M701F4型燃气轮机发电机组IGV控制及燃机温控的研究

吴攀

摘  要：文章分析了燃气轮机的效率与透平的初温的关系，并介绍了M701F4型燃气轮机IGV控制对燃机效率的作用和燃气轮机温控对燃机的保护。

关键词：燃气轮机发电机组;透平初温;IGV;燃机效率;温控

中图分类号：TM311 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）22-0059-02

Abstract： This paper analyzes the relationship between the efficiency of gas turbine and the initial temperature of turbine， and introduces the effect of IGV control of M701E4 gas turbine on gas turbine efficiency and the protection of gas turbine by gas turbine temperature control.

Keywords： gas turbine generator set; turbine initial temperature; IGV; gas turbine efficiency; temperature control

1 概述

随着电力系统发电装备的不断发展，燃气轮机-蒸汽轮机联合循环发电机组具有负荷调节响应速度快，容量大，启停时间短，环境污染少等特点，因此这种清洁能源发电机组是电力网中的重要组成部分。

燃气轮机的效率与透平的初温T3有着紧密的联系，而燃气轮机压气机进口可转导叶（简称IGV）的角度对燃气轮机的透平初温有着很大影响，因此燃气轮机设置了IGV控制。同时透平的初温也受到了燃机热部件材料和冷却系统的限制，为了保护燃机的热部件和保证燃机，燃气轮机在控制方面设置了燃机温度控制，简称温控，它将燃机燃料量合理范围。

2 燃气轮机透平初温与效率的关系

3 M701F4型燃气轮机IGV控制

燃气轮机压气机入口可转导叶可以控制压气机进口流量，从而控制燃气轮机参与燃烧的空气量，最终影响了透平的初温[2]。在燃料量不变的情况下，关小IGV，减小压气机进口空气量可以提高透平的初温。因此通过合理调整IGV开度，具有改善机组效率的作用，同时也能提高燃气轮机启动加速性能和防止压气机喘振。

M701F4型燃气轮机IGV逻辑是全开环控制，并分为两部分组成：其中前半部分逻辑是机组正常运行时为了保证机组效率且保护燃机热部件所得的经验曲线;后半部分逻辑是机组启停过程中的顺控逻辑。

4 M701F4型燃气轮机IGV跟随

由于IGV控制时采用开环控制，要想根据经验曲线来调节IGV使机组更加高效和安全并不容易，所以在一些负荷下燃机的透平初温较低，机组效率较低[3]。

因此三菱IGV逻辑上增加了IGV跟随技术。IGV跟随的作用是：在部分负荷下，通过关小IGV降低进气流量，维持高透平初温，从而达到提升部分负荷下的机组效率、降低排放;同时，为了防止燃机进入温控，当运行点接近温控线时会提前打开IGV。

为了实现上述功能，主要逻辑变动如下：

（1）投入IGV跟随时会将经验曲线1切换成IGV跟随曲线。如图1所示，显然在低负荷时，IGV开度变小。

（2）投入IGV跟随时，为了防止燃机超温，当燃机运行点接近温控（无论是EXT温控还是BPT温控）时，在IGV逻辑主线上叠加一个开度值（IGV BIR），防止超温。此外在燃机CSO接近LDCSO时，或者燃机转速变化大时，也可能会叠加一个开度值。

5 M701F4型燃氣轮机温控

（1）EXT温控

M701F4型燃机EXT温控称为排气温控[4]，温度测点设置在燃机排气道，一共有6个温度测点。

如图2所示，燃机有三条EXT温控线。温控线是关于压气机压比的函数。由于相同T3温度下，压比越高，排气温度越低，故温控线是关于压比单调递减的曲线。

EXT温控线1分为两种情况：1.在燃机并网前，燃机EXT温控线1是STUP曲线（排气温度关于压比的曲线）经过大气修正后形成;2.在燃机并网后，燃机EXT温控线1是STUP曲线（排气温度关于压比的曲线）经过大气修正后再加上292.3℃形成即白色曲线向上平移292.3℃。

EXT温控线2直接为关于压比的CONT曲线得出。

燃机EXT温控给定值是由上述温控线1和温控线2取小所得。当燃机排气温度上升并触碰到温控线给定值时，EXTCSO输出变得很小，并通过小选门控制燃机负荷，通过PID调节器使燃机排气温度稳定在温控线上。

（2）BPT温控

M701F4型燃机BPT称为叶片通道温度[4]，是表征燃烧室燃烧情况的重要参数，在20个叶片通道温度分别对应20个燃烧器。同时M701F4型燃机BPT也设置了温控。

BPT有两条温控线，其中一条是燃机EXT温控线1叠加一个关于压比的函数形成的，而另一条才是关于压比的BPT温控线。与EXT温控一样，BPT温控给定值是两条温控线取小所得。当燃机BPT平均温度上升并触碰到任意一条温控线，BPTCSO输出变得很小，并通过小选门控制燃机负荷，通过PID调节器使燃机BPT平均温度稳定在温控线上。

6 结束语

燃气轮机的效率与透平初温有很大关系，M701F4型燃气轮机的IGV控制有效提高了燃气轮机的运行透平初温，提高燃气轮机的效率。同时，M701F4型燃气轮机设置了温控，保证了透平初温不超限，保护了燃机的热部件。

参考文献：

[1]清华大学热能工程系动力机械与工程研究所，深圳南山热电股份有限公司.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置（上下）[M].中国电力出版社，2007.

[2]方继辉，王荣.重型F级燃气轮机IGV开度对压气机效率的影响[J].发电技术，2018.

[3]陈昭.M701F4燃气轮机组不同控制模式下的经济性分析[J].华电技术，2017.

[4]吕祖浪.燃气轮机的控制及其应用[J].石油化工自动化，2007.