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摘要：文章介紹了燃氣熱電廠的電氣系統接線方式和配置電氣設備的特點，分析了啟動過程勵磁系統和SFC的控制流程及配合關系。指出了燃機啟動過程需要掌握的操作步驟及注意事項，可供現場運行、調試人員工作參考。

關鍵詞：燃機；啟動；SFC變頻裝置；勵磁裝置

1引言

燃氣輪機因為其效率高、污染小、建設周期短、配置靈活、啟動快速、維護方便、運行穩定的特點，在電力行業中得到重視。近幾年在中國快速發展，北京市為達到“十二五”規劃中清潔能源消耗比重達80%以上的目標，制定了四大熱電中心方案，統一采用了燃氣—蒸汽聯合循環機組的方式。北京東北熱電中心作為四大熱電中心之一,由京能高安屯燃氣熱電和神華國華燃氣熱電兩個項目組成。京能高安屯燃氣熱電工程新建一套845MW出力的9F級燃氣-蒸汽聯合循環“二拖一”發電供熱機組。燃機發電機和汽機發電機均為上海電氣集團股份有限公司生產的QSFN-300-2型同步發電機。三臺機組勵磁系統均采數字化電廠用西門子ST3000靜態勵磁控制裝置。燃機SFC采用西門子6SL3850系列靜態變頻啟裝置。

2燃機電氣系統主接線方式

傳統汽輪發電機的單元發變組接線典型設計由發電機出口經封閉母線直接連接至主變壓器低壓側升壓后接入變電站，考慮主變倒送電提供廠用電需求的運行方式時，汽輪發電機出口設置斷路器。大型燃機發電機組啟動時需與電網斷開，由靜態變頻裝置提供變壓、變頻后的交流電給發電機定子供電，發電機至主變低壓側設置發電機出口斷路器作為燃機啟動過程中的隔離斷開點和燃機發電機啟動后并入系統時的并網斷路器。高安屯熱電“二拖一”機組兩臺燃機配置兩套SFC靜態變頻啟動系統，每臺SFC裝置設置1號和2號兩個出線柜，兩個1號出線柜出口接至1號燃機，兩個2號出線柜出口接至2號燃機。每臺SFC裝置都可經TCS控制系統選擇拖動任意一臺發電機啟動。正常操作用#1SFC拖動#1燃機啟動、#2SFC拖動#2燃機啟動，可滿足兩臺燃機同時啟動的要求。兩臺SFC裝置互為備用，#1SFC故障或有檢修工作時，可用#2SFC拖動#1燃機啟動，#2SFC故障或有檢修工作時，可用#1SFC拖動#2燃機啟動，運行方式可靠、靈活。設置2段6kV廠用母線，#1高廠變帶6kVA段，#2高廠變帶6kVB段。6kVA段經#1隔離變變壓后給#1SFC變頻裝置供電，6kVB段經#2隔離變變壓后給#2SFC變頻裝置供電。變頻后的電源從SFC裝置的出線柜由電纜引至發電機出口斷路器箱體的啟動用隔離開關，給發電機定子供電。同時發電機勵磁繞組通入直流電流，發電機以同步電機方式運行。

3配置設備特點大型燃機與汽機

在電氣系統上最大的不同點是燃機啟動時必須作為電動機由變頻裝置拖動到自持轉速。燃氣輪機主要由壓氣機、燃燒室和透平組成。燃機正常運行時壓氣機由燃機透平驅動工作，透平約2/3的功率用來拖動壓氣機，約1/3功率做為輸出功率。燃機點火前透平不能產生功率，點火初始階段透平產生的功率也不能立即滿足自持轉速的力矩，需要利用驅動燃機轉動的外部啟動系統。靜態變頻裝置根據轉速曲線來加速燃機，以便為燃氣輪機提供最優的啟動環境。SFC靜態變頻系統的基本組成為：靜態變頻器、隔離變壓器、控制柜。靜態變頻器是由整流器、直流平波電抗器、逆變器組成的電力電子電路，能夠快速、靈活啟動電機的同時也會產生大量諧波影響電網的安全運行。為減輕整流裝置產生的諧波對電網的干擾，本工程采用了SINAMICS單機12脈沖供電電源和6脈沖電機進給變頻器，有效降低諧波分量。隔離變壓器采用順特電氣有限公司的三相干式變壓器，型號為SCB10-550/6.3，額定容量為5500kVA，變比為6.3±2×2.5%/1.45/1.45kV,短路阻抗UD=12%,接線組別為Dy11d0。由Dy11d0接線的三繞組變壓器，次級繞組的兩個繞組，一組接成星型，另一組接成角型，分別供給兩組三相橋。兩組整流橋串聯后再接到負載。兩個電流分離、平行工作的六脈沖由于兩組整流橋輸出的電壓的相位彼此差30°，因此在負載上得到十二脈沖的整流電壓。整流器將電壓幅值、頻率固定的輸入電源整流后變為直流電源。中繼電抗器安裝在整流柜與逆變柜之間，并將整流器與逆變器斷開，平整穩定直流電。出現過電流時，電抗器限制故障電流。逆變器將直流電源進行逆變配合機組啟動輸出變頻、變壓的交流電源。SFC裝置中的控制柜是整個系統的核心，主要用于接受外部系統指令并根據系統的要求向整流柜和逆變柜發出觸發脈沖，同時檢測SFC系統的運行工況并進行故障保護。

4拖動燃機啟動原理和方式

4.1拖動燃機啟動的原理依據同步電動機的轉子通入直流電流產生勵磁磁動勢fF，定子上通入三相交流電源產生基波旋轉磁動勢aF，勵磁磁動勢與旋轉磁動勢合成氣隙磁動勢δF，產生電磁轉矩，驅動電動機以同步轉速旋轉。同步轉速：pfn60=（p為電機的極對數，p為輸入定子線圈電源的頻率），即一臺固定的電機極對數是確定的，同步轉速只與輸入該同步電機定子繞組的交流電源頻率有關，且成正比關系。

4.2拖動燃機啟動的控制方式變頻調速按控制方式可分為自控式和他控式。自控式和他控式都是通過改變電磁轉矩的大小和方向來調節轉速。他控式變頻裝置由速度給定信號控制輸出至定子的電源頻率，為開環控制系統，存在轉子振蕩和失步問題。自控式變頻裝置用測定轉子位置和轉速控制其輸出至定子的電源頻率，使得定子磁場轉速與轉子轉速相等，始終保持同步，構成電源頻率自動跟蹤轉子位置的閉環系統，避免轉子的振蕩和失步。通過傳感器可測得轉子位置和轉速。但存在增大電機體積，增加設備成本，會降低系統運行的可靠性等缺陷。高安屯熱電工程采用的西門子6SL3850系列靜態變頻啟裝置其控制系統選用了基于無傳感器的控制技術通過AVT測量模塊測量定子電流和端電壓確定位置計算出轉子位置和轉速，消除了以上缺點。[2]是轉速可調的交流驅動系統，除用于機組啟動外，還作為鍋爐管道清吹、壓氣機離線水洗滿足燃機和被驅動設備加速的需要，即有清吹／清洗／直啟三種工作模式。

5SFC拖動燃機啟動流程分析

燃機啟動過程可采用全順控啟動方式，操作人員在TCS控制畫操作投入將要啟動燃機的順控。控制系統將根據預先設定好的順控流程控制SFC的啟動過程。現以#1SFC靜態變頻裝置拖動#1燃機發電機啟動方式，說明燃機發電機的啟動過程。

5.1啟動流程分析如圖1所示，清吹模式啟動發電機，需要經過盤車脫離、升速清吹、降速點火、自持升速至額定的階段。盤車拖動發電機維持2Hz轉速時間足夠暖機時間要求。燃機脫開盤車，轉速開始下降。脫開盤車升速階段根據TCS系統發出的轉速給定值，SFC與勵磁系統配合調節輸入定子、轉子電流幅值或相位，改變輸出電磁轉矩，閉環控制燃機發電機轉速。轉速上升至11.5Hz進行脈動清吹10min。清吹完畢，勵磁電流、定子電流輸出值保持0，磁場消失，轉速下降。低于3.5Hz，SFC再次啟動轉速上升，點火后SFC和燃料然燒能量共同驅動燃機轉速上升達到自持轉速35Hz，SFC退出運行,勵磁系統退出，由燃機本身燃料燃燒的能量推動轉速上升至額定轉速50Hz，完成燃機啟動過程。

5.2燃機啟動前重點檢查事項（1）燃機啟動前需檢查發電機出口斷路器01在斷開位置，發電機出口隔離刀閘01-1在斷開位置，防止倒送。（2）啟動系統所有相關設備的控制電源送電完畢，狀態正常。（3）勵磁系統、SFC裝置運行正常，無告警。5.3主要操作步驟順序（1）在TCS控制畫面選擇SFC啟動#1燃機后，發電機出口隔離刀閘合閘，SFC出口切換開關#1出線柜內的1斷路器合閘，SFC準備就緒。（2）TCS選擇啟動模式指令發給SFC裝置，SFC裝置發出指令合6KV電源斷路器后，SFC準備運行，發出勵磁系統投入指令。（3）勵磁系統投入，盤車系統脫開，由SFC按照選擇模式拖動燃機轉子轉動。

6結語

近年來燃氣輪機在我國迅猛發展。SFC靜態變頻啟動裝置是大型燃機啟動系統的重要組成部分。文中提到的燃機電氣系統接線方式，充分考慮了啟動裝置的互備作用，滿足了設備故障、檢修時，不影響機組啟動的要求，提高了經濟效益。SFC靜態變頻裝置采用轉角隔離變壓器有效降低了諧波對裝置的影響。此種電氣接線和設備配置方式值得推廣。在實際應用中，運行、調試人員需掌握基礎控制原理，規范操作順序，以確保設備的安全運行。

作者：閆乃欣 單位：北京京能高安屯燃氣熱電有限責任公司