燃机控制装置

燃机控制装置控制系统概貌图零部件的作用

·透平的低应力启动和停机·与电网的同步·给透平加负荷·使频率稳定化·有管理甩负荷的能力和满足设备的负荷要求·防止燃气轮机过载·防止压气机过载·对故障和异常工作状况作出反应控制装置的结构

·有保护功能的升速斜坡发生器·速度/负荷控制器·排气温度控制器·极限负荷控制器·压气机压力比极限值控制器·冷却空气极限值控制器·进口导叶温度控制器·压气机进口导叶位置控制器·阀门开度控制器对结构的说明

·测试值的收集和信号处理·设定值的形成·主控制器和升速等变率功能·选择逻辑电路和分配器·校正和计算电路·压气机进口导叶和专用控制器·阀门开度控制器对速度实际值的调节模件NT

燃气轮机的速度用围绕机轴周围安排的6只探头来测量。这6只探头对由于机轴传感区内加工槽的位移引起的磁场变化有反应。探头的输出信号是方波交流电压，其频率是机轴的转动速度与槽子数目的乘积。频率通过3个信道被燃气轮机控制器读出。这3个读数的中值被三选一逻辑电路选中。作为速度实际值的代表，供控制器控制速度使用。对功率实际值的调节模件PEL

发电机的实际功率（有效功率）用二只独立的负荷传感器来测量。这二个实际功率的数值被燃气轮机控制装置直接读出，其中较大的一个数值被选用并被输出，代表发电机功率的实际值供进一步加工时使用。对燃气轮机出口温度校正值的调节模件ATK

在燃气轮机的场合，透平进口温度不得违反规定的极限值，然而，这些进口温度太高，以致于不能直接进行测量，因为温度传感器只有很短的使用命。基于这一原因，人们只能测量温度低得多的透平排气温度，以代替上数。排气温度用均匀分布在排气口四周的24支热电偶来测量。所有这些热电偶被分成三组，从每一组中的2支热电偶发出的信号在燃气轮机保护系统中进行调介。只有每逢第4个测量点获得的数据才在燃气轮机控制装置中直接处理（动态测量值）。根据这6个测量值计算出算术平均值，并且对压气机进口温度的影响和燃气轮机速度TV的影响进行校正。这个结果是根据6个测量值获得的经校正的燃气轮机出口温度，它在稳态情况下校正，以便与根据燃气轮机开环控制系统24个测量点ATK24获得的经校正的燃气轮机出口温度值一致（稳态测量值）。用这种方法计算出来的出口温度校正值ATK是出口温度控制器ATKR和进口导叶温度控制器LTR的受控变量。甩负荷识别，模件LAW

电网内大幅度的功率波动必须迅速检测，以防在燃气轮机控制装置中出现不稳定性而影响测试。在甩负荷识别模件中，借助于极限值监控组件能发现功率的迅速下降。如果极限值监控器有响应，可以在燃气轮机控制装置和它的开环控制系统中引起合适的动作。对天然气系统跳闸信号的处理模件TRIPG

在TRIPG模件中，由燃气轮机保护系统GTSZ发出的所有跳闸指令以及与燃气轮机使用燃气有关的所有跳闸指令，由有关的硬件读出，然后加以监控。只要有给应急关闭阀ESV的OPEN指令，从燃气轮机保护系统发出的信号就处于状态“1”。该模件还收集所有燃气轮机控制装置的跳闸标准，它们与燃气轮机使用的燃气有关，并且通过硬件把它们输入到燃气轮机保护系统中。燃气轮机的负荷计算模件PGT

在单轴设备中，无论是燃气轮机还是蒸汽轮机，只有一种通用的功率测量方法，这是因为它们都是通过一条公用的轴线去驱动相同的发电机。只要蒸汽轮机的离合器没有啮合上，即蒸汽轮机对驱动转矩还没有作出贡献，则测出的电功率与燃气轮机的负荷是等值的。一旦蒸汽轮机开始对发电有贡献，电功率就不再用作燃气轮机负荷的度量尺度。燃气轮机的负荷计算，模件PGT因此，PGT模件可以通过代入变量来计算燃气轮机的负荷。在这种计算中，重要的输入变量有：-压气机排气压力PV2MAX-压气机进口温度TV-经校正的透平出口温度ATK一旦蒸汽轮机的离合器啮合上，从燃气轮机负荷的测定值到计算值的无扰动转换就开始了。燃气轮机负荷计算值PGT成为负荷极限值控制器（模件PGR）的实际值。天然气的压力测量模件PGAS

天然气的压力用二只独立的压力传感器来测量。二个实测值可以直接从燃气轮机控制装置中的设备ANL上读出。二个读数中的一个被二选一逻辑电路选出，然后在控制装置中作进一步的处理，它代表天然气的压力PGAS。压气机排气压力测量模件PV2

压气机排气压力用二只独立的绝对压力传感器来测量。二个实测值可以直接从燃气轮机控制装置中的设备ANL上读出。测试结果是各种功能所需要的，这些功能有不同的安全标准供逻辑电路选择。基于这一原因，二个实际值一个输入到MAX逻辑电路，一个输入到二选一逻辑电路。后者的输出按照要求在控制装置中进行处理，它们分别代表压气机的排气压力PV2MAXPV2A。过频率和低频率保护模件UFS

燃气轮机打算用于速度在额定值95%与103%之间作连续运行。短期运行时可以允许速度在94%与95%之间或者在103%与104%之间。这里的前提条件是不存在任何功率增加，因此，如果出现上述情况，必须马上触发水循环系统跳闸。此外，要确定进口导叶在最大值位置时的功率值。哼声监控模件BRUM

哼声的幅值要用仪表室中指定的装置（振动计）来测定，并且把它们通过双声道输入到燃气轮机控制装置中去。对在每一个声道中测得的信号要进行处理，形成二个极限值信号，然后开通这些信号，使通过这些声道的二选一信号一致。加速度监控模件ACC

加速度的大小要用仪表室中指定的装置（振动计）来测定，并且通过双声道把它们输入到燃气轮机控制装置中去。对在每一个声道中测得的信号要进行处理，形成4个极限值信号，然后开通这些信号，供二选一选择。每一个极限值信号触发若干目标动作，以保护燃气轮机。此外，加速度的数值比极限值2大的时间被积累起来用来确定检查的间隔时设定值的形成

速度设定值模件NS

速度的目标设定值NS在预先规定的工作条件下被调节到预先确定的数值。假如没有相关的设定标准，速度设定值可以通过操作和监控系统OM，当地的控制站和同步装置在一定的极限值范围内改变，对设定值的调节可以按照某个梯度（变化率）来完成，梯度的大小取决于预先规定的工作条件。延迟速度设定值NSV构成速度设定值模件的输出，它使速度/负荷控制器变得有效。负荷设定值模件PS

负荷目标设定值PS在预先规定的工作条件下被调节到预先确定的数值。假如没有相关的设定标准，负荷设定值可以通过操作和监控系统OM在一定的极限值范围或者机组协调等级内改变。在特殊情况下对设定值的调节可以用步进方式调到预先确定的数值。通常，对设定值的调节可以按照某个梯度来完成，梯度的大小取决于预先规定的工作条件或者预先选定的目标值。延迟负荷设定值PSV构成负荷设定值模件的输出，它使速度/负荷控制器变得有效。排气温度设定值模件TS

在设计温度设定值时，燃气轮机在低负荷下专用的设定值被调到固定的数值下，并且被输入到燃气轮机排气温度控制器ATKR中，通过设定值控制时有一个延迟时间。进口导叶IGV的温度控制器LTR接收一个当时有效但未经延迟的基本负荷温度设定值（因为它有它自己的设定值控制）。在联合循环作业的某些工作方式下，外界温度设定值通过机组控制等级来调节。这些温度值既可能只对透平排气温度控制器起作用，也可能对进口导叶IGV的温度控制器起作用，这要取决于它们的功能。主控制器和升速等变率功能

升速斜坡发生器模件HLG

燃气轮机用启动变换器升速，直至由压气机产生的空气质量流量和由升速斜坡发生器调节的燃料流量达到足够的数量，足以使透平能够在它自己的功率下实现加速为止。因此，升速斜坡发生器用来把燃气轮机的受控启动速度提升到额定的速度。只有当速度达到预先设定的数值时，燃气轮机才能启动。在这一启动过程中使用不同的梯率（变化率），梯度的大小取决于选用的燃料以及是正常启动还是黑启动。除了这一斜坡作用之外，在MIN选择中的保护作用对升速斜坡发生器的输出也有影响。通过这一输出可以防止在实际速度下使用的燃料数量不合适。通过在升速设定值形成中的中央MIN逻辑电路YMIN，使升速斜坡发生器能调节燃料的供应量，直至速度控制器启动为止。速度/负荷控制器模件NPR

速度/负荷控制器是双变量控制器，它具有PI结构。它控制透平发电机在下述情况下的转动速度和电功率：从空负荷速度到额定速度；与电网的同步；对透平加负荷；甩负荷；燃气轮机关机。当斜坡发生器的开关或电源电路的开关断开时，该控制器只起速度控制器的作用。在与电网达到同步之后，它才起到控制负荷的作用。当必要时，它可使发电机的负荷与对电网的功率需求相匹配。如果电网频率比标称频率高，必须减少发电的功率。如果电网频率比标称频率低，则必须增加发电的功率。借助于一次频率的影响和规定的下降系数，速度/负荷控制器能完成上述功率调节任务。该系数规定燃气轮机产生的功率必须增加多少或降低多少。如果电网频率偏离了标称频率的话。下降系数5%意味着当频率偏差达5%时，燃气轮机的负荷必须改变100%的标称功率。通过操作和监控系统OM可以选择控制功率方法：是用速度控制器来控制负荷还是用负荷控制器来控制负荷。当用工作方式变换器来促动甩负荷时，这会引起预先通过速度控制器来选择负荷的自动转换。触发燃气轮机跳闸会引起预先通过负荷控制器来选择负荷的自动转换。速度/负荷控制器通过中央MIN逻辑电路来调节燃料的供应量，直到另一只控制器被促动为止。排气温度校正值控制器，模件ATKR

排气温度校正值（OTC）控制器按照有效的温度设定值来调节燃气轮机的排气温度。该控制器对燃料的供应量起作用，限制燃气轮机的进口温度在该过程允许的范围内。在联合循环作业中，OTC控制器可以根据机组协调等级来促动，以便在一定的负荷范围内使降低的排气温度与锅炉或汽轮机相匹配。OTC控制器还可以在温度仍旧低并且压气机进口导叶仍旧关闭时（参见模件TS）从外部来启动，以便给锅炉预热。OTC控制器以有PI结构为特色。在升速设定值形成直到另一个控制器启动为止，OTC控制器通过中央MIN逻辑电路来调节燃料的供应量。极限负荷控制器模件PGR

在运行期间，极限负荷控制器通过机械设计结构来防止燃气轮机超过允许的最大功率电平设定值。当负荷设定值被设定到很高的水平并且当燃气轮机中的质量流量迅速升高以适应外界温度下降，或者用注水方式运行时，就会出现上述情况。极限负荷控制器通过在模件YMIN内的中央MIN逻辑电路来限制燃料供应量，直到另一只控制器启用为止。压气机压力比极限控制器模件VPVR

压气机压力比极限控制器（即π控制器）的作用是防止压气机出现不允许的工作状态。为此，划定了一条务必不能超过的压气机边界曲线，它根据压气机不稳定边界（喘振边界）来定义，并有一个喘振裕度。如果到达边界曲线，就必须采取下述措施：·如果靠近边界曲线的速度较慢，压气机进口导叶（IGV）进一步打开，（通过IGV位置XDVP控制温控偏差信号），只要它对压气机的压力比有积极的影响，并且燃料的流量逐步减少。·如果靠近边界曲线的速度较快，或依靠打开进口导叶已不能实现提高允许的压气机压力比时（例如当导向叶片已经完全打开时），则应适当减少燃料流量，以便使压气机的排气压力下降。该控制器的作用是防止到达甚至超越压气机的喘振边界。这一点是通过在出现上述情况之前就限制压气机的压力比来实现的。用压气机进口压力PVI除压气机排气压PV2MAX就可以得到目前的压缩比。最大允许压缩比由不稳定极限值来确定，它取决于下述变量：·压气机进口温度TV·实际速度值NT·进口导叶的位置HVL冷却空气极限值控制器模件KLGR

冷却空气极限值控制器的作用是排除可能给燃气轮机叶片提供不合适的冷却空气的各种工作条件。当压气机的进口温度低和（或）燃气轮机在过频率状态下运行时就可能出现这类工作条件。为了保证燃气轮机的叶片在上述条件下有合适的冷却，冷却空气极限值控制器采取了下述措施：·如果进口导叶尚未完全打开，经由IGV位置的温度控制器之温度设定值，通过冷却空气控制器对IGVXDKL的作用而获得适当的微调，从而使进口导叶完全打开。这样就增加了空气质量流量，并且改善了冷却条件。·如果进口导叶已经完全打开，冷却空气温度极限值控制器就会通过YMIN模件内的中央MIN逻辑电路来减少燃料的供应量。这样就减少了燃气轮机叶片上的热负荷，从而改善了冷却效果。为了给热负荷提供一个度量的尺度，我们使用了一个导出的参数，即允许的压气机压力比，它随着下降的速度NSTERN、压气机的质量流量LSV以及注射泵（如果有注射泵的话）的工作状态而变化。选择逻辑电路和分配器

中央MIN逻辑电路模件YMIN

中央MIN逻辑电路从升速斜坡发生器的输出中及其它对燃料流量起作用的主控制器输出中选择具有最小值的信号。这一信号构成MIN逻辑电路YMIN的输出。信道识别逻辑电路发信号给目前正在起作用的控制器，即调节燃料供应量的控制器。在这个MIN逻辑电路中，控制作用在升速斜坡发生器与主控制器之间无扰动地传递。天然气的最小流量JEGMIM以及有效辅助气体的质量流量JPGM从中央MIN逻辑电路的输出中扣除，它构成完全燃烧负荷JGES，并且，最后获得的信号按照可变的燃烧强度JVAR变化。天然气分配器模件ANTG

天然气的有效成份在模件ANTG中进行计算。它是根据可变燃烧强度JVAR算出来的。天然气的燃料部分已经标准化，并且借助于转换分配器在扩散支路与预混支路之间进行分配。然后添加合适的最小流量值（对于预混/扩散操作）并且启用最后获得的数值供各自的燃烧器系统使用。这样便产生一个天然气扩散系统质量流量设定值FEGDB和一个天然气预混系统质量流量设定值FEGVB，它们用来计算下行线路的阀门开度。天然气预混操作的转换部分随着下述操作条件而变化并加以调节：天然气的扩散操作、天然气的预混操作、天然气的混合扩散和预混操作。按照这一情况，燃料的质量流量在扩散与预混之间进行分配。分配器内的程序装置把分开的控制信号输入到转换器的分配器内，并且利用状态信号来实现控制和平衡的目的。天然气的最小流量控制模件MIG

天然气最小流量控制为模件ANTG（天然气分配器）提供所需的最小天然气流量，它的大小随燃气轮机当时的运行状态而异。相关的最小流量值根据燃气轮机的运行状态来选择。对于天然气扩散阀和天然气预混阀来说，都有一个最小流量分支。在模件MIG内有一个独立的逻辑电路，它用来平衡在全部燃烧强度范围内的天然气最小流量。在平衡支路内安装了一些合适的计时元件，用于模拟当各自的燃烧系统被启用之后延迟的燃料输入以及当它们关闭后延续的燃料流量。在模件YMIN（中央MIN逻辑电路）内，这一延迟的燃料流量（信号JEGMIM）已从全部燃烧强度中扣除。校正和计算回路

辅助气阀质量流量设定值的计算模件MSPG

在该模件中，辅助气体最佳质量流量根据工作地点以及环境状况来计算。其中主要的输入参数为：-校正后的透平排气温度ATK；-进口导叶的位置HVL；-压气机进口温度TVI。在特殊设备情况下，系统从可变的设定值转换为固定的设定值。这种转换随斜坡函数而异，随斜坡系数而异，它们可根据实际需要来改变。辅助气体质量流量设定值FPG用来计算控制阀的设定值，辅助气体燃烧强度JPG用来实现模件YMIN内的平衡。辅助气体阀门开度的计算模件PGHB

在该模件内，辅助气体质量流量的设定值FPG要乘以一个校正系数，以便计算天然气压力PGAS、天然气温度EGTEMP和压气机排气压力PV2A的影响。辅助气体阀门合适的开度设定值HSP是利用阀门特性、根据校正后的质量流量设定值（kv值）计算出来的。天然气扩散阀门开度的计算模件GDHB

在该模件内，天然气扩散质量流量的设定值FEGDB要乘上一个校正系数，以便计算天然气压力PGAS、天然气温度EGTEMP和压气机排气压力PV2A的影响。天然气扩散阀门的合适开度设定值HSGD是利用阀门特性、根据校正后的质量流量设定值（kv值）计算出来的。天然气预混阀门开度的计算模件GVHB

在该模件内，天然气预混质量流量的设定值FEGVB要乘上一个校正系数，以便计算天然气压力PGAS、天然气温度EGTEMP和压气机排气压力PV2A的影响。天然气预混阀门的合适开度设定值HSGV是利用阀门特性，根据校正后的质量流量设定值（kv值）计算出来的。压气机进口导叶和专用控制器

进口导叶温度控制器模件LTR

进口导叶温度控制器通过改变进口导叶的位置来改变进入燃烧室内的空气质量流量来控制燃气轮机的排气温度。可以调节的压气机进口导叶（缩写为IGV）可以使空气质量流量从大约60%改变为100%，前者是当进口导叶关闭时，后者是当进口导叶安全打开时。该控制器还有一个从动的位置控制器（模件LSR，分别有LSRS），它随着IGV温度控制器输出信号的变化或开启或关闭进口导叶。开启进口导叶可增加空气质量流量，从而降低出口温度，同时不改变燃烧强度。该控制器的作用是当燃气轮机在较高负荷下运行时保持其温度在有效设定值上。为此，空气质量流量基本上与燃料数量的增加成正比，以便使排气温度保持恒定不变。重要的输入参数是基本负荷温度设定值GLT和校正后的出口温度ATK（包括设定值和实际值）。如果燃气轮机工作需要，温度设定值可以降低。这一点可以通过模件KLGR或VPVR的影响来实现。冷却空气极限值控制器影响IGVXDKL的信号和压气机压力比极限值控制器影响IGVXDVP的信号能达到整体降低温度设定值的目的。为了防止在负荷发生动态变化时温度控制出现明显的偏差，要对控制器的输出预先进行调节，也就是说要把总燃烧强度JGES补充到控制器的输出中去。进口导叶温度控制器输出信号/YLTR是辅助位置控制用的设定值。进口导叶位置控制器（用于快速启动作导叶）模件LSRS

可以调节的压气机进口导叶（缩写为IGV）位置控制器控制它们的位置，可从属于IGV温度控制器。当IGV温度控制器接通电源时（IGV温度控制器ON，LTRE=1），位置设定值由IGV温度控制器提供。当该控制器切断电源时（用手动方式MANUAL，LTRE=0），操作和监控系统OM的调节由手工调节设定值来完成。进口导叶的实际位置值HVL用转动角度传感器来测定。在某些运行状况下为了安全起见或者为了限制最大角度，进口导叶被定位在固定的设定值上。进口导叶位置控制器输出信号YLSRS构成外部功率级的设定值，它控制进口导叶位置伺服电机。阀门开度控制器

辅助气体系统阀门开度控制器模件RSP

导向气体阀门开度控制器的作用是按照规定的开度设定值给