索拉机组控制系统PPT课件

-,1,TURBOTRONIC控制系统,索拉燃气轮机控制系统介绍,-,2,控制系统硬件配置图控制系统概述及功能描述顺序控制自动调节1.燃料控制2.放气阀控制3.导向器控制4.保护系统燃气轮机控制系统介绍（NGP）站控系统介绍,-,3,Controlpanel,Operatordisplay,Primarycontrol(PLC),Backupcontrol(relays),TURBINEPACKAGE,Malfunctionindication,Data,Operatesdate,Statusindication,控制系统配置图,Operatorcommands,Operatorcommands,-,4,概述及功能描述,机组的稳定运行必须有完善的控制系统。它产生控制信号去启动、加载、变工况调整、停机的自动操作。控制系统的功能有：顺序控制；自动调节控制；保护；状态显示,-,5,顺序控制,顺序控制是按照设计好的、由硬件或软件组成的逻辑关系来实现的控制称为顺序控制，它的作用是通过控制系统的中的逻辑元件来实现的。逻辑元件有开关、电磁线圈、继电器、比较运算单元以及执行设备组成的。顺序控制一般用在一下几个环节：启动、加载、停机、后润滑等。,-,6,机组的启动过程描述,一.准备系统二.复位三.选择运行方式四.开始启动预盘车检查、润滑系统检查、气体燃料系统检查、燃气压缩机组检查与清吹五.清吹盘车六.点火过程开始火炬点火燃烧机组加速（最小燃料控制、启动斜升控制、T5控制、NGP控制）七.启动机脱扣八.润滑油检查,-,7,机组加载描述,机组功能使燃气发生器的转速增加至加载转速，输气压缩机开始加载；燃气轮机进入自稳定运行；通过燃气轮机的NGP（燃气发生器转速给定）的设定值改变来使机组加速，功率增加。直至达到某预定负荷。,-,8,机组停机描述,手动停机、自动停机、冷却停机、快速停机冷却停机(cooldownstop)快速停机（faststop)紧急停机（emergencystop)后润滑当发动机停机后，一段时间后，后润滑计时器开始计时，同时（postlube）灯亮。若预/后润滑油泵不能向滑油母管提供最低压力，备用泵开始启动。当后润滑计时器时间到，则后润滑油泵停，同时（postlube)灯灭。,-,9,自动调节,功能：对机组的转速、压力、温度等过程变量进行监控。根据监测的随机数据进行分析计算，得出对执行系统进行操作的指令数据或逻辑，使执行机构动作，达到对机组进行合理控制的目的。即：检测各变量的动态响应，控制各个过程的执行机构。燃料机构是影响机组各个工况的核心部分，对机组工况的控制通过燃料控制系统来完成。1.燃料控制气体燃料的控制是通过调节燃料流量（通过调节阀的开度来实现）和压力（通过调节阀门的前后压差来实现）来实现的。2.燃料控制系统在不同的阶段（点火、加速、稳态以及动态加载期间）有不同的控制算法，从而达到调节发动机转速、功率和T5温度的目的。,-,10,喘振区,T5限制,加速度限制,正常加速范围,减速限制,熄火区,PCD/NGP,Wf,-,11,燃料控制,上图示出了在启动过程中燃料流量与NGP和PCD的关系。可以看出有几个限制：加速度限制；喘振限制；燃烧室熄火限制。这几个限制在运行过程中是相互制约的。点火通过点火斜升规律来控制的。下图为燃料量在启动过程的变化曲线燃料系统根据这个曲线对燃料调节阀进行控制，达到对发动机的转速控制。燃料供给的规律是基于PCD和发动机速度的函数关系。,-,12,点火斜坡,启动斜坡,暖机过程,加速过程,启动机脱扣,T5最高点,T5,Wf,清吹,-,13,在动态加载过程中，燃料流量控制响应负荷的动态变化。响应迅速，并回复到稳态工作，不传真、不惜活、不超速。快速响应与稳定性由控制系统性能保证。在动态加载期间，燃料控制阀会瞬态达到最大或最小位置，这将造成系统的不稳定，因此，在系统设计时考虑了燃料限制，以保证阀门开度变化较大时,不超温,机组的最小燃料情况下机组不熄火。（见下图）最小燃料功能限制燃料控制阀的关闭，它是基于发动机的熄火特性，是燃料模式、T1、发动机转速的函数。下图描述了各不同曲线的关系。,-,14,喘振线（低T1）,最小燃料量,熄火区,PCD/NGP,Wf,高T1,高T1,低T1,最大燃料量,燃料控制阀,-,15,放气阀的控制,一般是在低转速是打开放气阀，以增加压气机前几级的空气流量。放气阀作为燃气轮机压气机的防喘装置，是不可或缺的。它的动作受压气机排气PCD压力，和机组转速的控制；放气阀打开后，将放出的气体导向排气口、燃烧室旁路（冷却燃烧室壁面、与高温燃气混合后进入燃气透平）、以及透平（作为冷却空气进入透平的各冷却通道，然后进入透平作功）。,-,16,导向器系统功能介绍,导向器是指压气机的前几级的静叶片（也称为导向叶片），他们的安装角是可调的。燃气轮机在启动和加速期间，可以通过改变导向叶片的安装角来实现压气机的工况，改善压气机的启动特性。（如：防止机组在启动过程的喘振）燃气轮机在正常运行时，也可以通过改变安装角来改变燃气轮机的带载能力，从而优化机组的运行特性。在启动与加速过程中，导向器的安装角的控制是由专门的控制系统来实现的，它由燃气发生器的转速来确定。（如转速控制算法）,-,17,机组保护系统功能介绍,监控机组运行中的参数；运行顺序；识别并产生报警信息；判断故障类型，同时启动备用系统；例如：报警故障关机：由多种情况的关机（P189）备用系统快速处理功能：（P190）,-,18,故障关机的四种类型,根据故障的严重程度和停止涡轮机械的紧急程度,关机可以分成四种类型:1.冷却停机首先对燃气轮机减载,然后在不切断燃料之前在慢车状态运行一段时间,然后切断燃料,机组堕走后停止。快速停机为立即切断燃料，同时给压缩机减载。2.锁定（CL)与非锁定(CN)故障锁定故障禁止控制系统运行，除非故障被排除而复位。非锁定故障为运行中断和条件异常所致，一但条件满足，则可以复位。3.冷却停机（CN）正常停机、某些非严重报警条件导致停机。如：润滑油、空气过滤器、燃气压缩机进、出口压力或温度超限等。一旦排除可继续运行。,-,19,故障关机的四种类型（续）,4.冷却停机（NL）虽然条件没有超限，但检测结果发现有失效部件。如：传感器故障、润滑油压力或温度超限等；5.快速停机（CN）如果继续运行将导致损坏。引起该方式停机的原因是瞬时扰动或与顺序控制有关的故障引起；如：见（P190）。6.快速停机（CL）若继续运行将导致严重损坏。需要停机检查并在重新启动前必须进行故障排除。如（P190）,-,20,燃气轮机控制系统,燃气轮机的控制的控制是通过对燃料系统的控制来实现的.作用于燃料系统的信号主要来自以下几个系统:NGP控制算法(燃气发生器的转速设置)NPT控制算法(动力透平的转速设置)T5控制算法(燃气发生器排气温度)天然气压差控制算法(压缩机组的进出口压力差)它们的作用是通过一个最小选择器来实现的.,-,21,NGP控制算法,NPT控制算法,T5控制算法,天然气压差控制,最小值选择器,计算燃料量参数,计算当前工况燃料量,斜坡函数控制,最小燃料量控制,最小值选择器(确定燃料量),燃料调节阀,-,22,控制系统的说明:,最小值选择器的工作原理在进入最小值选择器的信号中,只有最小的信号可以通过,其余信号均不起作用.,燃料调节系统,温度检测,转速调节,启动系统,低值选择器,功率放大器,VCE电压,燃料喷嘴,燃料,-,23,特点保证机组的安全不同的运行阶段,机组各个控制器的信号值是不同的,它可以保证不同的阶段的作用的互相制约.如:启动阶段防止超温如:加载阶段防止超速/超温,-,24,NGP的控制算法,见黑板：wc=wn/(T1/T2)1/2Fn=An（wc-st-wn）Fn是有NGP的控制算法计算出来的燃料基准的改变值。An修正系数，它是NGP的一定时间内的偏差wc函数。wc-st由两部分组成：来自与燃气发生器的NGP的定义值，一部分来自于站控部分的定义值。,-,25,NPT的控制算法,NPT为动力透平转速的设定值，当它改变时也会对燃料量的变化产生影响。Fnpt=Anpt-ngp（wnpt-st-wnpt-sp）Fnpt由NPT的控制算法算出来的燃料基准的改变值。Anpt-ngp对NGP和NPT的修正值，它是wc的函数。wnpt-st是NPT的设定值，一般设为100%。wnpt-sp是NPT的实际测量值。,-,26,T5的控制算法,动力透平出口温度对燃料量有着直接的影响。因为动力透平直接带动天然气压缩机，所以动力透平的运行情况直接体现了压缩机组的负载情况。对于燃气发生起来说，对动力透平的控制主要是通过对T5的控制来实现的。动力透平对出口温度的影响：公式(略).,-,27,说明：有控制算法可以看出：1.NGP、NPT、T5、天然气压差等几个控制算法之间是互相关联的。2.在最小选择环节首先进行一次选择,作为燃料指令进入下一个环节;3.几个燃料给定环节进行比较,再进行一次最小选择环节,然后作为燃料指令给执行机构。,-,28,燃气轮机转速调节系统,控制系统见黑板,-,29,-,30,燃气轮机的多变量控制系统,燃气轮机的控制变量一般情况下只有一个控制变量，即燃料量控制系统。（燃料量是自变量，而其它均为因变量）但对于带可调导叶和可调喷嘴的燃气轮机机组来说，它的自变量就多了两个，这就是，当他不改变燃料量，只改变上述两个就可以引起机组工况的变化。以n1控制燃料量；以pcd控制可转导叶；以t5控制可调喷嘴；以此构成一个多变量控制系统。（见下图）,-,31,n1传递函数1,燃料调节系统,可转导叶调节系统,可调喷嘴调节系统,分轴燃气轮机组,n1传递函数2,导叶传递函数1,导叶传递函数2,喷嘴传递函数2,喷嘴传递函数1,喷嘴传递函数3,n1传递函数3,导叶传递函数2,a给定,b给定,n给定,n,b,a,-,32,天然气输气管线的站控系统,增压站是长距离输气管线的一个中间环节;增压站的上下游的参数直接影响着增压站的运行;增压站的运行工况必须根据管线的参数变化而变化,保证管线的参数稳定;增压站的工况调整是根据输气管线的总体调度的要求而调整。站控系统的作用是根据管线参数的变化自动调整压缩机站的运行工况，以适应管线的要求。,-,33,天然气输气管线的站控系统（续）,站控系统测量参数：站入口压力P1（当该参数变化时，反映来流状况和机组工况水平）；站出口压力p2（反映管线的气体消耗量，当P2降低时，表明消耗量增加，而压缩机功率不够或来流气量不够）；天然气输出流量G（反映管线的气体消耗量，当G增加时，表明耗气量增加）；P2与G都反映了气体的消耗程度，G正比于P2的变化量。但压力的变化要落后于流量的变化，所以，测量流量作为控制的一个辅助手段，有利于系统的动态响应。,-,34,站控系统示意图,入口压力入口压力设定值出口压力出口压力设定值管线流量管线流量设定值,入口压力控制器,出口压力控制器,流量控制器,最小值选择器,最小值选择器,最大值选择器,NGP设定100%,NGP设定72%,NGP设定值,-,35,站控系统说明:,作为压缩机组,它是天然气输气管线的中间站,它的运行必然收到管线工况的制约,因管线工况的变化而变化,满足管线的压力和流量的要求.该控制系统将管线的参数变化反映到了燃气轮压缩机组的调节系统，并且可以使燃气发生器运行在最大转速给定和最小转速给定之间,既满足了管线的要求,又保证了机组的安全.几个环节的控制器均为PI调节器。,-,36,压缩机控制,寇可新,-,37,压缩机控制系统,概述压缩机的主要问题是要控制喘振产生喘振的原因：低流量正攻角气流脱离气道变形工况畸变；发生喘振的现象：气流高频（有时是低频）振动机