CN204186431U - 一种燃气轮机发电机组控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种燃气轮机发电机组控制装置，属于燃机控制技术领域，该装置采用国产化硬件结构，装置结构简单，成本低廉，与国际品牌相比节省50％的前期采购开发和后期的日常维护费用，可实现燃气轮机从启动、升速、同步慢车以及并网发电的全过程的稳定控制，操作简单，画面数据显示清晰易懂，其自动控制能力降低了操作人员的劳动强度；满足燃机走向国际市场的要求；打破了国外技术封锁和市场垄断，节省了开发时间，提高了燃机市场竞争力。

Description

一种燃气轮机发电机组控制装置

技术领域

本实用新型属于燃机控制技术领域，具体涉及一种燃气轮机发电机组控制装置。

背景技术

目前，燃机控制装置一般由燃机厂家配套提供，各个厂家都有自己品牌的控制装置或者采购国际化品牌，如TRICONEx、ABB、西门子等，其硬件结构、软件组态全部对外保密和技术封锁。

我国国产化燃机控制装置也是采用国际上的品牌，其售后服务成本也比较高，加之国产燃机正逐步走向国际市场(主要为西方经济制裁和技术封锁的第三世界国家)，迫切需要一套国产化的控制装置应用于国产燃机领域，以便打破国外垄断局面，推动燃机国际化进程，降低成本，提高国产燃机的市场竞争力。

发明内容

针对现有技术的缺点，本实用新型提出一种燃气轮机发电机组控制装置，以达到降低成本、打破国外垄断、降低操作人员的劳动强度的目的。

一种燃气轮机发电机组控制装置，包括转速传感器、压力传感器、振动传感器、温度传感器、现场实时控制器、交换机和上位机；

所述的现场实时控制器包括同期控制卡件、测速保护卡件、开关量输出卡件、开关量输入卡件、伺服控制卡件、模拟量输入卡件、测温卡件、中央处理器和机架，其中，所述中央处理器设置于机架的第一插槽或第二插槽，所述的同期控制卡件、测速保护卡件、开关量输出卡件、开关量输入卡件、伺服控制卡件、模拟量输入卡件和测温卡件分别设置于机架的其他插槽；同期控制卡件输出端、测速保护卡件输出端、开关量输入卡件输出端、模拟量输入卡件输出端和测温卡件输出端通过机架插槽与中央处理器的五路输入端；中央处理器的两路输出端通过机架连接开关量输出卡件的输入端和伺服控制卡件输入端；

所述同期控制卡件的输入端连接燃气轮机发电机组内部的同期装置；转速传感器设置于燃气轮机的轴承上，转速传感器的输出端连接测速保护卡件的输入端；开关量输出卡件的输出端连接燃气轮机发电机组内部的开关量执行器；开关量输入卡件的输入端连接燃气轮机发电机组内部的压力开关、温度开关、泵或电机的运行状态开关；伺服控制卡件的输出端连接燃气轮机发电机组内部的燃料调节阀；压力传感器和振动传感器根据实际需求设置于燃气轮机发电机组内部，压力传感器输出端和振动传感器输出端均连接模拟量输入卡件的输入端；温度传感器根据实际需求设置于燃气轮机发电机组内部，温度传感器的输出端连接测温卡件的输入端，中央处理器通过交换机连接上位机。

所述的压力传感器和振动传感器根据实际需求设置于燃气轮机发电机组内部，压力传感器设置的位置包括压气机进口和出口部、涡轮出口部、燃机滑油进油管路、发电机滑油进油管路、燃料系统管路、液压油系统管路；振动传感器设置的位置包括压气机机匣及涡轮机匣的垂直和水平结合面、发电机前后轴承部。

所述的温度传感器根据实际需求设置于燃气轮机发电机组内部，温度传感器的位置包括压气机出口、涡轮出口、燃机前后轴承、发电机轴承、发电机定子、发电机绕组、闭冷水系统管路、滑油管路和液压油管路。

本实用新型优点：

本实用新型一种燃气轮机发电机组控制装置，该装置采用国产化硬件结构，装置结构简单，成本低廉，与国际品牌相比节省50％的前期采购开发和后期的日常维护费用，可实现燃气轮机从启动、升速、同步慢车以及并网发电的全过程的稳定控制，操作简单，画面数据显示清晰易懂，其自动控制能力降低了操作人员的劳动强度；满足燃机走向国际市场的要求；打破了国外技术封锁和市场垄断，节省了开发时间，提高了燃机市场竞争力。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的燃气轮机发电机组控制装置结构示意图；

图2是本实用新型一种实施例的现场实时控制器结构示意图；

图3是本实用新型一种实施例的现场实时控制器内部各卡件信号传递示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。

本实用新型实施例中，燃气轮机发电机组控制装置用于QD128燃机和R0110重型燃机。

如图1所示，燃气轮机发电机组控制装置，包括转速传感器、压力传感器、振动传感器、温度传感器、现场实时控制器、交换机和上位机，其中，转速传感器输出端、压力传感器输出端、振动传感器输出端和温度传感器输出端连接现场实时控制器四路输入端，通过交换机连接上位机；

如图2所示，现场实时控制器包括SYNC同期控制卡件、SD测速保护卡件、DO开关量输出卡件、DI开关量输入卡件、VC伺服控制卡件、AI模拟量输入卡件、TC/RTD测温卡件、CPU中央处理器、以太网交换机、上位机和机架；

本实用新型实施例中，转速传感器采用电涡流式转速传感器，型号为330103，配合延伸电缆和前置器使用，也可根据燃机的测速部位特性选取其他输出脉冲频率信号的传感器；压力传感器采用罗斯蒙特的3051TG系列；振动传感器采用本特利74714和9200系列，适应不同的振动部位和环境温度；温度传感器采用WZPK-255系列热电阻和WRKK-258系列热电偶，依据燃机测点特性选取感温部位长度和安装尺寸；SYNC同期控制卡件采用3613型号；SD测速保护卡件采用3413A型号；DO开关量输出卡件为3504A型号；DI开关量输入卡件为3404A型号；VC阀门伺服控制卡件为3213型号；AI模拟量输入卡件为3701A型号；TC/RTD测温卡件为3712A/3703A型号；CPU中央处理单元采用CPU3008型号；

如图2所示，本实用新型实施例中，通过采用8110型号的机架实现SYNC同期控制卡件、SD测速保护卡件、DO开关量输出卡件、DI开关量输入卡件、VC伺服控制卡件、AI模拟量输入卡件、TC/RTD测温卡件与CPU中央处理器之间的信号传递；具体为：所述CPU中央处理器设置于机架的第一插槽和第二插槽，所述的SYNC同期控制卡件、SD测速保护卡件、DO开关量输出卡件、DI开关量输入卡件、VC伺服控制卡件、AI模拟量输入卡件、TC/RTD测温卡件分别设置于机架的其他插槽；SYNC同期控制卡件输出端、SD测速保护卡件输出端、DO开关量输入卡件输出端、DI模拟量输入卡件输出端和TC/RTD测温卡件输出端通过机架插槽与中央处理器的五路输入端；CPU中央处理器的两路输出端通过机架连接DO开关量输出卡件的输入端和VC伺服控制卡件输入端；CPU中央处理器通过交换机连接上位机；

本实用新型实施例中，VC伺服控制卡件，是为燃机燃料调节阀设计开发的智能型阀门位置伺服控制器，它接受CPU中央处理单元的控制指令闭环控制燃料调节阀的位置，同时具有手操及故障诊断功能，并能够对输出进行偏置和增益调整。

本实用新型实施例中，SD测速保护卡件，是为燃机转速测量及超速保护设计开发的，该卡件可接受同一个转子的三路速度信号输入，三路DO输出，四路DI输入(干结点)用于转速测量，并提供OPC信号及超速报警信号，三路速度信号送入三个独立的波形整形电路、放大模块、方波产生器，最后用该方波信号控制测量计数器，CPU定时读取计数器的值，并通过标准时钟校准确定速度值，且响应时间在速度大于200转/分为20ms，小于200转/分时为两个信号周期，精度在3000转/分时小于0.4转/分。CPU将速度值反馈给上位机，同时，当选中的速度值大于额定最大值时，通过两路DO输出急停信号至CPU中央处理单元。

本实用新型实施例中，SYNC同期控制卡件，是为发电机组多机并列或并网而设计开发的，能够同时测量5路交流电压信号(0～100V)，3路交流电流信号(0～5A)，并计算出它们的有效值，配对的电压、电流之间的相角(功率因数)，以及电压的频率和前两路电流的周期，当频差、压差和相角满足设定要求时发出并网(并列)操作指令。

如图3所示本实用新型实施例中，SYNC同期控制卡件采集燃气轮机发电机组内部的同期装置发送的电网参数和发电机参数，所述的参数包括电压、电流和频率；转速传感器设置于燃气轮机的轴承上，SD转速传感器采集燃气轮机的转速并发送至测速保护卡件的输入端；DO开关量输出卡件发送开关控制信号至燃气轮机发电机组内部的开关量执行器；DI开关量输入卡件采集燃气轮机发电机组内部的压力开关信号、温度开关信号、泵或电机的运行状态开关信号；VC伺服控制卡件发送阀门调节控制信号至燃气轮机发电机组内部的燃料调节阀；压力传感器和振动传感器根据实际需求设置于燃气轮机发电机组内部，压力传感器采集压力信号，振动传感器采集振动信号，并均发送至DO模拟量输入卡件；温度传感器根据实际需求设置于燃气轮机发电机组内部，温度传感器采集温度信号并发送至TC/RTD测温卡件。

本实用新型实施例中，压力传感器设置于压气机进口和出口部、涡轮出口部、燃机滑油进油管路、发电机滑油进油管路、燃料系统管路、液压油系统管路；振动传感器设置于压气机机匣及涡轮机匣的垂直和水平面、发电机前后轴承部；温度传感器的位置包括压气机出口、涡轮出口、燃机前后轴承、发电机轴承、发电机轴承、发电机定子、发电机绕组、闭冷水系统管路、滑油管路和液压油管路。

本实用新型实施例中，燃气轮机发电机组内部的开关量执行器为燃气轮机发电机组所用的各类阀门、泵、电机等的控制，通过继电器隔离输出。

本实用新型实施例中，采用两个CPU中央处理器，一个作为主中央处理器，一个作为备用中央处理器；CPU中央处理单元用于存储控制程序并对逻辑进行运算及指令输出，采用一主一备的双冗余配置，在遇到主CPU出现故障时可在线实时切换到备用CPU，保证机组的安全运行；温度传感器通过补偿导线或者普通导线连接到专用TC/RTD测温卡件上，省去了温度变送器；压力传感器、振动传感器通过屏蔽导线连接到AI模拟量输入卡件，伺服阀门的信号通过导线连接到VC伺服控制卡件，开关量信号通过导线连接到DI开关量输入卡件，开关量执行器经过继电器连接到DO开关量输出卡件，转速传感器通过导线连接到SD测速保护卡件，同期装置通过导线连接到SYNC同期控制卡件，CPU按照从上到下的方式逐个寻址找到每一个卡件对应的变量，本实用新型实施例中，通过工程师站的计算机通过以太网交换机发控制信号下载到CPU中，工程师站的计算机可作为运行时监控程序的运行状态及实时更改程序执行，也可作为上位操作站意外故障的备份操作站，上位操作站通过交换机和CPU互换数据，完成操作指令和控制机组的运行状态，并可通过打印机实时输出数据报表以供传阅。

本系统经过实际使用验证，满足燃气轮机发电机组的运行要求，可作为后续燃机控制装置的专用配套产品；实现了商业化稳定运行，经过长时间的运行考核，表明该系统稳定可靠，维护方便，由于部分硬件专用于燃气轮机发电机组，大大缩短了开发设计时间，降低了成本，并且不受国际技术封锁限制，为燃机顺利走向国际市场提供有力保障。

Claims (3)

1.一种燃气轮机发电机组控制装置，其特征在于，包括转速传感器、压力传感器、振动传感器、温度传感器、现场实时控制器、交换机和上位机；

所述的现场实时控制器包括同期控制卡件、测速保护卡件、开关量输出卡件、开关量输入卡件、伺服控制卡件、模拟量输入卡件、测温卡件、中央处理器和机架，其中，所述中央处理器设置于机架的第一插槽或第二插槽，所述的同期控制卡件、测速保护卡件、开关量输出卡件、开关量输入卡件、伺服控制卡件、模拟量输入卡件和测温卡件分别设置于机架的其他插槽；同期控制卡件输出端、测速保护卡件输出端、开关量输入卡件输出端、模拟量输入卡件输出端和测温卡件输出端通过机架插槽与中央处理器的五路输入端连接；中央处理器的两路输出端通过机架连接开关量输出卡件的输入端和伺服控制卡件输入端；

所述同期控制卡件的输入端连接燃气轮机发电机组内部的同期装置；转速传感器设置于燃气轮机的轴承上，转速传感器的输出端连接测速保护卡件的输入端；开关量输出卡件的输出端连接燃气轮机发电机组内部的开关量执行器；开关量输入卡件的输入端连接燃气轮机发电机组内部的压力开关、温度开关、泵或电机的运行状态开关；伺服控制卡件的输出端连接燃气轮机发电机组内部的燃料调节阀；压力传感器和振动传感器根据实际需求设置于燃气轮机发电机组内部，压力传感器输出端和振动传感器输出端均连接模拟量输入卡件的输入端；温度传感器根据实际需求设置于燃气轮机发电机组内部，温度传感器的输出端连接测温卡件的输入端，中央处理器通过交换机连接上位机。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机发电机组控制装置，其特征在于，所述的压力传感器和振动传感器根据实际需求设置于燃气轮机发电机组内部，压力传感器设置的位置包括压气机进口和出口部、涡轮出口部、燃机滑油进油管路、发电机滑油进油管路、燃料系统管路和液压油系统管路；振动传感器设置的位置包括压气机机匣及涡轮机匣的垂直和水平结合面、发电机前后轴承部。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机发电机组控制装置，其特征在于，所述的温度传感器根据实际需求设置于燃气轮机发电机组内部，温度传感器的位置包括压气机出口、涡轮出口、燃机前后轴承、发电机轴承、发电机定子、发电机绕组、闭冷水系统管路、滑油管路和液压油管路。