對潤滑油出口溫度高,液壓油壓低,控制計算機故障等的保護,以及對航空衍生型燃機壓氣機喘振的保護等。因為其特征及臨界狀態(tài)性質(zhì)等要素,壹些保護功能經(jīng)過硬接線及三冗余保護模塊對截止閥跳閥。這些保護功能有:在壹些機組上用于代替機械防超速螺栓的硬接線超速檢測系統(tǒng),手動緊迫跳閥按鈕及“用戶辦理跳閥”等。如前所述,保護模塊同時也供給同期且網(wǎng)功能,控制斷路器合時合閘。別的可依據(jù)火焰探測器發(fā)來的信號確立火焰能否燃著或熄滅。仍顯示了當潤滑油、壓力油停供,或手動液壓跳閘時將怎樣經(jīng)過液壓直接動作截止閥的。通過三冗余控制辦理器硬接線保護模塊或液壓跳閘系統(tǒng),可供給和其余操作定義的跳閘功能的互相接口。這些跳閘功能包含:為保護發(fā)電機而關(guān)停燃機;聯(lián)合循環(huán)運行時和汽輪發(fā)電機的配合;以及和單軸ＳＴＡＧＴＭ汽輪機間反對配合。后壹種功能由液壓集成塊來實現(xiàn)。此