第四章透平控制系统

4．透平控制系统4．1总体描述透平控制系统操作透平机组给它的子系统，系统产生电气控制信号给透平机组，用于起动、停止负载、卸载、手动或自动及本地控制或远控。本章描述为一般描述，特殊应用可能与本章描述有所不同。使用本章节内容时可以参照随装置一并提供的软件文档、逻辑图表及电气图表。4．2功能描述基于微处理器的控制系统根据每项使用的输入/输出模块组合的应用而定制。系统控制扫描、监视及数据接收。数据在可编程控制器中处理并发送到输出模块，用于传输到装置的控制单元。控制系统功能如下：＃顺序＃控制＃保护＃显示控制盘由电气开关组成，允许命令的输入和状态指示。同时包括显示设备，用于反映控制参数。透平装置包括将操作状况报告给控制系统的仪表及接受来自主或备用控制系统的控制设备。控制单元为PLC控制的电气的、电磁的及电动液压机械装置。控制系统单元如图4.2.1所示4．2．1顺序顺序功能控制控制系统的逻辑单元，逻辑单元是与开关、电磁阀、继电器和比较器等设备有关的事件（开/关、启动/停止、是/否）。顺序功能监视与感应事件，进行与操作系统组件的有关计算。顺序单元包括：＃起动＃负载＃停止＃后润滑逻辑图描述了顺序功能。本章使用这些逻辑图进行说明。起动：手动起动涡轮机械顺序如下＃系统上电＃故障复位＃选择操作模式＃开始起动在手动起动开始后，系统完成如下工作：＃燃料阀与润滑压力检查＃吹扫曲柄＃点火＃起动器跳脱＃润滑监视系统上电控制系统通过打开电源上电，复位任何报警和关断故障。复位故障在起动前，所有的关断故障必须清除，未解决的关断故障将使装置不能起动。“BACKUPRESET”开关给电，按“ACKNOWLEDGE”及“RESET”开关来复位。选择操作模式将OFF/LOVAL/REMOTE开关扳到LOCAL或REMOTE位置来选择操作模式。开始起动一旦起动开始，控制系统执行润滑与驱动装置系统检查，起动装置风扇，执行燃料关断阀测试与预前曲柄状态检查。按“START”开关开始起动程序。燃料阀与润滑压力检查。预前曲柄检查预前曲柄检查包括润滑完成与密封系统检查，润滑油压力确定，燃料阀检查程序的完成。当完成预前曲柄检查，起动器马达使发动机盘车。泵测试与预润滑当起动/运行锁定后，后润滑备用泵及前/后润滑油泵启动，使之处于测试周期。预润滑定时器开始定时。当运行定时器激活时，如果执行热重启，则预润滑泵测试不能执行。气体燃料阀及检查在预润滑检查后，当起动使能锁定，则控制系统执行气体燃料阀的压力测试。每一个阀都将进行测试，确保正确的开关、燃料压力开关及变送器信号可变正常。压气机系统检查与清洁干气密封系统当起动/运行锁定，或者如果压气机机壳加压，密封延迟定时器起动。密封气体电磁阀得电，允许给压缩机密封件加压。在密封延迟定时器超时前，如果密封气体差压没有超过报警设定点，则产生密封气体差压报警。如果密封气体压力小于低关断设定点，同时密封延迟定时器已超时，则产生密封气体低差压快停锁定关断。当压缩机机壳压力超出压力开关设定点，机壳压力定时器启动，如果压缩机入口或出口密封气流超出“密封气体流量高”报警设定点，机壳压力定时器超时，产生密封流量高报警。如果压缩机入口或出口密封气流超出“密封气体流量高”关断设定点，同时机壳压力定时器超时，则产生“密封气体流量高”快停锁定关断。如果由于密封气体系统压力超限而产生关断，则产生附加的密封气体系统失败关断，密封系统失败关断重定位阀门到快停位置。缓冲空气系统当起动/运行锁定，或者如果气体压缩机机壳加压，密封延迟定时器重启，缓冲空气允许给压缩机密封件加压。如果在润滑油压力达到设定点之前，缓冲空气差压没有超出低报警设定点，则产生缓冲空气差压“压力低”报警。如果缓冲空气压力小于低关断设定点，则产生“缓冲空气低”差压快停锁定关断。气体压缩机吹扫与加压气体压缩机单元用于传送吹扫空气及给气体压缩机机壳管线加压当压缩机吹扫定时器定时时，压缩机放空阀打开，旁通阀关闭，用于吹扫压缩机及出口管线。当压缩机吹扫定时器超时，压缩机入口、压缩机出口及压缩机旁通阀打开，当这些阀达到全开位置，压缩机负载阀打开。气体压缩机阀检查程序用于阀的定位。在阀顺序周期完成时，如果阀位置不正确，单元阀顺序失败，产生故障关断，起动程序被放弃。吹扫曲柄在起动器的带动下，吹扫曲柄使发动机盘车，通过透平压缩机的渐强空气流吹扫发动机的空气入口及排气管线的积聚气体。在一个可扩展的非激活周期内，吹扫曲柄减少旋转，在热重启时，吹扫曲柄强冷却气体透平部件。当开始吹扫曲柄时，透平起动器激活，曲柄定时器启动，起动器使发动机旋转，发动机速度增加超过预设定值，典型为10～18％。在曲柄定时器超时前，如果发动机没有达到预置值，典型为10～15％，则起动程序放弃，产生曲柄失败报警。在发动机达到预设定值后（大于曲柄失败速度值），发动机吹扫定时器起动，吹扫周期开始，液体吹扫定时器超时，液体吹扫阀关闭。发动机加速。吹扫发动机入口及排出管道，吹扫时间由排放量决定，在吹扫曲柄过程中，燃料阀关闭，不点火。当发动机吹扫定时器超时，起动周期继续。气体燃料的燃烧燃烧包括火炬点火。燃烧及加速到自我维持速度。火炬点火（气体燃烧）发动机T5温度必须小于400F（204C），气体火炬关断点火变压器、点活塞、燃料关断电磁阀，燃料控制命令才可激活。来自火炬的燃料由点活塞点燃，并进入到发动机。当T5温度超过400F（204C）而NGP低于起动器脱离速度时，起动计数器增加一次起动计数。注意透平设计寿命与第一阶喷嘴（T3）的温度有关。然而，为了提高热电偶的可靠性，测量较低的第三阶喷嘴（T5）。在发动机测试过程中，决定T5及T3值，用于修正所测温度。运行在T3温度下的发动机所测的T5温度称为“BaseT5”，这一温度在发动机铭牌上有所描述。燃烧（气体燃料）根据修正的发动机（压气机）速度及温度，燃料控制阀逐渐打开，入口导叶打开，泄放阀逐渐关闭。泄放阀及导叶控制通过透平发动机的空气流量，防止发生喘振。燃料流量增加，T5温度增加，透平动力增加。如果T5温度在点火定时器超时之前没有超过燃烧温度设定点，则产生点火失败故障，起动程序终止。加速（气体燃料）对速度及负载监视，调节控制燃烧阀，以加速发动机，增加T5温度。在加速期间。如同发动机的速度增加一样，压缩机出口压力（PCD）也在增加。气体燃料压力必须增加，用以克服PCD压力的增加。随着燃料压力及流量的增加，发动机加速。燃料阀由所选模式、温度及它们之间的关系控制。装置的控制模式包括：＃最小燃料量＃超前加速＃T5＃NGP（压气机速度）图4.2.2起动起动器脱离与加速当透平速度超过起动器速度，离合器将起动器置于活轮状态。当发动机达到起动器脱离速度时，起动器失去动力，发动机在自己的动力下加速。在燃烧后，起动失败定时器开始定时，如果在起动失败定时器超时之前，没有达到起动器脱离速度，则产生起动失败关断，发动机关停。达到起动器脱离速度时，负载失败定时器开始定时。如果在定时器超时之前，发动机没有达到负载设定点，则产生负载失败故障关断。当NGP大于起动器脱离速度时，检查T5温度传感器。如果个别的T5温度传感器测得的温度超出200F（111C），也就是超出了T5平均温度5秒钟，则产生高差T5故障报警。如果任意一个T5温度传感器测得的温度低于T5平均温度，则产生热电偶故障报警。根据发动机类型，如果两个或者三个T5热电偶测得200F（111C），也就是在预设时间内，持续低于T5平均温度，则产生多T5热电偶故障关断，发动机关闭。润滑监视当发动机速度增加时，轴承油压要求增加。为了确保由充足的润滑油，将连续监视油压。当发动机速度高于起动器脱离速度时，每隔24个小时，由PLC测试后润滑备用泵，使之能够正确操作。如果备用泵不能提供足够的油压的话，则产生备用润滑油泵失败故障报警。负载负载功能加速发动机到负载速度，给气体压缩机或者其他驱动设备负载，并控制装置过渡到稳定状态。通过增机NGP设定点，使发动机加速，动力增加，发动机速度增加。当动力透平速度（NPT）增加超过预置值，典型为60％，NPT锁定。如果NPT降到低于预置值，典型为51％，则产生动力透平低速故障，透平关断。导叶及泄放阀从起动过渡到基于修正的NGP的操作位置。处于负载速度时，气体压缩机旁通阀关闭，反喘振控制开始。气体压缩机出口压力增加停止透平可在冷却或者快停状态下手动或者自动关断。在关闭燃料前，冷却停止操作压气机空转，使透平冷却。快停立即关闭燃料阀而无冷却周期。通过激活停止开关或者急停开关，进行气体透平的手动关断。停止开关提供冷却停止，急停开关提供快停，气体压缩机或者其他驱动设备，一旦停止则卸载。对于正常关断，压缩机或者其他驱动装置，在停止之前，负载应减小。当驱动设备负载状态下发生故障，控制系统将卸载驱动设备，关闭到透平的燃料，控制系统提供冷却停止（锁定或者非锁定）及快速停止（锁定或者非锁定）两种方式。通过探测诸如超温、通风失败。透平低速、低润滑油压等故障，产生故障关断。当速度降到低于预置值，典型为65％，发动机时间表停止计时。冷却停止冷却停止减小发动机的操作速度到空转速度，并起动冷却定时器。当NGP降到低于负载速度时，驱动设备卸载。发动机在空转下运行，直到冷却定时器超时。当冷却定时器超时，到发动机的燃料关闭，一旦发动机停止，溢流定时器超时，起动后润滑周期。如果在冷却期间再起动，则放弃关断。快速停止快速停止负载驱动设备，关闭燃料关断阀，无冷却周期的停止透平。一旦发动机停止，溢流定时器超时，启动后润滑周期。应急停止当探测到火焰、备用超速系统失效、PLC失效或者操作员按动ESD开关，都可以激活应急停止（ESD）。ESD停止卸载驱动设备，关闭燃料关断阀，无冷却周期的停止透平。润滑油控制用于透平溢流，后润滑由备用继电器系统控制。如果启动一个ESD停止，则在重启之前，备用系统必须复位。可通过按动“BACKUPRESET”开关”及“ACKNOWLEDGE”及“RESET”开关实现。后润滑当发动机减慢速度时，透平驱动润滑油泵压力减小，交流润滑油泵启动。当发动机停止时，溢流定时器超时，后润滑定时器启动。如果交流润滑泵不能提供最低压力，备用泵启动。当后润滑定时器超时时，后润滑泵失电。4．2．2控制控制功能监视及调节速度、压力和温度过程变量。在起动、停止和负载期间，功能控制对负载的变化作出反应并控制执行器。在起动期间，调节燃料流量，确保平滑燃烧及加速。燃料控制调节发动机动力以维持负载要求、控制发动机速度及T5温度。在负载瞬变期间，燃料控制调节减速及加速，以反应负载条件的变化。在起动期间，调节泄放阀及导叶位置，减小透平压缩机出口压力（PCD），以避免透平喘振。泄放阀和导叶位置调节发动机和T5温度。在负载瞬变期间，泄放阀和导叶位置调节PCD以避免透平喘振并控制速度。可选的控制功能包括气体压缩机反喘振和过程控制，这些功能调节气体压缩机速度和输出以满足要求，避免气体压缩机喘振。燃料控制透平燃料流量控制调节压力和燃料流量。燃料流量由阀位置控制。通过调节燃料压力和流量，燃料系统建立燃料流量范围，燃料压力被控制到一个比PCD大的值，且处于最大和最小阀位之间。在燃烧、加速、稳定状态和负载状况瞬变期间，控制系统定位阀位，调节燃料流量，以调节发动机速度、动力、T5温度。起动在起动期间，燃料流量控制燃料/空气比例，以平滑燃烧及加速到操作速度。维持T5温度及加/减限制，以避免发动机喘振及燃烧室熄火。图4.2.3说明了起动期间，燃料流量的增加预NGP和PCD增加的比较。图4.2.3起动燃料流量燃烧燃烧由燃烧上升方案控制，它逐渐打开燃料阀以增加到发动机的燃料流量。Combustion燃烧Efficientcombustionandaccelerationareprovidedbythestartrampandfuelcontrolschedule,whichcontrolengineacceleration.起动斜率及控制发动机加速的燃烧控制方案提供有效的燃烧及加速。Thefuelcontrolaccelerationscheduleprovi