三菱M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)自動控制過程

摘 要：從三菱M701F4燃?xì)廨啓C(jī)啟動過程開始分析機(jī)組自動控制方式，重點說明控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速控制（GOVERNOR）、負(fù)荷控制（LOAD LIMIT）、溫度控制、燃料限制控制（FUEL LIMIT）在機(jī)組自動控制過程中的作用。

Abstract： The article analyzed automation control for M701F4 Gas turbine combined cycle unit， the article pay much attention in instruction for Governor Control/load limit control/temperature control/fuel gas limit control in the unit automation start.

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)啟動； 負(fù)荷控制； 轉(zhuǎn)速控制；溫度控制；燃料限制控制； SFC。

1 前言

三菱M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)使用清潔能源天然氣作為燃料，能源利用的效率可高達(dá)90%以上，對環(huán)境的影響較小，低NOX、無SO2、、無煙塵排放。其啟?？?，適合快速調(diào)峰運(yùn)行，設(shè)備可靠，能長時間滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

三菱M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)從盤車轉(zhuǎn)速開始到額定轉(zhuǎn)速由燃?xì)廨啓C(jī)主控制系統(tǒng)（GT CONTROL）自動完成。燃機(jī)到達(dá)額定轉(zhuǎn)速后，發(fā)電機(jī)接收到并網(wǎng)指令并網(wǎng)，并網(wǎng)后燃?xì)廨啓C(jī)主控制系統(tǒng)（GT CONTROL）可根據(jù)操作員指令或者AGC負(fù)荷指令改變?nèi)紮C(jī)輸出功率，滿足發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電需求。

2 三菱M701F4燃?xì)廨啓C(jī)自動控制過程

燃?xì)廨啓C(jī)主控制系統(tǒng)（GT CONTROL）在識別判斷燃機(jī)所有啟動條件具備后，燃機(jī)進(jìn)入待啟動狀態(tài)。控制系統(tǒng)接收到操作員發(fā)出啟動指令后，自動控制系統(tǒng)控制燃機(jī)升速。燃機(jī)從盤車轉(zhuǎn)速開始到額定轉(zhuǎn)速（3000轉(zhuǎn)/分）過程中轉(zhuǎn)速是控制系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)，同時燃機(jī)轉(zhuǎn)速也是控制系統(tǒng)主要控制命令的觸發(fā)信號。

2.1 三菱M701F4燃?xì)廨啓C(jī)啟動第一階段（盤車狀態(tài)轉(zhuǎn)速3轉(zhuǎn)/分）

在此階段燃機(jī)在盤車帶動下以3轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速連續(xù)運(yùn)行，燃機(jī)啟動條件全部滿足后，燃?xì)廨啓C(jī)主控制系統(tǒng)（GT CONTROL）會發(fā)出READY TO START信號，燃機(jī)進(jìn)入待啟動狀態(tài)。

2.2 三菱M701F4燃?xì)廨啓C(jī)啟動第二階段（SFC啟動，機(jī)組轉(zhuǎn)速從盤車轉(zhuǎn)速升至吹掃轉(zhuǎn)速）

操作員發(fā)出NORMAL START 指令后，燃?xì)廨啓C(jī)主控制系統(tǒng)會給SFC發(fā)出啟動指令和高速盤車請求指令。SFC開始啟動驅(qū)動燃機(jī)轉(zhuǎn)速向目標(biāo)值（700轉(zhuǎn)/分）提升。燃?xì)廨啓C(jī)主控制系統(tǒng)實時監(jiān)測燃機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速升至點火轉(zhuǎn)速（550轉(zhuǎn)/分）時，燃?xì)廨啓C(jī)主控制系統(tǒng)內(nèi)部計時邏輯開始800秒倒計時，此倒計時時間即為燃機(jī)在高速盤車狀態(tài)下的運(yùn)行時間。目的是利用燃機(jī)高速盤車時壓氣機(jī)產(chǎn)生的氣流吹掃燃機(jī)燃燒通道，為即將到來的點火階段做準(zhǔn)備。當(dāng)主控制系統(tǒng)識別到燃機(jī)轉(zhuǎn)速升至700轉(zhuǎn)/分時，主控制系統(tǒng)向SFC裝置發(fā)出高速盤車保持保持信號，此時SFC會停止升速，保持燃機(jī)在700轉(zhuǎn)/分速度運(yùn)行至到吹掃倒計時結(jié)束。

2.3三菱M701F4燃?xì)廨啓C(jī)啟動第三階段（吹掃完成，降速點火）

當(dāng)高速盤車倒計時時間結(jié)束后，燃機(jī)控制系統(tǒng)向SFC裝置發(fā)出低速盤車信號，SFC裝置控制燃機(jī)轉(zhuǎn)速向低速盤車轉(zhuǎn)速（即點火轉(zhuǎn)速550轉(zhuǎn)/分）下降。當(dāng)控制系統(tǒng)識別出燃機(jī)轉(zhuǎn)速降至550轉(zhuǎn)/分時，控制系統(tǒng)向SFC裝置發(fā)出低速盤車保持信號，SFC驅(qū)動燃機(jī)維持550轉(zhuǎn)/分運(yùn)行。于此同時控制系統(tǒng)發(fā)出點火命令，控制點火器投入、燃料投入，燃機(jī)進(jìn)入點火狀態(tài)。待燃機(jī)火檢裝置識別出燃機(jī)點火成功，控制系統(tǒng)向SFC裝置發(fā)出全力輸出指令，此時SFC輸出力矩與燃機(jī)輸出力矩共同驅(qū)動燃機(jī)轉(zhuǎn)速上升。

2.4三菱M701F4燃?xì)廨啓C(jī)啟動第四階段（點火成功升速至額定轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分）

燃?xì)廨啓C(jī)點火成功后在SFC輸出轉(zhuǎn)矩和自身輸出轉(zhuǎn)矩驅(qū)動下升速。當(dāng)控制系統(tǒng)識別燃機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)2200轉(zhuǎn)/分時，控制系統(tǒng)向SFC發(fā)出停止運(yùn)行指令，SFC開始退出運(yùn)行，燃機(jī)開始自主運(yùn)行升速。在這一階段燃機(jī)的燃料投入量是在主控制系統(tǒng)邏輯中根據(jù)燃機(jī)GT SPEED 和COMB SHELL PRESS 的實測值進(jìn)行函數(shù)運(yùn)算得出，即燃料限制控制FLCSO輸出的CSO值。FLCSO輸出的CSO值是開環(huán)控制，不受任何反饋限制，在燃機(jī)燃燒調(diào)整工作完成后確定。當(dāng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速上升至3000轉(zhuǎn)時，燃機(jī)燃料量轉(zhuǎn)為GOVERNOR控制，原因是燃機(jī)轉(zhuǎn)速控制GOVERNOR可以更好的維持燃機(jī)轉(zhuǎn)速。

以上分析了燃機(jī)從盤車轉(zhuǎn)速（3轉(zhuǎn)/分）到額定轉(zhuǎn)速過程中控制系統(tǒng)的主要控制過程，其中對SFC裝置的控制是這一過程的核心，燃機(jī)轉(zhuǎn)速信號是燃機(jī)控制系統(tǒng)所發(fā)出指令的觸發(fā)信號，例如燃機(jī)點火命令、SFC退出命令、低壓缸冷卻蒸汽投入命令、中低壓防喘閥關(guān)閉命令、都是由控制系統(tǒng)識別燃機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)特定數(shù)值后觸發(fā)的。

2.5三菱M701F4燃?xì)廨啓C(jī)啟動第五階段（額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)升負(fù)荷）

燃機(jī)帶動發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，由操作人員發(fā)出并網(wǎng)命令，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，燃機(jī)進(jìn)入定速運(yùn)行階段。燃機(jī)并網(wǎng)后的定速階段控制相比并網(wǎng)前升速階段的控制要復(fù)雜的多。燃機(jī)并網(wǎng)后，燃機(jī)需根據(jù)電網(wǎng)需求改變輸出功率，同時還要求能夠保持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，并且要保證自身燃燒安全，所以這一階段的控制比較復(fù)雜。

2.6燃?xì)廨啓C(jī)主控制系統(tǒng)（GT CONTROL）并網(wǎng)后控制過程分析

燃?xì)廨啓C(jī)主控制系統(tǒng)（GT CONTROL）邏輯圖如圖1所示。

2.6.1自動負(fù)荷調(diào)節(jié)ALR（AUTO LOAD REGULATION）

ALR自動負(fù)荷調(diào)節(jié)是指燃機(jī)負(fù)荷需要自動調(diào)節(jié)時要投入的功能模塊。

在 ALR ON（投入時）的條件下，ALR 的輸出作為機(jī)組功率設(shè)定值A(chǔ)LR SET 送到GOVERNOR 方式或LOAD LIMIT方式回路。（GOVERNOR 方式和LOAD LIMIT 方式是兩種并列的控制方式，同時只能選擇其中一種，其各自的區(qū)別下文中會介紹）

在ALR ON下還有“ALR MAN”和“ALR AUTO”兩種方式。在“ALR MAN”方式下，ALR 目標(biāo)功率可以手動給定或根據(jù)機(jī)組工況（冷態(tài)、溫態(tài)或熱態(tài)的暖機(jī)負(fù)荷）自動給定，在“ALR AUTO”方式下，ALR 目標(biāo)功率跟蹤中調(diào)AGC來的目標(biāo)負(fù)荷指令信號，燃機(jī)負(fù)荷可以根據(jù)AGC指令自動設(shè)定和調(diào)整。

2.6.2轉(zhuǎn)速控制（GOVERNOR）

GOVERNOR（轉(zhuǎn)速控制方式）：這種控制方式表面上看是以增減燃機(jī)轉(zhuǎn)速為目的來控燃料量的增減，但是因為發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，燃機(jī)轉(zhuǎn)速在燃料投入量適當(dāng)增減時不會變化，而燃料增減時會直接改變?nèi)紮C(jī)輸出功率，進(jìn)而達(dá)到了調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出功率的目的。比如當(dāng)AGC負(fù)荷指令大于發(fā)電機(jī)實際發(fā)出的功率時，ALR接受到AGC的指令后比較判斷出AGC指令大于發(fā)電機(jī)實際發(fā)出的功率。ALR就會發(fā)出升負(fù)荷指令，這個指令被轉(zhuǎn)速控制（GOVERNOR）模塊接收，轉(zhuǎn)速控制模塊會將升負(fù)荷指令轉(zhuǎn)變?yōu)樯D(zhuǎn)速指令，GVCSO控制燃料投入量增加，但機(jī)組轉(zhuǎn)速因發(fā)電機(jī)并網(wǎng)受限于電力系統(tǒng)固有頻率而不會輕易改變，所以GVCSO開始變大控制燃料投入量增加，最終增加了發(fā)電機(jī)的輸出功率。當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出功率等于AGC的設(shè)定值時，ALR發(fā)出負(fù)荷保持指令，轉(zhuǎn)速控制模塊將接收到的負(fù)荷保持指令轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)速保持指令，將維持此時的燃料量不變，至此升負(fù)荷過程結(jié)束。在此升負(fù)荷過程中如果燃機(jī)實際轉(zhuǎn)速確實有增長則GVCSO控制燃料量的增加速率會馬上減小，從而保證了升負(fù)荷過程中燃機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，這也就是轉(zhuǎn)速控制（GOVERNOR）方式的優(yōu)點。

2.6.3 負(fù)荷控制（LOAD LIMIT）

負(fù)荷控制（LOAD LIMIT）方式：這種控制方式是直接通過增加燃料量來改變?nèi)紮C(jī)輸出功率進(jìn)而改變發(fā)電機(jī)輸出功率。在升降負(fù)荷時不受燃機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋影響，所以升降負(fù)荷快速平穩(wěn)，這是負(fù)荷控制的優(yōu)點，但發(fā)電頻率是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)，負(fù)荷控制（LOAD LIMIT）這種不直接引入轉(zhuǎn)速反饋的控制方式無法快速有效的調(diào)整發(fā)電機(jī)頻率就成為了它的一大缺點。

3.結(jié)束語

以上介紹了燃機(jī)啟動到并網(wǎng)升負(fù)荷過程中主控制系統(tǒng)的控制過程。燃機(jī)啟動升速階段燃機(jī)轉(zhuǎn)速作為為重要信號輸入到主控制系統(tǒng)中用以觸發(fā)控制命令的發(fā)出。機(jī)組并網(wǎng)后自動控制系統(tǒng)主要任務(wù)轉(zhuǎn)為控制燃機(jī)負(fù)荷輸出以滿足發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電要求，重點介紹了轉(zhuǎn)速控制（GOVERNOR）和負(fù)荷控制（LOAD LIMIT）之間的區(qū)別。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：

張博（1985.2～），男，漢族，吉林長春人，浙江大唐國際紹興江濱燃?xì)鉄犭娪邢挢?zé)任公司，助理工程師.