淺析GE 9E機組LCI控制系統的啟動過程

譚立偉

摘 要：本文簡單介紹了LCI系統及LCI、MARK Ⅵ和EX2100之間的通信參數。分析了LCI各個啟動過程中，三者之間的參數功能及邏輯控制關系，供同類型機組學習借鑒。

關鍵詞：GE;LCI;啟動過程;參數

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0100-02

0 概述

LCI是一種靜態頻率可調的驅動系統，其拖動滿足機組啟動過程各個階段對轉速的不同要求。歷經燃機系統的吹掃、惰走、點火、加速等過程后達到90%額定轉速，退出運行。LCI是燃氣輪機組不可或缺的關鍵設備之一，它的可靠、穩定運行是機組啟動的先決條件。

LCI的啟動過程是，當MARK Ⅵ發出啟動指令之后，EX2100開始啟動。LCI接受MARK Ⅵ發出的轉速設定值后開始啟動，完成內部控制程序，輸出電能至發電機定子。并且，輸出勵磁控制指令給EX2100，調整發電機轉子勵磁。LCI將機組加速到吹掃轉速設定值后，保持吹掃轉速大約6min。吹掃結束后，退出運行。機組開始惰走到點火轉速（15%額定轉速）。到達點火轉速，LCI再次啟動，燃機點火，將機組保持在恒定轉速暖機。暖機過程結束后，LCI將機組加速到自保持轉速，然后退出運行。

1 LCI啟動過程分析

1.1 MARK Ⅵ和LCI之間的主要通信參數

在燃機啟動期間，LCI根據MARK Ⅵ命令和速度設定值信號，將機組拖動至需要的轉速，實現機組的啟動。它們通過UDH網絡進行通信，兩者之間的主要通信參數見表1。

1.2 LCI啟動過程分析

圖1、圖2所示是LCI啟動命令l4ssrun和LCI轉矩命令l4sstorq的邏輯圖。圖中A：L83SS_WASH為LCI離線水洗轉速模式;B：L83SS_PURGE為吹掃轉速模式;C：L83SS_FIRE為點火轉速模式;D：L83SS_WWCOOL為快速水洗/盤車;E：L83SS_FULSPD為100%轉速模式;F：L4SS為LCI啟動允許命令;G：L4SS_W_WASH為水洗啟動信號;H：EX2K_RUNNING為EX2100勵磁啟動信號;I：LSS_ACTV為EX2100勵磁在LCI控制模式下運行信號;J：L4SS_FLT為LCI故障信號;K：L14MFZ為允許點火信號。

（1）當機組滿足啟動條件后，發出允許啟動LCI命令（L4SS=1）和連接LCI命令（L83SS_CON=1）。合上LCI輸出刀閘83SS，打開發電機中性點刀閘89nd。完成連接LCI順序。MARK Ⅵ首先要求勵磁系統工作在LCI控制模式（LSS_ACTV=1），當勵磁在LCI模式下啟動正常后（EX2K_RUNNING=1），再進行啟動LCI的程序。燃機首先工作在吹掃模式下（L83SS_PURGE=1），MARK Ⅵ發出LCI啟動命令l4ssrun=1和力矩命令l4sstorq=1。同時，輸出轉速設定值ss_ref_out=IN5=KSSREF4=25%。命令LCI拖動機組至吹掃轉速。轉速設定值ss_ref_out邏輯如圖3所示。

（2）吹掃時間滿足后，機組退出吹掃工作模式（L83SS_PURGE=0，L83SS_ZERO=1），MARK Ⅵ發出轉速設定值ss_ref_out=IN1=KSSREF0=0。LCI停止輸出力矩，機組開始惰走。燃機馬上進入點火暖機工作模式（L83SS_FIRE=1），MARK Ⅵ發出LCI啟動命令l4ssrun=1和轉速設定值ss_ref_out=IN4=KSSREF3=16%。但此時LCI任然沒有輸出力矩，因為未滿足點火條件（L14TMFZ=0，l4sstorq=0）。當轉速下降至點火轉速（13%額定轉速）時，滿足點火條件后（L14TMFZ=1，l4sstorq=1）。LCI輸出力矩，燃機點火。LCI將機組拖動至16%轉速，開始暖機。

（3）暖機時間滿足后，機組進去全速工作模式（L83SS_FULSPD=1），MARK Ⅵ發出LCI啟動命令l4ssrun=1和輸出轉矩命令l4sstorq=1，并輸出轉速設定值ss_ref_out=IN6=KSSREF5=100%。LCI將拖動機組至額定轉速。

（4）當機組轉速達到91%時，自保持轉速邏輯L14HP=1。LCI退出全速工作模式（L83SS_FULSPD=0，l4ssrun=0，l4sstorq=0），LCI退出運行。MARK Ⅵ發出斷開LCI命令（L83SS_DISCON=1），打開83SS刀閘，合上89nd開關，完成LCI的整個啟動過程。隨后，機組轉速靠燃油動力繼續上升，直至額定轉速。

1.3 LCI啟動中對勵磁的控制

在燃機啟動時，LCI根據MARK Ⅵ的啟動命令和對轉速參數要求，輸出可變的交流電能至發電機。同時，EX2100勵磁系統，向同步發電機轉子提供勵磁，使發電機定子建壓。發電機在兩個磁場的相互作用下獲得轉矩而轉動。在機組啟動過程中，EX2100勵磁系統是受LCI控制，EX2100根據LCI提供的參數，輸出相應的勵磁給發電機。在兩者的配合下，從而完成機組的啟動。兩者之間主要的通信參數見表2。

當燃機具體啟動條件后，MARK Ⅵ會向EX2100發出工作在LCI模式下的命令（L4EXSS），具體邏輯如圖4所示。

圖中A：L3RS為機組具備啟動條件;B：L4為機組控制系統正常;C：L94X為機組停機命令;D：L14HP為機組轉速達到91%自保持轉速的繼電器;E：I89ssc為LCI 89SS刀閘合閘位置指示;F：I89sso為LCI 89SS刀閘分閘位置指示;H：EX2K_RUNNING為EX2100啟動狀態信號;I：I89ndc為發電機中性點接地刀閘合閘位置指示;J：I89ndo為發電機中性點接地刀閘打開位置指示。

當機組具備啟動條件后。MARK Ⅵ首先發出連接LCI命令，合上89SS刀閘、打開89nd開關。同時，發出EX2100工作在LCI模式下命令（L4EXSS=1）。當EX2100工作在LCI控制模式下后，反饋SS_Mode_Enab=1信號給MARK Ⅵ。邏輯LSS_ACTV=1，MARK Ⅵ馬上發出啟動EX2100命令L4EX_STR_CMD=1，EX2100勵磁系統啟動，但此時勵磁并沒有輸出，因為LCI還沒有啟動，LCI發給EX2100的勵磁參數L1.EX_REF_OUT=0。EX2100啟動正常后，反饋G1.START_FB=EX2K_RUNNING=1信號。MARK Ⅵ馬上發出啟動LCI命令l4ssrun=1，l4sstorq=1和設定的轉速參數ss_ref_out。LCI根據設定的轉速參數，輸出頻率可變的電能給發電機定子。同時，經過內部控制器計算出需要的勵磁數據L1.EX_REF_OUT，發給EX2100勵磁。EX2100根據L1.EX_REF_OUT數據，經過內部計算控制，輸出相應的勵磁給發電機轉子。在LCI和EX2100兩者的配合下，將機組拖動至設定的轉速。

當機組轉速達到自保持轉速（91%）時，L14HP=1、L4EXSS=0、L4EX_STR_CMD=0，EX2100退出LCI控制模式，退出運行。l4ssrun=0，l4sstorq=0，LCI退出全速模式，退出運行，完成整個啟動過程。

2 結語

GE公司LCI變頻啟動器從國內第一批9F燃機投產至今，已經使用了大約10余年。其技術成熟、性能穩定，工作狀況良好。通過研究MARKⅥ、LCI和EX2100之間的通訊參數，分析啟動過程中各個參數的功能和三者之間的控制邏輯關系。有利于提升運行維護水平，和故障的判斷、處理。