航改型燃机发电机组甩负荷性能优化系统及工作方法与流程

1.本发明涉及航改型燃机设备技术领域，具体地，涉及一种航改型燃机发电机组甩负荷性能优化系统及工作方法。


背景技术：

2.航改型燃气轮机是指将航空喷气发动机加以改造，配以动力透平，使其转速及功率符合陆地发电或机械拖动的需要的燃气轮机。
3.甩负荷是指转子高速旋转的发电机组在正常运行时，因某些原因突然失去负荷的情况。甩负荷通常会导致机组转速飞升。航改型燃机发电机组的发电机转子多数仅与动力透平耦合，不与压气机直接耦合。与汽轮机及重型燃机相比，转子转动惯量明显减小。
4.现有公开号为cn215340220u的中国专利申请文献，其公开了一种集成式冗余振动监控装置及航改型燃气轮发电机组，包括集成板，所述集成板上依次设置的主处理器、输入模块、继电器输出模块及冗余备用处理器；所述继电器输出模块连接设置在所述主处理器和所述冗余备用处理器；所述输入模块用于连接燃机上各类传感器，所述主处理器用于驱动所述继电器输出模块。
5.现有技术中的航改型燃机发电机组在发生甩负荷时，转子快速飞升，机组易发生超速导致跳闸，存在待改进之处。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种航改型燃机发电机组甩负荷性能优化系统及工作方法。
7.根据本发明提供的一种航改型燃机发电机组甩负荷性能优化系统,包括控制单元、负载单元以及投入开关qf0；所述控制单元接受来自发电机组及其发变组的信号，且所述控制单元判断发电机组甩负荷工况是否发生；所述发电机组甩负荷发生，所述投入开关qf0闭合，所述负载单元投入发电机组；所述发电机组甩负荷未发生，所述投入开关qf0断开，所述负载单元退出发电机组。
8.优选地，所述发电机组及其发变组的信号包括：发电机出口断路器52g分闸或合闸状态；主变高压侧断路器52u分闸或合闸状态；燃机加速度控制方式已激活；plu装置动作。
9.优选地，所述甩负荷工况发生条件为：所述发电机组正常运行，所述断路器52g和断路器52u二者均为合闸状态，且负荷大于50％时，以下任一工况发生：发电机出口断路器52g跳闸；主变高压侧断路器52u跳闸；断路器52g和断路器52u二者均为合闸状态时，燃机加速控制方式激活；断路器52g和断路器52u二者均为合闸状态时，plu装置动作。
10.优选地，所述甩负荷工况发生后：所述控制单元控制投入开关qf0闭合，所述负载单元投入发电机组，当所述负荷低于40％时，所述控制单元控制投入开关qf0断开，所述负载单元退出发电机组。
11.优选地，所述负载单元包括三相负载电阻rn、进线开关qfnr、冷却风扇fann、变压器
tfrn以及进线开关qfnf，所述进线开关qfnr的一端分别与投入开关qf0和进线开关qfnf连接，所述进线开关qfnr的另一端与三相负载电阻rn的一端连接；所述进线开关qfnf的另一端与变压器tfrn的一端连接，所述变压器tfrn的另一端与冷却风扇fann的一端连接；所述冷却风扇fann的另一端与三相负载电阻rn的另一端连接并接地。
12.优选地，所述负载电阻rn的额定功率为燃机额定功率的2％。
13.优选地，所述负载单元包括多个工作负载单元和一个备用负载单元。
14.优选地，所述备用负载单元通过控制单元自动投入或退出发电机组；或所述备用负载单元手动投入或退出发电机组。
15.优选地，所述控制单元包括plc控制器和人机接口hmi；所述plc控制器接受来自发电机组及其发变组的信号并判断发电机组甩负荷工况是否发生；所述人机接口hmi反馈系统状态。
16.根据本发明提供的一种航改型燃机发电机组甩负荷性能优化系统的工作方法，工作方法包括如下步骤：s1、发电机组正常并网运行，控制单元实时判断甩负荷是否发生；s2、若甩负荷工况未发生，投入开关qf0断开；若甩负荷工况发生，投入开关qf0闭合；s3、投入开关qf0闭合后，多个负载单元依次间隔投入发电机组；s4、当燃机发电机组进入全速空载状态后，多个负载单元依次间隔退出发电机组；s5、负载单元全部退出后，投入开关qf0断开。
17.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
18.1、本发明通过控制单元能够实时监控发电机组的运行状态，在甩负荷工况发生时，通过控制单元指令自动加载三相负载电阻rn，将发电机组的多余动能转变为电热能，并用强制换热的方式将三相负载电阻rn上的热量排出至环境，有助于改善发电机组的甩负荷动态特性，防止发电机组因超速导致跳闸，使燃机能够更快更稳定地进入全速空载状态。
19.2、本发明通过在甩负荷工况发生时加载三相负载电阻rn，改善了航改型燃机发电机组的甩负荷动态响应，解决了低转动惯量的发电机组在甩负荷工况下易发生超速跳闸的问题。
20.3、本发明通过将三相负载电阻rn分步投入的方式，减小甩负荷工况下瞬时重新带载的电流冲击。
21.4、本发明通过将三相负载电阻rn分步退出的方式，减小了甩负荷性能优化系统退出过程对燃机全速空载的转速扰动。
附图说明
22.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
23.图1为本发明主要体现航改型燃机发电机组甩负荷性能优化系统原理图；
24.图2为本发明主要体现航改型燃机发电机组甩负荷性能优化系统工作流程图；
25.图3为本发明主要体现航改型燃机发电机组甩负荷性能优化系统效果示意图。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术
人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
27.如图1所示，根据本发明提供的一种航改型燃机发电机组甩负荷性能优化系统及工作方法，包括控制单元、负载单元以及投入开关qf0。
28.控制单元接受来自发电机组及其发变组的信号，且控制单元判断发电机组甩负荷工况是否发生。具体地，控制单元包括plc控制器和人机接口hmi。plc控制器接受来自发电机组及其发变组的信号并判断发电机组甩负荷工况是否发生，人机接口hmi反馈系统状态，可使操作员监视系统状态。
29.若发电机组甩负荷发生，投入开关qf0闭合，负载单元投入发电机组。若发电机组甩负荷未发生，投入开关qf0断开，负载单元退出发电机组。
30.其中，发电机组及其发变组的信号包括：发电机出口断路器52g分闸或合闸状态；主变高压侧断路器52u分闸或合闸状态；燃机加速度控制方式已激活；plu装置动作。
31.甩负荷工况发生条件为：发电机组正常运行，断路器52g和断路器52u二者均为合闸状态，且负荷大于50％时，以下任一工况发生：发电机出口断路器52g跳闸；主变高压侧断路器52u跳闸；断路器52g和断路器52u二者均为合闸状态时，燃机加速控制方式激活；断路器52g和断路器52u二者均为合闸状态时，plu装置动作。
32.甩负荷工况发生后：控制单元控制投入开关qf0闭合，负载单元投入发电机组，当负荷低于40％时，控制单元控制投入开关qf0断开，负载单元退出发电机组。且负载单元的实时状态信号送至控制单元监控，可供hmi查询。
33.更为具体地，负载单元包括三相负载电阻rn、进线开关qfnr、冷却风扇fann、变压器tfrn以及进线开关qfnf。进线开关qfnr的一端分别与投入开关qf0和进线开关qfnf连接，进线开关qfnr的另一端与三相负载电阻rn的一端连接。进线开关qfnf的另一端与变压器tfrn的一端连接，变压器tfrn的另一端与冷却风扇fann的一端连接。冷却风扇fann的另一端与三相负载电阻rn的另一端连接并接地。冷却风扇fann的出风口正对三相负载电阻rn，实现用强制换热方式将三相负载电阻rn的热量排出至环境。
34.进一步地，负载单元包括多个工作负载单元和一个备用负载单元，本技术一种可行的实施方式为，包括五个负载单元，n＝1，2，3，4，9，其中工作负载单元设置有四个，备用负载单元设置有一个。每个三相负载电阻rn的额定功率为燃机额定功率的2％，从而使四个工作负载单元投入发电机组，能够使发电机组短时间内负荷由0％升至8％。
35.其中，备用负载单元可以通过控制单元自动投入或退出发电机组，备用负载单元也可以手动投入或退出发电机组。
36.本技术的控制单元能够实时监控发电机组的运行状态，在甩负荷工况发生时，通过控制单元指令自动加载三相负载电阻rn，将发电机组的多余动能转变为电热能，并用强制换热的方式将三相负载电阻rn上的热量排出至环境，可以改善发电机组的甩负荷动态特性，防止发电机组因超速导致跳闸，使燃机能够更快更稳定地进入全速空载状态。
37.需要注意的是，本技术的投入开关qf0的闭合或断开，也可以由操作员进行手动控制。
38.根据本发明提供的一种航改型燃机发电机组甩负荷性能优化系统的工作方法，如图2和图3所示，工作方法包括如下步骤：
39.s1、发电机组正常并网运行，控制单元实时判断甩负荷是否发生。
40.s2、若甩负荷工况未发生，投入开关qf0断开；若甩负荷工况发生，投入开关qf0闭合。
41.s3、投入开关qf0闭合后，多个负载单元依次间隔投入发电机组。具体地，四个工作负载单元间隔1s依次投入发电机组，使发电机组的负荷在三秒内由0％升至8％，消化发电机组的多余动能，使发电机组能够尽快地进入全速空载状态。
42.s4、当燃机发电机组进入全速空载状态后，多个负载单元依次间隔退出发电机组。具体地，负载单元全部投入发电机组后，延时一分钟，燃机发电机组进入全速空载状态，此时，将四个工作负载单元间隔15s依次退出发电机组。
43.s5、当负载单元全部退出发电机组后，投入开关qf0自动断开。
44.需要注意的是，无论处于哪个步骤，控制单元实时判断甩负荷是否发生，当负荷小于40％时，控制单元控制投入开关qf0自动断开。
45.本技术通过在甩负荷工况发生时加载三相负载电阻rn，改善了航改型燃机发电机组的甩负荷动态响应，解决了低转动惯量的发电机组在甩负荷工况下易发生超速跳闸的问题。且通过将三相负载电阻rn分步投入的方式，减小甩负荷工况下瞬时重新带载的电流冲击。通过将三相负载电阻rn分步退出的方式，减小了甩负荷性能优化系统退出过程对燃机全速空载的转速扰动。
46.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
47.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
48.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。