1、ICS 27040K 58 园雷中华人民共和国国家标准GBT 144112008代替GBT 14411 1993轻型燃气轮机控制和保护系统Control and protective system for aero-derivative gas turbine200807-18发布 20090卜01实施宰瞀粥紫瓣警矬瞥星发布中国国家标准化管理委员会“1”刖 昌GBT 144112008本标准代替GBT 144111993(轻型燃气轮机控制和保护系统。本标准与GBT 144111 993相比主要变化如下：修改了标准适用范围(本版的第1章)；修改了清吹要求(本版的3215)；补充了正常停机和紧急停
2、机要求(本版的3232、3233)；增加了同步控制、瞬时超速限制和输出功率限制要求(本版的335、348、349)；补充了数字电子控制系统的性能指标要求(本版的3432)；删除了环境试验条款(1993年版的53)；修改了数字控制系统要求，整合成31(1 993年版的第7章)；修改了保护装置中信号器和监控参数相关要求(本版的434、43，5)；增加了环境条件要求(本版的第7章)。本标准由中国航空工业第一集团公司提出。本标准由中国航空工业第一集团公司归口。本标准起草单位：中航世新燃气轮机股份有限公司、中国航空综合技术研究所、江苏中航动力控制有限公司。本标准主要起草人：田祥泰、于培敏、张华、盂凡涛、
3、俞建峰。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：GBT 14411 1993。轻型燃气轮机控制和保护系统GBT 1441 120081范围本标准规定了轻型燃气轮机(以下简称燃气轮机)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要求。本标准适用于地面发电和机械驱动用的燃气轮机的控制和保护，其他用途的燃气轮机可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于
4、本标准。GBT 10489轻型燃气轮机通用技术要求3控制系统31基本要求311控制系统应能满足燃气轮机对控制、调节、监视和保护功能的需要，同时具有高度的可靠性、安全性和可用率，应符合GBT 10489的要求。312数字电子控制系统宜有冗余、容错和故障自诊断功能。系统硬件宜模块化、通用化，维护方便。控制软件应具有优良的实时性、容错性和安全性，编程方便、易于使用。313数字电子控制系统应提供良好的人机操作界面，与其他控制装置联接方便，具有可扩充性和开放性。314数字电子控制系统应具有标准的通讯接口。系统可通过通讯接口与外界交换数据，使用开放的、标准的通讯协议，应能很方便地融入上层系统。32控制功能
5、321起动3211概述从起动辅助设备开始直至燃气轮机到达空负荷转速(慢车转速)的全过程为起动过程。起动有手动起动、半自动起动、自动起动等方式，并可具有程序起动、多次起动和特种起动等功能。3212起动方式32121 手动起动装置根据供需双方一致同意的方案提供。手动起动要求操作者手动起动辅助设备，并逐步完成起动程序，直至燃气轮机到达空负荷转速(慢车转速)。32122半自动起动是手动起动辅助设备，但操作者应通过一次操作使燃气轮机自动完成其后的全部起动过程。3，21。23自动起动是操作者发出起动指令，燃气轮机自动完成全部的起动过程。3213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
6、供给燃料，使燃气轮机迅速、稳定、可靠地到达空负荷转速(慢车转速)。通常，按随燃气轮机转速或时间而变化的起动曲线来供给燃料。如有需要，应能按外界大气压力和温度修正此起动曲线。也可按其他参数的变化曲线控制或修正起动燃料量。】GBT 1441 120083214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动，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。3215清吹32151不论起动过程是手动、半自动或自动，起动控制系统均应根据要求设置必要的自动清吹周期，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
7、沿气路通过排放装置(包括烟囱)排出任何可燃物，根据燃气通道自由容积或所测出的其中燃气浓度来规定清吹时间，使燃气轮机排出的气体至少三倍于整个排气系统的容积，并可采取其他预防措施。32152 当使用高挥发性的液体燃料时。除清吹外还应采取专门的保护措施。321，6点火点火装置只是在起动期间正常供电。电路宜布置成可手动操作。点火装置应设有防止误操作的措施，必要时可将该装置电源线的两端接地。322加、减负荷3221加负荷加负荷可手动、半自动或自动进行，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。需要时，可规定加负荷的时间或速率(包括正常和紧急情况)。3222减负荷减负荷时要防止燃
8、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，应能保证最小的燃料供给量。需要时，应规定减负荷的时间或速率。3223暖机和冷机在加负荷或减负荷时，都要在规定负荷(或转速)下停留一定时间，以达到暖机或冷机的要求。323停机3231概述停机分正常停机和紧急停机。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残留燃料。3232正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。可用手动、半自动或自动的方式执行。发电用和机械驱动用燃气轮机的停机步骤为：a) 发电用燃气轮机停机步骤：1) 在同步转速下，有控制地卸负荷到零输出；2)断开发电
9、机出口断路器；3)降低转速或适当的冷却过程；4)切断燃料供给；5)停止盘车不需要的辅机；6) 如需要则进行盘车；7)停止其余辅机，如滑油泵；8)恢复到起动状态。b) 机械驱动用燃气轮机停机步骤：1) 有控制地卸载到最小负荷状态；2)适当的冷却过程；3)切断燃料供给；4)停止盘车不需要的辅机；2GBT 1441 120085)如需要则进行盘车；6)停止其余辅机，如滑油泵；7)恢复到起动状态。3233紧急停机紧急停机的要求为：a)紧急停机应有手动操作，也应能由保护装置自动停机。应迅速关闭燃料截止阀，切断燃料供给；b)除另有规定外，应提供自动方式使被驱动装置与所连接系统分开，以防止发电机逆功率运行或
10、负荷介质倒流；c)也可能需要操作放气系统，以释放储存的能量；d)应进行正常的盘车和停机程序，对装有自动再起动装置的机组，应采取措施防止不经手动复位就自动起动。324防止喘振应防止在起动、加负荷、减负荷和停机等过渡过程中引起的燃气轮机喘振。33燃料调节331概述3311从开始点火到最大负荷状态，以及加速和减速的整个运行过程中，控制系统应能稳定地控制供往燃气轮机中的燃料。33，12控制要求和保持设定值精度是随特殊应用情况而变化的，应在合同中详细规定。332稳态转速调整在有差调节的情况下，燃气轮机的稳态转速不等率应能调整在额定转速的26范围内，且应根据所带负荷的类型而定。333恒速控制3331 对于
11、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，该转速控制器应髓将空负荷时输出轴转速调定在额定转速的95106之间的任意值上。3332 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。334变速控制对于需要在一定转速范围内运行的燃气轮机(如气体压缩用动力装置)，控制系统应能使转速在一定范围内变化。转速范围可协商确定。335同步控制如果用户需要，转速调节系统应能进行同步转速控制。34性能指标34，1死区在额定转速以及在不大于最大输出功率的任一功率时，死区应不超过额定转
12、速的01。34，2漂移任何控制方式的转速漂移极限由供需双方共同商定。343转速控制系统的稳定性3431 燃气轮机在空载与最大负荷之间运行时，转速调节系统和燃料控制系统应能稳定地控制：a) 被驱动设备单独运行时的燃气轮机转速；b)被驱动设备并列运行时进入燃气轮机的燃料量。需要时可同时控制上述a)、b)两项。3GBT 1441 120083432 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动，其峰间幅度不超过额定转速的024，数字电子控制系统应不超过012；b)在额定转速下工作的被驱动设备与恒速的其他设备并联运行时，控制
13、系统引起的燃料输入持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；数字电子控制系统不应超过3。344温度控制系统的稳定性3441 当燃气轮机的温度控制系统在按照外界环境条件所设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温度。34，42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。数字电子控制系统应使其不超过4。345电功率控制系统的稳定性34，51对于发电用的燃气轮机，当燃气轮机的电功率控制器是在恒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输出电功率。3452 电功率控制系统引起的燃料输入的
14、持续脉动量所导致的输出功率变化，其峰间幅度不超过额定输出功率的4。数字电子控制系统应使其不超过3。346机械驱动控制系统的稳定性34。61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。346，2在稳定的负荷状态下，控制系统引起的燃气轮机燃料输人的持续脉动量所导致的输出功率变化，其峰间幅度不超过额定功率的4。数字电子控制系统应使其不超过3。347整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，将影响到前述系统的稳定性。348瞬时超速限制34，8，1 除非与用户另有商定，转速调节系统应在瞬间甩额定负荷的情况下能防止燃气轮机到达遮断转速。3482转速的瞬态过程不仅与调
15、节器性能有关，也与燃气轮机的特性、转动惯量和瞬态负荷有关。349输出功率限制为了防止轴输出功率超限，可通过降低涡轮极限温度的方法，当然也可采用检测输出功率或把燃气轮机的转速作为控制参数的其他方法。4保护系统41保护要求411燃料切断4111燃气轮机在任何状态下停机，除了燃料调节阀应回到最小位置外，燃料控制系统还要有独立的快速截止阀。它在任何一种停机指令下都能切断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。4112为了燃气轮机的安全，应设有旁路排放阀或多重截止阀，使得停机后燃料漏人燃气轮机的危险减至最小。412超速保护4121在任何突然失去负荷的情况下，为防止瞬时转速超过轴系
16、或其他被驱动设备的最大安全极限，应具备超速保护装置。应能报警，并用不通过主控制器的方法紧急关闭燃料截止阀。4122在燃气轮机动力装置中，尤其是带有多轴装置的情况下，连接设备突然失去负荷时，燃气轮机可能承受很高的加速度，在超速保护动作后，转速可能继续上升，其瞬时转速可能远高于遮断转速。但4GBT 1441 12008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、机械或液压方式相连接的各种辅助设备都能承受相应的超速。4123对实际上不会出现危险超速的轴除外，每根独立的轴系都应装有超速自动保护装置，且应与带有超速保护的主控制器无关。412，4设备设计时
17、应允许对超速保护装置进行试验和调整。4125如果在燃气轮机中储存有热量或大量的高压空气时，除超速保护外，还应设置额外的保护。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。4126超速保护装置通常应调整到当输出轴转速超过额定转速710时动作。4127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。413过低转速保护在燃气轮机或被驱动负荷中可能存在过低转速限制情况下，应考虑过低转速保护。414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，应报警并停机，并应考虑延迟放出灭火剂，以便人员撤
18、离。415熄火保护燃烧室熄火时，需报警，并应切断燃料。可采用火焰监测器或其他措施监测。416控制及保护系统故障保护当控制电路电源失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，一般情况下，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运行状态或停机。42保护功能421概述保护系统应对可能引起燃气轮机损坏或影响其使用寿命的参数进行监测、报警、停机和显示。主要保护项目和保护功能见表1，供需双方可根据使用情况选择。表1保护项目和功能功 能序 号 项 目报警 停机422 超速保护423 超温保护424 超扭保护42 5 过低转速保护426 振动保护4 27 喘振保护428 滑油压力低
19、429 点火不成功42Io 熄火保护4211 转速悬挂保护4Z12 轴位移保护4213 进气过滤器压差高42 14 轴承温度高保护GBT 144112008表1(续)功 能序 号 项 目报警 停机4215 控制及保护系统故障4216 滑油冷却器出口处滑油温度高4217 滑油或燃料过滤器压差高4218 滑油供油和回油温度低4219 滑油回油温度高4220 燃料压力低4221 燃料压力高4222 燃料温度低4223 燃料泄漏4224 起动装置故障4225 油箱油位高4226 油箱油位低4227 热电偶故障4228 滑油泵故障4229 动力涡轮转速信号消失4230 燃气轮机转速信号消失4 2 31
20、有危险的大气条件检测4 232 辅助设备的保护4233 其他的过程或被驱动设备的功能故障4 2 34 火警保护注信号动作；一：无动作。4。22超速保护在燃气轮机转速超过限定值时，应报警或停机，42，3超温保护如燃气轮机涡轮出口处温度超过最大温度限定值，应报警或停机。设置最大温度限定值时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限定值应有所不同。424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，要有相应的保护功能，应报警或停机。425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，应报警或停机。426振动保护振动保护装置应测量各监测点上
21、的振动参量及其变化率，如超过允许值，应报警。在超过极限值或持续一定时间后，应使燃气轮机停机。427喘振保护喘振由感受相应参数的喘振监测器监视，超出限定值时应报警；如继续发展，则应停机。可通过放气或转动压气机导向叶片等方法防止喘振。6GBT 1441 12008428滑油压力低当滑油压力低，即表明滑油系统出现故障，应报警或停机。429点火不成功在点火装置出现故障或其他原因使点火不成功时，应报警并停机。4210熄火保护燃烧室熄火时，应报警并停机。4211转速悬挂保护在起动或加速时，当转速停止上升并延续一定时间后，表明转速产生悬挂，应报警或停机。4212轴位移保护各个轴的轴向位移的最大活动量高于限定
22、值时，应报警或停机。4213进气过滤器压差高进气过滤器因堵塞或结冰而造成压差过高时，应报警或停机。4214轴承温度高保护具有滑动轴承的燃气轮机应装有温度监测器，测量轴承温度和回油温度。当温度高于限定值时，应报警或停机。4215控制及保护系统故障当控制电路电源失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，一般情况下，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运行状态或停机。4216滑油冷却器出口处滑油温度高当滑油冷却器出口处滑油温度高于限定值时，表明冷却器失效或系统中有其他故障，应报警。4217滑油或燃料过滤器压差高当滑油或燃料过滤器压差高于限定值时，表明过滤器堵塞，应报
23、警。4218滑油供油或回油温度低当滑油供油或回油温度低于限定值时，应报警。4219滑油回油温度高当滑油回油温度过高时，表明滑油系统或轴承工作不正常，应报警。4220燃料压力低为保证燃烧室良好工作，燃料供给应具有一定的压力。如低于限定值，应报警。4221燃料压力高当供来的燃料压力高于限定值时，为防止出现危险情况，应报警。4222燃料温度低当燃料温度低于限定值时，应报警。4223燃料泄漏应对燃料泄漏进行检测，当出现燃料泄漏时应报警。4224起动装置出现故障当起动装置出现故障时，应报警。4225油箱油位高当滑油箱中油位高于限定值时，应报警。4226油箱油位低当滑油箱中油位低于限定值时，应报警。422
24、7热电偶故障如热电偶的温度指示不正常，为防止燃气轮机超温，应报警或停机。还可设置各热电偶之间的温差报警。7GBT 1441120084228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动力源驱动的油泵时，当一台油泵提供的滑油压力低于限定值，应报警，并使另一台油泵自动投入工作。4229动力涡轮转速信号消失当动力涡轮转速信号消失时，说明传感器或相应电路出现故障，应报警并停机。4230燃气轮机转速信号消失当燃气轮机转速信号消失时，也表明传感器或相应电路出现故障，应报警并停机。4231 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，如超过限定值，应报警或停
25、机。4232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。4233其他的过程或被驱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致失效的功能故障或被驱动设备出现功能故障时，均应报警或停机。4234火警保护检测到火警时，应报警并停机。43保护装置431概述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。应记录故障发生前、后主要参数的变化，以查清故障的原因。432电动、机械和手动保护保护装置有电动、机械和手动三种形式。当电动保护失灵时，应有机械和手动紧急停机作最后保护，实行就地控制(如燃料切断)。433音响报警可
26、按需要提供一套由报警和紧急停机系统操纵的音响报警器。434信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，是什么原因引起报警或停机。数字电子控制系统可由显示器完成此功能。435监控参数监控的典型参数为：转速、温度、压力、振动、流量、输出功率、并网成功信号、执行机构位移、负载电流及电压、起动成功及不成功次数、正常停机及紧急停机次数、以及运行时数等，可由供需双方商定。这些参数均需实时监控并储存在历史记录中。436信息传递、监控、故障诊断和预测4361遥控和遥测需要有在燃气轮机控制和保护系统与控制中心之间传递信息的监控设备。应规定监控设备所能处理的参数和函数
27、，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。4362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征兆和性能的降低，使故障得以避免，或能提供故障的延续发展的趋向信号。4363为了提高故障诊断的准确度，防止误断，对有些装置可用双通道，相互校对。4364冗余系统切换时，应是无扰动地过渡，同时报警。437保护装置的功能检查保护装置的重要保护功能(如超速、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。8GBT 1441120085试验要求51性能试验511概述控制和保护系统性能试验包括稳态参数的校准试验、动态性能模拟试验以及装机试验。试验项目可由供需双方协商
28、确定。512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准，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。513模拟试验5131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，但这样的分开不应妨碍功能的模拟。51，32模拟试验前，功能部件应进行一次校准。5133试验中应模拟在燃气轮机上承受的工作负荷，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。用于燃气轮机发电时，可按有关标准进行甩全负荷试验。5134对电子控制系统，还要进行抗干扰的模拟试验。514装机试验控制和保护系统需装在燃气轮机上进行试验，测
29、试系统性能，并重薪校准，检查各项功能及稳态和动态的性能指标，以符合设计要求。52室温持久试验控制和保护系统应按供需双方商定的时间或循环次数进行室温持久试验。53试用应将控制和保护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，以便考察其在实际场合下的可靠性和使用寿命。这时，系统的性能指标和各项功能应满足使用要求。具体要求由供需双方商定。6电气设备61 电源6，1，1 系统应采用专用电源，或不间断电源(UPS)以提高可靠性。612如有必要，系统的输入和输出部分应采用隔离电源，以适应恶劣的工作环境，提高抗干扰能力。并需使用单独的地线。613系统应优先选用交流220 V、50 Hz和
30、或直流24 V电源。62接地与屏蔽621所有控制部件的接线宜使用绝缘屏蔽电缆，电缆的屏蔽尽可能集中在一点接地。622所有测试仪表的导线和电源导线都应屏蔽。并与电源导线隔离。623屏蔽在信号源处应是浮动的，而在监控点是接地的。63配线631为减少运行事故，应注意配线方法。632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。633电气系统所使用的耐高温电缆，额定电压不大于600 V，耐高温电缆预定的使用温度，在连续工作时可达280，在短期工作时可达400。634配线还应注意防振、接线端和线路的标记以及接线端连接的不对称性。9GBT 1441 120086
31、4安装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环境条件71概述在下述规定的任何环境条件下，控制装置及系统应能够稳定的持续运行。72环境温度721使用环境，即工作温度为035。722储运温度为一4050。73环境相对湿度环境相对湿度在室内工作时为4565，在储运时为4595。74环境振动环境引起的控制装置的振动频率10 Hz50 Hz，振幅015 mm。75环境的大气压力大气压力：0086 MPa0106 MPa。76电磁干扰在直然界和规定的电磁干扰情况下，装置能正常地运行。装置本身不应发出超过规定的无线电磁干扰。8维护和寿命81对系统应定期检查，校准并作记录。82影响寿命的外部因素有：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。83部件的寿命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。84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。lO
