M701F燃气轮机主控制系统分析[1]

第19卷 第3期2006年9月y

燃 气 轮 机 技 术!GASTURBINETECHNOLOGY

Vol 19 No.3Sept.,2006

M701F燃气轮机主控制系统分析

吴海滨

(深圳市广前电力有限公司,广东 深圳 518051)

摘 要:介绍了M701F型燃气轮机主控制系统的原理、框架构成及其设计思想,并对各子系统相关控制逻辑分别进行了分析,进而总结出了主控制系统在该机组从启动到停机全过程中的工作状况。关 键 词:燃气轮机;主控制系统;燃料量控制

中图分类号:TP273+ 5 文献标识码:B 文章编号:1009-2889(2006)03-0014-05

日本三菱重工M701F型燃气轮机在2003年国家发改委组织的打捆招标中获得了10台的订单,这是三菱重工F级燃气轮机首次登陆中国大陆。M701F型燃气轮机作为日本三菱重工的主力机组,在国际上已有相当不错的运行业绩。为了更好地理解和消化相关技术,很有必要对M701F的主控制系统进行了解和分析。

GE的燃气轮机进入国内较早,尤其是9E机组及其MarkV控制系统,因此对它的分析与研究也已经比较全面[1]。但对于MHI燃气轮机及其控制策略的研究则很少。本文着重介绍、分析了我公司联合循环机组M701F燃气轮机主控制系统的原理、框架和工作状况,希望能够有助于大家对M701F的了解和认识。

出有可能进入实际燃料控制系统。这样就以最安全

的原则保证了上述各控制系统的协同配合。

表1 CSO燃料控制基准

负荷控制系统(LOADCONTROL)

负荷控制燃料基准LDCSO

转速控制系统(GOVERNORCON

转速控制燃料基准GVCSO

TROL)

排气温度限制控制系统(EX

排气温度限制控制燃料基准

HAUSTGASTEMP.LIMITCON

EXCSO

TROL)

叶片通道温度限制控制系统

叶片通道温度限制控制燃料

(BLADEPATHTEMP.LIMITCON

基准BPCSO

TROL)

燃料限制控制系统(FUELLIMIT燃料限制控制燃料基准FLC CONTROL)SO

除此之外,最小值选择门的输出还必须通过一个高选门,高选门的输出作为该时刻实际执行用的CSO控制信号。

高选门的限制值将自动根据燃气轮机所处的状态更换,燃气轮机的四个状态分别表述如下:

MDO点火之前。

FIRE点火时,维持燃料流量以取得可靠点燃。WUP在加速期间,维持燃料流量,防止火焰熄灭并足以预热及加速达到额定速度。

MIN加速后快达到额定速度时,维持最低的燃料流量以防止火焰在瞬变操作期间熄灭。

高选门的作用是防止CSO过分降低,而导致在过渡期间贫油熄火。例如在最极端的例子中,机组突然甩全部负荷,燃气轮机控制系统回路要把CSO信号迅速压低,而高选门的最小CSO给定值则建立

1 主控系统的最小选门和高选门

主控制系统的功能是连续调节燃料量。M701F燃气轮机的主控系统借鉴GE燃气轮机的思路,采用了最小选门,但是其进入最小选门的输入与GE的有很大的不同。M701F控制系统设置了五种自动改变燃气轮机燃料消耗的主控制系统和每个系统对应的输出指令 CSO(controlSignalOutput),作为燃料控制系统的基准,各系统的CSO输出见表1。

上述5个CSO量同时进入最小值选择门,选出5个CSO中的最小值作为输出。因此虽然任何时刻5个系统各自都有输出,但只有一个控制系统的输

y收稿日期:2006 03 27 改稿日期:2006-04-30

(),,。

第3期M701F燃气轮机主控制系统分析

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了避免熄火的最小燃料流量值。最小选及高选的控制框图如图1

所示。准值低),PI调节器的输出为上限值;当前CSO加5,以跟踪当前的实际控制CSO。

倘若出现负值的偏差(BPT/EXT实际均值比参考基准值高),PI调节器将削减自己的燃料控制信号CSO(BPCSO/EXCSO),直至达到正值的温度偏差为止。

3 转速/负荷控制(GVCSO和LDCSO)

3 1转速控制

转速控制的参考值SPREF=(SPSET+100)*30,在LDON为零时(即点火及升速阶段),SPSET=0 266,所以SPREF约为3008r/min。SPSET加上100后为100 266,减去实际转速得到偏差值INPUT,转速控制对该偏差INPUT进行比例调节:GVCSO=IN PUT*GVGAIN+NOLOADCSO,其中NOLOADCSO=33 2,GVGAIN=12 05。(该调速器的增益是通过假设基荷CSO为81 4%和空载CSO为33 2%而得到的,不等率为4%)

根据该算法,可知在燃气轮机升速阶段,GVCSO>33 2。

MD2时(空载全速),跟踪信号Ts为0,GVCSO投入实际控制。此时操作员使同期装置投入自动,自动同期装置则会根据同步并网的要求分别产生SPEEDUP和SPEEDDOWN的信号,使SPSET(转速设定值)以一定的斜率增减,从而实现发电机频率与电网频率的匹配[3]。

MD3时(发电机出口断路器GCB闭合),跟踪信号Ts为1,保持一段时间后变为0。Ts为1时,被跟踪的数值Tr很大,但SPSET的上下限分别为+6%和-4%,因此SPSET实际输出应为上限值6%。根据以上公式,此时GVCSO约为95,即退出实际控制,直至LDCSO使机组升负荷至初始负荷20MW。跟踪信号变为0之后,GVCSO则根据所选择的工作状态(调频或恒定负荷)投入实际控制或跟踪LDC SO。

3 2负荷控制

对于负荷控制,当信号LOADHOLD=1时,负荷参考值LDREF=实际负荷ACTLD;LOADHOLD为0时,LDREF=负荷设定值LDSET。LDSET是一个过程量,主要是根据CRT上的LOADLIMITSET来决定的。当LDSET小于CRT上的设定值时增加;反之则减小。

,图1 最小选及高选控制框图

2 温度控制系统(BPCSO和EXCSO)

由于燃气轮机超温运行会严重地损害热通道部件,因此燃料量调节必须在一定的温度限制下进行。一般而言,由于透平进口燃气温度T3难以测量,都是通过测量燃气轮机的排气温度T4来间接反映透平前温T3的大小,并且采用压气机出口压力(COMB.SHELLPRESS)作为修正参数。为使透平进口燃气温度T3为常数,排气温度T4和压气机出口压力之间有一条关系曲线,这就是温控基准线

[2]

。

燃气轮机在不超出温控基准线以上的范围内运行都是安全的。

GE燃气轮机是针对排气温度T4进行控制,而M701F的温度控制则分为两类:叶片通道温度限制控制和排气温度限制控制。相应的温度测点也分为两类:叶片通道温度测点(20个)和排气温度测点(6个),都是环型均匀布置。

压气机出口压力有三个测点,取中值后作为温控基准函数的输入,温控基准函数的输出则做为排气温度T4的参考基准值(EXREF)。EXREF加上一个偏差量(BLADEPATHBIAS)即作为叶片通道温度的参考基准值(BPREF)。因为叶片通道温度在排气温度的上游,因此其温度参考基准(BPREF)应该比排气温度参考基准(EXREF)高,这个偏差值大约为15 。

两类温度控制分别根据各自的参考基准值(EXREF和BPREF)进行控制,参考基准值与相应测量值的实际偏差值 x作为PI调节器(有高低限)的输入,各自的输出则分别为EXCSO和BPCSO。

(

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燃气轮机技术第19卷

SO为60,所以其不可能通过最小选门。同步时LD SET为下限值20MW(初始负荷),即GVCSO使机组同步并网后,则转由LDCSO控制,LDSET根据一定的升速率不断增加,控制机组继续升负荷至操作员选定的LOADLIMITSET值。3 3转速/负荷控制的相互切换

机组启动完成后,具体的CSO输出则根据操作员在OPS上预设的控制模式来决定。操作员根据中调的要求对ALRON/OFF以及LDLIMIT(LOADLIMITMODE)/43GV(GTGOVERNORMODE)的状态进行选定。

机组的工作状态由以下逻辑决定:

GVAUTO=(MD3&ALRON)OR(LLOPE&GEN ERATORPOWEROUTPUTRANGEOVER为0),

LDAUTO=(ALRON&am …… 此处隐藏：7387字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……