CN104675525B - 一种燃气轮机自动控制冷却水系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气轮机自动控制冷却水系统及其控制方法，自动控制冷却水系统包括数据采集器、控制器、水泵和冷却水系统。该冷却水系统的控制系统能够监测整个冷却水循环系统的工作状态，自动控制冷却水系统的运行，并且通过调节冷却水阀门开度控制润滑油母管温度，解决现有的控制器不能作为独立的控制装置，导致的无法实现监控需要，以及操作困难的问题。本发明提供的控制方法实现了整个冷却水循环的自动控制，实现了对冷却水系统及其效果的预诊断功能，并且将冷却水系统控制与燃气轮机控制集成到一起，具有经济性好、运行简单和操作方便的优点。

Description

一种燃气轮机自动控制冷却水系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及燃气轮机的冷却水系统，更具体地涉及一种带有自动控制装置的燃气轮机冷却水系统和它的控制方法。

背景技术

目前，燃气蒸汽联合循环电厂的冷却水系统通常都采用由开式循环冷却水系统和闭式循环冷却水系统复合而成的复合冷却水系统。开式循环冷却水系统的水源取自循环水进水管，闭式循环冷却水系统的水源是凝结水，注水由凝结水输送泵提供，其补充水来自凝结水系统。

以一种现有的燃气轮机的冷却水系统为例，冷却水系统中的冷却部件为润滑油冷却器和发电机空气冷却器。润滑油冷却器为板式换热器，通过控制阀控制通过润滑油冷却器中冷却水的流量，保证冷却后的润滑油维持在一定的温度。发电机空气冷却器中采用空气作为冷却介质，把来自发电机转子和定子的热量输送到四台换热器，通过冷却水将发电机产生的热量带走。冷却水系统向冷却部件提供冷却水，保证机组的正常安全运行。

在重型燃气轮机联合循环电厂一般在远程循环水泵房单独设置一个电子间，放置一套循环水泵控制器，对于水处理系统的控制采用水处理设备厂家配套的可编程逻辑控制器(英文为：Programmable Logic Controller，英文缩写为：PLC)进行控制，并通过通讯装置连接到电厂主控制系统的人机界面(英文为：Human Machine Interface，英文缩写为：HMI)上进行监控和操作。在实际执行中，由于通讯速率有限，并且维护困难，例如修改一个画面需要同时修改两侧的画面和通讯配置，所以即使在燃机操作员站上做了水处理系统的画面，但也无法按照设计实现监控的需要。只能把水处理设备的操作员站搬到了主控室，究其原因是在两套控制系统之间实现互相操作在实施起来还是比较困难。

因此，针对以上不足，需要提供一种带有自动控制装置的燃气轮机冷却水系统和控制方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是一种燃气轮机自动控制冷却水系统及其控制方法，该冷却水系统的控制系统能够监测整个冷却水循环系统的工作状态，自动控制冷却水系统的运行，并且通过调节冷却水阀门开度控制润滑油母管温度，解决现有的控制器不能作为独立的控制装置，导致的无法实现监控需要，以及操作困难的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃气轮机自动控制冷却水系统，包括数据采集器、控制器、水泵和冷却水系统；

冷却水系统包括水箱、润滑油冷却器、发电机空气冷却器和冷却水热交换器，水箱通过冷却水母管与水泵入水口连接，水泵出水口连接润滑油冷却器和发电机空气冷却器的冷却水管的入水口，润滑油冷却器和发电机空气冷却器的冷却水管的出水口连接冷却水热交换器的入水口，冷却水热交换器的出水口与冷却水母管连接；水箱上设有进水阀，润滑油冷却器的冷却水进水量通过第一冷却水控制阀控制，发电机空气冷却器的冷却水进水量通过第二冷却水控制阀控制，冷却水热交换器的入口处和出口处分别设有第一温度传感器和第二温度传感器，水箱内安装有液位传感器，冷却水母管上安装有压力传感器；

水泵连接燃气轮机的马达控制中心，第一温度传感器、第二温度传感器、液位传感器、压力传感器和马达控制中心分别通过数据采集器连接控制器；进水阀、第一冷却水控制阀和第二冷却水控制阀分别通过控制器控制。

优选的，前述数据采集器为I/O板卡，I/O板卡包括热电阻输入模件、模拟量输入模件、继电器输出模件和数字量输出模件，第一温度传感器和第二温度传感器连接热电阻输入模件，液位传感器和压力传感器连接模拟量输入模件，进水阀连接继电器输出模件，马达控制中心连接数字量输出模件。

优选的，前述第一温度传感器的数量为3个。

优选的，前述水泵包括第一水泵和第二水泵。

优选的，前述进水阀、第一冷却水控制阀和第二冷却水控制阀均为电磁阀。

本发明还提供了一种燃气轮机自动控制冷却水系统的控制方法，包括如下步骤：

S1、设置水箱液位的阈值，检测水箱内的液位并将液位信息传递至控制器，控制器控制进水阀的开闭状态，当水箱液位低于阈值时，打开进水阀，当水箱液位高于阈值时，关闭进水阀，并结束水箱液位检测；

S2、选择水泵，并对该水泵进行启动条件检测，当启动条件满足时，控制器向燃气轮机的马达控制中心发送启动水泵信号，通过燃气轮机的马达控制中心控制水泵启动；

S3、对发动机模块和润滑油模块进行温度控制，其中对润滑油模块温度的控制方法为：预设润滑油温度值，对润滑油模块内的润滑油母管进行温度检测，将检测值与预设润滑油温度值进行比较后，控制器根据比较结果控制第一冷却水控制阀的开度；对发动机模块温度的控制方法为：向控制器输入控制指令，控制器通过该控制指令控制第二冷却水控制阀的开度。

优选的，前述步骤S1中具体为：

阈值包括低阈值和高阈值，当水箱液位低于低阈值时，所控制器控制进水阀打开，当水箱液位高于高阈值时，控制器控制进水阀关闭。

优选的，前述步骤S2中水泵的启动条件为：冷却水热交换器入口温度高于出口，点火成功和润滑油泵启动中的任一条件。

优选的，前述步骤S3中润滑油模块温度的控制方式为手动控制或自动控制；

控制方式为手动控制时：根据检测值，向控制器输入控制指令，控制器通过该控制指令控制第一冷却水控制阀的开度；

控制方式为自动控制时：根据所述检测值，计算其与预设润滑油温度值的差值，该差值进入反馈控制器，根据反馈控制结果通过控制器控制第一冷却水控制阀的开度。

优选的，前述步骤S3工作的同时，还对水箱液位、冷却水热交换器的入口处和出口温度、冷却水母管压力、水泵出口压力和水泵控制信号延迟时间进行检测。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供一种燃气轮机自动控制冷却水系统，水箱上设有进水阀，润滑油冷却器的冷却水进水量通过第一冷却水控制阀控制，发电机空气冷却器的冷却水进水量通过第二冷却水控制阀控制，冷却水热交换器的入口处和出口处分别设有第一温度传感器和第二温度传感器，水箱内安装有液位传感器，冷却水母管上安装有压力传感器；水泵连接燃气轮机的马达控制中心，第一温度传感器、第二温度传感器、液位传感器、压力传感器和马达控制中心分别通过数据采集器连接控制器；进水阀、第一冷却水控制阀和第二冷却水控制阀分别通过控制器控制。

本发明的控制系统可以作为一个独立的控制装置，其控制算法完整，使整个燃气轮机冷却水系统可以实现自动控制，该控制系统又可以将冷却水系统控制器与燃气轮机控制器进行集成在一个控制器中，不存在控制器之间的通信问题，增加了系统的可靠性。

本发明的核心控制装置，即控制器采用专业的工业控制器NT6000，具有可在线配置和可扩展性好，且双冗余等优点。

本发明的水泵包括第一水泵和第二水泵，可以分别作为主水泵和备用水泵，可以手动或者自动选择运行的水泵，当其中一个水泵出现问题时，自动切换使用另一个水泵进行工作，增加了系统的可靠性。

本发明提供的可自动控制的燃气轮机冷却水系统和它的控制方法，实现了整个冷却水循环的自动控制，实现了对冷却水系统及其效果的预诊断功能，并且将冷却水系统控制与燃气轮机控制集成到一起，具有经济性好、运行简单和操作方便的优点。

附图说明

图1是本发明燃气轮机自动控制冷却水系统模块结构示意与；

图2是本发明燃气轮机自动控制冷却水系统具体原理示意图；

图3是本发明燃气轮机自动控制冷却水系统控制方法的流程图；

图4是本发明润滑油模块温度调节原理图。。

图中：1：水箱；11：进水阀；12：压力传感器；21：第一水泵；22：第二水泵；23：水泵出水口压力检测器；3：发电机空气冷却器；4：润滑油冷却器；41：润滑油母管；42：第一冷却水控制阀控制；43：润滑油流向；5：冷却水热交换器；51：第一温度传感器；52：第二温度传感器；6：冷却水流向。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1、2所示，本发明实施例提供的燃气轮机自动控制冷却水系统，包括数据采集器、控制器、水泵和冷却水系统；

冷却水系统包括水箱1、润滑油冷却器4、发电机空气冷却器3和冷却水热交换器5，图中，6表示水流方向，水箱1通过冷却水母管与水泵入水口连接，水泵出水口连接润滑油冷却器4和发电机空气冷却器3的冷却水管的入水口，润滑油冷却器4和发电机空气冷却器3的冷却水管的出水口连接冷却水热交换器5的入水口，冷却水热交换器5的出水口与冷却水母管连接；水箱1上设有控制水箱进水量的进水阀11，润滑油冷却器4的冷却水进水量通过第一冷却水控制阀42控制，通过控制润滑油冷却器4的冷却水进水量控制润滑油母管41的温度，43为润滑油的流向，发电机空气冷却器3的冷却水进水量通过第二冷却水控制阀控制，通过控制发电机空气冷却器3的冷却水进水量控制发电及空气的温度，冷却水热交换器5的入口处和出口处分别设有第一温度传感器51和第二温度传感器52，第一温度传感器51的数量为3个。水箱1内安装有液位传感器，冷却水母管上安装有压力传感器12；

水泵包括第一水泵21和第二水泵22，其中一个作为主水泵，另一个作为备用水泵使用，第一水泵21和第二水泵22连接燃气轮机的马达控制中心，马达控制中心的380V交流电机馈电器接的是反馈信号，包括故障过载反馈和电机馈线闭合反馈。马达控制中心的220V电源接的是控制信号，是控制器发给水泵电机的启动信号。

本实施例中控制器采用科远自动化公司的NT6000分散控制系统，该系统的主分散处理单元(英文为：Distributed Processing Unit，缩写为：DPU)实现控制算法，I/O板卡进行输入信号采集和控制信号继电器输出DPU与I/O板卡采用数据总线进行通讯，I/O板卡可在线配置。

第一温度传感器51、第二温度传感器52、液位传感器、压力传感器12和马达控制中心分别通过数据采集器连接控制器。本实施例中的数据采集器即为I/O板卡，该I/O板卡包括8通道热电阻输入模件KM232、8通道模拟量输入模件KM231A、16通道继电器输出模件KM235A和16通道数字量输出模件KM235B，第一温度传感器51和第二温度传感器52连接8通道热电阻输入模件KM232，液位传感器和压力传感器12连接8通道模拟量输入模件KM231A，进水阀11连接16通道继电器输出模件KM235A，马达控制中心连接16通道数字量输出模件KM235B。

进水阀11、第一冷却水控制阀42和第二冷却水控制阀均为电磁阀，进水阀11、第一冷却水控制阀42和第二冷却水控制阀分别通过控制器控制。

本发明还设有人机界面，通过人机界面监控系统的运行。

实施例二

本发明实施例提供的燃气轮机自动控制冷却水系统的控制方法，其流程如图3所示，包括如下步骤：

S1、设置水箱1液位的阈值，检测水箱1内的液位并将液位信息传递至控制器，控制器控制进水阀11的开闭状态，当水箱1液位低于阈值时，打开进水阀11，当水箱1液位高于阈值时，关闭进水阀11，并结束水箱1液位检测；其中，阈值包括低阈值和高阈值，当水箱1液位低于低阈值时，系统报警，控制器控制进水阀11打开，当水箱1液位高于高阈值时，系统报警，控制器控制进水阀11关闭。

本实施例中，设定水箱液位低阈值为400mm，当监测到的水箱液位小于或者等于该值时，控制器发出水箱液位低报警信号，并且打开进水阀11对水箱注水。

设定箱液位高阈值为1300mm，当监测到的水箱液位大于或者等于该值时，控制器发出冷却水箱液位高报警信号，并且关闭水箱进水阀11。

S2、选择水泵，选择第一水泵21或者第二水泵22作为主水泵，并对该水泵进行启动条件检测。其中，可通过点击人机界面上的选择按钮进行主/备用水泵手动选择，手动选择任意水泵作为主泵，另外一个作为备用水泵，如果没有手动选择，则本系统会自动默认其中一个泵作为主泵启动，且在燃气轮机下次启动时，本系统会自动切换主泵以保证两台泵均衡运行。当然，是否允许控制系统自动进行主水泵的切换，也是可以通过人机界面选择控制。

当检测的水泵启动条件满足时，控制器通过硬接线向燃气轮机的马达控制中心发送启动水泵信号，通过燃气轮机的马达控制中心控制水泵启动；其中，启动条件为：冷却水热交换器入口温度高于出口，点火成功和润滑油泵启动中的任一条件。

S3、对发动机模块和润滑油模块进行温度控制，其中对润滑油模块温度的控制方法为：预设润滑油温度值，对润滑油模块内的润滑油母管41进行温度检测，将检测值与预设润滑油温度值进行比较后，控制器根据比较结果控制第一冷却水控制阀42的开度；对发动机模块温度的控制方法为：向控制器输入控制指令，控制器通过该控制指令控制第二冷却水控制阀的开度。

其中，润滑油模块温度的控制方式可通过人机界面的自动/手动控制按钮选择为手动控制或自动控制；

控制方式为手动控制时：根据检测值，从人机界面输入第一冷却水控制阀42的开度值，向控制器输入控制指令，控制器通过该控制指令控制第一冷却水控制阀42的开度；

控制方式为自动控制时：原理如图4所示，在人机界面预设润滑油温度值，根据所述检测值，计算其与预设润滑油温度值的差值，该差值进入PI反馈控制器，输出电流信号为调节第一冷却水控制阀42开度的反馈结果，控制器根据反馈结果控制第一冷却水控制阀42的开度，进而控制进入到润滑油冷却器4内的冷却水量，使润滑油母管41温维持在一定的温度。第一冷却水控制阀42阀门的开度由气动控制阀调节。气动控制阀的气源为仪用空气，来自压缩空气站。电气转换器与气动控制阀执行机构形成一个控制回路，控制器通过感受润滑油母管42的温度，输送给电气转换器一个4～20mA的电流信号。从压缩空气站过来的仪用空气过滤后保持稳定的压力输出，输出压力为0～7bar，进入到电气转换器中，控制器传来的电流信号，改变压力，然后进入气动控制阀的气动执行机构，调节阀位。

步骤S3工作的同时，还对水箱1液位、冷却水热交换器5的入口处和出口温度、冷却水母管压力、水泵出口压力和水泵控制信号延迟时间进行检测。

当工作过程中，设定水箱工作低液位阈值，当检测到的水箱1液位低于水箱工作低液位阈值时，系统报警，并向控制器发出控制指令，关闭水泵。本实施例中，设定水箱工作低液位阈值为250mm，当监测到的水箱液位小于或者等于该值时，水泵电机跳闸。

通过预设冷却水热交换器5入口温度高报警值，以及冷却水热交换器5出口温度高报警值，检测到冷却水热交换器5入口温度和出口温度后，如果超过阈值时，则报警。本实施中，设定冷却水热交换器5入口温度阈值为-20～80℃，当冷却水热交换器5入口温度超过该阈值时，控制器发出冷却水热交换器5入口温度传感器故障报警；另外，还设定冷却水热交换器5入口温度和出口温度高报警阈值为46℃，冷却水热交换器5入口温度高高报警阈值为52℃，当冷却水热交换器5入口温度或者出口温度超过温度高报警阈值或者搞搞报警阈值时，控制器分别发出相应的报警。

通过水泵出水口压力检测器23监测水泵出口压力，当压力开关动作时，发出水泵排水压力低报警。

通过预设冷却水母管压力报警值，当冷却水母管压力低时，启动备用水泵。本实施例中，设定冷却水母管压力低值为0.3MPa，当监测到的冷却水母管压力小于或者等于该值时，控制器发出启动备用泵命令。监测的水泵故障包括：水泵过载、水泵排水压力低和

通过预设水泵控制信号延迟时间，即水泵启动时间，当水泵控制信号延迟时间到，发出水泵故障报警。本实施例中，检测水泵运行状态时，水泵运行信号来自水泵的反馈，包括水泵过载与电机馈线闭合信号，预设水泵启动延时时间为5秒，当水泵启动条件满足时，出现以下任一故障时，即发出水泵故障报警。水泵故障包括：水泵过载、水泵排水压力低和电机馈线未闭合。当当前使用的水泵出现故障时，则自动切换到另一水泵继续工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种燃气轮机自动控制冷却水系统的控制方法，所述燃气轮机自动控制冷却水系统，包括数据采集器、控制器、水泵和冷却水系统；所述冷却水系统包括水箱、润滑油冷却器、发电机空气冷却器和冷却水热交换器，所述水箱通过冷却水母管与所述水泵入水口连接，所述水泵出水口连接所述润滑油冷却器和发电机空气冷却器的冷却水管的入水口，所述润滑油冷却器和发电机空气冷却器的冷却水管的出水口连接冷却水热交换器的入水口，所述冷却水热交换器的出水口与所述冷却水母管连接；所述水箱上设有进水阀，所述润滑油冷却器的冷却水进水量通过第一冷却水控制阀控制，所述发电机空气冷却器的冷却水进水量通过第二冷却水控制阀控制，所述冷却水热交换器的入口处设有第一温度传感器，所述冷却水热交换器的出口处设有第二温度传感器，所述水箱内安装有液位传感器，所述冷却水母管上安装有压力传感器；所述水泵连接燃气轮机的马达控制中心，所述第一温度传感器、第二温度传感器、液位传感器、压力传感器和马达控制中心分别通过所述数据采集器连接所述控制器；所述进水阀、第一冷却水控制阀和第二冷却水控制阀分别通过所述控制器控制；其特征在于：包括如下步骤：

S1、设置水箱液位的阈值，检测所述水箱内的液位并将液位信息传递至所述控制器，所述控制器控制所述进水阀的开闭状态，当水箱液位低于阈值时，打开进水阀，当水箱液位高于阈值时，关闭进水阀，并结束水箱液位检测；

S2、选择水泵，并对该水泵进行启动条件检测，当启动条件满足时，所述控制器向所述燃气轮机的马达控制中心发送启动水泵信号，通过所述燃气轮机的马达控制中心控制所述水泵启动；

S3、对发动机模块和润滑油模块进行温度控制，其中对所述润滑油模块温度的控制方法为：预设润滑油温度值，对润滑油模块内的润滑油母管进行温度检测，将检测值与预设润滑油温度值进行比较后，所述控制器根据比较结果控制所述第一冷却水控制阀的开度；对发动机模块温度的控制方法为：向所述控制器输入控制指令，所述控制器通过该控制指令控制所述第二冷却水控制阀的开度。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机自动控制冷却水系统的控制方法，其特征在于：步骤S1中具体为：

所述阈值包括低阈值和高阈值，当水箱液位低于低阈值时，所述控制器控制所述进水阀打开，当水箱液位高于高阈值时，所述控制器控制所述进水阀关闭。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机自动控制冷却水系统的控制方法，其特征在于：步骤S2中所述水泵的启动条件为：冷却水热交换器入口温度高于出口，点火成功和润滑油泵启动中的任一条件。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机自动控制冷却水系统的控制方法，其特征在于：步骤S3中润滑油模块温度的控制方式为手动控制或自动控制；

控制方式为手动控制时：根据所述检测值，向所述控制器输入控制指令，所述控制器通过该控制指令控制所述第一冷却水控制阀的开度；

控制方式为自动控制时：根据所述检测值，计算其与所述预设润滑油温度值的差值，该差值进入反馈控制器，根据反馈控制结果通过所述控制器控制所述第一冷却水控制阀的开度。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机自动控制冷却水系统的控制方法，其特征在于：步骤S3工作的同时，还对所述水箱液位、冷却水热交换器的入口处和出口温度、冷却水母管压力、水泵出口压力和水泵控制信号延迟时间进行检测。