1、中华人民共和国国家标准轻型燃气轮机控制和保护系统1 主题内睿句适用拖围Control and protective system for Iight weight gas turbine GB/T 14411 93 本标准规定了轻型燃气轮机控制系统的控制功能和性能要求、保护系统的保护功能和保护装置及其试验和维护要求，以及对电气设备和数字控制系统的耍求。本标准适用于轻型燃气轮机，可作为供需双方签订技术协议时的依据。2 引用标准GJB 242 航空涡轮螺桨涡轮轴发动机遇用规范3 控制系统3. 1 报制功能3. ,. 1 起动从起动辅助设备开始直至燃气轮机到达慢车转迎的全过程为扭动过程。起动有于动起
2、动、半自动扭动、自动鹉动等方式，并可具有程序起动，多次起动和特种扭动等功能。3. ,. ,. 1 起动方式于动扭动装置是根据供需双方一致间意的方案而提供。于动起动要求操作者起动辅助设备，逐步完成起动程序，并到达慢车转速。自动起功仅需个简单动作就可完成上述全部起功过程。半自动起动是手动起动辅助设备，井允许操作者用一个简单动作自动完成其后的全套起动程序。3. 1.1.2 起动过程起动过程要有一套完整的起动程序来保证可靠点火，且按要求供给燃料，使燃气发生器迅速、可靠地到达慢车转速。可按随燃气发生器转速或时间而变化的起动曲找来供给燃料。如有需要，应能按外界大气压力和温度修正此起动曲线。也可按其他参数的
3、变化曲线控制或修正起功燃料嚣。3.1.1.3 特种起动特种起动包括无外电源起动、遥控起动、应急起动和使用两种燃料的燃气轮机的更换燃料起功，供需双方可协商选定。其中对使用两种燃料的燃气轮机，需加装燃料切换开关，以便自动而及时地更换燃料。3. ,. .4 冷吹不论起动过程是于动、半自动战自动，扭动控制系统均应根据要求提供必要的自动冷吹周期.保证足够的持续时间，以便燃气轮机在点火燃烧前从进气口沿气路通过排放装置(包括烟囱)排出任何可燃物，根据排气通道自由容积或所测出其中的燃气浓度来规定冷吹时间，并可采取冀他预防措施。3. 1. 1. 5点，火国家技术监督局1993-0420批准1994-0个01实施
4、GB/T 14411 93 点火装置只是在起动期间正常供电。电路应布置成可手动操作。当点火装置未供电时，该装置电源线的两端必需接地。3. 1. 2 加、减负荷3. 1. 2. 1 加负荷加负荷可手动、中自动或自动进行，直至达到规定的功率。自动加负荷可紧接起动程序后进行，而不需其他动作。在使用需要时.可规定加负荷的时间或速度(包括正常的和应急的)。3.1.2.2 减负荷减负荷时要防止燃料减得太快，造成燃烧室熄火，这时的燃料供给可根据转速或时间程序来减少，同能保证最小的燃料供给量。在需要时，应规定减负荷的时间或速度。3. 1. 2. 3 暖机和冷机在加负荷或减负荷时.都要在规定负荷(或转速)下停留
5、一定时间，以达到暖机或冷机的要求。3. .3 停机停机分正常反应急停机。停机时要切断燃料供给，并通过排放系统放掉停机后燃料调节阀后管路中的戒留燃料。根据燃气轮机相被驱动设备的连接关系，如有可能，停机时可通过自动装置断开负荷。3. 1. 3. 1 lE常停机正常停机是指按照一定程序进行停机，该程序根据燃气轮机的使用情况编制。可用于动、半自动或白动的方式执行。3. 1. 3. 2 应急停机应急停机必须能手动操作，同时也能由保护装置自动停机。必须能迅速关闭燃料截止间，切断燃料供给，实施应急停机程序。应有防止未经复位而重新起动的措施。3. 1. 3. 3 燃料切断除了燃料调节阀应回到最小位置外，燃料控
6、制系统还要有独立的快速截止阔。它在任何一种停机指令下都能切断所有流向燃气轮机的燃料，并且在允许点火的所有条件都满足之后才能打开。为了燃气轮机的安全，应设有旁路排放阀或多重截止阀，使得停机后燃料漏入燃气轮机的危险减至最小。3. 1.4 防止喘振在起动、加负荷、减负荷和停机等过渡过程中，要防止燃气轮机喘振。3. 2 燃料控制从开始点火到最大状态，以及加速和减速的整个运行过程中，燃料控制系统应能稳定地控制供往燃气轮机中的燃料。当燃气轮机在空负荷和最大负荷之间运行时，在被驱动设备并联运行的条件下，燃料控制系统应能稳定地控制进入燃气轮机的燃料。3.2. 1 稳定转速调整在有差调节的情况下，稳态的输出轴转
7、速因负荷变化而产生的不等率应能调整在额定转速的2%6%范围内，需根据所带负荷类型而定。3.2.2 恒速控制对于恒速运行的燃气轮机特别是发电用的)，应装备能感受输出轴转速的控制器。除非供需双方另行商定，该转速控制器应能将空负荷时输出轴转速调定在额定转速的95%l06%之间的任意值上。当带动与电网同步的发电机时，在供需双方商定的时间内，转速控制器应能使输出功率从最大降至零，以便与并联运行装置上的其他转速控制器相协调。3.2.3 变速控制对于需要在一定转速范围内运行的燃气轮机(如船用动力装置)，需提供相应的控制装置，使转速能GB/T 1 44 11 93 在定范嗣内变化。转速范嗣可协商确定。3. 3
8、 性能指栋3.3.1 死区在额定转速以及在不大于最大输出功率的任功率时，死区值不得超过额定转速的0.10%。对应用于大功率发电机的燃气轮机，其死区应偏小。3. 3. 2 漂移任何控制方式的转速漂移极限由供需双方共间商定。3.3.3 转速控制系统的稳定性以下几种情况，应认为输出轴转速的控制系统是稳定的:a. 被驱动设备以持续负荷单独运行时，控制系统引起的燃气轮机转速的持续脉功，其峰间幅度不超过额定转速的0.24%; b. 在额定转速下工作的被驱动设备与恒速的其他设备井联运行时，控制系统引起的燃料输入拌续脉动量所导致的输出功率变化，其峰问幅度不超过额定输出功率的4%;C. 独立发电用的燃气轮机，突
9、然加、减金负荷时，最大的瞬时转速变化应在额定转速的10%之内。对于大功率燃气轮机，允许的脉动量一般偏低。3. 3. 4 温度控制系统的稳定性当燃气轮机的服度控制系统在按照外界环境条件所调定的最大极限值内运行时，控制系统应能稳定地控制燃气轮机的燃气槌度。温度控制系统引起的燃气轮机燃料输入的持续脉动量所导致的输出功率的变化，其峰问幅度不超过输出功率的6%。现代控制系统能使其不扭过4%。3. 3. 5 电功率控制系统的稳定性对于发电用的燃气轮机，当燃气轮机的电功率控制器是在恬频母线上控制电功率的情况下运行时，控制系统应能稳定地控制负荷电功率。电功率控制系统引起的燃料输入的持续脉动量所导致的输出功率变
10、化，其峰问幅度不超过额定输出功率的4%。现代控制系统能使其不超过3%。3.3.6 机械驱动控制系统的稳定性对于驱动机械用的燃气轮机，控制系统应能稳定地控制燃气轮机的输出功率。在稳定的负荷状态下，控制系统引起的燃气轮机燃料输入的持续脉动量所导致的输出功率变化.其d噜间幅度不超过额定功率的4%。现代控制系统能使其不超过3%。3. 3. 7 摆个系统的稳定性在被驱动设备及其相关联系统的某些装置超控时，前述稳定性准则可不一定达到。上述现代控制系统的标准可作为数字控制系统应达到的标准。4 保护系统4. 1 保护功能保护功能归纳为表10供需双方可根据使用情况确定。序号4. 1. 1 4. 1. 2 4.
11、1. 3 4. 1. 4 4. 1. 5 4. 1. 6 4. 1. 7 4. 1. 8 4. 1. 9 4. 1. 10 4. 1. 11 4. 1. 12 .1. 1. 13 4. 1. 14 4. 1. 15 4国1.16 4. 1. 17 4. 1. 18 4. 1. 19 4. 1. 20 4. 1. 21 4. 1. 22 4. 1. 23 4. 1. 24 4. 1. 25 4. 1. 26 4. 1. 27 项超速保护超温保护超扭保护过低转速保护振动保护口商振保护滑油压力过低点火不成功熄火保护转速悬挂保护商轴保护i投气过滤撑过最lE降过高辅承翻Il保护控制及保护系统故障GB /
12、T 1 4 4 11 - 9 3 表l保护功能目滑油冷却器出口处滑油温度过高滑油或燃料过滤器压盖过高滑油供油和四油温度过低滑泊凶油晦度过高燃料压力过低燃料压力过高燃料植度过低燃料1世漏起动装置故障油箱泊位过高泊箱泊位过低热电偶故障滑油泵故障功能报警停机A A A A A A A A A A A A A A A A A A A 6,. A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A GB/T 14411-9 3 续表1功能序号项目报警停饥4. 1. 28 动力涡轮转速信号消失A A 4. 1. 29 燃气发生器转速信号消失A A 4. 1. 30 有危险的大气
13、条件检测A 4. 1. 31 辅助设备的保护f:, 4. 1. 32 其他的过程或被驱动设备的功能故障A A 4. 1. 33 火警保护A A 4. 1. 1 超速保护在任何突然失去负荷的情况下，为防止瞬时转速超过轴系或其他被驱动设备的最大安全极限，必须具备超速自动保护装置。应能报警，并用不通过主控制器的方法紧急关闭燃料调节阀和快速截止间。在燃气轮机动力装置中，尤其是带有多轴装置的情况下，连接设备失去负荷时，可能经受很高的加速度，在超速保护动作后，转速可能继续上升j其瞬时转速可远远高于断开转速。但在最大安全极限内，燃气轮机应不经检查而能重新正常运行，同时应注意保证所有连接设备，包括用电气、机械
14、或液压方式相连接的各种辅助设备都能经受相应的超速。为防止不受主控制器控制的超速发生，各个独立的轴上都应装有超速自动保护装置，对实际上不会出现危险超速的轴除外。设备设计时应允许对超速保护装置进行试验和调整。如果在燃气轮机中储存有热量或大量的高压空气时，需要额外的超速保护。这样的保护可以采用类似排放阀或负荷电阻的形式，它们可由主控制器或超速保护装置来控制或由两者同时控制。超速保护装置通常应调整到当输出轴转速超过最大转速7%10%时动作。超速保护装置应直接感受转子转速，尽量不经过中间机械零件，如软轴、减速器、离合器等。4.1.2 超温保护如燃气发生器涡轮出口处温度超过最大温度给定值，需报警或停机。最
15、大温度的给定值应考虑到燃气轮机加速时所需的余量。基本负荷时和尖峰负荷时的给定值应有所不同。4.1.3 超扭保护由于某种原因使负荷骤增时，因超扭会造成燃气轮机损坏，要有相应的保护装置，应报警并停机。4.1.4 过低转速保护在燃气轮机或被驱动负荷中可能存在低速极限情况下，要考虑低转速保护，应报警并停机。4.1.5 振动保护振动保护装置应测量各监测点上的振动参量及其变化率，如超过允许值，应报警e在超过极限值或持续一定时间后.应使燃气轮机停机。4.1.6 喘振保护喘振由感受相应参数的喘振监测器监视。保护系统应能报警。如继续发展，则需停机。保护措施为放气或转动压气机导向叶片等。4.1.7 滑油压力过低当
16、滑油压力过低，即表明滑油系统出现故障，应报警并停机。4.1.8 点火不成功GB/T 14411 93 在点火装置出现故障或其他原因使点火不成功时，成报警并切晰燃料。4.1.9 熄火保护燃烧室熄火时，需报瞥，并切断燃料。可采用火焰监测器或其他措施监测。4. 1. 10 转速悬挂保护在起动或加速时，当转速停止上升井延续一定时间后，表明转速产生悬挂，应报警戒停机。4. 1. 1 审轴保护各个轴的轴向位移的最大活动撞超过允许值时，应报警并停机。4. 1. 12 进气过滤器过最压降进气过j虑器因埔寨或结冰而造成压莞过高时，应报警。如超限，应立即停机。进气过滤器因破损短路造成压芫过低时.也应报警04. 1
17、. 13 过高轴展也度保护有滑动轴承的燃气轮机应装有温度监测器，测最轴承撞击度和朋油温度。当温度高于规定值，应报并停机c4. 1. 14 控制及保护系统故障当控制电路电源央电或系统发生其他故障时，应报警并考虑控制器及保护装置的动作，一般情况.应将控制器和被控制装置置于某特定用途下最安全可靠的退行状态或停机。4. 1. 15 滑油冷却器出口处滑油温度过高当滑油冷却器出口处滑油瓶度过高时，表明冷却器失效或回油系统其他故障，J!i报警。4. 1. 16 滑油;或燃料过滤器IE盏过高当滑油或燃料过滤器压兼过高时，表明过滤器埔寨，应报瞥。4. 1. 17 滑油供捕或因油温度过低当滑油供油或凹油温度过低时
18、，应报替。4. 1. 18 滑油回袖温度过高当滑油凹油强度过高时，表明滑油系统成轴承工作不正常，应报警。4.1.19 燃料压力过低为保证燃烧室良好作，燃料供给应具有定的压力。如小于极限值，应报警。4.1.20 燃料力过高当供来的燃料压力过高时，为防止出现危险情况，应报替。4. 1. 21 燃料温度过低当情料温度过低时，应报替。4.1.22 燃料1世漏JIZ对燃料泄漏进行监测报臂。4. 1. 23 起动装置故障当起动装置出现故障时，应报警。4.1.24 油箱油位过高当滑油箱中油位过高时，应报警。4. 1. 25 油箱油位过低?当滑油箱中油位过低时，m_报警。4.1.26 热电偶故障如热电偶的讯度
19、指示不正常，为防止燃气轮机超温，应报警戒停机。还可设置各热电。偶之间的祖盏报替。4. 1. 27 滑油泵故障在具有滑动轴承的燃气轮机上配备有两套由独立功力源驱动的油泵时，当一食油泵提供的滑油压GB/T 14411-93 力低于规定值，应报瞥，并使另一台油泵自动投入工作。4. 1. 28 动力涡轮转速信号悄失当动力涡轮转速倍号消失时，说明传感器或相应电路出现放障，fZ报警戒停机。4. 1. 29 燃气发生器转速信号消失当燃气发生器转速倍号消失时，也表明传感器或相应电路出现故障，应报警戚停机。4. ，.拥有危险的大气条件检测当燃气轮机在非正常的大气条件下运行时，应检测大气中所含的公害物，如超过极限
20、值，应报警。4. 1. 31 辅助设备的保护如辅助设备工作未达到要求，过程不应进行下去，应报警。4. 1. 32 其他的过程或被收动设备的功能故障燃气轮机在运行过程中，如出现不包括在上述条文中并会导散失效的功能故障或被驱动设各出现功能故障时，均应:Ji警或停机。4. 1. 33 火警保护应对设备提供火警监测，并要有灭火和防止重燃的措施。检测到火警时，应报警井停机。还要考虑延迟放出灭火剂，以使人员撤离。4.2 保护装置保护装置包括进行检测、报警、停机和显示的装置，用于监控可能引起损坏或缩短燃气轮机寿命的状态。应设法记录故障发生前主要参数的变化，以查清故障的原因。4.2.1 电动、机械和手动保护保
21、护装置有电动、机械和手动王种形式。当电动保护失灵时，应有机械和子动紧急停机作最后保护，实行机旁控制(如燃料切晰)。4.2.2 音响报警可按需要提供一套曲报警和应急停机系统操纵的音响报警器。4.2.3 倍号器应提供报警和停机用的信号器。停机和报警的显示信号的颜色不应相同。信号器应清楚地指出，什么原因引起报警戒停机。4.2.4 监控参数监校的典型参数为:转速、温度、压力、振动、流量、输出功卒、并网成功信号、执行机构位移、f1载电流及电庄、起动成功及不成功次数、正常停机及应急停机次数、以及运行时数等，由供需YJ.方商定。4.2.5 倍息传递、监控、故障诊断和预测遥控和遥测需要有在燃气轮机控制和保护系
22、统与控制中心之间传递信息的监控设备。设备所能处理的参数和函数，以提供与监控设备相容的信号。报警时，应能自动记录有关参数的瞬时值。对于燃气轮机的状态监控，应有足够的参数能用于预测早期故障证兆和性能的降低.使故障得以避免，或能提供故障的延续发展的趋向信号。为了提高故障诊断的准确度，防止民断，对有些装置可用双通道，相互校对。在容错式余度系统中.应有同时工作的表决装就及自动切换装置.当一个控制器出现故障时，可自动切换使备用装置投入工作，切换应是无扰动地过渡，同时报替。4.2.6 保护装置的功能检查保护装置的意要保护功能(如越速、超温等)应能在慢车状态时采用降低报警值或用模拟方法检查。5 试验摆求5.
23、1 性能试验控制和保护系锐应进行调靠在稳态参数的校推试验，对动态性能仿真的模拟试验以及装机试验。GB/T 14411 - 9 3 5. 1. 1 校准试验所有控制系统的功能部件都应在试验台上进行校稚，使其稳态性能符合设计要求。重要的保护功能亦应进行试验和校准。5.1.2 模拟试验模拟试验可用计算机进行。模拟件应能模拟其在燃气轮机上的正常关系和功能。系统中的分组件或部件可分别进行试验，制这样的分开不应妨碍功能的模拟。模拟试验前，功能部件应进行次校准。试验中应模拟在燃气轮机上展受的工作负荷，应提供必要的测试仪表以指示各个部件的性能及各部件之间的功能关系。用于发电燃气轮机时可按有关标准进行甩余负荷试
24、验。对电子控制系统，还要进行抗干扰的模拟试验。5. 1. 3 装机试验控制和保护系统需装在燃气轮机上进行试验，测试系统性能，并最新校准，检菇各项功能及稳态和动态的性能指标，以符合设计要求。5. 2 长期试验5.2.1 室温持久试脸控制和保护系统应按供箭双方商定的时间或循环次数进行室温持久试验。5.2.2 加速老化试验所有部件(包括非金属零件)应放在一定强度的空气炉中保持一定的时间，具体数值由供需双方商定。可不要求在试脸组件上老化。5.2.3 加速等放试验在持久试验中可利用加速等效试验，以缩短试验时间及降低戚本。试验中，要求能模拟全部或最重要的环境条件和负荷情况，使系统中的一些单驰部件承受和持久
25、试验相当的考险。5. 3 环境试验5. 3. 1 高掘试验参照CJB242中有关规定执行。冥中所规定的植度、时间租循环次数的数值可根据预定的使用情况确定。5. 3. 2 低温试验参照GJB242中有关规定执行。其中所规定的温度、时间和循环次数的数值可根据预定的使用情况确定。5. 3. 3 眼度试验参照GJB242中有关规定执行。其中所规定的说度、时间和谊度的数值可根据预定的使用情况确定。5. 3. 4 冲击试验参照G.JB242巾有关规定执行。5. 3. 5 海洋环境试验供需权方可根据使用的环境条件商定。5. 3. 6 防爆试验供销双方可根据使用的环境条件商定。5.4 试用控制和保护系统的部件
26、除了进行上述各项试验外，还应将整个系统与燃气轮机配套，在现场按实用环境和负荷，作较长时间的试运行，以便最后，在实际场合下考棋其可靠性和使用寿命。这时，系统的性能指标和各项功能必须满足使用要求。具体要求由供需双方商定。6 电气设备6. 1 电源GB/T 14411 93 系统服采用专用电牒，以提高可靠性。6. 1. 1 电糠的隔离系统的输入和输出部分应采用隔离电椒，以适应恶劣的工作环境，提高抗干扰能力。并需使用单独的地钱。6. 1.2 备用电源系统应具有备用电源。6.2 接地均屏蔽所有控制部件的接线都应使用绝缴屏蔽电缆，电缆的屏蔽尽可能集中在一点接地。所有测试仪表的导线相电源导钱都应屏蔽。井与电
27、濒导线隔离。屏蔽在信号源处应是浮动的而在监控点是接地的。6.3 电制优先选用电惊:兰相，三线/四线，交流，50Hz , 380 V /220 V，或直流24V。6.4 配线为减少运行事故，应性意配线方法。为便于安装及检查，电气系统线路应尽可能安装在燃气轮机的一侧，接线端子盒应装在金属保护套内。电气系锐所使用的耐高温电缆，额定电压不大于600V，耐高泪电缆预定的使用植肢，在连续工作时可达2800C，在短期工作时可达400C。配钱还应注意:防振，接纳端的连接具有不对称性，接线端和线路的标记。6.5 安接系统的安装应有防振和冷却的措施。系统中所有会产生电弧的地方应密封。线路布置应考虑到在插头和插座脱
28、开之前切断电源。重要的操作按钮和电路都要有保护措施，以防误碰。7 数字拍制系统数字控制系统是利用数字或计算机来完成控制和保护功能。由数字式电子计算机(可包括键盘、屏幕显示器和打印机)、模-数及数-模转换装置、电报、执行机构和传感器组成。为提高系统的可靠性，叮采用余度容错系统，并应具有自检制自诊断功能，有较完善的监样，手段和隔离措施，以及具有抗外界电磁干扰和电源干扰的能力，以满足现场的工作条件和使用要求。7. 1 硬件7. 1. 1 元件筛选所有用于数字控制系统的元件都必须进行严格筛选，以保证可靠性。7.1.2 信号的感受吉号感受通道应具有抗干扰能力。可采用数字频率量来传递。要设法减小传感器的惯
29、性。使用时应进行校准。7. 1. 3 结构结构设计及元器件布局要合理，便于使用、维护和扩充e问类零部件应具有互换性。结构设计要满足可靠性要求。有些重要元件应有备份，可采用双余度，使具有一定的容锚能力。7.2 软件系统所采用的软件包括应用软件和系统支持软件。7.2.1 应用软件GB/T 1 4411 - 9 3 应用软件可由控制系统设计人员编制，以完成规定的控制和保护功能。可用汇编语言或高级语言编写，但应满足实时控制的要求。可采用模块菜单驱动的方式，以简化编程过程，并提供友好的用户界面。软件可有余度，以保证容错功能，并需具有自检能力。7.2.2 系统支持软件系统支持软件为计算机所固有的支持软件，
30、用于完成计算机本身工作所需的功能。此功能包括:软件和硬件的初始化，在线和离线的诊断试验，输入/输出的处理，系统监控，通讯以及必要的计算协调功能等等。7.3 系统的诊断试验系统的诊断试验用于检查数控系统是否能正常工作，诊断故障情况，以提高系统工作的可靠性。有三种形式的诊断试验:初始化诊断试验、离线诊断试验、在线诊断试验。7.3.1 初始化诊断试验初始化诊断试验是系统初始化时自动进行的一些检查。主要是对中央处理器及存储器等进行检查。7. 3. 2 离线诊断试验在安装调试时或维修后进行。包括对键盘、模数及数-模转换器、输入和输出的检查。7.3. 3 在线诊断试验在线诊断试验是在系统工作的情况下，对系统进行检查。应能明确地指出故障的部位。8 维护和寿命对系统应定期检查.校准并作记录。影响寿命的外界因素有:燃料种类和牌号、成分、性质、大气和环境条件、运行方式等。并据此考虑维护的方式。部件的寿命是以能继续正常运转为指标并以现场使用者的判断为处理依据。对控制和保护系统，应根据故障模式、失效分析及可靠性试验来确定平均无故障时间。不影响燃气轮机寿命的某些故障可不考虑。附加说明:本标准由中华人民共和国航空航天工业部提出。本标准由航空航天工业部三0一所归口。本标准由北京航空航天大学起草。本标准主要起草人毛可久、高克苓、蒋谕、武文华。
