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燃机的重要保护以及控制特征
点击次数:3788 发布时间:2011-08-12 返回
  燃机作为当今多用途的发电机组在中国已普及开来。目前正在进行调试中的湖北华电武昌热电厂电站工程为175MW级(9E型一拖一)燃气一蒸汽联合循环发电机组。由MarkVI系统控制,并通过通讯和少量硬接线与DCS相连,构成一个对联合循环发电机组进行集中监控的完整的控制系统。
  
  一、热工自动控制
  
  对于燃机余热锅炉系统中对象调节方式,与火电机组的基本一致,且减少了很多自动控制套数,其中复杂的为汽包水位自动控制。在燃机启动过程中,燃机的余气控制并非稳定,这便使余热锅炉的汽包工况无形中更为复杂。水位控制在紧急状况下投人自动后,由于工况变化剧烈,有可能发散振荡,造成机组解列。故是先手动调节,待工况稍微稳定后再投人自动较好。
  
  由于武昌热电厂燃机所采用的汽包水位调节方式并非燃机普及的挡板截流调节,而是给水泵液藕调节,所以调节品质可以得到优化。
  
  二、热工自动保护
  
  燃气轮机的保护系统和控制系统是不可分割的一个整体。在燃气轮机正常运行时,由MarkVI控制系统实施控制,使燃气轮机在所要求的参数下运行。当机组由于某些不可预测的原因而偏离正常的运行参数时,保护系统应报警并指示故障的由来,以便运行人员及时分析故障的原因和排除故障。当燃气轮发电机组关键参数超过临界值或控制设备故障危及机组安全运行时,MarkVI保护系统在报警的同时通过切断燃料使机组跳闸。
  
  切断燃料是同时通过两个独立的装置来实现的:燃料截止阀、燃料泵和燃料控制阀。燃料截止阀是通过电气和液压两个信号来关闭的,燃料泵和燃料控制阀只通过一个电气信号关闭。通常,燃气轮机系统设置了如下保护系统:超速保护、超温保护、熄火保护、振动保护、燃烧监测保护。此外,还有一些保护功能,如滑油压力过低或滑油温度过高等等,以下重点分析燃机几项特有的重要保护。
  
  2.1超速保护
  
  与火电机组一样,每台燃气轮机都必须装设超速保护装置,这种超速保护装置通常可分为机械式的和电子式的。当燃气轮机转速超过一定限度时(一般规定为额定运行转速的110%~112%)它就动作,并迅速切断燃气轮机的燃料,使其停止运转。
  
  2.2超温保护
  
  当机组在某大气温度下运转时,燃气轮机温控器投入运行后,可使透平前温维持在额定参数,排气温度和压气机出口压力相应处于温控基准线上的某点。当大气温度升高时,此点在温控器的控制下沿温控基准线TTRx向左上方移;当大气温度降低时,此点在温控器的控制下沿温控基准线向右下方移动。当温控器发生故障时,则透平前温T3*失控,有可能燃料流量过大而使透平前温T3*超过额定参数,其故障轻者会使透平叶片的寿命下降,重者会致使透平叶片烧毁。为了防止此类故障造成的恶果,MarkVI保护系统设置了三道超温保护。MarkVI的超温报警和遮断的算法见图1。
  
  TTKOT3报警线是超温保护的*道防线,是在温控基准线TTRX的基础上向上平移一个由TT-KOT3常数(典型值为13.9℃/25℉)所确定的温度差值。当燃气轮机在温控器投人后,机组在等透平前温情况下工作时,透平排气温度TTXM应小于温控基准TTRX加上超温报警常数所确定的给定值。比较器1的输入A<B,比较器输出为“0”表示正常。当温控器故障造成T4*温度TTXM大于温控基准TTRX加上超温报警常数TTKOT3之和时,比较器1的输人A>B,发出超温报警的逻辑信号L3OTXA而报警和显示“排气温度高”。当排气温度恢复到正常值,即A2.3燃烧监测保护
  
  运行中,燃气轮机在高温下连续运转,难以直接对这些高温部件进行监测以及时发现故障。当燃料流量分配器故障引起各燃烧室的燃烧温度不均匀、燃烧室破裂、燃烧不正常或当过渡段破裂引起透平进口温度场不均匀时都会引起透平的进口流场和排气温度流场的严重不均匀。因此只需测量排气温度场是否均匀,即可间接预报燃烧是否正常。
  
  为了准确地测量透平排气温度场是否均匀,应在透平排气通道中尽可能多地布置测温热电偶。确定机组在正常情况下允许各热电偶测量结果有多大的温度差,或者称允许的分散度Sallow。一旦超出这个规定值,则认为机组或测温仪器不正常。
  
  2.3.1排气温度的允许分散度
  
  正常允许分散度是静态分散度极限。其变化典型值在30-125℉之间,取透平排气温度和压气机排气温度平均值的函数。Mark-VI保护系统用压气机的出口温度来表征机组工况变化时的排气温度的变化,因而使用压气机出口温度来作为计算排气温度允许分散度的主要依据。
  
  2.3.2燃烧监测退出
  
  当燃气轮机处于启动和正常停机、加减机组负荷等不稳定的工况期间,应将燃烧监测系统切除以避免引起报警和遮断。当机组处于稳定工况正常运转时,才能将其投入监测。
  
  燃烧监测退出控制软件是在正常允许分散度上增加偏置值,它顾及在过渡过程实际分散度瞬时的增大。偏置是一个温度值,其变化范围典型值在0℃与111℃(200℉)之间。在稳态工作时偏置值为0℃,在出现过渡过程时,如负荷快速变化,偏置可陡升到min℃,通常维持该值2min之后过渡过程条件结束,然后它的数值成指数状以2min的时间常数衰减至0℉。
  
  2.4燃气轮机的熄火保护
  
  在启动过程中,在点火期间监视燃烧室是否点燃是非常重要的,当机组点火程序触发后,一旦有两个火焰探测器见火,就算机组点火成功,允许启动程序继续进行,则火焰探测器发出信号使FSR从点火值减少至暖机值,并使程序向前继续;若点火1min后,在燃烧室中还没有建立火焰,则发出信号切断燃料,启动程序中止,以免燃料积聚在燃烧室或透平内引起爆燃。MarkVI处理火焰探测器信号的方法是统计在一个0.06255时间间隔内的脉冲数目,并将其与一个门槛值比较,以指示在燃烧室中是否有火焰。当出现的频率高于由I/O配置上的设定值时便确认火焰已存在。频率为火焰强度的尺度,要注意的是传感器的短路或开路将导致没有火焰信号。

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