СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЕЙ
GAS TURBINE ELECTRIC POWER STATION CONTROL METHOD

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).
Известен способ ручного управления ГТЭС (Константинов В.Н. Системы судовых электроэнергетических систем. Л.: Судостроение, 1972 г., с.33-34).
Недостатком известного способа является его низкая эффективность.
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).
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.
Это снижает надежность работы ГТУ и ГТЭС в целом.
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.
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.
На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ.
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.
Устройство работает следующим образом.
Оператор, управляющий ГТУ, с помощью ПУ 5 задает режим работы ГТУ: запуск, номинал, максимальный и т.д.
Команда оператора от ПУ 5 по цифровому каналу связи (например, RS 485 или Ethernet) передается в БУД 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.
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.
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.
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.
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.