燃气轮机控制系统_SPEEDTRONICMark_
探讨燃气轮机控制系统的控制方法
探讨燃气轮机控制系统的控制方法摘要：本文针对燃气轮机的结构特点，分析研究了其控制系统GEMARKVI的运作原理，并就其控制方式，机器启动与停止、温度控制、转速控制、DLN燃烧控制等方面的问题进行了探讨和研究。
希望能通过本文的研究，为燃气轮机更好地在生产领域获得科学的应用做出积极的贡献。
关键词：燃气轮机；控制；方法燃气轮机属于一种采用气体作为动力介质，用气体动力推动叶轮运动，实现热能向动能转换的内燃式动力装置。
其组成单元主要包括了压气机、燃气透平与燃烧室三方面的主要结构，为了维护机器运转功能，机器的构成部件还包括了进气装置、气体过滤装置、排气装置与附件齿轮箱等。
燃气轮机属于发电方面先进的动力机组，其可以通过使用高效率的能源利用技术，而把热能转换为电能，其在能源转换方面的效率最高可达百分之九十，相对于以往的发电涉笔，以燃气轮机作进行发电能够极大降低发电成本，提升电力能源输出效率。
另外，因为燃气轮机主要以气体做为动力传输与转换介质，因而属于清洁能源，这可以极大地减少发电上的有害固形物和有害气体的排放，因而在节能环保上具有优于一方发电装置的显著优势。
燃气轮机灵活性十分突出，能够自由调节热能与电能转换比例，因此能够适应多种不同工作场景的电力供应需求。
同时燃气轮机可以长时间连续运作，因而能够适应需要连续供能的很多工作任务，而且在日常运转方面，机器的日常维护成本支出不高，因而将其应用在很多生产领域燃气轮机都具有十分突出的优势。
一、燃气轮机的系统机器的系统构成大致可以分成四个主要结构：一是由加热气体作为动力而驱动的启动透平，一般在启动时或设备功率较低情况下才启动使用；二是是由气压机、燃烧室与高压透平组成的气体发生器，压气机主要由高压透平传输的动力作为驱动，气压机、燃烧室和高压透平在同一个轴上就叫做高压轴；三是动力透平，其与压缩机在相同轴上时，也被叫做低压轴；四是由低压缸、齿轮箱、高压缸等装置构成的气体压缩模块。
燃气轮机控制系统概况
燃气轮机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V摘要:本文介绍了燃气轮机与其控制系统的开展历程,以与燃气轮机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V的工作原理与主要功能,并列举了几个燃气轮机控制系统的例子。
关键词:燃气轮机;控制系统SPEEDTRONIC Mark VGas Turbine Control System Abstract: This paper introduce the development history of gas turbines and their control system, and the functional principle and main features of gas turbine control systems, acpanied by some exemplifying system.Keywords: Gas Turbine; control system1.燃气轮机控制系统的开展燃气轮机开场成为工矿企业和公用事业的原动机组始于40年代后期,其最初被用作管道天然气输送与电网调峰。
早期的控制系统采纳了液压机械式气轮机调速器,并辅以气动温控,启机燃料限制稳定与手动程控等功能。
其余诸如超速、超温、着火、熄火、无润滑油与振动超标等保护均由独立的装置来实现。
随着控制技术的飞快开展，燃气轮机控制系统出现了以燃料调节器为代表的液压机械操动机构,以与用于启、停机自动控制的继电器自动程序控制。
继电器自动程序控制,结合简单的报警监视亦可和SCADA(监控与数据采集)系统接口,用于连续遥控运行。
这便是于1966年美国GE公司推出的第一台燃机电子控制系统的雏形。
该套系统,也就是后来被定名为SPEEDTRONIC MARK I的控制系统,以电子装置取代了早期的燃料调节器。
MARK I系统采用固态系列元件模拟式控制系统，大约50块印刷电路板，继电器型顺序控制和输出逻辑。
GE Mark VI主控系统
FSRSU=FSKSUWU（14.4%FSR）， 建立暖机值
暖机FSRSU较点火FSRSU低，其间过渡采用一阶滤波器，时间常数为 FSKSU_TC。
暖机过程中FSRSU保持不变；转速逐渐上升，燃料流量随之缓慢增加， 透平逐渐被加热。
暖机持续60秒后结束，给出暖机完成逻辑L2WX=1.
燃气轮机启动控制
温度控制系统
TTXD2_n剔除故障热电偶信号，再去除最高值和最低值后，对剩余温度信号进行平均 得到TTXM。
X=(TTXD2_2)-TTKXCO
温度控制系统
温度控制系统
4. 温度控制基准
温控基准随环境温度而变化。 ✓ 等排气温度温控线；
TTKn_I=常数
✓ 压气机排气压力CPD偏置温控线
TTRXP=TTKn_I-[CPD-TTKn_C]×TTKn_S
➢ 仅限制转速增加的动态过程的加速度，对稳态及减速过程 不起作用。
加速控制系统
2.加速控制作用的两个加速过程
➢ 燃机突然甩负荷后帮助抑制动态超速。 ➢ 启动过程中限制轮机加速率，以减小热部件的热冲击。
转速控制系统输出 FSRN=(TNR-TNH) ×FSRN2+FSRN1。
启动过程中FSRN总是大于FSKRN1。 在运行转速附近通过加入加速度控制限制加速度，延缓到 达运行转速的加速过程，间接抑制温度上升，缓和启动 结束阶段温度变化。
保护系统； 电源系统。
燃气轮机主控系统
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 （FSRSU）、转速控制系统(FSRN)、加速控制系统(FSRACC)、 温度控制系统(FSRT)、停机控制系统(FSRSD)、压气机压比控制系 统(FSRCPR)、输出功率控制系统(FSRDWCK)、手动燃料行程基 准控制系统(FSRMAN)等。
MARK VIe燃气轮机控制系统的软硬件应用
机 电工 程 技 术 ，２００８，３７（７）．
器 电压 ，并同时调节好这两个控制对象 。根据 进行 参数 测 试拥 有 比较 高 的精 度 ，通过 ＲＳ．
电流控制的要求， 电流可分为斜线上升 、下降 ２３２和 Ｒｓ＿４８５通 讯方 式 实现 了上、 下位机 的 作者简介
和水平保持三个分段类型 。每完成一个分段将 数据交换，并实现了多路数据采集和实时交换 邹存 名 （１９８２一）， 男，辽宁省 大连 市人 。硕
１．１ 系统 概 述
ＭＡＲＫＶｉｅ控制系统由硬件 （ＭＡＲＫ盘 ）、
图 １：硬件组成
软 件 （ＴｏｏｌｂｏｘＳＴ）以及 ＨＭＩ（ＣＩＭＰＬＩＣＩＴＹ） 系统还采用 了大量的 ＤＩＯ卡件 ，来减少错误 ，
组成，系统 最大 的特点就 是采用 三冗余 ＴＭＲ 确保机组反应更加）
该系统采 用采 用 ＧＥ公 司产 的最新的控制 器 －ＵＣＳＢ，该控制 器可 直接用 ｕ盘 下载程 序 到 ＵＣＳＢ中，相对 以前的控制器更加方便快捷 。
＜＜上 接 １７３页
节磁粉制 动器 的电压 ，作为 电机速度的设定值。 开发 ，运 行于 ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ操 作系统 。它能够 ［２】李 纯 ，刘和 平 ，高苏州 ．一种新 型电机参
在 电机综 合性 能高低温 耐久试验 中，工控 全退 出】六个菜单 ，部分菜单含 有附属子菜单 ， ［４】葛鲍鹏 ，崔群等 ．上 下位机 通信在汽 车组
机通 过 ＲＳ４８５设置 高、低 温 箱的 温控 仪，温 该软件界面友好丰富 ，操作灵活方便 。
合 仪 表检验 台中的应 用 … ．安徽 工程 科
设定新分段的温度设定值 ，以及计算 、输 出新 处理数据等功能，有效抑制多路 电机 同时测试 士研究生 学历 。现为 大连科技 学院讲 师。主要
燃机控制系统讲义
第一节燃气轮机的主控系统主控系统是指燃气轮机的连续调节系统，单轴燃气轮机控制系统设置了几种自动改变燃气轮机燃料消耗率的主控制系统(见表11—1)和每个系统对应的输出指令——FSR（FUEL STROKE REFERENCE燃料行程基准）．此外还设置了手动控制燃料行程基准。
上述6个FSR量进入最小值选择门，选出6个FSR中的最小值作为输出，以此作为该时刻实际执行用的FSR控制信号。
因而虽然任何时刻6个系统各自都有输出，但只有一个控制系统的输出进入实际燃料控制系统(见图11一1)。
一、启动控制系统启动控制系统仅控制燃气轮机从点火开始直到启动程序完成这一过程中燃料Gf (在Mark-V系统中通过启动控制系统输出FSRSU)。
燃气轮机启动过程中燃料需要量变化范围相当大。
其最大值受压气机喘振(有时还受透平超温)所限．最小值则受熄火极限或零功率所限。
这个上下限随着燃气轮机转速大小而变，在脱扣转速时这个上下限之间的范围最窄。
沿上限控制燃料量可使启动最快，但燃气轮机温度变化剧烈，会产生较大的热应力，导致材料的热疲劳而缩短使用寿命。
启动控制过程是开环的，根据程序系统来的一组逻辑信号来分段输出预先设置的FSRSU，整个启动控制的过程用图11-2曲线表示。
图11-3则给出了FSRSU的控制算法。
当燃气轮机被启动机带到点火转速(约20％n0 L14HM=1)并满足点火条件L83SUFI=1时，受其控制的伪触点闭合，控制常数FSKSU-F1（典型值为22 .0％FSR）和压气机气流温度系数CQTC(通常为0. 9—1．25)相乘通过NOT MAX最终赋给FSRSU,以建立点火FSR值。
为了点燃火焰并提供燃烧室之间的联焰，在火花塞打火时，点火FSR相对较大。
当下列条件之一满足时，就算作点火成功：①至少两个火焰检测器检测到火焰并超过2s; ②所有4个火焰检测器均检测到火焰。
如果点火成功，控制系统给出L83SUWU=1, L83SU-F1=0。
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。
GEMarkVI系统
2.四个功能子系统：
主控制系统；是控制系统核心部分。能够实现四项基本控制，即设定 启动和正常的燃料极限；控制燃气轮机转子加速；控制燃气轮机转子 的转速；限制透平进口温度。采用FSR最小选择门控制燃料输入。
顺序控制系统；提供在启动、运行、停机和冷机期间轮机、发电机、 启动装置和辅机的顺序控制。监测保护系统和其他主要系统；发出启 停逻辑信号。
转速控制系统
FSRN由FSRN0增加到额定负荷值FSRNB，转速变化量为额定负荷条 件下(TNR-TNH)，有差转速控制不等率为：
FSRN B FSRN 0 / KDroop
有差转速控制的静特性
转速控制系统
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111.5%。 第三/四个输入常数为OPERATING（95%n0）和 STARTUP(0)，设置TNR的最小极限。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。保证电网欠功率 条件下可把燃机负荷下降到0。
加速：
暖机结束后：L2WX=1 L83SUAR=1
FSRSU=FSKSU_AR (27.5%FSR)
FSRSU以FSKSU_IA（0.1%FSR或 者0.05%FSR）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
GE燃气轮机速度控制算法与逻辑分析
GE燃气轮机速度控制算法与逻辑分析摘要：国内从90年代初开始引进美国GE公司燃气轮机，其燃气轮机控制系统从SPEEDTRONIC MARK IV，MARK V，进化到今天主流的MARK VIe。
燃气轮机速度控制FSRN的算法和逻辑是燃机最重要的算法和逻辑，FSRN的算法和逻辑也在逐步优化和完善，但是其核心算法和逻辑没改变；对其研究、分析与优化的方法、思路没有改变。
本文以9E机组MARK V中逻辑组态为主，并结合9FA 机组MARK VI中的组态为研究对象，分析FSRN的算法、逻辑和相关逻辑量的介绍，以及实际运行中FSRN和TNR的具体变化，速度控制升、降速度优化，供同行交流、学习和改进。
关键词：速度控制；FSRN；转速基准；TNR；1 速度控制FSRN算法国内从90年代初开始引进美国GE公司燃气轮机，其燃气轮机控制系统从SPEEDTRONIC MARK IV，MARK V，进化到今天主流的MARKVI。
笔者经历了9E安装、调试、运行、检修和9FA机组的运行，对GE燃气轮机控制系统及其演进有较为深刻的理解。
燃气轮机速度控制FSRN的算法和逻辑是燃机最重要的算法和逻辑，FSRN的算法和逻辑也在逐步优化和完善，但是其核心算法和逻辑没改变；对其研究、分析与优化的方法、思路没有改变。
本文以9E机组MARK V中逻辑组态为主，并结合9FA 机组MARK VI中的组态为研究对象，分析FSRN的算法、逻辑和相关逻辑量的介绍，以及实际运行中FSRN和TNR的具体变化。
速度控制是燃机的一种重要算法，从空载满速到燃机刚刚带满基本负荷，机组都一直处于速度控制之下。
而速度控制FSRN的算法中，转速基准TNR是很重要的参数。
1.1 MARK VI中的速度控制FSRN的逻辑图1 MARK VI中 FSRN图1为MARK VI中的速度控制FSRN的逻辑，它的逻辑已经模块化，如果要研究其内部逻辑和算法，需要借助GE公司的帮助文档，有的模块已经美国GE公司已经保密，不再提供介绍文档，这对工程技术人员分析和研究带来了不便。
MarK_V控制系统的介绍
MarK-V控制系统介绍目录一.MarK-V 系统简介二. MARK-V系统特点及安全性三. MarK-V控制系统通信网络四. 控制器简介五. 控制软件简介1.大机控制软件容2.小机控制软件容六. 控制功能介绍1.汽轮机速度控制—速度偏差2.汽轮机负荷控制—负荷命令DWR3.蒸汽流量控制—CVR4 高压调阀阀位控制一CV阀位命令5.MSV2控制一MSV2剤位命令6.数字式调节器七. MarK-V 的保护功能1.跳闸信号与逻辑2.前机架保护机构3.截止阀调阀结构及控制接口4.特殊保护逻辑八. 保护试验1.保护试验总述2.保护试验项目3.特殊保护试验项目九. 汽轮机的运行1. 转子/ 腔室预暖2. 冲转准备3. 加速至额定转速4.反流运行方式的几点说明十. 阀门试验1.阀门试验总述2.试验项目十一. 辅助阀门介绍.MARK-V系统简介MARK-V是美国GE公司第三代数字式电液调节系统，MarK-V可以配置成单工或三冗余（TMR方式。
我厂为TMR配置，2X 350MW汽轮机及4台给水泵汽轮机全部采用MARK-V控制系统。
在MARK-V控制系统中，所有用于保护的关键信号都输入到主控制器<R>vS>vT>用于监视控制的信号都输入到控制器<C>,微处理器周期采样所有的数字及模拟输入信号。
对输入信号进行I/O的组态及处理，然后根据控制程序逻辑，对信号进行处理计算，再将计算结果输出到汽轮机的阀门控制设备，从而完成对汽轮机的各项控制、保护等重要功能和其它辅助功能。
其中大量的控制逻辑、运算和保护逻辑在各主控制器的微处理器中执行，而最关键的逻辑和保护功能（如电子超速保护、PLU EVA等）由硬件逻辑直接完成。
无论逻辑是由软件还是由硬件完成，最终都由继电器或放大器输出来完成各自的功能。
我厂MARK-V 控制电源由分配器<PD供给各控制器及I/O板电源，总电源由电气直接供给，部分就地设备电源由汽机UPS柜供给。
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
燃气轮机闭环控制系统及启动简介
燃气轮机闭环控制系统及启动简介1，燃气轮机闭环控制系统燃汽轮机的闭环控制系统的功能主要包括：启动/升速控制、转速/负荷控制、IGV温度控制及透平排汽温度控制。
图1中虚框部分为燃机闭环控制简图，图中仅列8个关键控制器，实际闭环控制系统中有将近30个控制器。
图1 燃机闭环控制简图从图1可以看出燃机包含两个被控对象：①燃料阀：包括预混阀及值班阀的升程控制，用来调节燃料供给量。
②进口导叶（IGV）：压气机第一级动叶前有一列可以转动的静叶，称为进口导流叶片（inlet guide vane ，简称IGV），用来控制进入压气机第一级动叶前的气流方向。
主要有两方面的作用：1）在燃机启动、停机过程中防止压气机发生喘振；2）当燃机处于部分负荷运行时，IGV开度会随着目标负荷的增减而开大或关小，以保持透平排气温度恒定（一方面保持燃机高效率，另一方面可防止超温以保护透平叶片）。
2，燃气轮机闭环控制系统启动简介1.燃机首先启动图1中的启动/升速控制器，按内部设定速率控制燃料阀开度来提升燃机转速；2.启动/升速控制器输出朝120%（60HZ）逐步增大，而转速控制器的输出是保持燃机控制在50.25HZ，在某个时刻通过小选模块，燃机由启动/升速控制无扰切换至转速控制，转速控制器接管燃机；3.转速控制器保持燃机在50.25Hz，等待同期并网。
同期并网完成之后且实际负荷大于额定负荷的10％时转速目标值切至额定转速50Hz（燃机甩负荷时的目标转速）。
同时，并网后的燃机由转速控制方式切换至负荷控制方式，负荷控制器开始接管燃机；4.负荷控制器作用期间，燃机会按运行人员要求通过控制燃料阀开度来达到目标负荷；5.当燃机负荷升至140MW左右（此时刻透平排汽温度达到额定值，约575℃），燃机进入IGV PART LOAD，IGV温度控制器开始动作。
随着燃机继续加负荷，IGV温度控制器通过增加空气流量来保持透平排汽温度的恒定，此时IGV温度控制器和负荷控制器共同接管燃机；6.继续升负荷，IGV温度控制器始终与负荷控制器同步作用，直到IGV达到全开后，燃机由负荷控制器切换至透平排气温度控制器，通过限制燃料阀门开度来保持透平排汽温度恒定，以防止燃机超温。
燃机控制系统-MARKV
燃机控制系统－MARKVThe Gas Turbine Control System—MARKV浙江省电力设计院陈华东（杭州310007）杭州电力教育培训中心黄红艳（杭州310015）摘要介绍了燃机控制系统—Speedtronic MARKV（TMR）硬件及软件的结构及功能，着重分析了该系统的接口，硬件三冗余及软件容错技术。
关键词燃机 MARKV 三冗余软件容错1引言Speedtronic MARKV是美国GE公司生产的燃气轮机控制系统，该系统可以完成燃机主机及辅机的几乎全部自动化控制功能，该系统由60年代的MARKI发展而来，经历了MARKI、MARKII、MARKII＋ITS、MARKIV、MARKV等几个发展阶段。
MARKV系统具有成熟、可靠、安全性能高等优点；其采用的三重冗余硬件结构和软件容错（SIFT）技术是MARKV的显著特点。
2 MARKV的硬件结构及功能2．1总结构图MARKV控制系统的硬件结构如图1所示。
2．2数据接口处理器（I）数据接口处理器（I）的主要功能有：（1）提供人机界面；（2）管理报警信号；（3）传输操作员指令；（4）系统配置和加载；（5）就地维修工作站；（6）与DCS接口。
在由燃机构成的联合循环电厂中，一个MARKV只作为全厂DCS的一个子控制系统，故MARKV必须与DCS进行通讯联系，MARKV提供RS－232和Ethernet两种接口作为选择。
因Ether－net采用目前在世界被广泛采用TCP／IP技术协议，因此，在大型联合循环电厂中，Ethernet这种接口方式被广泛采用。
当采用Ethernet时，（I）的内部结构如图2所示，它实际由（I）、（G）两部分组成，每个（I）、（G）均配有CPU卡、Arcnet卡、显示卡、硬盘、软驱各1个；1个（I）／（G）公用1套CRT、CPD（光标定位装置）、键盘和打印机，通过电子开关（键盘）切换。
（G）配Ethernet卡1块，用于与DCS的通讯。
MarkⅥ燃气轮机控制系统及其应用
MarkⅥ燃⽓轮机控制系统及其应⽤第21卷第5期电站系统⼯程V ol.21 No.5 2005年9⽉Power System Engineering Sep., 2005 ⽂章编号：1005-006X(2005)05-0050-04Mark Ⅵ燃⽓轮机控制系统及其应⽤陈钢1刘帮加2张⼒2（1.⼴东省电⼒试验研究所，2.东莞东兴热电有限公司）摘要：介绍了SPEEDTRONIC TM Mark Ⅵ控制系统在燃⽓蒸汽联合循环电⼚中的应⽤情况，并对Mark Ⅵ控制系统的特点、控制功能、⽹络结构、硬件配置以及⼈机接⼝进⾏了详细介绍。
关键词：燃⽓轮机；联合循环；⽹络结构；硬件配置；⼈机接⼝中图分类号：TK47 ⽂献标识码：BMark ⅥControl System and its ApplicationCHEN Gang, LIU Bang-jia, ZHANG LiAbstract: The application of SPEEDTRONIC TM Mark Ⅵcontrol system in a steam and gas turbine combined cycle power plant is described, and the features, functions, networks, hardware configuration and man-machine interface of MarkⅥcontrol system are discussed.Key words: gas turbine; combined cycle; networks; hardware configuration; man-machine interface (MMI)⼴东东莞东兴热电⼚1号机组为燃⽓蒸汽联合循环机组，设计燃料为液化天然⽓，可燃⽤原油，整个机组为分轴结构。
燃⽓轮机为GE公司⽣产的PG9171E型燃⽓轮机，额定功率为123 MW，透平进⼝温度为1 124 ℃，排⽓温度为542.8 ℃，采⽤环形燃烧室。
浅谈燃气轮机控制系统的设计
浅谈燃气轮机控制系统的设计引言本文分析研究了燃气轮机控制系统的设计，探讨燃气轮机的自动控制技术的未来发展，将有助于我国开发具有自主知识产权的燃气轮机控制系统。
第一章燃气轮机工艺及PLC概述1.1燃气轮机系统及工作原理概述燃气轮机由压气机、燃烧室、透平组成。
燃气轮机正常工作时，工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功转化的热力循环。
1.2燃气轮机控制要求1)主控制系统起动控制：在起动期间为了最佳的点火和联焰，以及避免过分的热冲击，燃气轮机控制系统设置了燃料限。
起动控制系统设置了随转速和时间进程而变化的燃料上限。
一般在18％～20％转速时，选择的燃料／空气比将在燃烧室内产生近于1000F的温升。
转速控制：燃气轮机可有两类转速调节器：有差和无差。
少数机组可能两种调节器都有，具备在有负荷的情况下改变调节器的能力。
2)顺序(程序)控制顺序控制电路提供了在起动、运行、停机和冷机期间轮机的、发电机的、起动装置的和辅机的顺序。
顺序控制系统监测保护系统和其他主要系统，如燃料和液压滑油系统，并发出轮机按预定方式起和停的逻辑信号。
3)保护系统设计保护系统是当关键参数超过临界值或控制设备故障时通过切断燃料流量遮断轮机。
切断燃料流量是同时通过两个独立的装置：截止阀，这是主要的；燃料泵和燃料控制阀，这是第二位的。
第二章燃气轮机控制系统的设计2.1燃气轮机顺序控制系统2.1.1起动程序控制起动程序控制也就是燃气轮机整个起动过程的顺序逻辑控制。
从起动起动机、带动燃机转子转动、燃机点火、转子加速直至达到额定转速。
起动程序安全地控制燃机从零转速加速到额定运行转速，在这个过程中要求燃机热通道部件的低周疲劳为最小。
2.1.2正常停机程序控制当主控制选择停机并开始执行时将产生一个L94X信号。
此时如果发电机线路断路器在闭合状态则转速／负荷给定点TNR开始下降。
以正常速率减少FSR和负荷。
一旦逆功率继电器动作则立即断开发电机断路器。
新一代燃气轮机控制系统-Mark Ⅵ介绍
Ξ新一代燃气轮机控制系统-Mark Ⅵ介绍戴云飞,周 珏(江苏省电力公司技术中心,江苏 南京 210036)摘 要:美国GE 公司在SPEE DTRONIC [T M]Mark V 的基础上于1999年推出了最新研制的Mark Ⅵ。
国内未来几年在新的燃气蒸汽联合循环机组上将采用此控制系统。
本文介绍该控制系统的概貌、软硬件情况以及它与MarkV 的主要区别。
关 键 词:燃气轮机;联合循环;控制系统中图分类号:TK 47413 文献标识码:B 文章编号:1009-2889(2004)04-0029-040 引 言SPEE DTRONIC T M Mark Ⅵ燃气轮机控制系统是GE 公司研制的最新先进的控制系统,它保留了GE经过几十年验证的成功的透平控制、保护和序控设计思想,同时在如下几个方面作了一些改进,诸如:系统网络结构、产品的标准化、硬件设备的功能及可靠性、H MI 、系统的开放性和寿命周期、设备故障诊断技术等,下文将进行逐一介绍。
1 Mark Ⅵ系统结构Mark Ⅵ控制系统设置有三级数据通讯网络:PDH 网、UDH 网和I ONET 网(如图1、图2所示,其中图1虚框中的Mark Ⅵ控制结构图如图2所示)。
PDH 网(Plant Data Highway )是系统用来与电厂离散控制系统(DCS )或者第三方设备(如不是GE 供货的P LC 等)之间进行数据通讯的途径。
支持其与DCS 通讯的协议有Ethernet TCP -IP G S M ,Ethernet TCP -IP M odbus slave 和RS232/485M odbus RT U 。
其中Ethernet TCP -IP G S M 协议可传输就地高分辨率报警、S OE 时间标记、事件驱动消息、周期数据包等。
UDH (unit Data Highway )是基于Ethernet 网络,它提供燃机控制器、汽机控制器、余热锅炉控制器、发电机励磁控制器、静态启动器、P LCs 之间高速的端与端对等通讯。
GE-Mark-VI系统
燃气轮机启动控制
加速：
暖机结束后：L2WX=1 L83SUAR=1 FSRSU=FSKSU_AR (27.5%FSR) FSRSபைடு நூலகம்以FSKSU_IA（0.1%FSR或 者0.05%FSR）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，L52GX=1 L83SUMX=1 启动控制系统退出
FSRSU以FSKSU_IM(5%FSR/s)为 斜率进行增加，直到FSRSU=FSRMAX
逻辑控制算法保证L83SUFI、L83SUWU、LSUSUAR、L83SUMX在某个时 刻只有一项为真。 FSRSU输出的变化必须在主保护允许逻辑L4为真的条件下才能实现。
燃气轮机启动控制
FSR启动逻辑控制
温度控制系统
Mark-V 选取三种温控线中最小值作为实际执行的温控基准 TTRX。通常TTRXP被选出，称作主工作温控基准或执行温 控基准， TTRXS 为后备温控基准， TTKn_I 仅在很高环境 温度下或启动时可能被选出。
温度控制系统
温 度 控 制 基 准 算 法 温度控制FSRT算法
温度控制系统
温度控制系统
3. 排气温度信号处理
采用18、21、24、27或31对热电偶测量排气温度； 热电偶输出信号接入TBTC端子板，再分别送到<R>、<S>、<T>的 VTCC卡，卡件提供冷端补偿和热电偶异常偏置信号。最后得到反映排 气温度的TTXD向量。
1、4、7……..22 2、5、8……..23 3、6、9……..24 <R> <S> <T> TTXDR TTXDS TTXDT
FSRACC，迫使加速控制系统退出。
燃气轮机的控制系统包括调节系统
燃气轮机的控制系统包括调节系统、操纵系统和保安系统。
控制系统的功能是把机器的工况控制在安全允许的范围内，以满足负荷方面的要求和机器本身经济性和使用寿命方面的要求。
各系统的内容和复杂程度随机器的用途和容量大小而异。
机械液压式控制系统曾在燃气轮机中占统治地位，但它难于组成高度自动化的复杂系统。
后来出现的电子液压式系统功能强，能完成综合运算、逻辑判断等任务，可以组成高度自动化的复杂系统，并能利用计算机和实现遥控，已广泛用于燃气轮机控制系统。
调节系统它控制正常运行工况，主要满足负荷方面的要求，在有些情况下还能满足经济性方面的要求。
这些要求是靠调节器自动改变燃料消耗率G (千克／秒)，有时还转动压气机或透平的可调静叶,以控制转速、燃气初温3等，使其按预定的调节规律变化来达到的。
根据实测转速与其给定值[xx]之间的差值来改变G，以保证符合= [xx]这一调节规律的转速调节器，在燃气轮机中得到广泛的应用。
如果最终G的改变量正比于这一差值，便不能达到精确地等于[xx]，这种调节称为有差调节。
如要只要存在差值就不断改变G，则有可能最终消除这个差值，使精确地等于[xx]，这种调节称为无差调节。
带动同步发电机的燃气轮机的基本调节规律是输出轴转速=[xx]的有差调节。
其稳态转速随功率下降而增高(见汽轮机控制系统)。
若使正比于转速的信号加上正比于功率的信号等于某一给定值作为调节规律（称为功频调节），也可得到与转速有差调节同样的稳态结果。
单轴燃气轮机-发电机（图1a[燃气轮机-负荷]）使用图2a、b中的调节系统;分轴燃气轮机-发电机（图1b[燃气轮机-负荷]）使用图2c [调节系统框图]、d[调节系统框图]、e[调节系统框图]、f[调节系统框图]的调节系统。
这些调节系统都有如下功能：①单独发电情况下，负荷变化时能保持输出轴转速在给定值附近，并可通过改变给定值来改变转速；②并网发电情况下，负荷变化时能保持电网频率在额定值附近，并自动按各并网机器的调节系统特性来分配负荷变化的份额。