【導(dǎo)讀】××電廠大型機組檢修與管理核心技術(shù)培訓(xùn)專用系列教材。MARKVI系統(tǒng)及維護技術(shù)

　　

【正文】 際轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率同步 ,實際功率將沿著等轉(zhuǎn)速線向轉(zhuǎn)速給定 值變化的方向改變。 當發(fā)電機并網(wǎng)運行時應(yīng)選用“有差”控制方式，當發(fā)電機單機運行時可選用“無差”控制方式。這里僅介紹“有差”控制。 有差轉(zhuǎn)速控制簡圖見圖 210。有差轉(zhuǎn)速控制算法根據(jù)要求的轉(zhuǎn)速基準信號Speed Reference） TNR 與實際轉(zhuǎn)速 TNH之差，正比例地改變 FSR，實現(xiàn) FSRN – FSRN0=（ TNRTNH）KDrooop （ 21） 式中 FSRN—— 有差轉(zhuǎn)速控制的輸出 FSR； FSRN0—— 燃氣輪機在額定轉(zhuǎn)速下空載的 FSR 值（在這里作為控制常數(shù)存入存儲單元）； KDroop—— 決定有差轉(zhuǎn)速控制不等率的控制常數(shù)（調(diào)峰的燃氣輪機δ一般取 4%）。 式（ 21）用曲線來表示就是有差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)靜態(tài)特性。當 FSRN=FSRN0 時，由式（ 21）可知，此時 TNH=TNR，即轉(zhuǎn)速基準 TNR 正好就是空載時的轉(zhuǎn)速TNH。當 FSRN 由 FSKN0 值變到額定負圖 2－ 9 調(diào)整機組的功率 圖 210 19 荷值 FSRNB 時，轉(zhuǎn)速的變化是額定負荷下的（ TNRTNH），它正好就是有差轉(zhuǎn)速控制的不等率δ。所以有 δ =（ FSRNBFSRN0） /KDroop 轉(zhuǎn)速基準 TNR 信號增減時，靜態(tài)特性線作上下平移。若機組尚未并網(wǎng)，則輪機轉(zhuǎn)速 TNH 隨之變動（此 時 TNH=TNR）。若機組已經(jīng)并網(wǎng)，則 TNR 變化只改變輪機出力：TNR 升，出力就增加； TNR 降，出力就減小。所以 TNR 又稱為轉(zhuǎn)速負荷基準。 圖 24（ b）表示控制轉(zhuǎn)速基準 TNR 的變化， TNR 由中間值選擇輸出。 TNR 的最大值限制是 107%。這保證若δ =4%，即使電網(wǎng)頻率高達 103%時，機組仍能帶滿負荷。若機組要做超速試驗，則把此上限改為 113%，以便在空載時燃氣輪機可以把轉(zhuǎn)速升高到這個數(shù)值。 TNR 的最小值限制由邏輯信號來確定。若 L83TNROP=1，則 STARTUP（啟停值60%）進入中間值選擇，作為 TNR 的下限，這時轉(zhuǎn)速控制就有可能在 60%n0 起介入啟動控制。運行狀態(tài) L83TNROP=0，此時 OPERATING（運行值 95%）輸入中間值選擇作為 TNR 的下限， 95%的下限可以保證即使電網(wǎng)頻率低到 95%，仍能通過 TNR 把輪機負荷降到零。 通常就是圖 210（ b）中間的輸入通過中間值選擇器成為輸出的 TNR。圖中 Z1 與加法器組成數(shù)字積分器， L83JDn 給出積分速率（ L83JDn： n=0， 1， 2，?， 5，相應(yīng)于不同的速率）， L70R 和 L70L 決定積分的方向。 L70R= L70L=0 時，積分升高 TNR（升轉(zhuǎn)速 /負 荷）；反之積分降低 TNR（降轉(zhuǎn)速 /負荷）； L70R 與 L70L 都為“假”時，積分中止， TNR 保持不變。 當燃氣輪機啟動程序完成以后，邏輯量 L83TRESI=1，則切除積分器，將預(yù)置控制的常數(shù) PRESET=%賦給 TNR，以備同期并網(wǎng)。一經(jīng)并網(wǎng) L83TRESI=0，而 TNR 則停留在 %（略帶負荷，以免電網(wǎng)頻率波動造成發(fā)電機逆功率）。以后就可以通過升（或降） TNR 來增（或減）機組出力。當發(fā)電機斷路器跳閘時，則 L83TRESI 置“ 1”，TNR 復(fù)位到 %,為下次并網(wǎng)作準備。 加速控制系統(tǒng) 加速 控制系統(tǒng)將轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速信號 TNH 對時間求異，計算出轉(zhuǎn)子角加速度 TNHA，若角加速度實測值超過了給定值 TNHAR，則減小加速控制 FSR 值 FSRACC，以減小角加速度，直到該值不大于給定值為止。若角加速度值小于給定值，則不斷增大 FSRACC，迫使加速控制系統(tǒng)自動退出控制。角加速度為正值時就是轉(zhuǎn)速增加的動態(tài)過程，加速控制系統(tǒng)僅限制轉(zhuǎn)速增加的動態(tài)過程的加速度，對穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）不起作用，對減速過程也不起作用。由此可見加速控制系統(tǒng)其實質(zhì)是角加速度限制系統(tǒng)。加速控制系統(tǒng)主要在兩種加速過程發(fā)揮作用。 （ 1）在燃氣輪機突然甩去 負荷后幫助抑制動態(tài)超速。燃氣輪機甩去負荷的過渡過程中，初期轉(zhuǎn)速還未上升多少， FSRN 下降也不多，但此時加速度卻很大，使 FSRACC降得很小，其介入主控系統(tǒng)后就能在此期間快速地降低 FSR，減小轉(zhuǎn)子動態(tài)超速。 圖 2－ 10 20 （ 2）在啟動過程限制輪機的加速率，以減小熱部件的熱沖擊。前已闡明，啟動過程中，暖機完成以后，啟動控制系統(tǒng)輸出 FSRSU，在暖機值FSKSUWU（ %FSR）的基礎(chǔ)上以FSKSUIA（ %FSR/s）的速率斜升到 FSKSUAR（ %FSR）。然后以更高的速率 FSKSUIM（ 5%FSR/s） 繼續(xù)斜升。而轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)在啟動過程中以 TNKR1 _ 0（ 9%TNH/min）的速率斜升 TNR（直到 TNH 到達 95%）。轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)輸出 FSRN 為 FSR= （ TNRTNH ）FSKRN2+FSKRN1 式中 FSKRN1— 輪機全速空載FSR 值（典型值 =%FSR） 若 TNH 完全跟上 TNR 的變化，則 FSRN=FSKRN1。實際由于轉(zhuǎn)子的慣性， TNH 總是滯后于 TNR，因此啟 動 過 程 中 FSRN 總 是 大 于FSKRN1。 在到達運行轉(zhuǎn)速（ 95% n0）附近，由 FSRSU 或 FSRN 經(jīng)最小值選擇后的 FSR 可能超過 FSRN1 不少，因此溫度將比空載值高不少，也具有較大的加速度。而到達運行轉(zhuǎn)速， TNR 啟動斜升立即停止。 FSR 回到全速空載值，溫度相應(yīng)下降。此溫度變化較劇烈，將造成熱沖擊。加入加速度控制則通過限制加速度延緩到達運行轉(zhuǎn)速前的加速過程，間接地抑制了這個過程中的溫度上升，緩和了啟動結(jié)束階段的溫度變化。 加速控制系統(tǒng)控制算法見圖 211，最終經(jīng)中間值選擇門輸出 FSRACC 信號。它有三個輸入： （ 1）控制常數(shù) FSRMAX（ 100%FSR） —— 給定的最大極限。 （ 2） FSRMIN—— 一個可變的最小極限 FSR 值。根據(jù)啟停 過程各個不同階段所給定的限制曲線，經(jīng)過壓氣機進氣溫度修正系數(shù) CQTC 修正后的輸出。給出最小 FSR 極限的目的在于防止過渡過程中燃燒室貧油熄火。 （ 3）通過一系列運算后經(jīng)加法器的輸入。一般情況下，它就是這三個值的中間值而作為 FSRACC 輸出。下面專門討論這個值的由來。 轉(zhuǎn)速信號 TNH 經(jīng)微分器和加速基準 TNHAR 在減法器中相減，其輸出為 tT N HT N HA R ????? /? 在燃氣輪機未進入加速控制前，也就是轉(zhuǎn)速的上升速率未超出加速基準 TNHAR前，其角速度差值△ω＞ 0，那么 FSR 的差值為正，即， △ FSR=FSKACC2△ω＞ 0 使加法器的輸出值大于原有 FSR 值，也就是 FSRACC＞ FSR，從而使得加速控制圖 2－ 5 圖 2－ 11 21 系統(tǒng)處于退出控制狀態(tài)。 當燃氣輪機加速度大于加速基準 TNHAR 時，△ω＜ 0，△ FSR＜ 0，此是時 FSRACC＜ FSR，加速控制系統(tǒng)投入控制，再次把 FSR 值壓低，直到新的△ω等于零為止。 在啟動過程中， TNHAR 是從一張 5 個點的對照表中計算出來的（見圖 212 和表 22），這張表是燃氣輪機轉(zhuǎn)速 TNH 的一個函數(shù)。 TNHAR 應(yīng)能產(chǎn)生一個溫和上升的點火溫 度：在低轉(zhuǎn)速時慢慢上升，而在輪機到達設(shè)計轉(zhuǎn)速（＞ 60%）時較快地上升。在接近滿轉(zhuǎn)速時減小 TNHAR，以有利于向全速空載過渡而不超調(diào)。一旦燃氣輪機到達全速，則加速基準TNHAR 被設(shè)定成常數(shù)值 TAKR1（典型值 1%/s）。這樣該基準即防止甩負荷或其他擾動時超速。在點火和暖機期間也選擇該固定基準，以防止在啟動過程中的這些階段中加速控制限制燃料供應(yīng)。 表 22 TNHAR 的典型控制常數(shù) n 1 2 3 4 5 TAKNn(%) TAKHn(%/s) 溫度控制系統(tǒng) 燃氣輪機的透平葉輪和葉片在高溫、高速下工作，它們不僅承受高溫，而且還承受巨大的離心應(yīng)力。葉片、葉輪的材料的強度隨著溫度的上升顯著降低，對于燃氣輪機來說，這些受熱零部件的強度余量本來就不大，所在在運行中必須使透平進氣溫度限制在一定范圍內(nèi)。否則，將會使透平受熱部件的壽命大大降低，甚至就會引起透平葉片燒毀、斷裂等嚴重事故。所以，溫度控制是燃氣輪機調(diào)節(jié)的主要任務(wù)之一。 溫度控制系統(tǒng)的作用 （ 1）在燃氣溫度超過允許值時，發(fā)出信號去減少燃料量，使燃氣溫 度不超過允許值。 （ 2）在必要時（尖峰運行和尖峰超載運行）可以提高溫度的的限制值。運行中這個限制值是逐漸提高的，使機組的受熱部件承受較小熱應(yīng)力。 （ 3）和超溫保護系統(tǒng)在一起，在各通道所測的溫度值的差額超過某一定值時發(fā)出警報。機組不論用何種方式加載，一旦機組進入溫度控制便會自動切斷加載回路，停止加載。 溫度控制簡化原理圖 圖 2－ 12 22 透平內(nèi)部溫度限制是在第一級噴嘴處，稱為工作溫度。由于這里的溫度長期維 持在1100℃以上，故無法直接測量此溫度。通常通過測量透平排氣溫度和壓氣機出口壓力，計算得到工作溫度。壓氣機出口壓力代 表通過透平的壓力降，還要對大氣溫度作修正。由于冷空氣密度大于暖空氣，對于同樣的負荷，冷天壓氣機出口壓力將比暖天高，因此冷天透平有較高的壓降和溫降，所以為了保持同樣的工作溫度，排氣溫度必須保持在較低值。 MarkVI 溫度控制系統(tǒng)簡化原理示于圖 213。經(jīng)過算法處理后代表溫度反饋的計算排氣溫度平均值（信號） TTXM 與溫控基準 TTRX 在減法器相減，輸出信號為 △ T=TTRXTTXM 這個差值與 FSR 在加法器中相加之和作為中間值選擇的一個輸入，通常就是這個輸入作為中間值，通過中間值 選擇成為 FSRT。中間值選擇的另外兩上輸入 FSRMAX和 FSRMIN 為中間值選擇設(shè)置最大和最小值極限。 排氣溫度超過溫控基準時，△ T＜ 0，這時 FSRT＜ FSR，溫度控制系統(tǒng)進入控制。每一采樣周期 FSR 便減小一個△ T 值，排氣溫度不斷降低，△ T 不斷減小，直到△ T=0為止。 排氣溫度低于溫控基準時，△ T＞ 0，這時， FSRT＞ FSR， FSRT 便被最小選擇門所阻擋，使溫度控制系統(tǒng)退出控制。 燃氣輪機排氣溫度隨負荷增加而升高，通常在最大功率附近進入溫度控制。在并網(wǎng)發(fā)電時，升高轉(zhuǎn)速基準 TNR 增加功率，到一定值時，排氣溫度 升到溫控基準就開始進入溫度控制的限制。從此若再升高 TNR（由于 FSRN 為最小選擇門所阻擋，轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)退出控制）也無法提高出力。溫控基準為燃氣輪機設(shè)置了運行工況（功率、溫度等）的上限。 排氣溫度信號的處理 GE 重型燃氣輪機的排氣室中有 18 或 24 對熱電偶用以測量排氣溫度（在 MS6000機組中為 18 對，在 MS9000 機組中為 24 對， PG9351FA 機組中為 31 對）。熱電偶的輸出信號接入＜ R＞模塊的 TBQA 卡，由此再分別送到＜ R＞＜ S＞＜ T＞的 TCQA 卡?？峁├涠搜a償和熱電偶異常情況的偏置信號。通過軟件冷端補 償計算后得出反映排氣溫度的 TTXD 向量。編號為 1， 4， 7，?， 22 的熱電偶信號接入＜ R＞控制機，成為圖 2－ 13 23 TTXDR 向量；編號為 2， 5， 8，?， 23 的熱電偶接入＜ S＞機，成為 TTXDS 向量；編號為 3， 6， 9，?， 24 的熱電偶接入＜ T＞機，成為 TTXDT 向量。 為了增加可靠性，排氣溫度信號 TTXD 經(jīng)過一定的處理后得到排氣溫度信號計算值 TTXM。信號處理的基本方法見圖 28。＜ R＞＜ S＞＜ T＞的各個控制機把自身得到熱電偶信號與通過數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)取得另兩臺控制機的熱電偶信號，按實際位置排列成 TTXD1 _ n。再按從 最高溫度到最低溫度的順序，把全部排氣溫度信號編排出新的向量TTXD2 _ n。該信號直接送往燃燒檢測保護，同時還送往下部功能塊，從該向量中剔除小于 X 值的信號。 X 值為 X=TTXD2 _ 2TTKXCO 式中 TTXD2 _ 2—— 向量 TTXD2 _ n 中第二高的信號； TTKXCO—— 控制常數(shù)（典型值為 278℃ /500186。F）。 從此可以剔除故障熱電偶的不正常信號，避免計算誤差。剔除故障熱電偶信號后組成新的向量，再經(jīng)第二個功能塊，去除一個最高值和一個是低值。在此基礎(chǔ)上由第三個功能塊把余下的信 號進行平均，得出排氣溫度信號的平均值 TTXM。 溫度控制基準 用燃氣輪機排氣溫度間接控制燃氣輪機工作溫度時，溫控基準隨環(huán)境溫度而變化，因而應(yīng)用溫控基準隨壓氣機出口壓力而變的溫控線和隨燃料量而變的溫控線以達到同樣的效果。 根據(jù)第一級噴嘴入口為溫度 3T =1420℃，壓力為 3p =，燃氣輪機排煙溫度4T =℃，燃氣輪機排煙壓力 4p =，按照nnppTT 14343 )( ?? 得： n=。 在第一級噴嘴入口為溫度 3T =1420℃，燃氣輪機排煙壓力 4p =，第一級噴嘴入口壓力不