RU2422657C1 - Gas turbine electric power station control method - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: invention can be used in electronic automatic control systems (ACS) of gas turbine engines (GTE) with free turbine, which are used as parts of gas turbine units (GTU) for drive of electric generators (EG) of gas turbine electric power stations (GTEPS). In addition, actuation of electric generator (EG) is set to the load; at the following loss of load the rotation frequency of turbo-compressor and air temperature at GTU inlet is measured, specific rotation frequency of turbo-compressor is calculated, its value is compared to pre-set value determined by calculation-experimental method for each type of GTU; when specific rotation frequency of turbo-compressor achieves the pre-set value, reduction of fuel flow to KC of GTU is restricted, which is performed by rotation frequency control of power turbine; when specific rotation frequency of turbo-compressor reaches the pre-set value, fuel flow reduction is stopped and this fuel flow is kept unchanged till GTU stops after the specified cooling time of GTU ends. ^ EFFECT: higher operating reliability of GTEPS owing to improving quality of operation of GTU ACS. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС).The invention relates to the field of gas turbine engine building and can be used in electronic automatic control systems (ACS) for gas turbine engines (GTE) with a free turbine used in gas turbine units (GTU) for driving electric generators (EG) of gas turbine power plants (GTES).

Известен способ ручного управления ГТЭС (Константинов В.Н. Системы судовых электроэнергетических систем. Л.: Судостроение, 1972 г., с.33-34).There is a method of manual control of gas turbine power plants (Konstantinov V.N. Systems of ship electric power systems. L .: Shipbuilding, 1972, p. 33-34).

Недостатком известного способа является его низкая эффективность.The disadvantage of this method is its low efficiency.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ управления ГТЭС, заключающийся в том, что измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания ГТУ (Техническое задание «Система автоматического управления, регулирования, защиты, контроля и диагностики (САУ ГТУ) газотурбинной установки ГТУ-6/8РМ» 8Т1.000.014 ТЗ. ОАО «НПО «Сатурн», г.Рыбинск, 2001 г., с.28-54).Closest to the present invention, in technical essence, is a GTES control method, which consists in measuring the speed of a free turbine, comparing the set and measured values of the speed of a free turbine, depending on the mismatch between the set and measured values of the speed of a free turbine, controlling fuel consumption into the combustion chamber of a gas turbine unit (Terms of Reference "Automatic control, regulation, protection, control and diagnostics system (automatic control system of gas turbine unit) of a gas turbine installation GTU-6 / 8RM "8T1.000.014 TK. JSC" NPO "Saturn", Rybinsk, 2001, s.28-54).

Недостаток известного способа управления ГТЭС заключается в том, что он не исключает возможности потери газодинамической устойчивости компрессора ГТУ на режиме холостого хода в процессе охлаждения ГТУ после отключения нагрузки, что может привести к «досрочному» выключению ГТУ. Выключение неохлажденной в соответствии с РЭ ГТУ, например, в условиях Крайнего Севера, где эксплуатируется основная масса ГТЭС, может привести к повреждению и даже поломке элементов газогенератора ГТУ.The disadvantage of the known method of controlling a gas turbine power plant is that it does not exclude the possibility of losing the gas-dynamic stability of a gas turbine compressor at idle during cooling of a gas turbine after disconnecting the load, which can lead to an “early” shutdown of gas turbines. Shutting down an uncooled gas turbine unit in accordance with the operating manual, for example, in the Far North, where the bulk of the gas turbine power station is operated, can lead to damage and even breakdown of gas turbine generator elements.

Это снижает надежность работы ГТУ и ГТЭС в целом.This reduces the reliability of GTU and GTES as a whole.

Целью изобретения является повышение надежности работы ГТЭС за счет повышения качества управления ГТУ, обеспечивающего исключение возможности потери газодинамической устойчивости компрессора ГТУ на режиме холостого хода в процессе охлаждения ГТУ после отключения нагрузки.The aim of the invention is to increase the reliability of GTES by improving the quality of control of a gas turbine, which eliminates the possibility of loss of gas-dynamic stability of a gas turbine compressor at idle during cooling of a gas turbine after disconnecting the load.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления газотурбинной электростанцией, заключающемся в том, что измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания ГТУ, дополнительно фиксируют включение ЭГ на нагрузку, при последующем отключении нагрузки измеряют частоту вращения турбокомпрессора и температуру воздуха на входе в ГТУ, вычисляют приведенную частоту вращения турбокомпрессора, сравнивают ее значение с наперед заданной величиной, определяемой расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТУ, при приближении приведенной частоты вращения турбокомпрессора к наперед заданной величине ограничивают снижение расхода топлива в камеру сгорания (КС) ГТУ, которое выполняет регулятор частоты вращения силовой турбины, при достижении приведенной частотой вращения турбокомпрессора наперед заданного значения прекращают снижение расхода топлива и сохраняют этот расход топлива неизменным до останова ГТУ по истечении заданного времени охлаждения ГТУ.This goal is achieved by the fact that in the method of controlling a gas turbine power plant, which consists in measuring the speed of a free turbine, comparing the set and measured values of the speed of a free turbine, depending on the mismatch between the set and measured values of the speed of a free turbine, control the fuel consumption in a gas turbine combustion chamber, additionally record the EG on load; during subsequent load off, measure the speed of the turbocharger and the temperature air at the entrance to the gas turbine, calculate the reduced frequency of rotation of the turbocompressor, compare its value with a predetermined value determined by the calculation and experimental method for each type of gas turbine, when approaching the reduced frequency of rotation of the turbocompressor to the predetermined value limit the decrease in fuel consumption in the combustion chamber (КС ) A gas turbine, which performs the speed control of the power turbine, when the reduced speed of the turbocompressor reaches the preset value in advance, stop the decrease in stroke and retain the fuel consumption constant GTP to stop after a predetermined cooling time GTP.

На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.The drawing shows a diagram of a device that implements the inventive method.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 датчиков (БД), электронный блок 2 управления ГТУ (БУД), блок 3 управления дозатором (БУШДГ), дозатор 4, причем дозатор 4 подключен к БД 1, пульт 5 оператора (ПУ), подключенный к БУД 2.The device contains a series-connected sensor unit 1 (DB), an electronic control unit 2 of the gas turbine control unit (ECU), a dispenser control unit 3 (BUSHDG), a dispenser 4, and the dispenser 4 is connected to the OBD 1, the operator console 5 (PU) connected to the ECU 2 .

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Оператор, управляющий ГТУ, с помощью ПУ 5 задает режим работы ГТУ: запуск, номинал, максимальный и т.д.The operator controlling the gas turbine, using the control unit 5, sets the operation mode of the gas turbine: start, nominal, maximum, etc.

Команда оператора от ПУ 5 по цифровому каналу связи (например, RS 485 или Ethernet) передается в БУД 2.The operator's command from the PU 5 via a digital communication channel (for example, RS 485 or Ethernet) is transmitted to the ECU 2.

БУД 2 представляет собой специализированную ПЭВМ с устройствами ввода/вывода и вычислителем, в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) которого записано специальное программное обеспечение (СПО), реализующее алгоритмы управления ГТУ.The ECU 2 is a specialized PC with input / output devices and a computer, in the read-only memory (ROM) of which special software (SPO) is written that implements GTU control algorithms.

БУД 2 в соответствии с полученной от ПУ 5 командой по сигналам датчиков из БД 1 по известным зависимостям (см., например, книгу Шевяков А.А. Силовые установки ракетных двигателей и энергетических установок. Системы управления энергетических установок. М., Машиностроение, 1985 г.) вычисляет потребный расход топлива в КС ГТУ.BUD 2 in accordance with the command received from PU 5 for the signals of sensors from DB 1 according to known dependencies (see, for example, the book by A. Shevyakov, Power plants for rocket engines and power plants. Control systems for power plants. M., Mechanical Engineering, 1985 g) calculates the required fuel consumption in the gas turbine compressor station.

Практически на всех рабочих режимах работы ГТУ в БУД 2 работает регулятор частоты п ст вращения силовой турбины (контур управления п ст). С помощью БД 1 измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины формируют потребный расход топлива в КС, по расходной характеристике дозатора 4, которая записывается в энергонезависимую память вычислителя БУД 2 в процессе приемо-сдаточных испытаний ГТУ, формируют заданное положение дозатора 4, сравнивают его с измеренным в БД 1 положением дозатора, по величине рассогласования формируют управляющее воздействие и выдают его в БУШДГ 3. БУШДГ 3 является по своей сути электромеханическим преобразователем, выполненным, например, в виде шагового двигателя. В зависимости от величины управляющего воздействия, полученного от БУД 2, БУШДГ 3 изменяет положение дозатора 4, а соответственно и расход топлива в КС ГТУ.In almost all operating modes of GTU operation in the ECU 2, the speed regulator p st of the power turbine rotates (control loop p st). Using DB 1, measure the speed of a free turbine, compare the set and measured values of the speed of a free turbine, depending on the mismatch between the set and measured values of the speed of a free turbine, form the required fuel consumption in the compressor station, according to the flow characteristic of the dispenser 4, which is recorded in non-volatile the memory of the BUD 2 calculator in the process of acceptance tests of the gas turbine, form the set position of the dispenser 4, compare it with the position of the dispenser measured in the database 1, by value e mismatch control action form and outputting it in BUSHDG 3. BUSHDG 3 is inherently electromechanical transducer formed, for example as a stepper motor. Depending on the magnitude of the control action received from the ECU 2, the BUSHDG 3 changes the position of the dispenser 4, and accordingly the fuel consumption in the compressor station of the gas turbine.

Дополнительно в БУД 2 рассчитывают и контролируют приведенную частоту вращения турбокомпрессора: фиксируют команду, полученную от оператора ГТЭС через ПУ 5 на включение ЭГ на нагрузку, при последующем отключении нагрузки (поступила команда из ПУ 5 на отключение нагрузки) измеряют с помощью БД 1 частоту вращения турбокомпрессора и температуру воздуха на входе в ГТУ, вычисляют приведенную частоту вращения турбокомпрессора и сравнивают ее значение с наперед заданной величиной, определяемой расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТУ (для ГТУ, входящей в состав газотурбинного агрегата ГТА-6/8РМ производства ОАО «Сатурн-ГТ», г.Рыбинск эта величина 5000 об/мин). При приближении приведенной частоты вращения турбокомпрессора к наперед заданной величине ограничивают снижение расхода топлива в камеру сгорания КС ГТУ, которое выполняет регулятор частоты вращения силовой турбины, при достижении приведенной частотой вращения турбокомпрессора наперед заданного значения прекращают снижение расхода топлива и сохраняют этот расход топлива неизменным до останова ГТУ по истечении заданного времени охлаждения ГТУ.Additionally, in the ECU 2, the reduced frequency of the turbocharger rotation is calculated and controlled: the command received from the GTES operator through the control unit 5 to turn on the EG to the load is recorded, when the load is subsequently disconnected (a command from the control unit 5 to turn off the load was received), the turbocharger rotation speed is measured and the air temperature at the inlet to the gas turbine, calculate the reduced frequency of rotation of the turbocompressor and compare its value with a predetermined value determined by the calculation and experimental method for each type GTU (for GTU, which is part of the GTA-6 / 8RM gas turbine unit manufactured by Saturn-GT OJSC, Rybinsk, this value is 5000 rpm). When the reduced speed of the turbocharger approaches a predetermined value, the reduction in fuel consumption in the combustion chamber of the gas turbine compressor unit, which controls the speed of the power turbine, limits the reduction in fuel consumption and the fuel consumption remains unchanged until the gas turbine stops after the set cooling time of the gas turbine.

Таким образом, за счет повышения качества управления ГТУ исключается возможность потери газодинамической устойчивости компрессора ГТУ на режиме холостого хода в процессе охлаждения ГТУ после отключения нагрузки.Thus, by improving the quality of control of a gas turbine, the possibility of losing the gas-dynamic stability of a gas turbine compressor at idle during cooling of a gas turbine after switching off the load is eliminated.

Claims (1)

Способ управления газотурбинной электростанцией (ГТЭС), заключающийся в том, что измеряют частоту вращения свободной турбины, сравнивают заданное и измеренное значения частоты вращения свободной турбины, в зависимости от рассогласования между заданным и измеренным значениями частоты вращения свободной турбины управляют расходом топлива в камеру сгорания (КС) газотурбинной установки (ГТУ), отличающийся тем, что дополнительно фиксируют включение электрогенератора (ЭГ) на нагрузку, при последующем отключении нагрузки измеряют частоту вращения турбокомпрессора и температуру воздуха на входе в ГТУ, вычисляют приведенную частоту вращения турбокомпрессора, сравнивают ее значение с наперед заданной величиной, определяемой расчетно-экспериментальным путем для каждого типа ГТУ, при приближении приведенной частоты вращения турбокомпрессора к наперед заданной величине ограничивают снижение расхода топлива в КС ГТУ, которое выполняет регулятор частоты вращения силовой турбины, при достижении приведенной частотой вращения турбокомпрессора наперед заданного значения прекращают снижение расхода топлива и сохраняют этот расход топлива неизменным до останова ГТУ по истечении заданного времени охлаждения ГТУ. The method of controlling a gas turbine power plant (GTES), which consists in measuring the speed of a free turbine, comparing the set and measured values of the speed of a free turbine, depending on the mismatch between the set and measured values of the speed of a free turbine, controlling the fuel consumption in the combustion chamber (KS) ) gas turbine installation (GTU), characterized in that it further fixes the inclusion of an electric generator (EG) on the load, with the subsequent disconnection of the load, measure the frequency in The turbocompressor settings and the air temperature at the inlet of the gas turbine compressor, calculate the reduced frequency of rotation of the turbocompressor, compare its value with a predetermined value determined by the calculation and experimental method for each type of gas turbine, when approaching the reduced speed of the turbocompressor to the predetermined value limit the reduction in fuel consumption in the compressor station GTU, which performs the speed control of the power turbine, when the reduced speed of the turbocharger reaches the predetermined value aschayut lower fuel consumption and maintain the fuel consumption constant gas turbine to a stop after a predetermined cooling time GTP.

Images