汽轮机功率控制系统

汽轮机控制原理一、汽轮机的基本原理汽轮机是一种利用高速旋转的转子带动涡轮叶片工作，从而将热能转化为机械能的热力学装置。

其基本原理是利用高温高压的蒸汽或气体驱动涡轮旋转，使得涡轮带动发电机或其他设备工作。

二、汽轮机控制系统的组成汽轮机控制系统主要由以下几个部分组成：1. 传感器：用于测量汽轮机运行状态参数，如温度、压力、转速等；2. 控制器：根据传感器采集到的数据，对汽轮机进行控制和调节；3. 执行器：根据控制器发出的指令，对汽轮机进行操作和调整；4. 监测系统：对汽轮机运行状态进行监测和诊断，及时发现故障并处理。

三、汽轮机控制系统的功能1. 调节蒸汽流量：通过调节蒸汽阀门开度来控制蒸汽流量，以满足负荷需求。

2. 调节燃料供给：通过调节燃料阀门开度来控制燃料供给量，以满足负荷需求。

3. 调节转速：通过调节蒸汽阀门和燃料阀门的开度，控制涡轮旋转速度，以满足负荷需求。

4. 控制温度和压力：通过控制蒸汽流量、燃料供给和排气温度等参数，控制汽轮机的温度和压力。

5. 监测和诊断：对汽轮机运行状态进行监测和诊断，及时发现故障并处理。

四、汽轮机控制系统的工作原理1. 蒸汽流量控制：当负荷需求增加时，传感器检测到蒸汽流量下降，控制器会发出指令，使蒸汽阀门开度增加，增加蒸汽流量。

反之亦然。

2. 燃料供给控制：当负荷需求增加时，传感器检测到燃料供给不足，控制器会发出指令，使燃料阀门开度增加，增加燃料供给。

反之亦然。

3. 转速调节：当负荷需求增加时，传感器检测到涡轮转速下降，控制器会发出指令同时调节蒸汽阀门和燃料阀门的开度，以增加蒸汽流量和燃料供给，从而提高涡轮转速。

4. 温度和压力控制：当负荷需求增加时，传感器检测到温度和压力下降，控制器会发出指令调节蒸汽流量、燃料供给和排气温度等参数，以提高温度和压力。

5. 监测和诊断：通过监测各种参数，如振动、温度、压力等，及时发现汽轮机故障，并进行诊断和处理。

五、汽轮机控制系统的优点1. 自动化程度高：汽轮机控制系统能够自动进行负载调节、转速调节等操作，减少了人工干预。

主汽轮机控制系统（MTC）功能简介主汽轮机控制系统是通过自动调节进入汽轮机的蒸汽流量来控制汽轮机转速及负荷的设备。

它具有升速控制、阀门切换控制、关闭所有阀门、调节器控制以及快速减负荷等控制功能。

标签：主汽轮机控制系统（MTC）；可视化操作平台（VDU）；控制功能1 概述主汽轮机控制系统（MTC）是通过自动调节进入汽轮机的蒸汽流量，来控制汽轮机的转速及负荷的设备。

MTC 通过位于主控室的可视化操作平台（VDU）控制汽轮机的转速和输出功率。

MTC 具有升速控制功能、阀门切换控制功能、关闭所有阀门功能、调节器控制功能、调节器自动跟踪器功能、负荷限制器控制功能、超速保护（OPC）控制功能、自动负荷调节（ALR）功能以及快速减负荷（Runback）控制功能等。

2 操作对象MTC的控制及操作对象是主汽阀（MSV），调节阀（GV），再热主汽阀（RSV）和再热调节阀（ICV）。

如图1所示。

3 控制功能3.1 升速控制功能升速控制是通过MSV控制进入高压汽轮机的主蒸汽量，按照设定的升速率，使汽轮机升速的功能。

MSV 的预启阀用于升速控制。

由于进入高压汽轮机的主蒸汽量在汽轮机升速过程中较低，因此，在控制机组从盘车转速到额定转速过程中，使用MSV 的小流量的预启阀比使用大流量的GV进行升速控制具有更好的效果。

根据规程HYG-MTS-GJP-101附件2（汽机启动）：在VDU 操作屏幕上选择目标转速并选定升速率后，通过选择程序运行“GO”，使汽轮机以选定的升速率升速到目标转速。

汽轮机达到目标转速后，将自动选择程序中的“HOLD”，汽轮机转速保持不变。

可选的升速率如图2所示。

汽轮机是通过控制MSV的阀位来升速的，MSV的阀位是通过比例反馈来控制的，以便使实际转速与由目标转速和升速率确定的转速参考值一致。

由于升速控制是比例控制，会出现控制偏差。

因此，在MSV 阀位指令上叠加了作为转速参考值函数的偏差补偿，以尽可能减小转速参考值与实际转速间的偏差。

·50李鑫1,2,田晓晶1,2,徐玲玉1,2,袁国凯1,2,傅颖1,2,孔祥林1,2(1.清洁高效透平动力装备全国重点实验室,四川德阳,618000;2.东方电气集团东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)摘要:目前世界上的主流商业燃机均已实现了机组一键启停自动运行保护的功能。

而实现这一功能的主体便是燃机控制系统。

燃机控制系统作为整个机组运行的神经中枢,是关系到燃机运行安全的核心部件。

我国虽然通过“打捆”招标的方式引进了国外先进燃气轮机的制造技术,但控制系统的研发技术依然牢牢掌握在国外厂商手中。

东方汽轮机有限公司在研发国产重型燃机的过程中,同步推进控制系统的自主研发,通过开展专项试验研究,逐步开发出符合国产燃机特性的燃机控制系统。

文章对控制系统的主要功能和研发过程中所开展的试验项目进行了简要介绍,为同类型控制系统的研发指明了有效的方向。

关键词:燃气轮机,控制系统,试验中图分类号:TK477文献标识码:B文章编号:1674-9987(2023)04-0010-04 Function Introduction of Dongqi50MW Heavy Duty GasTurbine Control SystemLI Xin,TIAN Xiaojing,XU Lingyu,YUAN Guokai,FU Yin,KONG Xianglin(1.State key Laboratory of Clean and Effient Turbomachiney Power Equipment,Deyang Sichuan,618000;2.Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:At present,main stream gas turbine products in the world have realized the function of one-button start-stop and auto⁃matic protection.The main component to realize this function is the gas turbine control system.Gas turbine control system is a key component related to gas turbine safe operation as the nerve center of the whole unit operation.Although some advanced manufac⁃turing technologies of gas turbines has introduced through"bundling"bidding,but the research and development technology of the control system is still firmly in the hands of foreign manufacturers.In the process of developing domestic heavy duty gas turbine, Dongfang Turbine Co.,Ltd.started the research and development of the control system at the same time,through the implementation of special experimental research,the gas turbine control system in line with the characteristics of domestic gas turbine has been gradually developed.In this paper,the main functions of the control system and the test items carried out during the development process are briefly introduced,it points out the effective direction for the research and development of the same type of control sys⁃tem.Key words:gas turbine,control system,test第一作者简介:李鑫(1984-),男,学士,高级工程师,毕业于重庆大学自动化专业,主要从事燃气轮机测控与试验技术的研究工作。

汽轮机控制系统包括汽轮机的调节系统、监测保护系统、自动起停和功率给定控制系统。

控制系统的内容和复杂程度依机组的用途和容量大小而不同。

各种控制功能都是通过信号的测量、综合和放大，最后由执行机构操纵主汽阀和调节阀来完成的。

现代汽轮机的测量、综合和放大元件有机械式、液压式、电气式和电子式等多种，执行机构则都采用液压式。

调节系统用来保证机组具有高品质的输出，以满足使用的要求。

常用的有转速调节、压力调节和流量调节3种。

①转速调节：任何用途的汽轮机对工作转速都有一定的要求，所以都装有调速器。

早期使用的是机械式飞锤式离心调速器，它借助于重锤绕轴旋转产生的离心力使弹簧变形而把转速信号转换成位移。

这种调速器工作转速范围窄，而且需要通过减速装置传动，但工作可靠。

20世纪50年代初出现了由主轴直接传动的机械式高速离心调速器，由重锤产生的离心力使钢带受力变形而形成位移输出。

图 1 [液压式调速器]为两种常用的液压式调速器的工作原理图[液压式调速器]，汽轮机转子直接带动信号泵(图1a[液压式调速器])或旋转阻尼（图1b[液压式调速器]），泵或旋转阻尼出口的油压正比于转速的平方，油压作用于转换器的活塞或波纹管而形成位移输出。

②压力调节：用于供热式汽轮机。

常用的是波纹管调压器（图 2 [波纹管调压器]）。

调节压力时作为信号的压力作用于波纹管，使之与弹簧一起受压变形而形成位移输出。

③流量调节：用于驱动高炉鼓风机等流体机械的变速汽轮机。

流量信号通常用孔板两侧的压力差(1-2)来测得。

图3 [压差调节器]是流量调节常用压差调节器波纹管与弹簧一起受压变形而将压力差信号转换成位移输出。

汽轮机除极小功率者外都采用间接调节，即调节器的输出经由油动机（即滑阀与油缸）放大后去推动调节阀。

通常采用的是机械式（采用机械和液压元件）调节系统。

而电液式（液压元件与电气、电子器件混用）调节系统则用于要求较高的多变量复合系统和自动化水平高、调节品质严的现代大型汽轮机。

汽轮机调速系统
汽轮机调速系统是指用于控制汽轮机转速的系统，其目的
是保持汽轮机转速稳定，在负载变化或其它干扰条件下能
快速、准确地调整汽轮机的输出功率。

汽轮机调速系统主要包括以下几个部分：
1. 测速装置：用于测量汽轮机转速的装置，通常使用磁电
式测速器或光电测速器。

2. 调节器：接收测速装置的转速信号，并根据预设的转速
设定值和负载要求，产生控制信号调节汽轮机的输出功率。

3. 作动器：接收调节器的控制信号，并通过执行机构调节
汽轮机的进气阀门或蒸汽调节阀门，控制汽轮机的蒸汽流
量或进气量。

4. 反馈装置：返回汽轮机转速的反馈信号给调节器，用于
闭环控制。

常见的反馈信号包括机械式转速计或数字式转
速计。

5. 电气控制系统：用于提供供电、信号传输和逻辑控制的电气系统，包括电源、信号处理器、PLC等。

汽轮机调速系统的工作原理是根据转速测量值与设定值之间的差异，通过调整汽轮机的进气阀门或蒸汽调节阀门，改变汽轮机的负荷，从而保持转速稳定。

调节器不断地与测速装置和反馈装置交互信息，根据转速偏差的大小快速调整控制信号，实现转速的闭环控制。

汽轮机调速系统的稳定性和灵活性对于汽轮机的正常运行和负载波动的适应性非常重要。

良好的调速系统能够使汽轮机在负载变化时快速响应，保持稳定的转速，同时又能防止因过大的调整幅度造成的震荡和不稳定现象。

可以通过设计合理的控制算法和优化系统参数来提高汽轮机调速系统的性能。

. .汽轮机控制系统〔DEH〕设计及操作使用说明汽轮机300MW机组DEH系统说明书DEH系统使用的是西屋公司的OVATION型集散控制系统。

其先进性在于分散的构造和基于微处理器的控制，这两大特点加上冗余使得系统在具有更强的处理能力的同时提高了可靠性。

100MB带宽的高速以太网的高速公路通讯使各个控制器之间相互隔离，又可以通过它来相互联系，可以说是整套系统的一个核心。

系统的主要构成包括：工程师站、操作员站、控制器等。

一、DEH系统功能汽轮机组采用由纯电调和液压伺服系统组成的数字式电液控制系统(DEH)，提供了以下几种运行方式：•操作员自动控制•汽轮机自启动•自同期运行•DCS远控运行•手动控制通过这几种运行方式，可以实现汽轮机控制的根本功能如转速控制、功率控制、抽汽控制功能。

1．根本控制功能工程师站和操作员站的画面是主机控制接口，它是用来传递指令给汽轮机和获得运行所需的资料。

翻开CUSTOM GRAPHIC窗口，运行人员可以用鼠标点击对应的键来调出相应的图像。

也可以翻开DATA ANALYSIS AND MAINTENANCE窗口，选用OPERATOR STATION PROGRAMS按钮，在OPERATOR STATION PROGRAMS菜单上选用DIAGRAM DISPLAY按钮，在DISPLAY DIAGRAM菜单上选用所需的图号，再按DISPLAY按钮，就能调出所需的图形。

1.1根本系统图像所有根本系统图像将机组运行的重要资料提供应运行人员。

屏幕分成不同的区域，包括一般信息，页面特定信息。

1.2一般信息1.2.1控制方式—用来表示机组目前所有的控制方式。

这些方式分操作员自动、汽轮机自动控制、遥控、以及手动同步和自动同步。

1.2.2旁路方式－DEH提供一个旁路接口，可以调节再热调节汽阀，以便与外部的旁路控制器相配。

运行人员可根据实际情况选择带旁路运行方式和不带旁路运行方式。

1.2.3控制设定－主要显示实际值、设定值、目标值和速率。

汽轮机DEH控制系统调试一、DEH 控制系统概述DEH 控制系统是采用数字计算机技术和液压控制技术相结合的一种控制系统。

它通过采集汽轮机的各种运行参数，如转速、功率、压力、温度等，经过计算和处理后，输出控制信号，控制汽轮机的进汽阀门开度，从而实现对汽轮机转速、负荷等的精确控制。

DEH 控制系统主要由电子控制器、液压执行机构、传感器和变送器等部分组成。

电子控制器是系统的核心，负责数据处理和控制算法的实现；液压执行机构根据控制器的指令，调节进汽阀门的开度；传感器和变送器则用于采集汽轮机的运行参数，并将其转换为电信号传输给控制器。

二、调试前的准备工作在进行 DEH 控制系统调试之前，需要做好充分的准备工作，以确保调试工作的顺利进行。

1、技术资料的准备收集和整理汽轮机及其 DEH 控制系统的技术资料，包括设备说明书、原理图、接线图、控制逻辑图等。

熟悉系统的结构、原理和功能，了解调试的要求和步骤。

2、设备检查对 DEH 控制系统的设备进行全面检查，包括电子控制器、液压执行机构、传感器、变送器、电缆接线等。

检查设备的外观是否完好，有无损伤和松动；检查电气连接是否正确、牢固；检查液压系统的油路是否畅通，有无泄漏。

3、调试工具和仪器的准备准备好调试所需的工具和仪器，如万用表、示波器、信号发生器、压力校验仪等。

确保工具和仪器的精度和性能满足调试要求，并经过校验和校准。

4、人员培训对参与调试的人员进行技术培训，使其熟悉 DEH 控制系统的原理和调试方法，掌握调试工具和仪器的使用方法，明确调试过程中的安全注意事项。

三、调试内容和步骤1、硬件调试（1）电源系统调试检查电源系统的输入电压、输出电压是否符合要求，电源的稳定性和可靠性是否良好。

对电源进行带载测试，检查电源的过载保护和短路保护功能是否正常。

（2）控制器调试对电子控制器进行通电测试，检查控制器的指示灯、显示屏是否正常；检查控制器的硬件配置是否正确，如内存、硬盘、CPU 等；对控制器的输入输出通道进行测试，确保信号的传输和接收正常。

汽轮机TSI、DEH、ETS系统介绍汽轮机TSI、DEH、ETS系统介绍1： TSI系统介绍1.1 TSI系统概述TSI（Turbine Supervisory Instrumentation）系统，又称为汽轮机监控系统，是用于对汽轮机性能进行监测和控制的关键系统。

它通过对汽轮机的各项性能参数进行实时监测和分析，确保汽轮机的运行安全稳定，并及时发现并修复潜在的故障。

1.2 TSI系统功能- 实时监测汽轮机的振动、温度、压力等关键参数；- 分析并预测汽轮机的运行状态，并给出相应的报警和建议；- 调整汽轮机的控制参数，以优化汽轮机的性能；- 存储和记录汽轮机的历史运行数据，方便后续分析和评估。

1.3 TSI系统组成TSI系统由传感器、数据采集设备、监控软件和人机界面等多个组件组成。

其中传感器用于对汽轮机各项参数进行实时监测，数据采集设备用于将传感器采集到的数据传输给监控软件，监控软件用于分析和处理数据，并通过人机界面向操作人员提供有关汽轮机状态的信息。

2： DEH系统介绍2.1 DEH系统概述DEH（Digital Electro-Hydraulic）系统，即数字电液系统，是一种用于汽轮机控制的先进技术。

它通过传感器采集汽轮机的各项参数，并根据这些参数通过数字信号控制液压装置，从而实现对汽轮机的精确控制。

2.2 DEH系统功能- 实时监测汽轮机的转速、压力、温度等参数，并将其进行数字化处理；- 根据监测结果自动调节液压装置，控制汽轮机的转速、负荷和压力等；- 对汽轮机的运行状态进行模拟和优化，并给出相应的报警和建议；- 存储和记录汽轮机的控制参数和历史运行数据，方便后续分析和评估。

2.3 DEH系统组成DEH系统由传感器、控制器、液压装置和人机界面等多个组件组成。

其中传感器用于对汽轮机各项参数进行实时监测，控制器用于数字化处理监测数据并根据算法控制液压装置，液压装置用于实现对汽轮机的精确控制，人机界面用于向操作人员提供有关汽轮机控制的信息和操作界面。

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。

汽轮机TSI、DEH、ETS系统介绍汽轮机TSI、DEH、ETS系统介绍⒈汽轮机TSI系统介绍⑴ TSI系统概述汽轮机TSI（Turbine Supervisory Instrumentation）系统是一个监控和控制汽轮机运行的关键系统。

它主要由传感器、仪表、控制器和监控软件组成，用于实时监测和记录汽轮机的各种参数，以确保其安全可靠运行。

⑵ TSI系统功能TSI系统的功能包括：●监测并记录汽轮机的转速、温度、压力等参数。

●实时显示汽轮机的运行状态。

●报警和保护措施，一旦出现异常情况，系统会发出警报并采取相应的保护措施。

⑶ TSI系统组成TSI系统由以下几个主要组成部分组成：●传感器：用于测量汽轮机的各种参数，如转速、温度、压力等。

●仪表：用于显示汽轮机的运行状态和相关参数。

●控制器：用于实时监控和控制汽轮机的运行。

●监控软件：用于记录和分析汽轮机运行数据。

⒉ DEH系统介绍⑴ DEH系统概述DEH（Digital Electro-Hydraulic）系统是一种数字化电液控制系统，用于控制汽轮机的调速、负荷控制和安全保护。

它通过电信号与液压系统进行交互，实现对汽轮机的精确控制。

⑵ DEH系统功能DEH系统的功能包括：●汽轮机的精确调速控制。

●负荷控制，根据电网需求自动调整汽轮机的负荷。

●安全保护，监测并保护汽轮机免受过载、过热等危险情况。

⑶ DEH系统组成DEH系统由以下几个主要组成部分组成：●控制器：负责接收和处理控制信号，并控制液压系统。

●电液伺服阀：通过控制液压系统，实现对汽轮机调速和负荷的精确控制。

●传感器：用于测量汽轮机的转速、负荷等参数。

●人机界面设备：用于显示和操作DEH系统。

⒊ ETS系统介绍⑴ ETS系统概述ETS（Emergency Trip System）系统是一种紧急停机保护系统，用于监测和保护汽轮机在紧急情况下的安全停机。

⑵ ETS系统功能ETS系统的功能包括：●监测和检测汽轮机运行中的紧急情况。

汽轮机TSI、DEH、ETS系统介绍汽轮机TSI、DEH、ETS系统介绍1.汽轮机TSI系统介绍1.1 TSI系统概述汽轮机TSI（Turbine Supervisory Instrumentation）系统是用于监测和控制汽轮机运行状态的关键系统。

它通过实时监测和分析多个关键参数，提供对汽轮机性能、可靠性和安全性的综合评估。

1.2 TSI系统功能TSI系统具有以下功能：- 监测和显示汽轮机的关键参数，如转速、温度、压力等。

- 进行故障诊断和报警，提供对可能的故障情况进行实时预警。

- 控制汽轮机的运行状态，在必要时进行自动调节和保护处理。

2.DEH系统介绍2.1 DEH系统概述DEH系统（Digital Electro-Hydraulic Control System）是一种数字电液控制系统，用于控制汽轮机的调节和保护。

它通过电子和液压技术的结合，实现对汽轮机的精确调节和可靠保护。

2.2 DEH系统功能DEH系统具有以下功能：- 实现对汽轮机负荷的自动调节，保持稳定的负荷输出。

- 监测和控制汽轮机的转速、压力等参数，确保汽轮机的安全运行。

- 实时诊断和记录汽轮机的工况数据，用于分析和故障排除。

3.ETS系统介绍3.1 ETS系统概述ETS系统（Emergency Trip System）是一种紧急停机系统，用于保护汽轮机在可能发生危险情况时的快速停机。

3.2 ETS系统功能ETS系统具有以下功能：- 在检测到危险情况（如高温、高压等）时，迅速切断汽轮机的供电和燃料供应，使其停机。

- 提供对汽轮机停机过程的监测和报警功能，确保停机过程的安全和可靠性。

- 可选装备自动复位功能，使系统在危险消失后能够自动恢复到正常运行状态。

附件：本文档附带以下资料：- 汽轮机TSI系统的技术规范书- DEH系统的操作手册- ETS系统的安装和维护指南法律名词及注释：- TSI：Turbine Supervisory Instrumentation，汽轮机监控仪表系统。