燃气轮机本体测量与控制
燃气轮机的性能评估与控制
燃气轮机的性能评估与控制燃气轮机是一种具有高效能、低排放、可靠性高的能源装置，现在在航空、航天、能源等领域有着广泛的应用。
燃气轮机的性能评估与控制是提高燃气轮机性能、使用寿命及减少早期故障的重要手段。
本文将从燃气轮机性能评估和控制的原理、方法、应用和研究现状进行探讨。
一、燃气轮机性能评估的原理燃气轮机性能评估是对燃气轮机的各个性能指标进行分析和评价，明确燃气轮机的性能状况。
它可通过对燃气轮机的运转数据进行原始数据分析，针对不同的性能因素进行更深入的挖掘和分析，得出燃气轮机的运行状态、运行效率、故障情况等指标信息，进而指导轮机的使用、维护和巡检。
性能评估是燃气轮机管理、维护和保养的基础，应用普及可提高设备性能稳定性，保证燃气轮机的长期稳定运行。
燃气轮机性能评估的原理和方法，主要是通过对比实际工作状态和预期状态来分析轮机的性能情况，确定轮机内部热力学、流体力学、机械动力学等方面的运作参数和指标。
其中，燃气轮机性能参数包括轮机效率、燃油消耗率、排气温度等。
而燃气轮机性能指标包括质量流量、气门总开度、增压比、出口高压压比等。
二、燃气轮机性能评估的方法常见的燃气轮机性能评估方法主要有试车评估方法和基于运行数据的评估方法两种。
试车评估方法，即是以出厂试车为基础的性能评估方法。
该方法通过对燃气轮机设计技术指标进行校核，确定燃气轮机技术参数，并通过实际试车，测试和校验燃气轮机各项性能参数，完善燃气轮机的试车报告，得出燃气轮机的技术性能评价。
基于运行数据的评估方法，是根据运行过程中燃气轮机的原始数据，来估算燃气轮机的性能指标。
这种方法以燃气轮机的运行参数为原始数据，通过多元回归分析、神经网络算法等方法，推导出一系列关键性能参数的综合计算公式。
该方法可减小测量误差，提高精度，更具有实用价值。
三、燃气轮机性能评估应用燃气轮机性能评估可实现燃气轮机设计、制造、试车、使用、维护、改进的全过程跟踪和全面分析，具有广泛的应用价值。
燃气轮机控制系统的设计及性能分析
燃气轮机控制系统的设计及性能分析燃气轮机控制系统是指控制燃气轮机运行的一套电气系统，主要由控制器、传感器和执行器等组成。
它的设计和性能直接影响着燃气轮机的可靠性、安全性和经济性。
本文旨在探讨燃气轮机控制系统的设计及性能分析，帮助读者更好地了解和运用这一领域的知识。
一、燃气轮机控制系统的设计1. 控制目标与策略燃气轮机控制的目标主要是控制其转速和负载，在保证燃气轮机安全可靠的情况下，最大限度地提高其效率。
控制策略包括速度控制和负荷控制两种方式，其中速度控制是通过调节燃气轮机的燃气流量来控制转速，负荷控制是通过调节冷却水流量或蒸汽流量来控制负荷。
控制策略的选取应根据具体情况和需要进行综合考虑。
2. 控制器的选型与布置燃气轮机控制器是实现以上控制策略的核心部件，其选型应有以下几个方面的考虑：性能要求、可靠性、扩展性、易用性和经济性。
控制器的布置应考虑控制面板、控制站和控制中心的统一管理，采用现代化的网络化控制手段，提供远程控制和状态监测功能。
3. 传感器的选择与安装燃气轮机控制系统需要大量的传感器来测量各种物理量，如转速、温度、压力、流量等参数，以便进行更准确的控制。
传感器的选择应考虑测量范围、准确度、可靠性、安全性和适应性等因素，而传感器的安装应考虑其位置、数量和要求，保证传感器读取的数据准确无误。
4. 执行器的选用与安装燃气轮机控制系统需要执行器来执行控制器发出的命令，如电动机、风门和水阀等。
执行器的选用应考虑其可靠性、速度、精度和功率等因素，而执行器的安装应考虑其位置、数量和要求，其操作应简单、耐用、安全可靠。
二、燃气轮机控制系统的性能分析1. 燃气轮机的效率分析燃气轮机的效率是指其输出功率与输入热量之间的比值，影响燃气轮机的经济性和环保性。
燃气轮机的效率可以通过计算发电机的电能输出和燃气使用量来确定。
燃气轮机的热效率越高，其使用效益和环保效益就越好。
2. 燃气轮机的灵敏度分析燃气轮机的灵敏度是指控制器对于输入信号的变化所产生的反应速度和精度。
燃气轮机原理及控制调节
图2－7 Ne－n 静态特性( PI 调节作用下)
在考虑并网机组的情况时, 首先应考虑大电网的 功率－频率静态特性(见图2－8中的实线所 示) 。当燃气轮发电机组并入大电网后，其转
速受电网频率的钳制，为恒定的频率值，一般 只有很小的波动。在不考虑频率ωe 扰动的前
提下，不需要考虑转速调节。对并入大电网的 机组进行功率调节，就是要在机组的Ne－n 静
1.4、温度控制系统
3、排气温度信号的处理
1.4、温度控制系统
4、温度控制基准
1.4、温度控制系统
压气机：级数：18级；压比（ISO）：16.5
1.4、温度控制系统
4、温度控制基准
图2－8
图2－11
图2－12
图2－13
图2－14
图2－15
图2－16
三、燃气轮机的IGV控制系统
动力涡轮转子总成 燃气发生器透平钻子总成
VP40(98)-013
Centaur 40单轴燃气轮机
透平箱体和喷嘴 排气阀
燃烧室外罩
卷轴结合
燃料喷嘴 压缩机转子 附属驱动
输出轴
透平排气扩容器和排气 集箱
透平转子 燃料歧管 压缩机扩容器 压缩机可变进口导叶
空气进口 主减速齿轮箱
VP40(98)-014
Centaur 40 压缩机 /机械驱动
• FSRN – FSRN0=（TNR-TNH）×KDrooop （2-1） • 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
为控制常数存入存储单元）； • KDroop——决定有差转速控制不等率的控制常数（调峰的燃
气轮机δ一般取4%）。
1000
东汽50_MW重型燃气轮机控制系统功能介绍
·50李鑫1,2,田晓晶1,2,徐玲玉1,2,袁国凯1,2,傅颖1,2,孔祥林1,2(1.清洁高效透平动力装备全国重点实验室,四川德阳,618000;2.东方电气集团东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)摘要:目前世界上的主流商业燃机均已实现了机组一键启停自动运行保护的功能。
而实现这一功能的主体便是燃机控制系统。
燃机控制系统作为整个机组运行的神经中枢,是关系到燃机运行安全的核心部件。
我国虽然通过“打捆”招标的方式引进了国外先进燃气轮机的制造技术,但控制系统的研发技术依然牢牢掌握在国外厂商手中。
东方汽轮机有限公司在研发国产重型燃机的过程中,同步推进控制系统的自主研发,通过开展专项试验研究,逐步开发出符合国产燃机特性的燃机控制系统。
文章对控制系统的主要功能和研发过程中所开展的试验项目进行了简要介绍,为同类型控制系统的研发指明了有效的方向。
关键词:燃气轮机,控制系统,试验中图分类号:TK477文献标识码:B文章编号:1674-9987(2023)04-0010-04 Function Introduction of Dongqi50MW Heavy Duty GasTurbine Control SystemLI Xin,TIAN Xiaojing,XU Lingyu,YUAN Guokai,FU Yin,KONG Xianglin(1.State key Laboratory of Clean and Effient Turbomachiney Power Equipment,Deyang Sichuan,618000;2.Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:At present,main stream gas turbine products in the world have realized the function of one-button start-stop and auto⁃matic protection.The main component to realize this function is the gas turbine control system.Gas turbine control system is a key component related to gas turbine safe operation as the nerve center of the whole unit operation.Although some advanced manufac⁃turing technologies of gas turbines has introduced through"bundling"bidding,but the research and development technology of the control system is still firmly in the hands of foreign manufacturers.In the process of developing domestic heavy duty gas turbine, Dongfang Turbine Co.,Ltd.started the research and development of the control system at the same time,through the implementation of special experimental research,the gas turbine control system in line with the characteristics of domestic gas turbine has been gradually developed.In this paper,the main functions of the control system and the test items carried out during the development process are briefly introduced,it points out the effective direction for the research and development of the same type of control sys⁃tem.Key words:gas turbine,control system,test第一作者简介:李鑫(1984-),男,学士,高级工程师,毕业于重庆大学自动化专业,主要从事燃气轮机测控与试验技术的研究工作。
浅议燃气轮机的控制技术
浅议燃气轮机的控制技术摘要：燃气轮机的控制是保证燃气轮机可靠性运行的关键，为此，本文对燃气控制技术进行了研究。
首先，结合现代控制理论对燃气轮机控制过程中的一些问题进行了阐述;其次，对于燃气轮机系统构成进行分析以及工作原理进行分析;最后，对燃气轮机今后的发展提出了看法。
本文分别讨论了燃气轮机的拉制问题，频域设计方法，开环最优控制和自适应控制等，希望能够起到借鉴意义。
关键词：燃气轮机;控制系统;监控检测引言航空工业的发展限制了中国燃气轮机的发展，它在一段时间内仍然处于停滞状态。
伴随着对于国内外相关优秀技术的不断学习，我们燃气轮机的相关技术取得了很大进步。
燃气轮机所涉及的学科很多，如材料，测量和控制。
随着造船和航空业的快速发展，燃气轮机技术已然得到改善。
1燃气轮机的控制问题作為动力单元，燃气轮机包括了很多部件，有燃烧室相关部件、压气机及涡轮机等。
燃气轮机应用较为广泛，其被常用于发电、车辆、船舶及航空等领域。
燃气轮机通过使用中间冷却、多轴、可变几何及回热等方式来满足整体负荷的匹配和相关机械性能的要求。
燃气轮机系统很复杂并且具有相对多的控制变量，燃气轮机是一个复杂的多变量控制系统[1]。
其系统对于不同的工况条件有一定的非线性。
燃气轮机的控制目标在不同的应用中是不同的，民用的重点是低油耗，而军用的重点是加速，但压缩机喘振会对军用燃气轮机产生过热影响，而在其运行期间涡轮叶片也会对其产生过热影响。
此时就需要控制器，控制器就是要在各种约束条件下使其达到正常运行的规格，对于控制器的设计，通常采用现代频域法，另外，还分别应用了开环最优控制和自适应控制[2]。
本文将对此进行讨论并简要描述与控制系统设计密切相关的建模、预测和检测问题。
2开环最优及自适应控制如今，开环最优控制和自适应控制都应用在燃气轮机系统中。
就以下状态来说，可以将其描述成为开环最优控制，假设其系统有：状态方程：X=f（x，μ，t）;初始条件：X|t0=x0末端条件：h（xT）=0;约束条件：g（x，μ，t）≥U;性能指标：J=k（xT，T）+∫Tt0L（x，μ，t）dt开环最优控制解决了μ，因此可以在控制变量、状态变量、结束条件等的约束下优化其性能指标。
9FA燃气轮机控制系统分析
9FA燃气轮机控制系统分析燃气轮机控制系统是指对燃气轮机进行监测、调节和控制的系统，主要用于实现燃气轮机的稳定运行和优化控制。
本文将对9FA燃气轮机控制系统进行分析，包括其组成结构、工作原理以及优缺点。
9FA燃气轮机控制系统由传感器、执行元件、数据处理单元和人机界面组成。
其中，传感器用于对燃气轮机输出的各种参数进行测量和监测，如转速、温度、压力等；执行元件负责根据数据处理单元的控制命令，控制和调节燃气轮机的各个部件，包括燃烧器、空气系统、燃气系统等；数据处理单元是整个系统的核心，负责采集、处理和分析传感器采集到的数据，并根据设定的控制策略生成控制命令；人机界面用于人机交互，包括显示系统运行状态和参数、设置控制策略等。
9FA燃气轮机控制系统的工作原理主要包括数据采集、数据处理和控制反馈三个过程。
首先，传感器测量和采集燃气轮机各个部件的运行参数，并将数据送至数据处理单元。
数据处理单元对采集到的数据进行处理和分析，根据预先设定的控制策略生成控制命令，并发送给执行元件。
执行元件根据控制命令对燃气轮机的各个部件进行调节和控制，以实现燃气轮机的稳定运行。
同时，执行元件还会将控制结果反馈给数据处理单元，用于系统监测和优化控制。
人机界面可以对系统进行监测和调节，实现对系统的实时监控和远程控制。
9FA燃气轮机控制系统具有以下优点：首先，系统能够实现对燃气轮机运行参数的精确监测和测量，保证了系统的可靠性和安全性；其次，数据处理单元能够根据采集到的数据进行实时分析和处理，并自动调节和优化控制策略，提高了系统的效率和性能；再次，人机界面友好、易操作，可以实现对系统的集中监控和远程控制，方便操作员对系统进行管理和调节。
然而，9FA燃气轮机控制系统也存在一些局限性。
首先，系统的复杂性和高成本使得对系统运行和维护要求较高，需要经过专门的培训和技术支持；其次，系统对环境条件要求较高，温度、湿度等因素可能会对系统的正常运行产生影响；再次，由于燃气轮机的运行参数具有较大的波动性，系统控制策略的确定和优化比较复杂，需要结合实际情况进行调整。
燃气轮机设计与控制
燃气轮机设计与控制燃气轮机是一种高效的发电设备，也被广泛应用于工业生产和军事领域。
本文将从机构组成、运行原理、控制技术和设计优化等方面探讨燃气轮机的相关知识。
一、机构组成一台燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮和发电机组成。
其中，压气机和涡轮有多个级别，每个级别都采用特定的转子和定子，细节之处可能存在差异。
压气机负责将空气压缩，燃烧室中喷入燃料点燃后产生高温高压气体，这些气体通过涡轮推动涡轮转动，最终驱动发电机发电。
二、运行原理燃气轮机运行的基本原理是利用燃料燃烧产生高温高压气体来驱动轮转，从而达到产生动力的目的。
具体来说，压缩机将大量空气压缩至高压状态，经过燃烧室燃料燃烧后气体温度急剧升高，气压也相应升高。
高温高压气体进入涡轮，通过涡轮的叶片推动涡轮转动，因此涡轮可以继续推动机械设备发挥功效，例如发电、推动船只等。
三、控制技术燃气轮机控制技术是应用于燃气轮机上的控制系统，主要用于控制燃气轮机的运行稳定性、发电效率等，从而提升机器的整体性能。
燃气轮机的成熟控制技术主要包括以下方面：1.自适应控制：指控制器不断对燃气轮机进行测量和分析，实现自我调整和优化运行的目的。
2.模型预测控制：用于预测燃气轮机未来的运行状况，采取相应措施对不良情况进行过滤，减少运行风险。
3.智能控制：通过人工智能技术使燃气轮机优化运行，收集数据并进行分析，从而实现自我调节和动态控制。
四、设计优化针对燃气轮机的设计优化主要目标是提高机器的性能、效率和稳定性。
在这里，我们主要介绍以下几个方面：1.压气机设计优化：为了提高燃气轮机压缩比和效率，需要对压气机的叶片数量、形状和尺寸进行设计优化。
2.燃烧室设计优化：需要考虑燃料喷嘴、空气进口和出口形状等问题，以提高燃烧效率和稳定性。
3.涡轮设计优化：这包括采用优化形状和数量的涡轮叶片、减小转子和静子之间的间隙等，以降低能量损失和提高效率。
也可以采用更高效的材料和加工技术等改良方式，来提高机器的性能和效率。
7-燃气轮机控制系统
（一）燃料分解器（Fuel Splitter）
为适应液\气混合燃料运 行，计算机控制算法把FSR 分解为FSR1（液体燃料行程 基准）和FSR2（气体燃料行 程基准）两部分，并保持 FSR1+FSR2=FSR。右图为 燃料分解器算法示意图。
13
二、液体燃料控制
“硬件表决”将三个 控制器输出的电信号通过 伺服阀线圈的磁场叠加起 来，相当于受三个控制输 出的平均值。
当电枢铁芯带动喷射 管左偏滑阀左端油压高于 右端，滑阀右移，喷射管 在反馈弹簧力作用下回到 中间位置，滑阀两端压力 相等，但滑阀已在偏右位 置，高压油进入液压执行 器左端，推动活塞右移。
三、气体燃料控制
气体燃料控制包括两个控制回路（1）由TNH到速比/ 截止阀的控制回路；（2）由FSR2到控制阀的控制回路。
二、IGV控制原理
温控基准只有在全速空载α>57°之后才起作用。
11
第四节 燃气轮机的燃料控制系统
燃料控制系统是指使用双燃料的燃气轮机对液体和气 体两种不同燃料的选择、转换控制以及混合比例的计算和 流量的控制。
一、燃料控制系统
在Mark-V主控系统中最终确定的是燃料行程基准FSR 输出量。
燃气轮机运行时可以采用其中一种燃料也可以采用气\ 液混合燃料，因而燃料控制系统还应包括把总燃料消耗率 分解为两种燃料的适当比例。
燃气轮机控制系统分为4个功能子系统： 1、主控制系统 2、顺序控制系统 3、保护系统 4、电源系统
完成4项基本控制： 1、设定启动和正常的燃料极限 2、控制燃机转子的加速 3、控制燃机转子的转速 4、限制燃机的透平进口的温度
第一节 燃机的主控系统
一、启动控制开始直到启动程 序完成这一过程燃油量Gf。
燃气轮机质量控制规范
Ｊ ／ ６２－１９ Ｂ Ｔ ２ ４ ９ ２
毛万 工艺准备
产品投 制造厂的工艺部门等有关单位应进行充分的工艺准备工作， 产前， 主要内 容包括： ４５１ 工艺 ．． 性审查． ４Ｓ 制订 ．． ２ 工艺方案 并形成文件。 ４ ． 制订 ．３ ５ 工艺 路线或生产控制计划并形成文件，以 保证对 生产和 装配过程中各 工序进行控制。 ４５４ 制订 ．． 通用的工艺规程并形成文件。
进行定期检查和 再校准 。
４，３ 工序控制 ． ．
制造厂应确定直接影 响质 量的生产和安装 程序，制定计划 ， 保证这些工 序处 于受 控 状态 ， 要特 别注
意对关 键工序的监控和对特殊工序的连续监督 （ 跟踪） 鉴定及验证。 、 ４‘４ 文件控制 ．・ 对生 产过程中使 用的全部图样、规范等文件（ ４１２２ ４１ 条） 见 ．． 和 ．２ 应进行控制． ． ４“ 工艺更改的控制 ． 应明 确规定工艺更改的责任和 权限，对设计 更改引起工艺、设备、 材料等的变更， 应在文件中写明
‘． 产 品的适 用性 ； ａ
ｂ 产品的先进性和竞争能力； ．
ｃ 价值工程分析 ； ．
ｄ 产品在预定的使用和环境条件下的 ． 工作能力；
ｅ 安全和环境相容性 ； ．
ｆ 可靠性， 性和可维修性； 耐用 ．
９ 标准化审查 ， ．
Ｊ Ｔ ２ ４ １ ９ Ｂ／ ６ ２ － ９ ２
ｆ 检验和试验； ．
９ 包 装和贮存 ； ｂ 销售和发运 ； ．
ｔ 现场安装、 。 调试和运行； ｉ 技术服务和维护． ． ４１２２ 质量体系文件主要包括： ．．．
ａ 质 量政策和 程序； ．
ｂ 质量手册， ． 这是建立和实施质量体系中 所用的主要文件；
３２ 质ｔ控制
燃气轮机系统建模与控制研究
燃气轮机系统建模与控制研究第一章燃气轮机系统介绍燃气轮机系统是指以燃料为热源，通过燃气轮机转化为机械能驱动发电机，最终将机械能转换为电能的一种电力生产方式。
燃气轮机系统具有结构简单、启动快速、运行稳定等优点，在工业生产中得到广泛应用。
本章将对燃气轮机系统进行简单介绍。
1.1 燃气轮机系统工作原理燃气轮机系统基本上由燃气轮机和发电机两大部分组成。
燃气轮机的基本工作原理是将液体或气体燃料燃烧后释放出的高温高压气体驱动轴承旋转，最后将轴承动力转化为机械能，输出驱动力。
发电机则将机械能转化为电能供电使用。
整个系统的工作过程可以概括为：燃料燃烧→高温高压气体释放→轮叶旋转→轴承动力输出→驱动发电机→电能输出。
1.2 燃气轮机系统的分类燃气轮机系统根据其结构组成和热工性质不同，可以分为多种类型。
常见的燃气轮机系统主要包括：单压气机式燃气轮机系统、2×1、3×1复合式燃气轮机系统、HRSG-CC-HRSG燃气轮机系统等。
每种类型的燃气轮机系统都有其适用的场合和特点。
第二章燃气轮机系统建模随着计算机应用的普及和计算能力的提高，燃气轮机系统建模逐渐成为研究燃气轮机系统的常用方法。
系统建模可以以较小的代价对复杂的燃气轮机系统运行过程进行模拟和分析，为系统控制和优化提供支持。
2.1 燃气轮机系统建模的基本步骤燃气轮机系统建模的基本步骤包括：确定建模感兴趣的系统部分、建立有关部分的模型、将部分组成系统模型、确定模型中的参数和变量、模型验证和仿真。
建模的详细过程取决于建模目的和研究对象的特性。
2.2 燃气轮机系统建模的方法燃气轮机系统建模的方法包括物理建模、数学建模和数据驱动建模等。
物理建模是指通过对燃气轮机系统理论和实际工作过程的理解，建立与物理现象相关的模型。
数学建模是指通过对燃气轮机系统热力学、动力学等方面的分析，建立数学模型。
数据驱动建模是指通过分析燃气轮机系统历史数据和运行情况等信息，建立数据模型来描述系统行为。
燃气轮机原理及控制调节
为控制常数存入存储单元）； • KDroop——决定有差转速控制不等率的控制常数（调峰的燃
气轮机δ一般取4%）。
Centaur 40 燃气轮机
发电机
VP40(98)-006
Centaur 40 发电机组
VP40(98)-007
Centaur 40双轴燃气轮机
喷嘴壳体和喷嘴总成
排气收集器
燃料喷嘴 压缩机扩散器总成 压缩机壳体总成 压缩机转子总成
附属驱动装置总成
涡轮排气扩散器 驱动轴总成
燃烧室总成 气体燃料歧管 压缩机可变导叶总成 进口空气总成
转速控制是燃气轮机最基本的控制系统， Mark-VI系统有“有差控制”（Droop Speed） 与“无差控制”（Isoch Speed）两种控制方
式。
比例调节的原理
比例调节的原理
比例调节的原理
燃气轮机的负荷控制系统与火电厂的负荷控制系统有 本质的区别,传统的燃气轮机负荷控制系统多采用如图 2-5 所示的负荷—转速串级控制方式。其中转速为有 差调节,功率为带不灵敏区的无差调节,保证稳态时功 率为设定值。不难看出,图2-5 所示的燃气轮机负荷控 制系统无一次调频功能,其目标为调节机组实发功率Ne 达到预定值Nes ,不考虑系统频率的扰动, 即认为当燃 气轮机发电机组并网后, 其转速受电网频率的钳制, 为 恒定的频率值n = n0 。只有对转速进行有差调节,才能 实现机组功率的无差调节,即通过改变转速比例调节器 的设定值ns 来改变机组的输出功率, 从而保证机组具
燃气轮机控制系统方案
设计模块化、可扩展的软件架构，方便后期维护和升级。
人机界面
开发友好、直观的人机界面，方便操作人员监控和操作。
通讯网络设计方案
通讯协议
选择标准的通讯协议，如Modbus、Profibus等 ，确保通讯兼容性和稳定性。
网络拓扑
设计合理的网络拓扑结构，如星型、环型等，提 高通讯可靠性和实时性。
数据传输与处理
PART 02
燃气轮机控制系统设计原 则
REPORTING
XX DESIGN
安全性原则
01
确保系统在各种工况下的安全 运行，防止因控制不当导致的 设备损坏或人员伤亡。
02
设计多重安全保护措施，如超 速保护、超温保护、压力保护 等，确保燃气轮机在异常情况 下能够安全停机。
03
采用高可靠性的控制元件和执 行机构，提高系统的整体安全 性能。
稳定性原则
01
保证控制系统在燃气轮机整个运行范围内的稳定性，避免因控 制参数不当而导致的系统失稳。
02
采用先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，提高系
统的自适应能力和鲁棒性。
对控制系统进行严格的测试和验证，确保其在各种工况下的稳
03
定性能。
经济性原则
01
在满足安全性和稳定性的前提下，尽可能降低控制 系统的成本，提高经济效益。
燃气轮机控制系统方 案
汇报人：
2024-01-31
REPORTING
• 燃气轮机控制系统概述 • 燃气轮机控制系统设计原则 • 燃气轮机控制系统关键技术 • 燃气轮机控制系统实施方案 • 燃气轮机控制系统性能评估 • 燃气轮机控制系统应用案例 • 燃气轮机控制系统未来展望
目录
PART 01
燃气轮机控制系统的控制方法浅述
燃气轮机控制系统的控制方法浅述发表时间：2020-09-17T16:28:56.373Z 来源：《中国电业》2020年12期作者：刘强[导读] 燃气轮机有着非常好的灵活性，热与电比例能够自动调节和适应各种不同用户的需求刘强国家电投集团荆门绿动能源有限公司摘要：燃气轮机有着非常好的灵活性，热与电比例能够自动调节和适应各种不同用户的需求。
在工作时间上，燃气轮机非常适合长时间的负荷工作，并且在日常工作的过程中燃气轮机的维护费用与其他装置比较相应较低，所以在其研发成功以来得到了广泛的应用和快速的发展。
关键词：燃气轮机控制系统；控制方法1燃气轮机的系统燃气轮机一般分为4个不同的部分：第一部分是由启动马达、SSS离合器、盘车、油系统所组成的启动系统；第二部分是由压气机、空气过滤器、反吹系统组成的空气压缩系统；第三部分则是燃烧室、天然预混系统以及调节气阀组成的燃烧系统；第四部分则是透平系统。
压气机将大气中的空气经过过滤后对其进行机械压缩，经压缩后的部分空气和天然气按照一定比例进入燃烧室燃烧，高温燃气经透平膨胀驱动压气机和发电机，高温尾气经排汽扩压器排入到余热锅炉。
2燃气轮机的控制原理在启动信号发出之后，则会按照之前已经设定好的逻辑控制来启动罩壳风机、润滑油泵、油雾风机、顶轴油泵、启动马达等辅助系统。
蒸汽透平的转速则是通过其中的转速调节器使用测速探头进行测量信息并调节信号。
在蒸汽透平的转速达到了1500rpm时，就能启动吹扫、点火。
在工作过程中燃气轮机的转速直接受到进入燃气室内燃料数量的影响，而在将燃料输送到燃气轮机内需要经过速比阀与气体控制阀。
而气体控制阀与速比阀都是安装在同一个壳体内的。
控制气体阀的打开程度能够反映出进入到燃气透平中的燃料数量，在阀门处于相应的压力情况下，燃料的数量与阀门的打开程度成正比。
在投入运行过程中燃气轮机使用的燃料偶尔会出现压力浮动的情况，为了将该压力保持在一个相对稳定的范围，通常使用速比阀来进行控制。
燃气轮机的控制系统
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1、TTKOT3超温报警线
当排气温度恢复到正常值，报警自动解除并可以复 位。 为了在超温报警时，不会引起机组遮断以及确保透 平前温不超过额定值，超温报警的逻辑信号还送给 转速控制系统，减小转速控制器的给定值以降低机 组的功率和减小透平前温T3*以确保安全。此时机 组将在转速控制器的控制下维持运行。值得指出的 是，此时虽然超温报警的逻辑信号已经复位，超温 报警自动解除，但发生超温报警已经预示着温控器 不正常应及时处理其故障，在温控器故障解除前不 宜再手动增加负荷和提高透平前温，以免在温控器 已经出现故障的情况下再次造成透平前温超温报警 的动作，以确保机组安全。
2013-8-4
19
一、透平等T3*线的控制原理
因此可以通过测量燃气轮机的排气温度 来间接反映透平前温T3*的大小。两者的 变化趋势是相同的，而T4*温度远低于透 平前温T3* ，且排气温度T4*的温度场也 因燃气经过透平时有所混合而比较均匀， 所以T4*便于测量和控制。 在大气温度不变的情况下，要控制透平 前温T3*为常数，只要控制排气温度T4* 为某一相应的数值就可以了，这是很简 单的一种温控器。
2013-8-4
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1、TTKOT3超温报警线
TKOT3报警线是超温保护的第一道防线，是在温控 基准线TTRX的基础上向上平移一个由TTKOT3常数 （典型值为13.9℃／25F）所确定的温度差值。
2013-8-4
23
1、TTKOT3超温报警线
当排气温度恢复到正常值，报警自动解除并可以复 位。 为了在超温报警时，不会引起机组遮断以及确保透 平前温不超过额定值，超温报警的逻辑信号还送给 转速控制系统，减小转速控制器的给定值以降低机 组的功率和减小透平前温T3*以确保安全。此时机 组将在转速控制器的控制下维持运行。值得指出的 是，此时虽然超温报警的逻辑信号已经复位，超温 报警自动解除，但发生超温报警已经预示着温控器 不正常应及时处理其故障，在温控器故障解除前不 宜再手动增加负荷和提高透平前温，以免在温控器 已经出现故障的情况下再次造成透平前温超温报警 的动作，以确保机组安全。
燃气轮机控制系统
Mark VI 与DCS之间典型通讯方式
第十一章 燃气轮机控制系统
2007-08
燃气轮机控制系统概述 燃气轮机主控系统 燃气轮机顺序控制系统 燃气轮机的IGV控制系统 燃气轮机的燃料控制系统
启动控制系统 转速控制系统 加速控制系统
本 章 主 要 内 容
温度控制系统
手动FSR控制系统 FSR的最小选择门
FSRN FSR / K
B
0 Droo
转速基准TNR信号增减，机组静态特性做上下平移。机组尚未入网，轮机转速 TNH随之改变；机组入网则改变机组出力。
② 转速基准TNR
由中间值选择输出； 最大限制值为107%n0，保证电网频率高达103%时，机组仍能带满负荷。 超速试验上限为113%。 最小限制值由逻辑信号L83TNROP决定。L83TNROP=1，STARTUP进 入中间值选择，作为下限。L83TNROP=0，OPERATING进入中间值选择 作为下限。 TNR升降由数字积分器控制。由逻辑信号控制积分速率和积分方向。
对模拟控制信号，用三线圈伺服阀表决；其他模拟信号采用中选方法
表决。 ………….
二 燃气轮机主控制系统
1. 概述： 主控系统是指燃气轮机的连续调节系统。包括启动控制系 统、转速控制系统、加速控制系统、温度控制系统、停机 控制系统、手动FSR控制系统。
主控制系统控制燃机燃料消耗率，每个主控系统输出燃料
加速：
暖机结束后：L2WX=1 L83SUAR=1 FSRSU=FSKSU_AR FSRSU以FSKSU_IA为斜率进行增加， 燃气轮机转速逐步提高。 RISING=1 切断积分器输入 合闸后，L83SUMX= 1
FSRSU以FSKSU_IM为斜率进行增加， 启动控制系统退出 直到FSRSU=FSRMAX
燃气轮机的性能测试与研究
燃气轮机的性能测试与研究I. 燃气轮机的基本概念燃气轮机是一种以燃料为能源，利用压缩空气与燃料混合后在燃烧室内燃烧，使高速气体喷出推动涡轮旋转以转换为机械能的发动机。
在现代交通运输、能源开发、工业制造等领域，燃气轮机广泛应用，其功率密度高、响应速度快、效率高等特点，使其成为大规模节能环保工程和高效能源中不可或缺的组成部分。
II. 燃气轮机的性能测试燃气轮机的性能测试包括静态试验和动态试验两种方法。
其中，静态试验主要用来测量燃气轮机的热效率、机械效率、综合效率、负载特性以及燃气轮机的工作环境参数；而动态试验则主要用来掌握燃气轮机的起动、加速、变速、停车等动态特性。
III. 燃气轮机性能测试的技术指标燃气轮机性能测试的技术指标包括涡轮机的转速、压缩机的压比、气体进出口压力、温度和流量、燃气焓值及其含氧量等。
其中，转速、压比和出口压力等参数必须满足燃气轮机的设计要求，才能保证其正常工作。
IV. 燃气轮机性能测试的关键技术燃气轮机性能测试的关键技术包括传感器技术、数据分析技术、测试技术和控制系统技术等。
在传感器技术方面，为了测量燃气轮机不同工况下的状态参数，需要使用高精度、高可靠性的传感器，并使用多路信号采集系统进行信号的有效捕获。
在数据分析技术方面，采用信号处理和算法分析技术，可以对后续数据进行处理、测量误差修正和结果的可视化显示。
测试技术方面，应根据燃气轮机特性和性能要求，采用适当的测试方法和测试设备完成燃气轮机性能测试。
在控制系统技术方面，应根据测试需求，设计安全、稳定、高效的控制系统，在测试过程中实现对燃气轮机的控制和操作。
V. 燃气轮机性能测试的应用燃气轮机性能测试在燃气轮机的制造、调试和运行维护等方面都具有广泛的应用。
通过对燃气轮机的性能测试，可以全面了解燃气轮机的工作状态、性能参数和工作特性，提高燃气轮机的使用效率、减少能源浪费，从而实现节能减排的目标，为现代能源领域的可持续发展提供支撑。
燃机的控制和保护
燃机的控制和保护[转载]燃气轮机控制与保护系统包括启动控制系统、调速装置和燃料调节系统、报警保护系统、转速指示器、测量仪表、电源控制等，用来控制、保护、监视燃气轮机的运行状况，并有效控制相关的关键参数（如速度、温度、压力、功率输出等）。
燃机控制一）主要控制1. 启动燃气轮机启动控制系统（包括启动前盘车等）有手动、半自动和自动三种形式。
手动启动要求操作者启动辅助设备并逐步完成启动、清吹、点火等程序，使转子加速到调速器的最小整定转速；半自动启动可以手动启动辅助设备，但操作者应通过一次操作使机组进入全套的启动控制程序，使转子达到调速器的最小整定转速；自动启动仅需操作者通过一次操作即可启动辅助设备并完成燃气轮机进入全套启动控制程序，使转子达到调速器的最小整定转速。
对驱动发电机的机组．三种方式都还应达到同步转速并作好同步并网准备。
2.加负荷可以手动、半自动或自动地给燃气轮机逐渐加负荷，直至达到规定的功率。
自动加负荷可直接跟随自动启动程序完成后进行而不需要再单独进行操作。
对驱动发电机的机组在加负荷前，要求手动或自动操作的方式完成同步并网。
任何一种加负荷方式，均可在一些预定负荷下停留一段时间以达到暖机的要求 3.停机可以用手动、半自动或自动的方式完成。
发电机组的一般性停机操作程序如下：同步转速下，有控制地卸载到零输出；打开电路断路器；降低转速并适当冷机；切断燃料，并将与盘车尤关的辅机停机；如需要则进行盘车；停掉其他辅机，如滑油泵；恢复到启动状态。
机组应具有应急停机的功能，必须同时能手动操纵和由保护系统自动控制。
两种方式均必须能直接关闭燃料截止阀，切断对燃气轮机的燃料供应。
在应急停机时应自动将被驱动的装置与所连接的系统分隔开，接着应进行正常的盘车和停机程序，对装有自动再启动的装置的机组，应采取措施防止不经手动复位就自动再启动. 4.清吹当燃用气体燃料时，在启动过程中（不管是手动或自动启动），启动控制系统一般均应提供足够长时间的自动清吹，使在机组点火之前，燃气轮机内空气置换至少三次，置换空气量为整个排气通道（包括烟筒）容积的三倍。
燃气轮机检修计划
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燃气轮机检修计划（大纲）一、检修计划概述1.1计划背景1.2计划目的1.3计划范围二、检修计划准备工作2.1技术资料准备2.2人员培训与资质要求2.3工具、设备与材料准备2.4现场安全防护措施三、检修项目及内容3.1燃气轮机本体检查3.1.1外观检查3.1.2结构完整性检查3.1.3紧固件检查3.2燃气轮机主要部件检查3.2.1叶轮检查3.2.2燃烧室检查3.2.3润滑系统检查3.2.4冷却系统检查3.3电气及控制系统检查3.3.1电缆、接线盒检查3.3.2保护装置检查3.3.3控制系统功能测试四、检修工艺及要求4.1检修流程4.2检修作业指导书4.3关键工艺质量控制4.4质量验收标准五、检修周期及时间安排5.1检修周期5.2检修时间安排5.3检修进度计划六、检修过程中的质量控制与安全管理6.1质量控制措施6.2安全管理措施6.3环保要求七、检修后验收与交付7.1验收标准7.2验收程序7.3交付使用八、检修记录与档案管理8.1检修记录填写8.2档案归档与管理8.3检修信息反馈与持续改进一、检修计划概述1.1计划背景随着工业领域的快速发展，燃气轮机作为高效、清洁的能源转换设备，在电力、化工、船舶等多个领域得到了广泛应用。
燃气轮机验收标准
燃气轮机验收标准
燃气轮机验收标准是指在购买或安装燃气轮机时，对其性能和质量进行检查和评估的标准。
以下是一些常见的燃气轮机验收标准：
1. 外观和安装：检查燃气轮机的外观是否完好，安装是否符合相关标准和要求。
2. 性能参数：包括额定功率、燃料消耗率、效率等参数，验证燃气轮机是否符合合同和规定的要求。
3. 运行试验：运行燃气轮机，并通过测量相关参数来验证其性能和运行稳定性。
4. 系统保护和安全功能：检查燃气轮机是否具备必要的保护和安全功能，如过速保护、低油压保护等。
5. 噪声和振动：检测燃气轮机的噪声和振动水平，确保其满足环境和安全要求。
6. 排放要求：检查燃气轮机的废气排放是否符合相关的环保法规和标准。
7. 控制系统：检查燃气轮机的控制系统是否正常工作，能否实现远程监控和操作。
8. 文件和资料：要求供应商提供相关的技术文件和质量证明，包括设计文档、测试报告等。
以上是一些常见的燃气轮机验收标准，具体的验收标准还需要根据实际情况进行确定。
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（7）透平
－4级 －先进的冷却技术 －叶片隔热涂层 －叶片气膜冷却
－进口导叶可转
（8）排气
－轴向排气
燃气轮机转速测量
透平-发电机的转速由6个转速传感器 MBA10CS101-MBA10CS106进行测量。在靠 近压气机轴承的中间轴上加工6个凹槽。每 次其中1个凹槽通过时，此区域沿圆周方向 排列的磁性现场传感器发出脉冲信号。在 轴旋转时，每次磁场传感器产生的输出信 号，其频率等于凹槽数与轴转速之积。
燃气轮机MB
讲演者：刘棋
V94.3A燃气轮机设计特点
（1）发电机联接方式 －冷端驱动 （2）气缸 －水平中分 （3）转子 －两个轴承 －中空轴
（5）燃烧室 －环形燃烧室 －24个组合式燃烧室 －陶瓷与金属遮热瓦块 （6）燃烧器 －低Nox技术 －可烧多种燃料
－叶轮之间通过Hirth齿啮合
－叶轮用中心拉杆轴向固紧 （4）压气机 －15级 －优化流动设计
透平出口温度修正
24支三热电元件热电偶的“A”信号均用于计 算平均透平出口温度。由经修正的透平出 口温度、透平转速因数“n”和平均压气机进 口温度可计算经修正的透平出口温度。同 样，经修正的透平出口温度和平均压气机 进口温度均输入燃气轮机温度控制器。
透平出口温度
就作为极限控制器的能力来说，温度控制 器可确保燃烧室、透平和排气系统的规定 最大温度不致于超出。如温度控制器发生 故障，则温度保护系统进行干预。
轴承温度测量
燃气轮机的压气机端部两个方向装有轴颈轴承和 推力轴承。轴颈轴承支承转子的透平端。
推力轴承径向相对位置上安装双热电元件的热电 偶，2支热电偶安装在面向压气机的端部，2支热 电偶安装在面向发电机的端部。4支双热电元件热 电偶MBD12CT102A/B和MBD12CT103A/B中的3 支安装在轴承面向发电机的一侧，4支双热电元件 热电偶MBD12CT104A/B和MBD12CT105A/B中的 3支安装在轴承面向压气机的一侧，用于测量轴承 温度。在这两种情况，第4支热电偶留作备用。
压气机进口温度
三支双热电元件热电阻（MBA11CT101和 MBA11CT103）用于测量压气机进口的气流 温度。各双热电元件热电阻的一个温度信 号用于计算平均压气机进口温度。一般不 用于计算目的的双热电元件热电偶信号留 作备用。 压气机进口平均温度用于计算经修正的透 平出口温度（OTC）；经修正的透平出口 温度请参阅本页“透平出口温度”。
信号处理
输出信号在两个冗余转速监控系统中进一步处理， 每一个冗余转速监控系统由3个通道。两转速监控 系统将其输出信号传输至过速保护系统。各转速 监控系统的每一个通道均设定为极限S.TURB.72。 如两个通道中至少一个通道或甚至两个通道指出 此极限已超出，则转速不允许再提高，燃气轮机 跳闸并关机。 燃气轮机控制器和转速指示器接受转速监控系统 的输出信号，而转速监控系统接受磁场传感器 MBA10CS101，MBA10CS102和MBA10CS103的输 出信号。
压气机出口温度和压力
压力传感器MBA12CP101和MBA12CP102以 及双热电元件热电偶MBA12CT101A/B和 MBA12CT102A/B用于测量压气机出口温度 和压力。透平-发电机控制台显示和记录这 些读数。
压气机出口压力有多种用途（例如，由燃 烧室压力比限制控制器来计算相对燃烧室 压力）。这些计算及其功能在各系统的有
外壳振动测量
振动传感器MBD11CY101和MBD11CY102在 透平轴承附近，而振动传感器MBD12CY101 和MBD12CY102在压气机轴承附近，同时测 量外壳振动。如这两个通道至少1个通道指 出振动已超出极限GER.M，则发出 “Bearing vibration warming”（轴承振动警告） 报警。如任一通道指示上限GER.S已超 出，则燃气轮机跳闸并关机。
压气机上游差压
进气管与压气机进口（紧贴变节距进口导叶上游） 之间的压降由压力开关： MBA11CP001 MBA11CP002 MBA11CP003
进行测量。而且并联安装差压开关，如三个压力 中的两个逻辑指出在透平转速高于2520rpm时差压 低于规定数值，则触发燃气轮机跳闸。在压气机 压力急剧增加时同样如此。
轴承温度测量
各轴颈轴承处安装三热电元件的热电偶。三热电元件热电 偶MBD12CT101A/B/C安装在压气机轴承处。透平端装有 倾斜轴瓦轴颈轴承，各轴承托架处装有三热电元件热电偶 MBD11CT101A/B/C MBD11CT102/A/B/C 如三热电元件热电偶中两个指出在压气机轴承处极限 GER.M已超出，则发出“Bearing temperature high” （轴承温度高）的报警。至于透平轴承，由于此轴承暴露 于排气热流中；故一直到极限GER.M01超出后，才发 出预先跳闸报警。 如压气机或透平轴承温度超出上限GER.S，则燃气轮 机跳闸并关机。
演讲结束谢谢！
压气机进口导叶节距调整
燃气轮机压气机装有一排可变节距进口导叶。空 气流量通过压气机，燃气轮机在规定的允许范围 内通过调整压气机进口导叶来进行控制。进口导 叶打开时，通过燃气轮机的空气流增加；进口导 叶关闭时，空气流减少。假设燃料流量保持恒定， 在进口导叶打开时透平出口（排气）温度下降； 反过来，在透平出口（排气）温度下降时进口导 叶打开。如燃料和空气流量同时增加或减少，透 平出口温度可保持不变。由于此时燃料-空气之比 基本上保持不变，预混喷嘴原设计仅在精确规定 的燃料-空气比条件下才工作，现在也可用于较宽 的工作条件。
透平出口Βιβλιοθήκη 度24支三热电元件热电偶MBA26CT101A/B/CMBA26CT124A/B/C）分布在排气扩压器的 圆周上，用来测量透平下游的排气温度。
透平出口温度
在这24个温度测量点上，每隔4个温度测量 点有1个温度信号（MBA26CT101A， MBA26CT105A，MBA26CT109A， MBA26CT113A，MBA26CT117A， MBA26CT121A）直接输入燃气轮机控制器。 从这6个温度信号计算平均值，用作排气控 制功能的控制变量。
轴振动测量
轴振动测量数据用于说明显示的轴工作情 况。振动传感器MBD11CY111和 MBD11CY112在透平附近，而振动传感器 MBD12CY111和MBD12CY112在压气机轴承 附近，同时测量轴振动。在这两个位置上， 两传感器均沿着透平轴在同一轴向位置上 成90°安装。这种排列方式可使传感器测量 以时间为函数的振动矢量。轴振动仪表的 信号输出可在监视器上进行显示和记录。
压气机上游压力
压气机上游压力由压力传感器MBA11CP101 进行测量。压力传感器除了装有电气测量 元件外，还装有光学显示元件，可进行直 接读数。压力传感器的输出信号还用于计 算压力比。压气机出口压力与压气机进口 压气之比输出至压气机压力比极限控制器。 此控制器可防止压气机压力比过高，从而 避免压气机压力急剧增加。
透平出口温度
如一个或多个火焰熄灭，则产生冷点。由于来自 熄火燃烧室的未燃烧燃料在燃烧区后部进行燃烧， 即使发生数个相邻的燃烧室熄火，此故障也只与 触发保护系统响应有关。如一个燃烧室熄火，透 平温度保护系统产生预先跳闸报警“Temperature protection warning”（温度保护警告）信号。如两 个相邻的燃烧室熄火，则关机程序用于切断燃气 轮机，产生预先跳闸报警“Outlet temperature Protection response”（出口温度保护响应）信号。 如数个燃烧室熄火，温度保护系统触发器跳闸， 燃气轮机
透平出口温度
温度保护系统的逻辑功能基于24个温度测量点中 的“B”和“C”热电元件。如超出极限TT.ATK.S07， 则燃气轮机跳闸并关机。如温度超出极限 TT.ATK.M07，则发出预先跳闸报警“Temperature protection warning”（温度保护警告）信号。
如给定燃烧器向燃烧室输出燃料太多，这会造成 透平下游局部热点。发出预先跳闸报警 “Temperature protection warning”（温度保护警告） 信号；同时，如超出温度上限，则燃气轮机跳闸 触发。