索拉机组控制系统

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1、TURBOTRONIC 控制系统,索拉燃气轮机控制系统介绍,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,Control panel,Operator display,Primary control (PLC),Backup control (relays),TURBINE PACKAGE,Malfunction indication,Data,Operates date,Status indication,控制系统配置图,Operator commands,Op

2、erator commands,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,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。,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

3、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,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。,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 (cooldown stop) 快速停机（fast stop) 紧急停机 （emergency stop) 后润滑 当发动机停机后，一段时间后，后润滑计时器开始

4、计时，同时（post lube）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（post lube)灯灭。,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

5、。 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。,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,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。,点火斜坡,启动斜坡,暖 机 过

6、 程,加 速 过 程,启动机脱扣,T5最高点,T5,Wf,清 吹,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。,喘振线（低T1）,最小燃料量,熄火区,PCD/NGP,Wf,高T1,高T1,低T

7、1,最大燃料量,燃料控制阀,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）。,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

8、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）,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）,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

9、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。,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（P19

10、0）。 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）,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.,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

11、择器(确定燃料量),燃料调节阀,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,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,NGP的控制算法,见黑板： wc= wn/(T1/T2)1/2 Fn = A n（ 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。 A n 修正系数，它

12、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。,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 = A npt-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。 A npt-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。,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

13、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).,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。,燃气轮机转速调节系统,控制系统见黑板,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）,n1传递函数1,