郝永紅

摘 要：本文主要介紹M701F燃?xì)廨啓C(jī)主控制系統(tǒng)，并簡要分析了自動(dòng)負(fù)荷調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制、溫度控制以及燃料分配控制的功能、邏輯實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：M701F燃?xì)廨啓C(jī)；控制；功能；邏輯

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.032

1 M701F燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)概述

M701F燃?xì)廨啓C(jī)的DCS采用三菱Diasys Netmation過程控制系統(tǒng)，其中燃?xì)廨啓C(jī)部分的控制主要由透平控制系統(tǒng)TCS（ Turbine Control System）、透平保護(hù)系統(tǒng)TPS（Turbine Protection System）和高級燃燒壓力波動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)ACPFM（Advanced Combustion Pressure Fluctuation Monitor）組成。

M701F燃?xì)廨啓C(jī)主控制簡介。燃?xì)廨啓C(jī)主控系統(tǒng)的功能是連續(xù)調(diào)節(jié)燃料量，以滿足燃?xì)廨啓C(jī)各運(yùn)行階段的需要。M701F燃?xì)廨啓C(jī)主控系統(tǒng)主要具有如下控制功能：自動(dòng)負(fù)荷調(diào)節(jié)（ALR）、轉(zhuǎn)速控制（GOVERNOR）、負(fù)荷控制（LOAD LIMIT）、溫度控制、燃料限制控制、燃料分配控制、燃料壓力控制、燃?xì)鉁囟瓤刂?、進(jìn)口導(dǎo)葉（IGV）控制和燃燒室旁路閥控制，具體原理框圖如圖1所示。

燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行各階段的控制方式如圖2所示。燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火前CSO（控制信號輸出）=-5%，使燃料閥嚴(yán)密關(guān)閉。燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火時(shí)，CSO為FIRE階段的最小CSO，以保證能夠可靠點(diǎn)燃。點(diǎn)火后一段時(shí)間內(nèi)，CSO等于暖機(jī)升速階段的WUP，保證燃?xì)廨啓C(jī)在升速階段的燃燒穩(wěn)定，此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速不受控制，在CSO≈15%的燃料量及SFC產(chǎn)生的合力矩作用下自由加速。當(dāng)轉(zhuǎn)速至一定值時(shí)（約1110rpm），F(xiàn)LCSO將開始大于暖機(jī)升速階段的最小CSO，使CSO=FLCSO。此后，由于FLCSO是直接由燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的，因此不管SFC力矩或阻力矩是否改變，即使在SFC脫扣或IGV在2745rpm快速全關(guān)時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)均以設(shè)定的135rpm升速率升至額定轉(zhuǎn)速；在接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，GVCSO將小于FLCSO，通過最小選擇器使CSO=GVCSO，燃?xì)廨啓C(jī)開始進(jìn)入空載和同期的調(diào)速階段，直到并網(wǎng)帶負(fù)荷。并網(wǎng)后若選擇負(fù)荷控制方式則CSO=LDCSO，若選擇轉(zhuǎn)速控制方式則CSO=GVCSO。機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)將進(jìn)入溫度控制方式，則CSO=BPCSO或CSO=EXCSO。

2 各子系統(tǒng)簡介

2.1 自動(dòng)負(fù)荷調(diào)節(jié)

轉(zhuǎn)速控制方式和負(fù)荷控制方式均可接受ALR（自動(dòng)負(fù)荷調(diào)節(jié)）的指令信號。在ALR ON模式下，ALR的輸出作為機(jī)組功率設(shè)定值送到轉(zhuǎn)速控制方式和負(fù)荷控制方式回路。在ALR ON模式下，機(jī)組負(fù)荷是閉環(huán)無差調(diào)節(jié)的，燃?xì)廨啓C(jī)控制器自動(dòng)改變轉(zhuǎn)速設(shè)定值或負(fù)荷設(shè)定值（運(yùn)行方式選轉(zhuǎn)速控制或者負(fù)荷控制）。在機(jī)組沒有進(jìn)入溫度控制模式的前提下，若機(jī)組實(shí)際負(fù)荷比ALR功率設(shè)定值低，則自動(dòng)增加轉(zhuǎn)速控制方式的設(shè)定值或負(fù)荷控制方式的設(shè)定值；若機(jī)組實(shí)際負(fù)荷比ALR目標(biāo)功率設(shè)定值高，則自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速控制方式的設(shè)定值或負(fù)荷控制方式的設(shè)定值。在ALR ON模式下，機(jī)組還有“AGC OFF”和“AGC ON”兩種運(yùn)行方式。在“AGC OFF”方式下，ALR目標(biāo)功率可以手動(dòng)給定或根據(jù)機(jī)組工況自動(dòng)給定。在“AGC ON”方式下，ALR目標(biāo)功率跟蹤中調(diào)EMS來的目標(biāo)負(fù)荷指令信號，也就是AGC控制方式。

2.2 轉(zhuǎn)速控制

M701F燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速控制采用純比例控制回路進(jìn)行轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)函數(shù)的修改可通過修改邏輯中滿負(fù)荷燃料信號、空載燃料信號和不等率的設(shè)定值實(shí)現(xiàn)。

轉(zhuǎn)速控制方式的控制邏輯簡圖如圖3所示。由圖6可得轉(zhuǎn)速控制方式的設(shè)定值GVCSO的計(jì)算式（1）和參考值SPREF的計(jì)算式（2）。

GVCSO=（SPSET+100-SPEED/30）* GV GAIN+NO LOAD CSO （1）

SPREF=（SPSET+100）*30 （2）

其中：NO LOAD CSO為M701F燃?xì)廨啓C(jī)的空載燃料信號，設(shè)定值為35.1%。

GV GAIN為調(diào)速器增益，在假設(shè)滿負(fù)荷燃料信號為83%、空載燃料信號為 35.1%，不等率為4%基礎(chǔ)上得來，即GV GAIN=（83%-35.1%）/4=11.975%。

2.3 負(fù)荷控制

負(fù)荷控制方式為閉環(huán)無差調(diào)節(jié)，適用于帶負(fù)荷運(yùn)行工況下的負(fù)荷控制，與轉(zhuǎn)速控制互斥。機(jī)組并網(wǎng)后，若不是負(fù)荷控制方式就是轉(zhuǎn)速控制方式。圖4為簡化后的負(fù)荷控制邏輯圖。

機(jī)組并網(wǎng)后，若機(jī)組在負(fù)荷控制方式下運(yùn)行，機(jī)組的負(fù)荷是通過改變負(fù)荷設(shè)定值LDSET來控制的。負(fù)荷控制功能還可限制CSO的增加速率，防止燃?xì)廨啓C(jī)在高負(fù)荷時(shí)因升負(fù)荷過快而超溫。

2.4 溫度控制

燃?xì)廨啓C(jī)溫度控制的主要作用是限制最大燃料量，以保證在啟動(dòng)階段和帶負(fù)荷時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)透平入口煙溫在安全范圍內(nèi)，防止超溫運(yùn)行對燃?xì)廨啓C(jī)熱通道部件的損壞。

一般情況下，燃?xì)廨啓C(jī)透平入口煙溫T3越高，燃?xì)廨啓C(jī)的功率和效率越高，因此希望機(jī)組在盡可能高的T3下安全運(yùn)行。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)，透平葉輪和葉片均在高溫下高速轉(zhuǎn)動(dòng)，需承受高溫和巨大的離心力作用。隨溫度的升高，材料強(qiáng)度將明顯降低，同時(shí)限于制造工藝和為了追求高性能參數(shù)，燃?xì)廨啓C(jī)葉輪、葉片等熱通道部件的強(qiáng)度余量不會(huì)很大。如果T3超出了安全極限，會(huì)使透平熱通道部件壽命大為降低，甚至造成熱通道部件燒毀、斷裂等嚴(yán)重事故，對燃?xì)廨啓C(jī)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。因此在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行過程中必須嚴(yán)格監(jiān)控T3的變化，保證T3不超過限定值。

M701F燃?xì)廨啓C(jī)則采取了兩類溫度控制，葉片通道溫度（BPT）控制和透平排氣溫度（EXT）控制，各自對應(yīng)的溫控基準(zhǔn)線如圖5所示。葉片通道溫度反應(yīng)靈敏，只要燃料量增加，葉片通道溫度將立即上升。透平排氣溫度則較為準(zhǔn)確，但反應(yīng)不靈敏，有一定的滯后性。兩種控制方式互補(bǔ)，可確保燃?xì)馔钙讲怀瑴亍?/p>

葉片通道溫度測點(diǎn)安裝在透平末級動(dòng)葉下游通道處，共有20個(gè)熱電偶測點(diǎn)，環(huán)型均勻布置。透平排氣溫度測點(diǎn)安裝在透平排氣通道處，由于該處煙氣充分混合，故只需設(shè)置6個(gè)熱電偶測點(diǎn)，也為環(huán)型均勻布置。

M701F燃?xì)廨啓C(jī)溫度控制按圖5中邏輯設(shè)定的兩組曲線進(jìn)行，啟動(dòng)溫控線用于機(jī)組并網(wǎng)前的溫度控制，基礎(chǔ)溫控線用于正常負(fù)荷調(diào)節(jié)的溫度控制，兩組曲線自動(dòng)切換。

2.5 燃料限制控制

燃料限制控制是用于啟動(dòng)升速過程中的燃料量開環(huán)控制，其設(shè)定值FLCSO等于燃燒器殼壓力和轉(zhuǎn)速的實(shí)測值經(jīng)函數(shù)運(yùn)算并通過高選后的輸出值，其原理簡圖見圖6。

由燃料限制控制邏輯分析可得，燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火前FLCSO被限制在-5%輸出，且FLCSO經(jīng)最小選擇器后作為CSO的輸出，這樣能確保燃料閥門嚴(yán)密關(guān)閉。燃?xì)廨啓C(jī)升速過程中，F(xiàn)LCSO直接由轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至約1110rpm時(shí)，F(xiàn)LCSO大于WUP CSO（即暖機(jī)CSO，具體值為15%），燃?xì)廨啓C(jī)切換為燃料限制控制。此后，通過升速率限制回路的作用，不管SFC力矩或阻力矩是否改變，即使在SFC脫扣或IGV在2745rpm快速全關(guān)時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)均以速率限制器設(shè)定的135rpm升速率升至額定轉(zhuǎn)速。機(jī)組并網(wǎng)后，由于轉(zhuǎn)速不變，限制最大燃料量轉(zhuǎn)為燃燒器殼壓力的函數(shù)。

3 結(jié)語

三菱M701F燃?xì)廨啓C(jī)主控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想并不復(fù)雜，但是在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中涉及到設(shè)備、運(yùn)行環(huán)境、燃料特性等諸多因素影響，從而增加了控制的難度和精度。燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)較多，本文只著重介紹了其中重要的五個(gè)子控制系統(tǒng)，希望為燃機(jī)電廠相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

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