浙江大唐江山新城热电有限责任公司 浙江省江山市 324100
摘要：通过对PG6111FA型机组Mark VIe中的燃气轮机采用可变进口导叶IGV控制逻辑的分析，介绍IGV在机组启停、温控、水洗过程中动作过程，根据燃气轮机运行的各种需要改变IGV的角度，采用可调式压气机进口导叶控制方式，以控制压气机进气流量，在启动和停机过程中，按照修正转速TNHCOR以一定的速率来调整IGV的角度以控制压气机进气流量。
关键词：IGV组成；部分负荷；温控；
0概述
PG6111FA燃气轮机，由美国GE公司生产，简单循环机组出力为77.1MW（设计工况）。燃机由一台18级的轴流式压气机、一个由6个低NOx燃烧器组成的燃烧系统、一台3级透平和有关辅助系统组成。燃气轮机额定转速5230.8 r/min，通过减速齿轮箱将转速降至3000r/min，带动发电机运行。
一、IGV系统的组成动作过程：
6FA燃机IGV系统工作油源取自两路一路为来自液压油母管，作为电液伺服阀90TV-1的控制油及IGV动作压力油。另一路是来自跳闸油系统的入口经20TV-1电磁阀控制，作为IGV跳闸放油切换阀VH3-1的工作压力油。电磁阀20TV-1为常开电磁阀，燃机在转速继电器L14HT大于等于8.4%时失电状态，20TV-1电磁阀上电，切断卸油通路，它接通伺服阀90TV与油动机之间的液压油路，IGV处可调状态，IGV开度由关闭角23.5°开启至最小运行角29°。在L14HT转速继电器小于等于3.2%后L14HT带电状态，20TV-1电磁阀失电接通泄油回路，IGV处不可调状态直接在液压油的作用下关小至物理最小角度。
二、IGV控制基准
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图2—IGV控制基准算法
TTXM透平排气温度：TTRX排气温度控制基准；TTRXGV-IGV：温度控制基准
CSRGVMAN _CMD_IGV手动控制指令；CSRGVX一IGV温度和手动控制基准
CSKGVMN-IGV：最小全速角；CSRGVPS：部分转速IGV控制基准；CSKGVMAX-LGV全开；CSRGVOUT：IGV的伺服输出基准。IGV控制分为部分转速转速、温度匹配控制、部分负荷控制、压气机水洗控制IGV控制并且限制IGV最小运行角29°全开角度86°。
2.1扩大压气机低速区稳定工作范围增大压气机喘振裕度
压气机喘振是指在压气机和连接管道中，出现工质流量以较低的频率振荡为特征的不稳定流动工况。喘振发生时压气机的出口压力、流量等参数会出现大幅度的波动，机组的 转速和功率都不稳定，压气机的运行点离开该运行转速时的喘振裕量就是喘振裕度，喘振现象多发生在压气机转速较低时。解决喘振的方法之一就是在压气机的启动过程中，利用IGV的开度来改变压气机进口的空气实际流速及流向，以避免脱流现象。在低转速时调整过的正冲角，使得动叶栅进口的绝对速度流入角得以减小，扩大了压气机在低速区的稳定工作范围。
2.2部分转速下IGV控制过程
机组处于启动或停机过程中，燃气轮机转子以部分转速旋转，为避免压气机出现喘振而关小IGV角度采取部分IGV控制。机组正常启动时IGV保持在全关位置23.5°，一直持续到达到修正转速95%TNH时，这时IGV以6.42%TNH开启至54°，以保证机组在全速空载前IGV开至54°，机组满足并网条件后，发电机经准同期并网，发电机出口断路器闭合时，压气机4个防喘放气阀关闭，以维持机组启动至全速过程中压气机的喘振裕度。
2.3 CSRGVPS与TNHCOR的关系
机组启动至全速空载过程中涉及到压气机不同转速TNH的喘振边界线，部分IGV基准输出值CSRGVPS为：
CSRGVPS=（TNHCOR-CSKGVPS1）
×CSKGVPS2 ---- 式（1）
TNHCOR=TNH ×SQRT[（460℉+CTIM）]
---式2
在这里CSKGVPS1通常为81.1%TNH，CSKGVPS2为6.42°/%TNH，压气机的最小关闭IGV确定为22.5°，即当CSRGVPS＞22.5°时IGV开始动作。由式（1）计算出部分IGV开始动作时的TNHCOR为84.6046%时，IGV以6.42°%速率开启至最小运行角度29。当IGV开至最小运行角29°时，CSRGVPS指令继续以6.42°/%TNH速率直到IGV全开86°。从图3 IGV控制基准算法看出当IGV达到最小运行角29°时，IGV的控制基准CSRGV只能在29°与86°之间输出。CSRGVPS在TNHCOR大于或等于95%TNH时保持86°不变，这保证了IGV在燃机投入温度匹配时的IGV控制、机组部分负荷下的IGV温控、IGV手动控制、压气机水洗过程的IGV控制正确输出。式（1）可以看出部分IGV开启时和开至最小运行角度29°的修正转速TNHCOR分别一致，只是TNHCOR由压气机进气温度CTIM修正，故每次部分IGV开启时和开至最小运行角度29°的TNH分别与压气机进气温度CTIM修正有关。式（2）中的CQKTC_RT为常数519℉（国际标准），可以看出CTIM为519 ℉（15℃）时，TNHCOR=TNH，即部分IGV开启到最小运行角度29°的过程中TNHCOR=TNH。部分IGV开启实际转速由ISO工况核定压气机喘振裕度。即CTIM越高（不超过140 ℉）部分IGV开启时的实际转速越大；而CTIM越低（不低于-80 ℉）部分IGV开启时的实际转速越小。
机组解列时压气机4个防喘放气阀开启，当CSRGVPS＜29°时IGV开始以6.42°/%TNH关闭。由式（1）计算出部分IGV开始关闭时的TNHCOR≤89.51%TNH，CSRGVPS=54°，当TNHCOR≤84.68%TNH，IGV关闭至22.5°，直到机组盘车投入运行。
２．4 降低机组的启动力矩减小机组启动功率
IGV全关则是因为喘振带主要在转速较低的区域，当转速达到一定高度避开喘振带后，关小IGV还能够减小压气机的阻力。在这里还应指出：在燃气轮机启动时，采取压气机关小IGV的措施，压气机空气流量减小，使机组的启动阻力矩变小，减小机组启动过程中的启动功率，有利于减小启动装置SFC的配置功率。在启动功率不变的情况下，可以缩短启动加速时间。机组启动时关小IGV，减少进入压气机的空气量，降低机组的启动力矩，可缩短启动加速时间，提高效率。
三、IGV温控
3.1IGV温控
IGV温控的含义是通过对IGV角度的控制，实现对燃气轮机排气温度的控制。要求燃气轮机排气温度处于接近余热锅炉的最佳设计温度工作点，在燃机部分负荷时需要适当关小IGV来维持排气温度使得联合循环总效率提高。
3.2部分负荷下的IGV温控
以天然气为唯一原料的控制系统里TTRXGV=TTRXGVG；IGV温控基准TTRXGV，根据排气温度TTXM和IGV温控基准之差TXGVERR，加上转速修正系数，在IGV当前指令的基础上不断积分，获得CSRGVT（IGV温度/流量控制基准），部分负荷时，TXGVERR=TTXM-min[TTRX，TTRVGV，2048℉]＜0，使得CSRGVX和CSRGVT在CSRGV当前指令的基础上不断向下积分，直到关至最小运行角，随着负荷的上升，TTXM不断升高，TXGVERR＞0，CSRGVX和CSRGVT在CSRGV当前指令的基础上不断向上积分，直到开到最大86°，之后转由FSRT控制。既保证机组在部分负荷时，TTXM处于较高温度，提高联合循环机组的热效率，又保证部分负荷时比进入机组温控时T3保持较低或等于进入机组温控时T3，可延长部分负荷时燃烧通道部件的寿命。
3.3IGV温控阶段的运行方式
FSRN=FSRN0+（TNR-TNH）×Kdroop--式（3）
FSRN= FSRtc + TN_ERR*FSKNG= FSRtc +TN_ERR*10--式（4）
式（3）中：FSRN为有差转速控制的FSR输出；FSRN0为机组全速空载时的FSR输出，FSKNG - FSR转速基准比例增益（10%）TN_ERR - 转速偏置量；TNR为机组转速控制基准；TNH为机组实际转速。机组并网后一般是100%TNH，受其他因素影响略有波动。
IGV温控中（除了功率变送器故障和CPR超限外），机组FSR的控制模式为FSRN。在FSRN模式下，燃气轮机加减负荷的首要动作指令是来自燃气轮机转速基准TNR的升降。当燃气轮机增加负荷时，TTXM上升要维持TTXM为较高温度，此时IGV从49°开始按加负荷速率逐渐开大。当TTRXGV小于或等于TTRX时，IGV动作的驱动源为TTXM与TTRXGV的温差。由式（3）可知机组TNR的升降导致机组FSRN输出的加减，首先使燃气轮机排气温度TTXM升降，而TTXM与TTRXGV的温差促使IGV动作，最终维持负荷达到目标给定值且TTXM=TTRXGV。当机组继续加负荷，TTXM按TTRXGV调节，IGV不断增大至全开角度86°。最终使得TTXM=TTRXB=TTRX，燃气轮机进入FSR（压比偏置）温度控制。
机组从基本负荷减负荷，首先是保持IGV全开86°不变，燃气轮机减小燃料FSR，燃气轮机排气温度TTXM下降。当TTXM小于带偏置温度控制基准TTRXB时，燃气轮机FSR输出从温度控制FSRT转向转速FSRN控制，IGV控制进入IGV温度控制，此阶段所6.3434MW/min。当机组继续减负荷时，机组TNR不断下降，机组燃料FSRN不断下降，使得TTXM不断下降，TTXM与TTRXGV的温差不断驱动IGV关小；燃气轮机TTXM维持排气温度，促使IGV不断关小。当IGV关闭至43.5°IBH逐渐开启至最大，燃机解列后防喘阀打开IGV开启至54°，当TNHCOR≤89.91%开始继续关闭，TNHCOR≤77%时开启至29%。
四、IBH与IGV角度关系
4．1 IBH动作过程。
当IGV角度在增大的过程中，IBH控制阀VA20-1在IGV大于43.5°时（机组已并网15秒），IBH控制阀VA20-1开始关小，抽气量也开始减小，当IGV到达61.5°时，IBH控制阀VA20-1全部关闭，抽气量为零。
当IGV角度在减小的过程中，当IGV角度减小到58.5°时，IBH控制阀VA20-1开始打开，抽气量也开始增加。当IGV减小到43.5°时，抽气量最大。当机组解列后，IBH控制阀VA20-1全关。
此外，IGV还作为压气机进气加热系统IBH控制的前馈变量以控制好IBH的运作，充分发挥出IBH系统对机组的作用，当IBH系统故障时，IGV最小运行角从43.5°变为55°以维持燃气轮机燃烧系统的稳定。
4.2 IBH故障时。
IBH故障时，IBH阀门全开，当IBH反馈值＞50%时，且当IBH系统故障L3BHFT=1，IBH手动隔离阀在开位（L33TH3_FLT=0），则L83GVMN=1。由IGV开度基准CSRGVV3控制算法功能块可知。当L83GVMN=1时，燃机运行时IGV运行角度由43.5°至86°范围缩小至55°至86°。如果IGV角度低于55°的，IGV将开至55°，当IGV在55°以上运行时IGV角度保持不变。
结束语
IGV控制运用整个机组启停运行，配合IBH开关，燃机离线水洗的过程，实现燃气轮机的防喘，降低启动功率，缩短启动加速时间，提高机组部分负荷时的效率等功能。
参考文献：
[1]朱欲晓，赖伟彬。燃气轮机机组空气进口导叶控制逻辑分析广东电力，2009，22（4）59-63
[2]薛志敏浅谈S109FA机组IGV控制与运行[J]燃气轮机发电技术，2012，（3/4）：253-254
[3]6FA燃气轮机运行维护手册
[4]中国华电集团公司，大型燃气一蒸汽联合新环发电技术丛书控制系统分册[M]北京中国电力出社，2009
作者简介：
常亮博（1985），男，山东菏泽，工程师，从事燃机运行工作。
注：联系方式：18057006860，邮箱：290142521@QQ.com。