燃机发电机组监控保护系统

朱晓东

摘要：燃机发电机组监控保护系统的任务就是要监视、分析燃机发电机组的运行状态，保证机组安全运行，它是机组的重要组成部分，其可靠性和合理性直接影响到机组的安全以及机组是否可以达到经济运行水平。

关键词：燃机发电机组；监控保护系统；

随着燃机发电技术的进步不断革新以及环境保护要求的不断提高，燃机发电机组以其污染排放小、热效率高、建设周期短、调节性能好和运行灵活等显著的特点而被世界各国选为电网的重要组成部分，并逐步成为电力发展的主力。近年来，我国西气东输的成功实施、海上油气开发、进口液化天然气和周边国家天然气资源联合开发与利用等均为燃机发电机组提供了广阔的市场，燃机发电机组在新增发电容量中占据了重要的一部分。本文以QD20燃气轮机为研究对象，通过分析该燃气轮机的控制特性及其控制系统系统功能，详细讲述基于西门子S7一300PLC以实现QD20机组控制和保护的原理和逻辑实现。

QD20燃气轮机发电机组控制系统是以西门子S7—300PLC硬件为基础参照相应燃机专用控制算法结合QD20机组的控制要求所设计的QD20燃气轮机发电机组专用配套控制系统，本控制系统用以实现QD20机组的启动、冷拖、点火、升速、慢车怠速、并网发电及自动停机以及相应的保护的所有控制功能。

一、系统整体构架

基于西门子S7—300PLC硬件冗余控制器的燃气轮机发电机组监控系统，它集硬件组态、控制程序编写和画面监控于一体。该系统采用分层网络结构。由I/O信号层、控制层和监控操作层等3层组成。系统结构如图l所示。I/O信号层由各类输入或输出信号模件组成，安装于就地控制间，信号模块通过Pmus—DP现场总线与控制层交换数据[1]。控制层由1台冗余的燃机控制器AS414—4H和1台锅炉控制器AS414—3DP组成，燃机控制器主要完成燃气轮机发电机组的冷吹、起动、暖机、加减速、稳态、停车、保护降速、应急停车、防喘控制、负载控制与自动调节、转速油量自动调节、注汽流量控制和烟气挡板控制等控制功能[2]。锅炉控制器主要完成3个汽包的水位调节和锅炉系统数据处理。监控操作层由2台OS（操作员）站组成．既相对独立又互为备份．其中一台用于燃机的HMI，另一台作为锅炉的HMI．设一台工程师站（由锅炉操作员站兼任），工程师站用于系统组态、程序开发、系统诊断、数据库及画面的修改工作。

燃气轮机控制器和锅炉控制器分别作为主站同通过Profibus—DP总线与ET200M燃气轮机远程IO站、ET200M余热锅炉远程IO进行通讯，主站在设定周期内与分布式从站不间断地交互信息，并对现场总线进行管控，实现全厂协调控制。通过以太网与其余监控计算机连接，同时通过工业以太网与过程控制站相连。服务器维持整个系统唯一的动态实时数据库．操作员站与控制网络不直接相连。通过服务器，操作员可对整个系统进行监控，该网络为Client/Server结构，网络协议为TCP/IP。可以根据需要扩充操作员站，而不影响系统的实时控制性能。

二、监控保护系统功能

（一）OD20燃气轮机控制系统主控系统

QD20燃气轮机控制系统主控系统为连续调节系统，它是系统为了自动改变燃机燃料消耗率而设计，它必须完成四项基本控制：设定QD20起动和运行的燃料极限；控制QD20转子的加速和转速；限制QD20燃烧的温度。每个时刻只有一个控制功能或系统能控制决定燃气轮机的燃料流量。我们将QD20燃机的功能分为以下几个部分：起动控制系统、转速控制系统、温度控制系统。以上每个系统输出的燃料行程基准FSR如下：起动控制燃料行程基准FSRSU，转速控制燃料行程基准FSRN：温度控制燃料行程基准FSRT；此外系统还设置了手动FSR控制，输出FSRMAN（主要用于调试使用）4个FSR基；隹量进入“MIN”最小值选择门，选出4个FSR中的最小值作为输出，以此作为该时刻实际执行用，FSR采用最用最小值可给QD20提供最安全的运行燃料供给。

（二）QD20燃气轮机控制系统顺控系统

QD20机组的顺控系统主要实现燃气轮机的运行状态，并对相应辅助设备实现控制，以保证机组的安全运行。我们顺序控系统中为QD20设置：停机模式；准备启动模式；冷拖模式；轻吹模式；点火模式；加速模式；怠速模式：全速空载模式；并网模式；正常停车模式。这些模式之间可以通过相应的设定条件彼此进行切换，在不同的模式下会相应的启停相应的阀门和油泵，并且改变主控的相应的设定点。需要特殊说明的是机组并没有设置单独的超速试验模式，超速试验是全速空载模式下由人工手动更改转速设定点实现的。

（三）报警及报警记录查询

系统能够归档报警记录，所有发生过的模拟量和开关量报警定期存储在数据库中。按系统各测点报警或联锁发生的先后顺序排列报警联锁点的位号、名称；报警或联锁状态；报警或联锁的值；发生的时间。

（四）QD20燃气轮机控制系统联锁保护系统

QD20燃气轮机控制联锁保护主要包含：润滑油压力低联锁、燃机发电机轴承回油温度高联锁、燃机排气温度高联锁、超速保护联锁、发电机相关联锁构成，对于紧急手动回路与控制系统联锁输出串联构成整个机组的安全链等。

三、结论

自QD20燃机控制系统随机组一起交付用户以来，系统没有因控制系统原因造成机组紧急停车，并保证燃气发生器的大修间隔和运行率。说明此系统可靠性、安全性都是符合QD20燃机的控制需要的[3]。系统采用了现场总线技术，减少了大量现场信号传输线路，为日常维护提供了方便，降低了维护成本。运行结果证明系统运行稳定，抗干扰能力强，故障率低，控制精确，维护方便，提高了工厂的生产效率，取得了理想的改造效果，经济效益良好[4]。

参考文献：

[1]廖常初.S7—300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005：396—400.

[2]李正军.MarkVI燃气轮机控制系统及其应用[J].电站系统工程，2005，2I（5）：50—52.

[3]李若明.PROFIBUS通信技术在精细化工生产控制中的应用[J].自动化仪表，2013，34（5）：89—91.

[4]石华，王瑞辉.基于S7—300PLC和WinCC的移载车控制系统[J].制造业自动化，2014，36（1）：74—77.

[5]吴石贤.燃气轮机控制系统概况[J].发电设备，2003（2）：56—58.