一种静止变频启动系统及其控制方法与流程

1.本发明属于电力技术领域，具体涉及一种静止变频启动系统及其控制方法。


背景技术：

2.燃气机组通过燃烧天然气作为动力，但由于燃机启动转矩过大，无法自启动，需要一个外部的动力将整个轴系转动起来。燃机变频启动就是指以静止变频启动装置(简称sfc或lci)为发电机提供电源，驱动燃机轴系转动,直到一定转速。燃机发电机组变频启动系统是燃气机组的关键设备之一，所以第三方设备替代更换该系统的设备的策略研究及控制要求是非常高。ge-9f机组的变频启动系统是ge生产配套的ls2100系统，与燃机控制系统融为一体，全封闭的控制系统，不对第三方设备开放。目前，没有对此进行第三方替代的设备系统和控制方法。


技术实现要素：

3.本发明提出一种静止变频启动系统及其控制方法，用于解决燃气机组启动问题，其具体技术内容如下：
4.本发明的静止变频启动系统包括至少一条与燃机机组连接的启动线路，每条启动线路分别包括依次相连的输入开关、变压器、静止变频器和输出开关；各燃机机组分别匹配有一接地开关和一励磁装置；该输入开关的连接交流源，该输出开关连接燃机机组，该接地开关将燃机机组的输入端接地；当存在两条以上启动线路时，各启动线路的输出开关之间由连接开关桥接，该输入开关、输出开关、接地开关和连接开关分别受控实现通断。
5.于本发明的一个或多个实施例当中，该启动线路与燃机机组的输入端之间设有受控实现通断的隔离开关。
6.本发明的静止变频启动控制方法，其基于上述的静止变频启动系统，其包括有单机组启动步骤和跨机组启动步骤；
7.该单机组启动步骤执行以下操作：
8.s11，启动线路执行自检，自检通过后执行步骤s12；
9.s12，断开接地开关，闭合输出开关和输入开关，随后执行步骤s13；
10.s13，启动与燃机机组对应的励磁装置，随后执行步骤s14；
11.s14，启动静止变频器；
12.该跨机组启动步骤执行以下操作：
13.s21，被选用的启动线路执行自检，自检通过后执行步骤s22：
14.s22，闭合连接开关以将被选用的启动线路与目标燃机机组连通，随后执行步骤s23；
15.s23，断开与目标燃机机组连接的接地开关，闭合被选用的启动线路的输出开关和输入开关，随后执行步骤s24；
16.s24，启动与目标燃机机组对应的励磁装置，随后执行步骤s25；
17.s25，启动被选用的启动线路的静止变频器。
18.于本发明的一个或多个实施例当中，在断开接地开关时同步闭合与该接地开关对应连接的隔离开关。
19.于本发明的一个或多个实施例当中，在燃机控制系统中定义多个静止变频启动系统的信息点以实现静止变频启动系统的接入与控制；该信息点包括反馈输入开关、输出开关、隔离开关和连接开关的分闸/合闸状态信息点，反馈变压器、静止变频器和励磁装置的运行状态信息点，反馈电流、电压和频率的模拟量信息点，以及输出至静止变频启动系统的指令信息点。
20.于本发明的一个或多个实施例当中，在启动线路对燃机机组的启动操作中，燃机机组的转子先进入盘车状态，继而启动静止变频器；燃机机组转速上升至第一转速，燃机控制系统发出清吹转速指令以令燃机机组执行清吹，清吹完成后燃机控制系统控制燃机机组转速下降至第二转速并进行点火；若点火成功，则维持第二转速并暖机；若点火失败则重复上述清吹与点火操作直至点火成功；在暖机完成后，燃机控制系统对燃机机组发出提速指令，至燃机机组的转速达第三转速时关停静止变频器，之后由燃机机组单独提速至并网转速。
21.本发明的有益效果是：系统结构合理，使用灵活、方便，控制过程满足ge-9f重型燃机启动运行模式要求，实现精准的对ge-9f燃机变频启动控制，实现国产化替代的改造方案，可以推广至所有ge-9f重型燃机的变频启动装置国产化改造，打破国外技术“卡脖子”，促进国产设备的应用，消除国外设备垄断造成的运维成本、改造成本“高溢价”现象。
附图说明
22.图1为本发明的静止变频启动系统架构图。
23.图2为ge-9f机组的变频启动系统与其配套的ls2100系统的通信接线图。
24.图3为本发明的静止变频启动控制方法流程图。
具体实施方式
25.如下结合附图对本技术方案作进一步描述：
26.静止变频启动系统包括至少一条与燃机机组连接的启动线路，每条启动线路分别包括依次相连的输入开关、变压器、静止变频器和输出开关；各燃机机组分别匹配有一接地开关、一隔离开关和一励磁装置；该输入开关的连接交流源，该输出开关连接燃机机组，该接地开关将燃机机组的输入端接地，该隔离开关连接输出开关和燃机机组的输入端；当存在两条以上启动线路时，各启动线路的输出开关之间由连接开关桥接，该输入开关、输出开关、接地开关、连接开关和隔离开关分别受控实现通断。本系统可以实现单套机组变频启动运行或者两套机组同时变频启动运行，具有拓扑结构简单、配置灵活、闭锁完善、可靠性高、可扩展型强等特点，且能满足冗余运行和独立检修要求，适用于燃气轮机组静止变频启动领域，可以完全替代在运ge-9f机组的静止变频启动装置，包括解决阻碍第三方设备系统接入ge公司配套的燃机控制系统markvi e策略、措施。
27.具体的，参见附图1，该启动线路至少包括第一启动线路和第二启动线路；
28.该第一启动线路具有依次相连接的第一输入开关2、第一变压器3、第一静止变频
器4和第一输出开关5；该第一输入开关2连接第一交流源1、第一启动线路连接第一燃机机组9，该第一燃机机组9匹配有第一励磁装置10、第一隔离开关6以及第一接地开关8，该第一隔离开关6连接于第一输出开关5与第一燃机机组9的输入端之间，该第一接地开关8将第一燃机机组9的输入端接地；
29.该第二启动线路具有依次相连接的第二输入开关12、第二变压器13、第二静止变频器14和第二输出开关15；该第二输入开关12连接第二交流源11、第二启动线路连接第二燃机机组18，该第二燃机机组18匹配有第二励磁装置19、第二隔离开关16以及第二接地开关17，该第二隔离开关16连接于第二输出开关15与第二燃机机组18的输入端之间，该第二接地开关17将第二燃机机组18的输入端接地；
30.于该第一输出开关5和第二输出开关15之间接有第一连接开关7。
31.基于上述的静止变频启动系统的静止变频启动控制方法，其包括有单机组启动步骤和跨机组启动步骤；
32.该单机组启动步骤执行以下操作：
33.s11，启动线路执行自检，自检通过后执行步骤s12；
34.s12，断开接地开关，闭合输出开关和输入开关，随后执行步骤s13；
35.s13，启动与燃机机组对应的励磁装置，随后执行步骤s14；
36.s14，启动静止变频器；
37.该跨机组启动步骤执行以下操作：
38.s21，被选用的启动线路执行自检，自检通过后执行步骤s22：
39.s22，闭合连接开关以将被选用的启动线路与目标燃机机组连通，随后执行步骤s23；
40.s23，断开与目标燃机机组连接的接地开关，闭合隔离开关，闭合被选用的启动线路的输出开关和输入开关，随后执行步骤s24；
41.s24，启动与目标燃机机组对应的励磁装置，随后执行步骤s25；
42.s25，启动被选用的启动线路的静止变频器。
43.该输入开关、输出开关和隔离开关在常态下断开，该接地开关在常态下闭合；启动线路执行自检时需满足：a)当前线路中的输入开关、输出开关和隔离开关是否处于断开状态；b)接地开关是否处于闭合状态；c)励磁装置和静止变频器是否处于可服务状态；若满足上述条件，则判断回路无故障，启用该启动线路；否则，切换其它启动线路。
44.应用方式一，结合附图1，第一启动线路、第二启动线路分别进行第一燃机机组、第二燃机机组的静止变频启动，执行以下操作：
45.首先，断开第一连接开关7；
46.然后，若第一启动线路自检无故障，则对第一启动线路依序执行：断开第一接地开关8，闭合第一隔离开关6，闭合第一输出开关5，闭合第一输入开关2，启动第一励磁装置10，启动第一静止变频器4；
47.若第二启动线路自检无故障，则对第二启动线路依序执行：断开第二接地开关17，闭合第二隔离开关16，闭合第二输出开关15，闭合第二输入开关12，启动第二励磁装置19，启动第二静止变频器14。
48.应用方式二，结合附图1，第一启动线路进行第一燃机机组的静止变频启动，执行
以下操作：
49.若第一启动线路自检无故障，则依序执行：断开第一连接开关7，断开第一接地开关8，闭合第一隔离开关6，闭合第一输出开关5，闭合第一输入开关2，启动第一励磁装置10，启动第一静止变频器4；
50.若第一启动线路自检有故障，则切换由第二启动线路进行第一燃机机组静止变频启动时，依序执行：闭合第一连接开关7，断开第一接地开关8，闭合第一隔离开关6，闭合第二输出开关15，闭合第二输入开关12，启动第一励磁装置10，启动第二静止变频器14。
51.同理，在第二启动线路进行第二燃机机组的静止变频启动，也执行与上述类似的操作，并且可以延伸应用于多机组的跨机组启动操作，选择无故障的启动线路并通过连接开关连通其与对应燃机机组的回路即可，在此不重复叙述。
52.进一步的，为实现静止变频启动系统的接入与控制，在燃机控制系统中定义多个静止变频启动系统的信息点；该信息点包括反馈输入开关、输出开关、隔离开关和连接开关的分闸/合闸状态信息点，反馈变压器、静止变频器和励磁装置的运行状态信息点，反馈电流、电压和频率的模拟量信息点，以及输出至静止变频启动系统的指令信息点。
53.即，将原变频启动装置与燃机控制系统的egd通信信号按照信号类型分别处理，参见附图2，曲线1是将edg通信点中用于信号状态反馈，包括开关刀闸分闸、合闸状态、故障告警等信号点，在燃机控制系统增加点信息定义，经加工处理，将变频启动系统硬接线输出的信号点与燃机控制系统的软件信息点关联；曲线2是将egd通信点中用于接收变频启动系统送来的模拟量信号，包括电流、电压、频率等信息信号点，在燃机控制系统通过转换处理，与原燃机控制系统软件信息点关联。曲线3是将egd通信的数字量转换处理，成为开关量输出点，另外将egd通信点中用于将输出的指令，包括分闸、合闸指令信号点，在燃机控制系统增加点信息定义，经加工处理，将燃机控制系统用于输出指令至变频启动装置的信号点进行输出关联；从而实现第三方设备接入原有燃机控制系统的接口。
54.结合附图1和2，第一静止变频器4和第二静止变频器14连接并受控于燃机控制系统；第一静止变频器4可以设定用于监视第一接地开关8的刀闸反馈状态、第一隔离开关6的刀闸反馈状态、第一连接开关7的刀闸反馈状态、第一输入开关2的断路器反馈状态、第一输出开关5的刀闸反馈状态，然后第一静止变频器4根据获知的第一接地开关8、第一隔离开关6、第一连接开关7、第一输入开关2、第一输出开关5的反馈状态来约束对第一输入开关2的合闸、分闸动作，第一输出开关5的刀闸的合闸、分闸动作，以及第一连接开关7的刀闸的合闸、分闸动作。同样，第二静止变频器14可以设定用于监视第二接地开关17的刀闸反馈状态、第二隔离开关16的刀闸反馈状态、第二输入开关12的断路器反馈状态、第二输出开关15的刀闸反馈状态，然后第二静止变频器14根据获知的第二接地开关17、第二隔离开关16、第二输入开关12、第二输出开关15的反馈状态来约束对第二输入开关12的合闸、分闸动作，第二输出开关15的刀闸的合闸、分闸动作。
55.再进一步的，在启动线路对燃机机组的启动操作中，燃机机组的转子先进入盘车状态，继而启动静止变频器；
56.燃机机组转速上升至第一转速，燃机控制系统发出清吹转速指令以令燃机机组执行清吹，清吹完成后燃机控制系统控制燃机机组转速下降至第二转速并进行点火；若点火成功，则维持第二转速并暖机；若点火失败则重复上述清吹与点火操作直至点火成功；在暖
机完成后，燃机控制系统对燃机机组发出提速指令，至燃机机组的转速达第三转速时关停静止变频器，之后由燃机机组单独提速至并网转速(3000转/分钟)。该第一转速为600-700转/分钟，优选为699转/分钟；该第二转速为400-500转/分钟，优选为420转/分钟；该第三转速为2500-2800转/分钟，优选为2565转/分钟；清吹时长为10-15分钟，优选为11分钟；暖机时长为3-8分钟，优选为5分钟。
57.参见附图3，以燃机控制系统实际发令流程为例：markvie为燃机控制系统，lci代表静止变频器，g1代表第一燃机机组，g2代表交叉启动的第二燃机机组，e1代表第一燃机机组的第一励磁装置，89ts代表两台燃机机组交叉启动的第一连接开关，52ss代表静止变频器的第一输入开关，89md_1代表静止变频器的第一输出开关，89nd代表第一接地开关，89ss_1为第一燃机机组的机端刀闸。
58.静止变频启动控制过程：
59.1)启动前首先确认第一静止变频器#1lci1或第二静止变频器#2lci在就绪状态；
60.2)在燃机控制系统markvie的画面选择第一燃机机组g1用第一静止变频器#1lci还是用第二静止变频器#2lci启动，如果选用第二静止变频器#2lci，则为交叉启动模式，将有第一连接开关89ts的控制过程；
61.3)lci接收到g1选择令后发“可服务g1”反馈给燃机控制系统markvie；
62.4)燃机控制系统markvie发令置第一励磁装置e1为lci启动模式，第一励磁装置e1启动运行；
63.5)第一励磁装置e1运行后燃机控制系统markvie发顺控请求给静止变频器lci，接着发上电请求给静止变频器lci；
64.6)静止变频器lci接收到上电请求后发出“lci已服务g1”；
65.7)燃机控制系统markvie收到已服务后，发“lci服务g1已确认”；
66.8)静止变频器lci发令合第一输入开关52ss、第一输出开关89md_1，如果选择第二静止变频器#2lci来启动g1机组，则需接着合第一连接开关89ts；
67.9)静止变频器lci完成上述控制后发“系统已连接”；
68.10)燃机控制系统markvie收到静止变频器lci连接已完成后发出第一燃机机组g1的机端刀闸89ss合闸令，确认合到位后再发出第一接地开关89nd分闸令；
69.11)燃机控制系统markvie接到第一接地开关89nd分位反馈后发“lci运行令”和“lci力矩令”，接着静止变频器lci在机组转子在盘车状态启动运行，并发励磁给定量模拟信号给励磁装置，然后根据9f燃机运行模式要求发“清吹转速令”；
70.12)第一燃机机组g1升速至699转/分钟，清吹11分钟结束后，lci力矩指令回收，机组降速至420转/分钟进行点火，点火成功，将回收点火指令，维持转速并暖机5分钟后；如果点火失败则再次发出清吹转速令进行清楚和点火流程；
71.13)机组点火成功并暖机5分钟后markvi e发出全速令，此时lci和燃机合力对机组进行升速；
72.14)机组升速至自持转速2565转/分钟，燃机控制系统markvie回收lci运行令、全速令、力矩令；
73.15)静止变频器lci接回收“lci已运行令”，此时燃机控制系统markvi e发令至第一励磁装置e1为自动模式；
74.16)然后静止变频器lci按次序发第一输入开关52ss分闸令、第一输入开关89md_1分闸令，如果是选择#2lci启动g1，则发第二输入开关89ts分闸令；
75.17)当完成上述控制流程后，lci回收“系统已连接”；
76.18)燃机控制系统markvie发第一燃机机组g1的机端刀闸89ss分闸令，确认第一燃机机组g1的机端刀闸89ss分位后再发第一接地关开89nd合闸令，lci启动控制流程结束，之后机组由燃机单独加速至并网转速(3000转/分钟)。
77.上述优选实施方式应视为本技术方案实施方式的举例说明，凡与本技术方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。