燃气发电机启动流程及安全要点范文

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摘要：文章介绍了燃气热电厂的电气系统接线方式和配置电气设备的特点，分析了启动过程励磁系统和SFC的控制流程及配合关系。指出了燃机启动过程需要掌握的操作步骤及注意事项，可供现场运行、调试人员工作参考。

关键词：燃机；启动；SFC变频装置；励磁装置

1引言

燃气轮机因为其效率高、污染小、建设周期短、配置灵活、启动快速、维护方便、运行稳定的特点，在电力行业中得到重视。近几年在中国快速发展，北京市为达到“十二五”规划中清洁能源消耗比重达80%以上的目标，制定了四大热电中心方案，统一采用了燃气—蒸汽联合循环机组的方式。北京东北热电中心作为四大热电中心之一,由京能高安屯燃气热电和神华国华燃气热电两个项目组成。京能高安屯燃气热电工程新建一套845MW出力的9F级燃气-蒸汽联合循环“二拖一”发电供热机组。燃机发电机和汽机发电机均为上海电气集团股份有限公司生产的QSFN-300-2型同步发电机。三台机组励磁系统均采数字化电厂用西门子ST3000静态励磁控制装置。燃机SFC采用西门子6SL3850系列静态变频启装置。

2燃机电气系统主接线方式

传统汽轮发电机的单元发变组接线典型设计由发电机出口经封闭母线直接连接至主变压器低压侧升压后接入变电站，考虑主变倒送电提供厂用电需求的运行方式时，汽轮发电机出口设置断路器。大型燃机发电机组启动时需与电网断开，由静态变频装置提供变压、变频后的交流电给发电机定子供电，发电机至主变低压侧设置发电机出口断路器作为燃机启动过程中的隔离断开点和燃机发电机启动后并入系统时的并网断路器。高安屯热电“二拖一”机组两台燃机配置两套SFC静态变频启动系统，每台SFC装置设置1号和2号两个出线柜，两个1号出线柜出口接至1号燃机，两个2号出线柜出口接至2号燃机。每台SFC装置都可经TCS控制系统选择拖动任意一台发电机启动。正常操作用#1SFC拖动#1燃机启动、#2SFC拖动#2燃机启动，可满足两台燃机同时启动的要求。两台SFC装置互为备用，#1SFC故障或有检修工作时，可用#2SFC拖动#1燃机启动，#2SFC故障或有检修工作时，可用#1SFC拖动#2燃机启动，运行方式可靠、灵活。设置2段6kV厂用母线，#1高厂变带6kVA段，#2高厂变带6kVB段。6kVA段经#1隔离变变压后给#1SFC变频装置供电，6kVB段经#2隔离变变压后给#2SFC变频装置供电。变频后的电源从SFC装置的出线柜由电缆引至发电机出口断路器箱体的启动用隔离开关，给发电机定子供电。同时发电机励磁绕组通入直流电流，发电机以同步电机方式运行。

3配置设备特点大型燃机与汽机

在电气系统上最大的不同点是燃机启动时必须作为电动机由变频装置拖动到自持转速。燃气轮机主要由压气机、燃烧室和透平组成。燃机正常运行时压气机由燃机透平驱动工作，透平约2/3的功率用来拖动压气机，约1/3功率做为输出功率。燃机点火前透平不能产生功率，点火初始阶段透平产生的功率也不能立即满足自持转速的力矩，需要利用驱动燃机转动的外部启动系统。静态变频装置根据转速曲线来加速燃机，以便为燃气轮机提供最优的启动环境。SFC静态变频系统的基本组成为：静态变频器、隔离变压器、控制柜。静态变频器是由整流器、直流平波电抗器、逆变器组成的电力电子电路，能够快速、灵活启动电机的同时也会产生大量谐波影响电网的安全运行。为减轻整流装置产生的谐波对电网的干扰，本工程采用了SINAMICS单机12脉冲供电电源和6脉冲电机进给变频器，有效降低谐波分量。隔离变压器采用顺特电气有限公司的三相干式变压器，型号为SCB10-550/6.3，额定容量为5500kVA，变比为6.3±2×2.5%/1.45/1.45kV,短路阻抗UD=12%,接线组别为Dy11d0。由Dy11d0接线的三绕组变压器，次级绕组的两个绕组，一组接成星型，另一组接成角型，分别供给两组三相桥。两组整流桥串联后再接到负载。两个电流分离、平行工作的六脉冲由于两组整流桥输出的电压的相位彼此差30°，因此在负载上得到十二脉冲的整流电压。整流器将电压幅值、频率固定的输入电源整流后变为直流电源。中继电抗器安装在整流柜与逆变柜之间，并将整流器与逆变器断开，平整稳定直流电。出现过电流时，电抗器限制故障电流。逆变器将直流电源进行逆变配合机组启动输出变频、变压的交流电源。SFC装置中的控制柜是整个系统的核心，主要用于接受外部系统指令并根据系统的要求向整流柜和逆变柜发出触发脉冲，同时检测SFC系统的运行工况并进行故障保护。

4拖动燃机启动原理和方式

4.1拖动燃机启动的原理依据同步电动机的转子通入直流电流产生励磁磁动势fF，定子上通入三相交流电源产生基波旋转磁动势aF，励磁磁动势与旋转磁动势合成气隙磁动势δF，产生电磁转矩，驱动电动机以同步转速旋转。同步转速：pfn60=（p为电机的极对数，p为输入定子线圈电源的频率），即一台固定的电机极对数是确定的，同步转速只与输入该同步电机定子绕组的交流电源频率有关，且成正比关系。

4.2拖动燃机启动的控制方式变频调速按控制方式可分为自控式和他控式。自控式和他控式都是通过改变电磁转矩的大小和方向来调节转速。他控式变频装置由速度给定信号控制输出至定子的电源频率，为开环控制系统，存在转子振荡和失步问题。自控式变频装置用测定转子位置和转速控制其输出至定子的电源频率，使得定子磁场转速与转子转速相等，始终保持同步，构成电源频率自动跟踪转子位置的闭环系统，避免转子的振荡和失步。通过传感器可测得转子位置和转速。但存在增大电机体积，增加设备成本，会降低系统运行的可靠性等缺陷。高安屯热电工程采用的西门子6SL3850系列静态变频启装置其控制系统选用了基于无传感器的控制技术通过AVT测量模块测量定子电流和端电压确定位置计算出转子位置和转速，消除了以上缺点。[2]是转速可调的交流驱动系统，除用于机组启动外，还作为锅炉管道清吹、压气机离线水洗满足燃机和被驱动设备加速的需要，即有清吹／清洗／直启三种工作模式。

5SFC拖动燃机启动流程分析

燃机启动过程可采用全顺控启动方式，操作人员在TCS控制画操作投入将要启动燃机的顺控。控制系统将根据预先设定好的顺控流程控制SFC的启动过程。现以#1SFC静态变频装置拖动#1燃机发电机启动方式，说明燃机发电机的启动过程。

5.1启动流程分析如图1所示，清吹模式启动发电机，需要经过盘车脱离、升速清吹、降速点火、自持升速至额定的阶段。盘车拖动发电机维持2Hz转速时间足够暖机时间要求。燃机脱开盘车，转速开始下降。脱开盘车升速阶段根据TCS系统发出的转速给定值，SFC与励磁系统配合调节输入定子、转子电流幅值或相位，改变输出电磁转矩，闭环控制燃机发电机转速。转速上升至11.5Hz进行脉动清吹10min。清吹完毕，励磁电流、定子电流输出值保持0，磁场消失，转速下降。低于3.5Hz，SFC再次启动转速上升，点火后SFC和燃料然烧能量共同驱动燃机转速上升达到自持转速35Hz，SFC退出运行,励磁系统退出，由燃机本身燃料燃烧的能量推动转速上升至额定转速50Hz，完成燃机启动过程。

5.2燃机启动前重点检查事项（1）燃机启动前需检查发电机出口断路器01在断开位置，发电机出口隔离刀闸01-1在断开位置，防止倒送。（2）启动系统所有相关设备的控制电源送电完毕，状态正常。（3）励磁系统、SFC装置运行正常，无告警。5.3主要操作步骤顺序（1）在TCS控制画面选择SFC启动#1燃机后，发电机出口隔离刀闸合闸，SFC出口切换开关#1出线柜内的1断路器合闸，SFC准备就绪。（2）TCS选择启动模式指令发给SFC装置，SFC装置发出指令合6KV电源断路器后，SFC准备运行，发出励磁系统投入指令。（3）励磁系统投入，盘车系统脱开，由SFC按照选择模式拖动燃机转子转动。

6结语

近年来燃气轮机在我国迅猛发展。SFC静态变频启动装置是大型燃机启动系统的重要组成部分。文中提到的燃机电气系统接线方式，充分考虑了启动装置的互备作用，满足了设备故障、检修时，不影响机组启动的要求，提高了经济效益。SFC静态变频装置采用转角隔离变压器有效降低了谐波对装置的影响。此种电气接线和设备配置方式值得推广。在实际应用中，运行、调试人员需掌握基础控制原理，规范操作顺序，以确保设备的安全运行。

作者：闫乃欣 单位：北京京能高安屯燃气热电有限责任公司