燃气轮机的电力起动控制方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种燃气轮机的电力起动控制方法及装置，该方法包括：第一级起动阶段，燃气轮机的起动电机经降压起动带动燃气轮机的高压涡轮转子旋转；第二级起动阶段，在起动电机带动高压涡轮转子旋转的同时，燃气轮机的发电机经降压起动带动燃气轮机的低压涡轮转子旋转；第三级起动阶段，切断发电机的供电电源，并将发电机的供电电源串联至起动电机的供电电源上；第四级起动阶段，在起动电机的励磁线圈供电支路上串联第一限流电阻，以减小励磁线圈的磁通，提高起动电机的输出扭矩。本发明使得燃气轮机的起动系统具有足够的功率以及良好的扭矩特性，能够快速起动燃气轮机达到怠速状态，并在短时间内可重复工作，可靠性高。
【专利说明】燃气轮机的电力起动控制方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机控制领域，特别地，涉及一种燃气轮机的电力起动控制方法
及装置。
【背景技术】
[0002]地面燃气轮机可作为装甲车辆及小型舰船动力，其作为核心机构成的分布式能源系统在电力、石油、化工、冶金、船舶、铁路机车动力等领域有着广阔的应用前景，能在无外接电源的情况下快速起动与加载，适合作为紧急备用电源和承担电网中的尖峰负荷，能较快地保障电网安全运行，降低灾害损失。
[0003]但燃气轮机起动的特点是怠速转速高，起动时间短，要求起动电机功率大，起动过程的油气比要合理调整，且这些影响起动的因素要恰当的匹配，才能保证燃气轮机顺利的起动。现有技术中，燃气轮机起动过程是一个转子加速转动的过程，燃气轮机在起动开始时其转子处于静止状态。在最小转速以内，如果没有外力带动燃气轮机转子转动，仅依靠涡轮发出的功率，是无法使燃气轮机转子加速转动的。燃气轮机起动的外力是由起动电机供给的，在起动时必须由起动电机将燃气轮机转子加速到超过燃气轮机可以进行喷油点火的最小转速。由于燃气轮机的起动的怠速转速高，起动电机的快速起动容易导致转子的输出扭矩骤然增大，引起起动电机、燃气轮机及其他起动附件损坏，且起动过程容易不平稳而导致起动失败。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种燃气轮机的电力起动控制方法及装置，以解决现有的燃气轮机起动过程中因输出扭矩骤然增大的导致的起动电机、燃气轮机及其他起动附件损坏和起动过程不平稳而导致的起动失败的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种燃气轮机的电力起动控制方法，包括以下步骤:
[0007]第一级起动阶段，燃气轮机的起动电机经降压起动带动燃气轮机的高压涡轮转子旋转；
[0008]第二级起动阶段，在起动电机带动高压涡轮转子旋转的同时，燃气轮机的发电机经降压起动带动燃气轮机的低压涡轮转子旋转；
[0009]第三级起动阶段，切断发电机的供电电源，并将发电机的供电电源串联至起动电机的供电电源上，以增大起动电机的电枢电压及励磁电流；
[0010]第四级起动阶段，在起动电机的励磁线圈供电支路上串联第一限流电阻，以减小励磁线圈的磁通，提高起动电机的输出扭矩，带动高压涡轮转子的转速提高至怠速状态。
[0011]进一步地，第一级起动阶段中，起动电机的电枢端子的供电支路上串联有第二限流电阻。[0012]进一步地，第二级起动阶段中，将起动电机的电枢端子的供电支路上的第二限流电阻短接。
[0013]进一步地，第二级起动阶段中，发电机的电枢端子的供电支路上先串联有第三限流电阻，以降压起动发电机带动低压涡轮转子旋转，并在预定时间后将发电机的电枢端子的供电支路上的第三限流电阻短接。
[0014]进一步地，第一级起动阶段、第二级起动阶段、第三级起动阶段及第四级起动阶段均由燃气轮机的起动箱发出时序控制指令来实现。
[0015]进一步地，起动箱经转速传感器检测到高压涡轮转子的转速达到设定点火转速时，起动箱驱动点火器点火。
[0016]根据本发明的另一方面，还提供了一种燃气轮机的电力起动控制装置，包括起动电机、发电机，起动电机的输出轴联接高压涡轮转子，发电机的转轴联接低压涡轮转子，起动电机及发电机均连接有用于控制起动电机和发电机的工作状态的起动控制器，起动控制器接收燃气轮机的起动箱发出的时序指令控制起动电机和发电机的工作状态。
[0017]进一步地，起动控制器包括第一电源及第二电源，第一电源并联连接起动电机的电枢端子和起动电机的励磁线圈，起动电机的电枢端子的供电支路包括设有第一开关单元的第一支路及串联设有第二开关单元和第二限流电阻的第二支路，第一支路与第二支路并联；起动电机的励磁线圈的供电支路包括设有第三开关单元的第三支路及设有第一限流电阻的第四支路，第三支路与第四支路并联；
[0018]第二电源并联连接发电机的电枢端子和发电机的励磁线圈，发电机的电枢端子的供电支路包括设有第四开关单元的第五支路及串联设有第五开关单元和第三限流电阻的第六支路，第五支路与第六支路并联；发电机的励磁线圈的供电支路上设有第六开关单元;
[0019]第一电源与第二电源之间设有用于串联第一电源和第二电源的第七开关单元；
[0020]第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元、第六开关单元及第七开关单元均受起动箱的时序指令控制。
[0021]进一步地,起动箱连接有用于调节起动箱时序控制指令的控制面板。
[0022]进一步地，控制面板为触摸控制屏。
[0023]本发明具有以下有益效果:
[0024]本发明燃气轮机的电力起动控制方法及装置，通过采用分级起动的方案来逐级提高起动电机输出力矩并增大输出功率，其中，起动电机带动高压涡轮转子转动，发电机作为辅助的起动电机带动低压涡轮转子转动，使得燃气轮机的起动过程平稳，起动成功率大幅提升，且通过逐级提高输出功率及输出力矩，较好地保护了起动电机、燃气轮机及其他起动附件，使得燃气轮机的起动系统具有足够的功率以及良好的扭矩特性，能够快速起动燃气轮机达到怠速状态，并在短时间内可重复工作，可靠性高。
[0025]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0027]图1是本发明优选实施例的燃气轮机的电力起动控制方法步骤流程示意图；
[0028]图2是本发明优选实施例的燃气轮机的电力起动控制方法中第一级起动的电路结构示意图；
[0029]图3是本发明优选实施例的燃气轮机的电力起动控制方法中第二级起动的电路结构示意图；
[0030]图4是本发明优选实施例的燃气轮机的电力起动控制方法中第三级起动及第四级起动的电路结构示意图；
[0031]图5是本发明优选实施例的燃气轮机的电力起动控制装置的结构示意图；以及
[0032]图6是本发明优选实施例的燃气轮机的电力起动过程中起动电机的起动电流、转速与时间的关系示意图。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0034]本发明实施例在燃气轮机的起动过程中，采用起动电机带动高压涡轮转子转动，采用发电机带动低压涡轮转子转动，并采用分级起动的方式来提高起动电机的输出功率及输出力矩，将燃气轮机的起动过程划分为四级来起动，以逐步加速燃气轮机的转速，并快速起动燃气轮机达到怠速状态。
[0035]参照图1，本发明的优选实施例提供了 一种燃气轮机的电力起动控制方法，包括以下步骤:
[0036]步骤S10，第一级起动阶段，燃气轮机的起动电机经降压起动带动燃气轮机的高压涡轮转子旋转；
[0037]步骤S20，第二级起动阶段，在起动电机带动高压涡轮转子旋转的同时，燃气轮机的发电机经降压起动带动燃气轮机的低压涡轮转子旋转；
[0038]步骤S30，第三级起动阶段，切断发电机的供电电源，并将发电机的供电电源串联至起动电机的供电电源上，以增大起动电机的电枢电压及励磁电流；
[0039]步骤S40，第四级起动阶段，在起动电机的励磁线圈供电支路上串联第一限流电阻，以减小励磁线圈的磁通，提高起动电机的输出扭矩，带动高压涡轮转子的转速提高至怠速状态。
[0040]本发明燃气轮机的电力起动控制方法实施例中，通过采用分级起动的方案来逐级提高起动电机输出力矩并增大输出功率，其中，起动电机带动高压涡轮转子转动，发电机作为辅助的起动电机带动低压涡轮转子转动，使得燃气轮机的起动过程平稳，起动成功率大幅提升，且通过逐级提高输出功率及输出力矩，较好地保护了起动电机、燃气轮机及其他起动附件，使得燃气轮机的起动系统具有足够的功率以及良好的扭矩特性，能够快速起动燃气轮机达到怠速状态，并在短时间内可重复工作，可靠性高。
[0041]在本实施例中，参照图2，该第一级起动阶段中，起动电机的电枢端子的供电支路上串联有第二限流电阻Rl。本实施例中，燃气轮机的起动箱发出时序指令控制接触器K2接通，将第二限流电阻Rl接入起动电机的电枢端子的供电支路上，使得电源I降压后加载到起动电机的电枢端子上；起动箱发出时序指令控制接触器K3接通，使得电源I接通励磁线圈施加励磁电流。这样，起动电机带动高压润轮转子慢慢开始旋转，以消除起动电机与高压涡轮转子齿轮之间的间隙。第一级起动阶段即为降压起动阶段。
[0042]参照图3，在第二级起动阶段中，先将起动电机的电枢端子的供电支路上的第二限流电阻Rl短接，本实施例中，起动箱发出时序指令控制接触器Kl接通将第二限流电阻Rl短接，提高加在起动电机上的起动电压，增大起动电流，增大起动电机的旋转强度。同时，起动箱发出时序指令控制接触器K5和K6接通，电源2经第三限流电阻R3给发电机加小值电枢电压，电源2经接触器K6给励磁线圈施加励磁电流，使发电机缓慢起动，以消除连接发电机转轴和低压涡轮转子的齿轮啮合间隙并带动低压涡轮转子旋转，经过预定时间后，起动箱发出时序指令控制接触器K4接通将起动电阻短接，发电机改供大值的电枢电流，以增大低压涡轮转子的旋转强度。第二级起动阶段为并联起动阶段，这时电源I与电源2并联工作且分别带动起动电机和发电机转动。第二级起动阶段结束后，起动箱取消给接触器K4、K5、K6的时序指令，发电机停止工作。
[0043]参照图4，在第三级起动阶段中，发电机不再参与燃气轮机的起动。为了进一步加速燃气轮机转子转动，起动箱发出时序指令控制接触器Κ7接通，将两组起动电源，即电源I和电源2，串联后加到起动电机上以提高起动电机电枢电压，增大励磁电流，继续增加起动电机的转速。第三级起动也叫升压起动。
[0044]在第四级起动阶段中，起动箱取消加在接触器Κ3上的时序指令，在起动电机的励磁电路中串联第一限流电阻R2，向起动电机供给的励磁电流变小，由于此时电源I和电源2仍处于串联工作状态，所以起动电机的电枢电流将相应增大，可以提高起动电机的扭矩，进一步提高高压涡轮转子的转速。因为这时起动电机转速已经较高，CenO中Cen值很大，磁通减小Λ Φ后，将引起Tm=CmO (U-CenO) / R中(U-CenO)的增加量大于Φ的减小量，所以起动力矩进一步增大，这为第四级起动阶段。
[0045]在本实施例中，第一级起动阶段、第二级起动阶段、第三级起动阶段及第四级起动阶段均由燃气轮机的起动箱发出时序控制指令来实现。本发明对多级起动采用基于时间控制的原则，其中，第一级起动阶段、第二级起动阶段、第三级起动阶段及第四级起动阶段的运行时
[0046]间均由起动箱发出的时序指令控制。优选地，起动箱经转速传感器检测到高压涡轮转子的转速达到设定点火转速时，起动箱驱动点火器点火，以成功起动燃气轮机。图6为本实施例中燃气轮机的电力起动过程中起动电机的起动电流、转速与时间的关系示意图，其中，I级对应第一级起动阶段，2级对应第二级起动阶段，3级对应第三级起动阶段，4级对应第四级起动阶段，t代表时间，η代表起动电机的转速，I代表起动电机的起动电流。通过试车试验，本发明实施例的起动控制方法，可以有效提高燃气轮机的起动性能，起动过程平稳，起动成功率有较大提升。
[0047]根据本发明的另一方面，还提供了一种燃气轮机的电力起动控制装置，包括起动电机、发电机，起动电机的输出轴联接高压涡轮转子，发电机的转轴联接低压涡轮转子。参照图5，起动电机及发电机均连接有用于控制起动电机和发电机的工作状态的起动控制器，起动控制器接收燃气轮机的起动箱发出的时序指令控制起动电机和发电机的工作状态。
[0048]在本实施例中，参照图2至图4，起动控制器包括第一电源及第二电源，即电源I和电源2，。其中，电源I并联连接起动电机的电枢端子和起动电机的励磁线圈，起动电机的电枢端子的供电支路包括设有第一开关单元(本实施例为接触器Kl)的第一支路及串联设有第二开关单元(本实施例为接触器K2)和第二限流电阻Rl的第二支路，第一支路与第二支路并联；起动电机的励磁线圈的供电支路包括设有第三开关单元(本实施例为接触器K3)的第三支路及设有第一限流电阻R2的第四支路，第三支路与第四支路并联；电源2并联连接发电机的电枢端子和发电机的励磁线圈，发电机的电枢端子的供电支路包括设有第四开关单元(本实施例为接触器K4)的第五支路及串联设有第五开关单元(本实施例为接触器K5)和第三限流电阻R3的第六支路，第五支路与第六支路并联；发电机的励磁线圈的供电支路上设有第六开关单元(本实施例为接触器K6);电源I与电源2之间设有用于串联电源I和电源2的第七开关单元(本实施例为接触器K7);接触器K1-K7均受起动箱的时序指令控制。优选地，在其他实施例中，开关单元还可选用继电器。本实施例中起动控制器的工作过程如方法实施例所述，亦包括第一级起动阶段、第二级起动阶段、第三级起动阶段及第四级起动阶段。
[0049]优选地，起动箱连接有用于调节起动箱时序控制指令的控制面板，该控制面板为触摸控制屏。操作者可经触摸控制屏调节设置起动箱存储的时序指令以控制第一级起动阶段、第二级起动阶段、第三级起动阶段及第四级起动阶段的运行时间。
[0050]采用本发明实施例的起动装置的燃气轮机的起动系统具有足够的功率以及良好的扭矩特性，能够快速起动燃气轮机达到怠速状态，并在短时间内可重复工作，可靠性高。
[0051]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种燃气轮机的电力起动控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一级起动阶段，所述燃气轮机的起动电机经降压起动带动所述燃气轮机的高压涡轮转子旋转； 第二级起动阶段，在所述起动电机带动所述高压涡轮转子旋转的同时，所述燃气轮机的发电机经降压起动带动所述燃气轮机的低压涡轮转子旋转； 第三级起动阶段，切断所述发电机的供电电源，并将所述发电机的供电电源串联至所述起动电机的供电电源上，以增大所述起动电机的电枢电压及励磁电流； 第四级起动阶段，在所述起动电机的励磁线圈供电支路上串联第一限流电阻，以减小所述励磁线圈的磁通，提高所述起动电机的输出扭矩，带动所述高压涡轮转子的转速提高至怠速状态。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机的电力起动控制方法，其特征在于， 所述第一级起动阶段中，所述起动电机的电枢端子的供电支路上串联有第二限流电阻。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机的电力起动控制方法，其特征在于， 所述第二级起动阶段中，将所述起动电机的电枢端子的供电支路上的所述第二限流电阻短接。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机的电力起动控制方法，其特征在于， 所述第二级起动阶段中，所述发电机的电枢端子的供电支路上先串联有第三限流电阻，以降压起动所述发电机带动所述低压涡轮转子旋转，并在预定时间后将所述发电机的电枢端子的供电支路上的所述第三限流电阻短接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的燃气轮机的电力起动控制方法，其特征在于， 所述第一级起动阶段、第二级起动阶段、第三级起动阶段及第四级起动阶段均由所述燃气轮机的起动箱发出时序控制指令来实现。
6.根据权利要求5所述的燃气轮机的电力起动控制方法，其特征在于， 所述起动箱经转速传感器检测到所述高压涡轮转子的转速达到设定点火转速时，所述起动箱驱动点火器点火。
7.一种燃气轮机的电力起动控制装置，包括起动电机、发电机，所述起动电机的输出轴联接高压涡轮转子，所述发电机的转轴联接低压涡轮转子，其特征在于， 所述起动电机及所述发电机均连接有用于控制所述起动电机和所述发电机的工作状态的起动控制器，所述起动控制器接收所述燃气轮机的起动箱发出的时序指令控制所述起动电机和所述发电机的工作状态。
8.根据权利要求7所述的燃气轮机的电力起动控制装置，其特征在于， 所述起动控制器包括第一电源及第二电源，所述第一电源并联连接所述起动电机的电枢端子和所述起动电机的励磁线圈，所述起动电机的电枢端子的供电支路包括设有第一开关单元的第一支路及串联设有第二开关单元和第二限流电阻的第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联；所述起动电机的励磁线圈的供电支路包括设有第三开关单元的第三支路及设有第一限流电阻的第四支路，所述第三支路与所述第四支路并联； 所述第二电源并联连接所述发电机的电枢端子和所述发电机的励磁线圈，所述发电机的电枢端子的供电支路包括设有第四开关单元的第五支路及串联设有第五开关单元和第三限流电阻的第六支路，所述第五支路与所述第六支路并联；所述发电机的励磁线圈的供电支路上设有第六开关单元； 所述第一电源与所述第二电源之间设有用于串联所述第一电源和所述第二电源的第七开关单元； 所述第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元、第六开关单元及第七开关单元均受所述起动箱的时序指令控制。
9.根据权利要求7所述的燃气轮机的电力起动控制装置，其特征在于， 所述起动箱连接有用于调节所述起动箱时序控制指令的控制面板。
10.根据权利要求9所述的燃气轮机的电力起动控制装置，其特征在于， 所述控制面板为触摸 控制屏。
【文档编号】F02C7/268GK103670718SQ201310682269
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】王山峰, 戎元昌, 柳星剑, 张明, 谭渤 申请人:中国南方航空工业(集团)有限公司