燃机控制系统讲义.doc

第一节燃气轮机的主控系统主控系统是指燃气轮机的连续调节系统，单轴燃气轮机控制系统设置了几种自动改变 燃气轮机燃料消耗率的主控制系统（见表11—1）和每个系统对应的输出指令一一FSR（ FUEL STROKE REFERENCE燃料行程基准）.此外还设置了手动控制燃料行程基 准上述6个FSR量进入最小值选择门，选出 6个FSR中的最小值作为输出，以此作为 该时刻实际执行用的 FSR控制信号因而虽然任何时刻 6个系统各自都有输出，但只有一个控制系统的输出进入实际燃料控制系统 （见图11 一 1）» 114 4*4转逋槪ft慕議（W Cnitw］）輕制JK競(T«H^xnnnt CflntrtJ)M遠控制廉业£加44如农甕筒鼻料柠卷蔓車rSRAEC埒机控制扁紀（铀说@却3^）停拭整輻溝弭行癫•稚F囲R手动軽W策続Gm恤0爭祈幣■始料行粗臺襦FS磁事1V2启动投制曲线一、启动控制系统启动控制系统仅控制燃气轮机从点火开始直到启动程序完成这一过程中燃料 Gf （在Mark-V系统中通过启动控制系统输出 FSRSU）燃气轮机启动过程中燃料需要量变化范围相当大其最大值受压气机喘振（有时还受透平超温）所限•最小值则受熄火极限或零功率 所限。

这个上下限随着燃气轮机转速大小而变，在脱扣转速时这个上下限之间的范围最窄沿上限控制燃料量可使启动最快，但燃气轮机温度变化剧烈，会产生较大的热应力，导致 材料的热疲劳而缩短使用寿命启动控制过程是开环的，根据程序系统来的一组逻辑信号来分段输出预先设置的FSRSU,整个启动控制的过程用图 11-2曲线表示图11-3则给出了 FSRSU的控制算法>111-3启功控1K界祛当燃气轮机被启动机带到点火转速 （约20% n0 L14HM=1）并满足点火条件L83SUFI=1 时，受其控制的伪触点闭合，控制常数 FSKSU-F1 （典型值为22 .0% FSR）和压气机气流 温度系数CQTC（通常为0. 9— 1. 25）相乘通过NOT MAX最终赋给FSRSU,以建立点火 FSR值为了点燃火焰并提供燃烧室之间的联焰，在火花塞打火时，点火 FSR相对较大当下列条件之一满足时，就算作点火成功：①至少两个火焰检测器检测到火焰并超过2s;②所有4个火焰检测器均检测到火焰如果点火成功，控制系统给出 L83SUWU=1, L83SU-F1=0允许FSKSU-WU （典型值为10.9% FSR/s）赋给FSRSU,以建立暖机FSR值。

FSR水平的降低是为了减少转子的热 应力在从点火FSR到暖机FSR的转变过程中.用了一个一阶滤波器，使得过渡过程变 得缓和，该滤波器时间常数为 FSKSU — TC（典型值1s）燃气轮机暖机过程中 FSRSU值保持不变，转速则在逐渐上升，实际燃料流量 Gf也随之缓慢增加，使处于冷态的燃气气透平逐渐被加热一般暖机持续 60s结束，由启动程序给出暖机完成逻辑，即 L2WX=1暖机完成后，程序启动加速逻辑 L83SUAR=1受其控制的4个伪触点动作，使FSKSU — IA控制常数［典型值为0. 05% FSR（s）］作为斜升速率进入积分器的输入端，使得 FSRSU输出在暖机值的基础上逐渐增加随着燃油量的增加.燃气轮机转速逐步升高控 制常数FSKSU — AR（典型值为248% ）规定了 FSRSU积分斜升的上限值一但达到该 值.图中上部比较器条件成立，使 RISING置1，受控触点动作切断积分器的输入FSKSU-AR的常数值通过 NOT MAX直接送人下部作为 FSRSU输出在合闸后 L83SUMX 置1,又通过积分器输入斜升速率 FSKSU-IM（典型值为5% FSR/S）.使FSRSU继续上升。

一直斜升到控制常数 FSRMAX给定的最大FSR值作为FSRSU输出至此启动控制系统自 动退出逻辑控制算法（未列出）保证L83SUFI、L83SUWU、L83SUAR和L83SUMX 在任何时 刻都仅有一项可能为“真” •以此保证了有序的输出和对 FSRSU的控制而且FSRSU输出的变化必须在主保护允许逻辑 L4为“真”的条件下才能实现•否则上述所有控制信号为零，FSRSU将直接被箝位于零二、转速控制系统转速控制是燃气轮机最基本的控制系统， Mark-V系统有“有差控制” (Droop Speed与无差控制” (Isoch speed两种控制方式当发电机并网运行时应选用“有差”控制方式当 发电机单机运行时可选用“无差”控制方式这里仅介绍“有差”控制有差转速控制简图见图11_4有差转速控制算法根据要求的转速基准信号 (Speedreference)TNR与实际转速 TNH之差，正比例地改变 FSR，实现FSRN— FSRNo=(TNR — TNH)XK Droop (11-1)式中FSRN ――有差转速控制的输出 FSR;FSRN0 ――燃气轮机在额定转速下空载的 FSR值(在这里作为控制常数存人存储单元);图11-4有差转速控制系统原理图(S5S)■申価A&Wa n-4育摊转嬉揑钢热挽原理囹f^\ a*站・i,KDroop ――决定有差转速控制不等率的控制常数(调峰的燃气轮机 S 一般取4 % )。

式(11-1)用曲线来表示就是有差转速调节静态特性当 FSRN=FSRN0时，由式(11 • 1)可知，此时 TNH=TNR，即转速基准 TNR正好就是空载时的转速 TNH当FSRN 由FSKN值变到额定负荷值 FSRNB时，转速的变化是额定负荷下的 (TNR — TNH)，它正 好就是有差转速控制的不等率 S所以有3 =（FSRNB — FSRNO） / KDroop转速基准 TNR 信号增减时，静态特性线作上下平移若机组尚未并网则轮机转速 TNH 随之变动 （此时 TNH=TNR） 若机组已经并网．则 TNR 变化只改变轮机出力： TNR 升．出力就增加； TNR 降出力就减小所以 TNR 又称为转速负荷基准图11 — 4（b）表示控制转速基准 TNR的变化.TNR由中间值选择输出TNR的最大 值限制是 107％这保证若 3 =4％，即使电网频率高达 103％时，机组仍能带满负荷若 机组要做超速试验，则把此上限改为 113%・，以便在空载时燃气轮机可以把转速升高到这个数值TNR的最小值限制由逻辑信号来确定若 L83TNROP=I，贝U STARTUP（启停值60% ）进人中间值选择，作为 TNR的下限，这时转速控制就有可能在 60% n0起介入启动控制。

运行状态 L83TNROP=0 ，此时 OPERATING（ 运行值 95% ）输人中间值选择作为 TNR 的下限， 95%的下限可以保证即使电网频率低到 95%，仍能通过 TNR 把轮机负荷降到零通常就是图11 — 4（b）中间的输入通过中间值选择器成为输出的 TNR图中z-1与加法器组成数字积分器，L83JDn给出积分速率（L83JDn : n=0, 1, 2, …，5,相应于不同的速率），L70R和L70L决定积分的方向L70R=1、L70 L=0时，积分升高 TNR（升转速/负荷）; 反之积分降低TNR（降转速/负荷）;L70R与L70L都为“假”时积分中止， TNR保持不变当燃气轮机启动程序完成以后，逻辑量 L83TRESI=1 ，则切除积分器，将预置控制的 常数PRESET=1OO. 3%赋给TNR，以备同期并网一经并网 L83TRESI=0 .而TNR则停留 在 100 .3%（略带负荷，以免电网频率波动造成发电机逆功率 ）以后就可以通过升 （或降）TNR 来增（或减）机组出力当发电机断路器跳闸时，则 L83TRESI 置“1”. TNR 复位到100. 3%，为下次并网作准备。

三、加速控制系统加速控制系统将转子实际转速信号 TNH 对时间求导，计算出转子角加速度 TNHA， 若角加速度实测值超过了给定值 TNHAR，则减小加速控制 FSR值FSRACC ,以减小角加速度，直到该值不大于给定值为止若角加速度值小于给定值，则不断增大 FSRACC，迫使加速控制系统自动退出控制角加速度为正值时就是转速增加的动态过程加速控制系 统仅限制转速增加的动态过程的加速度，对稳态 （静态 ）不起作用，对减速过程也不起作用由此可见加速控制系统其实质是角加速度限制系统加速控制系统主要在两种加速过程发 挥作用1） 在燃气轮机突然甩去负荷后帮助抑制动态超速燃气轮机甩去负荷后的过渡过程中，初期转速还未上升多少， FSRN下降也不多，但此时加速度却很大，使 FSRACC降得很小，其介人主控系统后就能在此期间快速地降低 FSR，减小转子动态超速2） 在启动过程中限制轮机的加速率，以减小热部件的热冲击前已阐明，启动过程中，暖机完成以后，启动控制系统输出 FSRSU,在暖机值FSKSUWU （10. 9% FSR）的基础上以FSKSUIA（0.5 % FSR/s）的速率斜升到 FSKSUAR（24 .8% FSR）。

然后以更高的速率 FSKSUIM（5 % FSR/ s）继续斜升而转速控制系统在启动过程中以 TNKRl- 0（9%TNH / min）的速率斜升TNR（直到TNH到达95 % ）转速控制系统输出 FSRN为FSRN=（TNR — TNH）XFSKRN2+FSKRN l 式中FSKRNI ――轮机全速空载 FSR值（典型值=14 .7% FSR）若TNH完全跟上TNR的变化，则FSRN=FSKRNl实际由于转子的惯性 TNH总是滞后于TNR .因此启动过程中 TNH总是大于FSKRN1在到达运行转速（95% n0）附近，由FSRSU或FSRN经最小值选择后的 FSR可能超过FSRN1不少，因此温度将比空载值高不少，也具有较大的加速度而到达运行转速. TNR启动斜升立即停止FSR回到全速空载值，温度相应下降此温度变化较剧烈，将造成热 冲击加入加速度控制则通过限制加速度延缓到达运行转速前的加速过程，间接地抑制了 这个过程中的温度上升，缓和了启动结束阶段的温度变化加速控制系统控制算法见图 11-5.最终经中间值选择门输出 FSRACC信号它有三个输人：(1) 控制常数FSRMAX(100 % FSR)――给定的最大极限。

2) FSRMIN ――—个可变的最小极限 FSR值根据启停过程各个不同阶段所给定的限制曲线，经过压气机进气温度修正系数R形修正后的输出给出最小 FSR极限的目的在于防止过渡过程中燃烧室贫油熄火3) 通过一系列运算后经加法器的输人一般情况下，它就是这三个值的中间值而 作为FSRACC输出下面专门讨论这个值的由来转速信号TNH经微分器和加速基准 TNHAR在减法器中相减，其输出为△ 3 =TNHAR —△ TNH / △在燃气轮机未进人加速控制前，也就是转速的上升速率未超出加速基准 TNHAR前其角速度差值 3 △),那么FSR的差值为正即△ FSR=FSKACC2 X 3 >0使加法器的输出值大于原有 FSR值，也就是FSRACOFSR，从而使得加速控制系 统处于退出控制状态当燃气轮机加速度大于加速基准 TNHAR时， 3 △), FSR <0,此时FSRACC