9FA燃機培訓資料第23卷 LCI啟動系統(tǒng)

1、第二十三卷目錄GEK 107415(系統(tǒng)描述)1330B4411(啟動裝置示意圖)3GEH 6373, pages 516(變頻器)3GEK 107415(系統(tǒng)描述)啟動系統(tǒng)I. 燃氣輪機靜態(tài)啟動系統(tǒng)A系統(tǒng)功能和設計要求 燃氣輪機啟動的動力由靜態(tài)啟動系統(tǒng)提供。靜態(tài)啟動系統(tǒng)為發(fā)電機提供頻率可變的電壓和電流。從這方面看發(fā)電機可以當作是燃氣輪機啟動所必須的啟動電機。靜態(tài)啟動系統(tǒng)主要由以下幾個主要部分組成：1 靜態(tài)變頻器（LCI）2 隔離變壓器3 LCI隔離開關(guān)4低速盤動電機（盤車）盤車裝置在燃氣輪機啟動前為脫開和轉(zhuǎn)動的所需動力，還在停機后使軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動避免大軸的變形。盤車系統(tǒng)包括感應電動機、減速器、S

2、SS離合器、絕緣裝置和柔性聯(lián)軸器。盤車會脫開透平并保持每分鐘5到7轉(zhuǎn)的低速轉(zhuǎn)動。當盤車提供動力失敗時，盤車還有手動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的功能。減速器自身提供潤滑油。SSS離合器和輸出軸端軸承的潤滑油的連續(xù)供給由主潤滑油系統(tǒng)提供。SSS離合器正齒型離合器，在燃氣輪機轉(zhuǎn)速升高并超過盤車系統(tǒng)轉(zhuǎn)速時，這種離合器能把燃氣輪機轉(zhuǎn)子和盤車系統(tǒng)脫開。絕熱的聯(lián)軸器考慮到了發(fā)電機大軸因為軸向膨脹而造成的變形。B.運行一個啟動信號發(fā)出，頂軸油泵啟動頂起靜止的轉(zhuǎn)子.頂軸系統(tǒng)必須在啟動盤車之前投入運行。這就意味著減小了啟動和脫開的轉(zhuǎn)矩，把啟動時對設備的損壞減小到最小程度。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的脫離是由盤車的感應電機完成的。SSS離合器由蝸

3、桿渦輪組件的空心軸支承。SSS離合器自動給轉(zhuǎn)子提供直接傳輸?shù)哪芰俊１P車使轉(zhuǎn)子保持在每分鐘5到7轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。靜態(tài)啟動器按照啟動順序加速轉(zhuǎn)子時,SSS離合器會自動的讓盤車和透平脫開.靜態(tài)啟動器在“脈沖”模式下開始運行，并盡快的轉(zhuǎn)變到“負載轉(zhuǎn)換”模式下。靜態(tài)啟動器為發(fā)電機提供作為同步電機運行并拖動透平的可變頻率的定子（電樞）電流。啟動時靜態(tài)啟動器通過控制勵磁系統(tǒng)來控制轉(zhuǎn)子電流來維持所需的磁通和發(fā)電機電壓。靜態(tài)啟動器使燃氣輪機從25%到30額定轉(zhuǎn)速加速到清洗轉(zhuǎn)速，清洗要幾分鐘的時間。在清洗結(jié)束后LCI不再向發(fā)電機供電，轉(zhuǎn)速惰走下降至大約15，燃氣輪機點火，然后加速到90的自持轉(zhuǎn)速。靜態(tài)啟動器的電流按要求

4、開始下降，直到啟動裝置退出。當達到自持轉(zhuǎn)速后，控制系統(tǒng)開始加負荷并開始使同步電機同步。在啟動過程中中性點接地隔離開關(guān)和發(fā)電機出口開關(guān)被自動控制。在停機過程中，當透平轉(zhuǎn)速降低到盤車轉(zhuǎn)速時，如果盤車運行則SSS離合器嚙合使轉(zhuǎn)子緩慢轉(zhuǎn)動來進行冷卻。這個冷卻過程要一直持續(xù)到輪間溫度降低到環(huán)境溫度。萬一轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時斷電，則手動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。這種手動轉(zhuǎn)動系統(tǒng)在燃氣輪機檢修時也能用。 盤車系統(tǒng)，在頂軸系統(tǒng)加在燃氣輪機和發(fā)電機作用下，手動和自動盤動轉(zhuǎn)子使大軸系統(tǒng)脫開，將盤車按大小排列C運行預防措施警 告這個設備有一個電擊和燒傷的隱患。只有運行人員在經(jīng)過充分的培訓，并且非常熟悉設備和操作規(guī)程才能任職、操作

5、和維護設備。進行設備測試時，測試裝置的絕緣存在電擊危險。如果在設備測試時測試裝置沒有接地，則測試裝置的殼體必須隔離，以防止人員觸電。 為了降低電擊和燒傷的隱患，接地程序必須嚴格執(zhí)行。330B4411(啟動裝置示意圖)GEH 6373, pages 516(變頻器)InnovationÔ 系列交流驅(qū)動設備文獻：GEH-6373發(fā)布日期：1998-03-31負 載 換 相 式 變 頻 器用 戶 手 冊2 功能描述本冊第 2 節(jié)是關(guān)于 LCI 的功能描述。 提供操作理論的基本技術(shù)上的概述, 幫助用戶如何運行和維護設備。本文要求讀者要熟悉功率變換和基于微處理器控制的原理。內(nèi)容如下： 2-1.

6、 LCI系統(tǒng)基礎(chǔ)LCI是一種靜態(tài)頻率可調(diào)的驅(qū)動系統(tǒng)。它使用特殊應用程序、基于微處理器的軟件來控制同步電機（電動機或發(fā)電機）的轉(zhuǎn)速?；镜腖CI是6脈沖配置，有兩個功能部分組成：功率變換器及控制系統(tǒng)。圖21是單通道LCI的單線簡圖。2-1.1節(jié)到2-1.3節(jié)描述了圖示部分的功能，2-5與2-6節(jié)描述12脈沖配置。2-1.1. 功率變換LCI功率變換器由一個通過直流的鏈接電抗器向逆變器供電的整流器組成。隔離變隔斷LCI與交流系統(tǒng)，并提供整流器入口合適的電壓。變壓器的內(nèi)阻抗限制了任何下游母線故障對LCI的沖擊。整流器是一個線性整流、定相控制的可控硅整流橋，功能為源橋。其微處理器控制門提供可變的直流電

7、壓輸出至直流鏈接電抗器，直流電抗器使電流波形平滑，并在系統(tǒng)運行范圍內(nèi)保持連續(xù)。電抗器輸出至逆變器，逆變器是一個負荷換流的可控硅橋。逆變器也由微處理器控制，功能為負荷橋（見2-2.1.1節(jié)）。逆變器提供頻率可變的交流電，輸給同步電機的定子。2-1.1.1. 電氣制動LCI整流器及逆變器橋使用同一個電源硬件，也都由基于微處理器電子控制。其功能可通過改變功率方向而反向。因此，同步電機可以通過向其交流繞組側(cè)倒輸能量來制動。因為這種反向能力，進線側(cè)橋（在圖21中標識為整流器）也被叫做源橋，負荷側(cè)橋（標識為逆變器）也被叫做負荷橋。2-1.2. 勵磁電壓控制器同步電機磁場通常由無刷勵磁機勵磁，它與電機轉(zhuǎn)軸聯(lián)

8、接。無刷勵磁機為繞線式轉(zhuǎn)子感應電動機。其轉(zhuǎn)子電壓被整流用以提供同步電機的勵磁電流。LCI控制柜包含向無刷勵磁機提供定子電壓的靜態(tài)勵磁電壓控制器。LCI電子控制（見2-1.3節(jié)）門/控制該電壓控制器。其控制勵磁以產(chǎn)生要求的磁通量，它還提供轉(zhuǎn)子過流和欠勵保護。為了適用滑環(huán)勵磁，LCI提供直流橋勵磁的控制，其控制硬件與無刷勵磁機使用的相同。為了適用外部交流或直流勵磁機，控制器完全支持任何控制信號一致的外部勵磁。2-1.3. 基于微處理器的控制 (參照圖2-3)LCI微處理器電子控制源橋和負荷橋的導通，程序向下列功能輸入信號：·衰減電源及負載母線電壓信號至同步電源及負載晶閘管控制門。電壓反饋

9、過電壓和低電壓監(jiān)測·來自電流互感器衰減電源及負載電流信號：調(diào)節(jié)器電流反饋電子式過電流監(jiān)測軟件式故障監(jiān)測速度參考值· 過程要求，如停機和啟動LCI控制器對過程指令和內(nèi)部狀態(tài)信號評估后，決定LCI的停用、啟動、報警或故障工況。如果在啟動工況下，控制器向晶閘管橋及勵磁電壓控制器提供門信號。該信號是低電平的，由功率橋回路限制以提供必要的絕緣及功率水平2-2. 功率變換器運行注釋系統(tǒng)原理圖包含了每個用戶要求的電源橋及負載橋配置。功率橋是6脈沖2路型（見2-4節(jié)，2-5是12脈沖橋的配置）。原理圖顯示了功率橋中的晶閘管整流器物理布置?？煽毓璋淳幪栱樞?qū)?。同步電機定子電壓隨著電源轉(zhuǎn)換器

10、的順序?qū)ǘ兓?圖23 LCI 控制模塊圖圖24顯示了切換開關(guān)逆變器電流順序?qū)ǖ倪^程。該原理對整流橋和逆變橋都適用。相位控制開關(guān)是基于下列兩個晶閘管特性。·當加在晶閘管上的電壓是正的，它能觸發(fā)為導通狀態(tài)。·不允許電流反向通過。因此，在交流電壓電路中，晶閘管電流變?yōu)?時，截止并出現(xiàn)反向電壓。電流轉(zhuǎn)換必須在電壓被加一正導通角前完成。這一角度必須持續(xù)足夠長，以便先前的導通的晶閘管能在前面的電壓施加前恢復為截止狀態(tài)。這就是為什么電流的基波分量必須超前于逆變器/電機的電壓，但滯后于整流器/電源的電壓。為了成功整流，a = 180° - b = 180° -

11、m - g 必須始終小于180°，實際應用時的限制值為155°。實際應用時的逆變器橋b角的最小值為25°。因此，電機的功率因數(shù)總是大于0。LCI控制系統(tǒng)必須與同步電機運行在超前功率因數(shù)的特性一致。圖2-5為同步電機運行在超前功率因數(shù)的相量圖。對于確定的磁通量，電壓特性主要為轉(zhuǎn)子磁場Ef1、直軸電流的去磁作用的函數(shù)，它產(chǎn)生的IDXAD2電壓與勵磁產(chǎn)生的電壓相反。如圖所示，定子電流IS隨直軸電流IDXAD3的升高而升高。而這整流用的電機電壓EG4降低，從而增大了位移角q。q的增大進一步增大了定子電流，一直下去，直到平衡點到達一個新的運行點。在實踐中，發(fā)電機磁場在大約0

12、10的轉(zhuǎn)速范圍是固定的，這樣在較高速度時可以產(chǎn)生一個理想的可控的電機磁通量。轉(zhuǎn)速高于10時，LCI運行在勵磁可調(diào)模式下。它調(diào)整其靜態(tài)勵磁電壓控制器(EVC)的輸出以維持發(fā)電機勵磁在一個理想的水平上。2-3. 控制運行2-3.1. 同步無論運行在何種模式（見2-3.3及2-3.4節(jié)），電子控制必須使電源轉(zhuǎn)換器和負載轉(zhuǎn)換器的觸發(fā)同步，通過衰減母線對地信號作主反饋，而使交流回路、同步電機母線電壓同步。這種關(guān)聯(lián)的控制使輸入功率在兩個轉(zhuǎn)換器上產(chǎn)生相似的電壓，然后對此電壓積分來獲得磁通量信號。磁通量信號的相交零點用以使觸發(fā)兩個轉(zhuǎn)換器控制的鎖相回路能夠同步。在低速時，負載側(cè)鎖相回路激活前，如果閉環(huán)模式不激活

13、，使用零點標記作為時間基準標記來激活強制整流運行方式。2-3.2. 整流LCI電源側(cè)變換器總是運行在線性整流下。因此，交流側(cè)電壓變換器是晶閘管的依次導通。負荷側(cè)變換器可以根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)速和磁感應強度，運行在強制整流（見2-3.3）或負荷整流模式下（見2-3.4）。當同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子（磁場）旋轉(zhuǎn)時，幾近正弦波形的磁場切割定子繞組，在定子中產(chǎn)生一個三相正弦電壓。這些正弦電壓相差120度相位角。反電動勢的強度（CEMF）與轉(zhuǎn)速和磁場強度成正比。在低轉(zhuǎn)速下，感應電動勢不足以使負荷側(cè)變換器的晶閘管導通。因此，在這種模式下，負載變換器必須運行在強制整流模式下。2-3.3. 強制整流運行模式強制整流在以下情況時

14、使用：· 當同步電機從零啟動時·低轉(zhuǎn)速時，直至電機反電動勢足以觸發(fā)負載整流。（見圖2-6）在強制整流運行時，負荷變換器的導通是通過將電源側(cè)轉(zhuǎn)換器定相到轉(zhuǎn)換限制來停止，直到直流鏈接電抗器感應電流為零。因此，直流鏈路電流被斬波成發(fā)電機頻率角為60°寬的片。強制整流運行有數(shù)種模式，可以分為兩種類型·數(shù)字脈沖環(huán)用以跟蹤轉(zhuǎn)子位置的模式·非數(shù)字脈沖環(huán)的模式LCI初始啟動（試運轉(zhuǎn)）時，數(shù)字脈沖環(huán)在初始運行檢查完成后才會選定。2-3.3.1. 非數(shù)字脈沖環(huán)的模式啟動。在這種模式，啟動電流必須足夠大以使電機能在1個或2個逆變器導通時加速至0.5HZ。這大約是LC

15、I能可靠的感應電機磁場并開始控制扭矩和轉(zhuǎn)速的最小頻率。當從停止開始啟動，LCI在一個固定頻率下提供一個固定的電流給電機定子。該頻率由調(diào)整STFREQ（啟動頻率）設置，而啟動電流由調(diào)整CRSTART（啟動電流）設置（見第5節(jié)）。LCI控制磁通量達到足夠的量級，轉(zhuǎn)變?yōu)閺娭普鬟\行的分段觸發(fā)模式，在這種模式下：·逆變器的觸發(fā)與電機磁場同步。·電機在整功率因數(shù)附近運行可以得到最大扭矩。·逆變器的觸發(fā)可以每30°調(diào)整。·轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器起作用。在大約為5電機轉(zhuǎn)速時負荷鎖相回路可以鎖定。逆變器觸發(fā)分辨率增加至0.35°，結(jié)束分段觸發(fā)模式。強制整流模式在

16、同步電機的頻率達到可以提供足夠的電動勢來觸發(fā)負載側(cè)轉(zhuǎn)換器導通時結(jié)束。此時，控制模式切換到負載整流模式運行。2-3.3.2.閉環(huán)啟動LCI使用脈沖環(huán)以適應大的啟動扭矩，計數(shù)環(huán)脈沖來保持對轉(zhuǎn)子位置的跟蹤。從停止位啟動不依賴電機磁場的零相交。LCI斜升定子電流直至它監(jiān)測到軸的轉(zhuǎn)動。在這個位置上，使電流固定并根據(jù)環(huán)計數(shù)確定的轉(zhuǎn)子位置觸發(fā)晶閘管。連續(xù)的數(shù)次觸發(fā)就可以確認轉(zhuǎn)子已在轉(zhuǎn)動。這樣轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器激活。調(diào)速器控制定子電流提供轉(zhuǎn)子加速所要求的合適扭矩。在形成足夠的電機反電動勢對負載側(cè)變換器進行整流前，一直是強制整流運行。2-3.4. 負載整流模式負載整流運行（模式）要求電機運行在超前功率因數(shù)。這樣就保證負

17、荷變換器的整流。LCI控制保持了盡可能高的電機的功率因數(shù)及轉(zhuǎn)矩/安培。這通過在盡可能接近逆變限制時觸發(fā)負載變換器來實現(xiàn)，維持足夠的裕度使電流從一個晶閘管轉(zhuǎn)換到下一個成功的整流。為了成功的整流，V/F要正比于負載電流與電機自感應系數(shù)的乘積。LCI通過調(diào)整下列三個值來控制整流及觸發(fā)時間。· 電機（負載）電流· 電機整流自感應系數(shù)（存于微處理器系統(tǒng)存儲器中的一個常數(shù)）· 來自電機線電壓的可變V/F。用電流及自感應系數(shù)控制器可以計算要求的整流V/F的量?？刂破饔迷揤/F值及最后計算的可變V/F值來決定最后可能的觸發(fā)時間。這給出了整流完成后的一個指定的裕度。圖2-7顯示了系

18、統(tǒng)電壓、電流及磁通波形的關(guān)系。AC線電壓上的整流“谷”與同時發(fā)生的BC電壓上的整流“峰”在幅值上是相同的。AB電壓上的相應的谷是其振幅的兩倍（在這個瞬間A和B是同時整流的兩條線）。谷區(qū)域兩倍于整流自感應系數(shù)/電流相位時間。在整流時，整流點的電壓實際為零，此時線路由晶閘管極臨時連通。線電壓僅是連通晶閘管極的正向電壓降。電機高負載時，視在功率因數(shù)由電源增加而“看到”，這是因為電源變換器的觸發(fā)角的提升（減少的）來得到更大電流。由整流谷導致的電流及電壓的諧波會減少。 基本的控制策略是為了適應負荷扭矩的增加而增加電機電流。電源側(cè)直流鏈接電壓隨后增加，提高電機電流使其轉(zhuǎn)速恒定。圖27 負載整流模式下的負荷

19、電壓和電流23.5. 力矩控制（如圖28）控制邏輯上的速度基準可以看做是由電機電壓和轉(zhuǎn)速表提供的速度反饋。 這將導致輸出扭矩指令的調(diào)速器會被輸入一個轉(zhuǎn)速誤差。該扭矩指令同時施加到（轉(zhuǎn)換器）電源和負載側(cè)的控制系統(tǒng)中。由于該電機扭矩是磁通、電流和它們之間夾角的函數(shù)，扭矩可以由下面兩種方式任何一種來進行控制：·在一個固定負荷橋?qū)ń窍?，從電源?cè)通過調(diào)節(jié)定子電流大小·在負載側(cè)通過維持恒流和改變位移角（觸發(fā)延遲角）但是，在任何時刻，只有一種方式可以控制該扭矩。施加到電源側(cè)的扭矩指令受到一個最大、最小電流的限制。最小電流設定為可以維持直流電抗器上的持續(xù)電流，通常設定為額定直流電流的0.

20、2倍。由調(diào)速器產(chǎn)生的扭矩指令無論何時小于最小電流限制，該最小電流限制也會影響到負載側(cè)的觸發(fā)角（功率因數(shù)）。因此，負載側(cè)的觸發(fā)角（電機功率因數(shù)）是一個關(guān)于扭矩指令而變化的函數(shù)，而此時定子電流是恒定的。因而，無論何時當扭矩指令小于最小電流限制的時候，扭矩總是受到功率因數(shù)調(diào)整的控制。最小電流限制通常也會隨著電壓限制調(diào)節(jié)的作用而增加。該調(diào)節(jié)器通過增加電流和減小功率因數(shù)來降低定子電壓。電壓限制調(diào)節(jié)通常用在磁場恒定的場合。當扭矩指令大于最小電流限制時，負載側(cè)的觸發(fā)角動作如下：·在電機運行時，該角處于反相限值。·在重啟（制動）時，該角處于校正限值當電機運行時，負載側(cè)控制系統(tǒng)盡量延時調(diào)節(jié)觸

21、發(fā)延遲角，來保持一個恒定換向安全裕度（通常20度）。延時觸發(fā)控制適合改變定子電流和電壓來保持裕度角為常數(shù)。負載側(cè)可控硅完全提前觸發(fā)（圖29，X點）來重新開始驅(qū)動。此時，電源側(cè)控制電流通過逆變的直流電壓來和校正的電機電壓進行匹配。 圖29 磁通波形零點相交驅(qū)動電流指令大于扭矩指令（來自轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器）和最小電流限制的電壓絕對值。該電流指令與電流反饋值進行比較，差值加至電流調(diào)節(jié)器。 電流調(diào)節(jié)器控制電源側(cè)轉(zhuǎn)換器的可控硅觸發(fā)角。因此，電源側(cè)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)所要的直流鏈接電壓來產(chǎn)生驅(qū)動負載的電流和扭矩。注釋：需要制動扭矩時，負載側(cè)觸發(fā)控制使直流鏈接電壓反向。2-3.6. 鎖相回路運行電源和負載側(cè)控制用到了一個鎖

22、相回路來跟蹤母線電壓的相位角。保證LCI觸發(fā)可控硅時，保持和交流母線電壓有一個指定的相位角。PLL使用重新的三相磁通波形的交叉零點作為計時基準。在每一個磁通波形的交叉處，可以在交流母線A相電壓的當前周期內(nèi)決定相位角的位置。PLL使用FCGD線路板（見第三部分）來采集每一個三相磁通波形的零交叉點的周期和極性。該控制維持一個連續(xù)的基于共用的周期和電角度的變化率的電角度的評估。當任一個零交叉出現(xiàn)，相應的電角度和計時可和控制評估進行比較。由此，評估角度的差值被加到PLL調(diào)節(jié)器上。調(diào)節(jié)器增加或者減小角度的變化率來使差值趨向零。該控制為每一個可控硅提供一個觸發(fā)角。通過該評估電角度，可以計算出驅(qū)動裝置最適合的觸發(fā)角的時刻。該控制也提供一個觸發(fā)指令和時刻給FCGD線路板寄存器，由它來完成觸發(fā)控制。24 雙通道，12波整流（參見圖210 ）一個雙通道12波整流LCI是由完全相同的并獨立的同用一個電源的兩個6波整流電路組成。允許兩臺電機共用一個機座，可以減少電機和安裝的投資。12波整流電路能最大的適應電機和驅(qū)動性能。能最大限度的減少每個6波整流電路