燃氣輪機啟動控制策略研究與仿真

韋　煒　　李　磊　　李　珊（中國船舶重工集團公司第七O三研究所，黑龍江　哈爾濱　150078）

燃氣輪機啟動控制策略研究與仿真

韋煒李磊李珊
（中國船舶重工集團公司第七O三研究所，黑龍江哈爾濱150078）

摘要：燃氣輪機是電廠非常重要的組成部分，本文主要對電廠燃氣輪機的啟動控制策略進行仿真研究，較為深入的去了解燃氣輪機的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，特點以及控制的原理，針對燃氣輪機的非線性，對透平轉(zhuǎn)速控制器進行改進，仿真的結(jié)構(gòu)顯示，改進之后的透平轉(zhuǎn)速控制精度會有所提高，實時性會增強。

關(guān)鍵詞：燃氣輪機；控制；策略；仿真；分析；研究

燃氣輪機具有污染小，熱效率高、啟動快捷的特點，目前已經(jīng)受到了廣大電力企業(yè)的關(guān)注，我國近幾年的發(fā)展使得燃氣輪機也有了很大程度上的進步，現(xiàn)在能夠有效的利用燃氣輪機進行電力發(fā)電已經(jīng)成為了電力企業(yè)發(fā)展的一個趨勢，并且這一趨勢還有急速增長的態(tài)勢，在我國也出現(xiàn)了一些相對統(tǒng)一的資源形式，在借鑒外來技術(shù)的前提下，不斷的促進著我國燃氣輪機制造水平的提高，這也為我國逐步實現(xiàn)電力企業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1　燃氣輪機控制策略

燃氣輪機的啟動過程是由燃氣輪機的啟動程序和主控制系統(tǒng)相互配合完成的，其中燃氣輪機啟動控制的是開環(huán)，是按照之前預(yù)定的方式啟動燃氣輪機的相關(guān)設(shè)備的，而在主控系統(tǒng)中，燃氣輪機還包括升速控制，排氣溫度控制等等，這些子系統(tǒng)都是在最小值的選擇器上的，目的是為了進一步的改變?nèi)細廨啓C的運行狀況。

1.1燃氣輪機啟動控制系統(tǒng)

當(dāng)燃氣輪機的程序發(fā)出之前預(yù)定好的方式進行啟動的時候，控制系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)的啟動訊息，目前所采用的控制方法是自組控制計算的方法，其實燃氣輪機在正常啟動的過程當(dāng)中，不同階段的控制器也是各不相同的，從整體的控制情況來看，燃氣輪機的啟動控制是由程序控制、升速控制、轉(zhuǎn)速控制共同作用的情況下完成的。

1.2燃氣輪機的程序控制

燃氣輪機程序的控制系統(tǒng)主要是開環(huán)控制，其中還包括啟動程序和停機程序，而上面說到的子計算方法就是用來實現(xiàn)燃氣輪機的啟停順序控制的，這里啟動程序的控制是為了確保燃氣輪機從啟動變頻器SFC帶動燃氣輪機升速的一個關(guān)鍵性的過程，當(dāng)燃氣輪機得到啟動的命令之后，程序控制就會按照之前預(yù)留的方式啟動邏輯信號，在出現(xiàn)邏輯信號之后會通過燃氣輪機順序控制程序來進行啟動，這樣就能夠在子系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對燃氣輪機的順序啟動控制。

1.3升速控制

燃氣輪機的升速主要是在調(diào)節(jié)燃氣輪機的燃料量才做到的，而在燃氣輪機進行工作的時候，我們還要對升速控制器進行相應(yīng)的保護，這樣做是為了減少相應(yīng)元器件的沖擊損傷，當(dāng)轉(zhuǎn)子的加速度超過了所運行定值的時候，控制系統(tǒng)會根據(jù)實際的運行情況而減少燃料的流量，這樣做就能夠有效的限制燃氣輪機轉(zhuǎn)子的加速度。

1.4轉(zhuǎn)速負荷控制

燃氣輪機中的轉(zhuǎn)速負荷控制是一個變量的控制器，我們能夠選擇在帶負荷運行的時候，負荷其實是受燃氣輪機速度控制器影響的，有的時候也會受到負荷控制器的控制。在運行模式進行切換的時候，會自動的切換到之前所定的轉(zhuǎn)速控制器上，燃氣輪機被觸發(fā)的時候，速度負荷控制器會通過最小值選擇器的輸出調(diào)節(jié)燃料供應(yīng)到控制器上。

1.5燃氣輪機啟動過程中的燃料控制分析

目前已知的燃氣輪機控制系統(tǒng)主要有兩個功能，分別是控制天然氣的質(zhì)量流量和在相應(yīng)條件下切斷天然氣的流量，當(dāng)燃氣輪機在接到啟動命令之后，天然氣系統(tǒng)中的開關(guān)操作就會被執(zhí)行，而且燃氣輪機的啟動也會隨時做準(zhǔn)備，這樣就滿足了燃氣輪機啟動的相關(guān)條件。而燃氣輪機的速度控制器從升速到接管天然氣的調(diào)節(jié)閥，體現(xiàn)出了燃氣輪機極好的能力轉(zhuǎn)化。在速度控制器控制下，燃氣輪機的控制仿真系統(tǒng)就會在額定的轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)自主運行，這種情況是符合控制器根據(jù)實際要求來調(diào)節(jié)天然氣流量形式的。

2　燃氣輪機啟動的過程仿真

2.1燃氣輪機系統(tǒng)仿真模型的建立

我們根據(jù)燃氣輪機啟動過程以及仿真控制器的計算方法，在仿真的支撐平臺上建立了相對完整的啟動控制系統(tǒng)模型，將所建立的控制系統(tǒng)仿真模型進行了研究，主要研究的步驟有以下幾步：

（1）啟動前的準(zhǔn)備階段。這一階段是非常重要的，這一階段主要檢查的是電力機組起動機的相關(guān)元器件是否滿足要求，比如說潤滑油的壓力是否滿足相關(guān)運行的條件，字各個回油的管路觀察地方是否可以看到潤滑油在流動，啟動失敗泄油閥是不是打開的狀態(tài)，機組在啟動之前有沒有足夠的時間去盤車等等。

（2）啟動盤車和燃氣輪機啟動。當(dāng)主機的轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)的時候，需要啟動裝置相對較大的扭矩才能夠克服轉(zhuǎn)子的慣性，將轉(zhuǎn)子緩慢的轉(zhuǎn)動起來，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動之后，啟動電機會通過變頻器來拖動轉(zhuǎn)子逐漸增速。

（3）輕吹。這也是機組啟動之前非常重要的步驟之一，在機組進行轉(zhuǎn)動的時候，我們要利用壓氣機的出口空氣對機組進行冷吹處理，這樣做的目的是為了吹掉有可能掉在機組中的燃料氣，避免出現(xiàn)爆燃的情況。所以說每一次燃氣輪機在進行點火之前都要對其進行輕吹處理。

（4）暖機。當(dāng)燃氣輪機點完后之后，火焰探測器會實時的探測燃燒室的火焰，此時的控制系統(tǒng)就會及時的發(fā)出暖機的信號，讓整個機組進入到暖機的階段，暖機的目的很明顯，就是為了防止高溫損害到受熱的部件，減少元器件的熱應(yīng)力，確保元器件在啟動之后始終是處于暖機保護下的，暖機也是起到了安全啟動機組的作用。

結(jié)語

燃氣輪機作為電廠重要的組成部分，在電廠發(fā)電的時候發(fā)揮著決定性的作用，對燃氣輪機啟動控制進行研究能夠更好的了解燃氣輪機的實際使用情況。對那些出現(xiàn)問題的燃氣輪機要進行及時的處理，對啟動控制進行分析和研究的目的是為了更好的發(fā)揮燃氣輪機的潛能，更好的為電廠工作，現(xiàn)階段對燃氣輪機的研究還是處于較為淺顯的階段，希望通過不斷的分析和研究，燃氣輪機的啟動控制會有更好的研究成果。

參考文獻

[1]劉尚明．從Markl到MarkVI至后MarkVI-兼談燃氣輪機的控制技術(shù)發(fā)展[J]．燃氣輪機技術(shù)，2001，14（01）：22-23．

[2]候國蓮，殷沖，張建華．聯(lián)合循環(huán)電廠控制策略綜述[J]．現(xiàn)代電力，2007，24 （01）：49-52．

[3]薛銀春，孫健國．燃氣輪機控制技術(shù)綜述[J]．航空動力學(xué)報，2005，20（06）．

中圖分類號：TK47

文獻標(biāo)識碼：A