静态变频启动装置在燃气电厂的应用

王成龙

摘 要：近年来，随着我国加对大天然气等清洁能源的利用以及电力调峰的需要，一批蒸汽-燃气联合循环机组相继在各地投入建设。燃气轮机在起动、高盘冷却、水洗等过程中，其驱动力矩由同步发电机作为电动机运行来提供。燃气电厂的静态变频装置是非常重要的电气系统，燃机在启动初期依靠静态变频装置控制燃气轮机启动至自保持速度。文章介绍静态变频启动装置的工作原理、启动、停止、运行注意事项，以及保护配置情况，为相关技术人员提供借鉴。

关键词：静态变频；燃气电厂；应用；保护

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0115-02

在燃机启动初期，燃烧的气体所产生的能量无法使燃机达到启动，为了使机组开始旋转，采用静态变频启动装置（SFC）使发电机变为同步电动机进行使用，从而使机组启动。当燃机转速到2 100 rpm左右时，燃机可以通过燃料的燃烧实现自保持转速，此时SFC可以逐步的退出。SFC向发电机定子通入可变电压和频率的电流，同时由励磁装置向转子通入励磁电流，将发电机变为同步电动机使用。

1 SFC系统概述

1.1 工作原理

SFC装置的主要组成部分有整流器（Converter）、谐波滤波器（Harmonic Filter）、逆变器（Inverter）、SFC 变压器（SFC transformer）、DC电抗器（DCL）以及控制系统等组成。

整流器（Converter）的主要作用是通过三相六脉波全控可控硅整流桥，将输入整流器的三相AC电压转变成输出整流器的可变的DC电压。谐波滤波器（Harmonic Filter）由电容器、电抗器、保险丝、线路断路器和附件组成，其作用是防止静态变频装置倒送高次谐波到6 kV系统。谐波滤波器的投退对静态变频装置系统的运行没有影响，仅对6 kV厂用电系统有影响。逆变器（Inverter）与整流器一样，只是相反，输入的是DC电压，输出的是幅值和频率变化的AC电压，正是由于这个交流电源可变才最终使发电机的转速能够被控制。SFC变压器（SFC transformer）通过将输入的6 kV电压转变为适合整流器的输入电压。DC电抗器（DCL）的主要作用是平波直流电流。电压可变的直流电通过逆变器后变为频率可变的交流电，最终输入到发电机定子绕组中，启动励磁系统与此同时加直流励磁到发电机转子。定子回路中是频率可变的交流电，转子回路中是直流电，发电机变为同步电动机。通过SFC装置控制输出频率来控制发电机的转速。

1.2 工作过程

启动初期燃气轮机—发电机组旋转在盘车转速，启动变频器SFC连接到发电机定子并承担转子电压基准的控制。如图1所示，当SFC接收到控制系统发来的运行命令后，首先执行的是机组清吹过程。通过SFC装置控制燃机转速至清吹转速。当清吹过程结束后，机组进行的是点火过程。通过SFC停止输出使燃机转速下降至点火转速，执行点火程序，如果点火成功，SFC重新开始输出，加速机组转速至燃机自持转速。在燃机到达自持转速后SFC逐步减小输出量，直到2 100 rpm时完全退出。

2 SFC投运

2.1 投运行前准备工作

检查发电机具备启动条件，其出口刀闸及开关均在分闸位置。

检查发电机励磁控制柜各交、直电源送上，无报警信号，控制方式在“自动”。

检查励磁变低压侧开关（MDS-5）在合闸位，控制方式切“远方”。

启动励磁变低压侧开关（MDS-4）控制电源开关，控制方式切“远方”。

停运超过7 d、一次回路检修后或电气回路出现结露、水淋等情况，启动前用1 000 V绝缘表测SFC变6 kV绝缘，用500 V绝缘表测SFC整流输入侧、逆變输出侧绝缘，SFC各侧绝缘应大于5 MΩ。

送上SFC控制柜的、谐波滤波器柜、逻辑切换盘的交、直流电源。检查各信号正常无不可复归报警。

合上SFC谐波滤波器6 kV开关的控制和储能电源开关并检查在“远方”。

准备励磁系统良好备用。启励变和SFC隔离变电源开关送到位并检查具备投入条件。

送上SFC开关切换盘开关控制电源，控制方式切“远方”。

启动条件：发电机出口开关在断开位置，热备用状态； 发电机出口刀闸在断开位置；发电机出口开关发电机侧接地刀闸已拉开；励磁变低压侧开关（MDS-5）及启动励磁变低压侧开关（MDS-4）控制方式切“远方”；启动励磁变高压侧6 kV开关在热备用状态，控制方式切“远方”等。

2.2 投运

检查机组在盘车，启动允许条件已经满足，在燃机控制系统上选择SFC的启动方式。

检查发电机中性点刀闸、发电机励磁变低压侧开关MDS-5分闸。检查SFC隔离变压器具备投入条件，SFC及励磁系统各开关状态正确，各变频柜冷却风机已启动。

TCS发启动令，发电机灭磁开关合闸，SFC运行灯亮，机组转速按启动曲线升速。

检查励磁系统运行正常，各整流柜风扇自动投入运行。

当转速升到燃机自持转速时，TCS发停SFC指令，SFC自动减出力到零，停止运行。

检查SFC隔离变压器、启动励磁系统各开关动作正确，SFC谐波滤波器退出运行。

3 SFC 正常运行时的监视、维护和操作

3.1 SFC 就地控制盘的运行监视

SFC就地控制盘上的液晶控制屏显示SFC装置的运行情况、参数及故障报警等，“紧急停机按钮”在事故情况下可以手动紧急停运SFC。

若出现报警，SFC可继续运行。在就地液晶控制面板画面中查明报警原因，及时告知检修人员，并密切关注事态发展，及时汇报。

若出现故障报警，SFC自动停运。在就地液晶控制面板画面中查明故障原因，及时告知检修人员。

在就地液晶控制面板界面上察看SFC系统各部件的运行参数是否正常。

监视SFC控制盘声音有无异常，如有无较大噪音、振动或放电声等。

检查SFC控制盘有无焦糊味等异味。

3.2 整流/逆变柜运行监视

检查整流/逆变柜声音有无异常，如有无较大噪音、振动或放电声等；检查整流/逆变柜有无焦糊味等异味；确认整流/逆变柜冷却风机运行正常，进风滤网和出风口无异物堵塞。

3.3 直流电抗器运行监视

确认冷却风机运行正常，进风滤网和出风口无异物堵塞；检查直流电抗器室声音有无异常，如有无较大噪音、振动或放电声等；检查直流电抗器室有无焦糊味等异味；由于直流电抗器运行时会产生较强的磁场，监视时应非常注意。

3.4 SFC变压器运行监视

变压器温控器运行正常，冷却风机控制方式在“自動”；检查变压器温度显示正常；观察变压器外观、一次及二次连接均正常；变压器运行声音正常，无明显噪音和振动。

3.5 谐波滤波器运行监视

检查SFC谐波滤波器6 kV开关在合闸位，开关柜保护装置无报警；检查5次、7次、11次谐波装置的运行状态正常，带电显示灯亮，三相电源指示灯亮；检查各谐波滤波器柜冷却风机运行正常，风机运行灯亮；检查各谐波滤波器柜内声音有无异常，如有无较大噪音、振动或放电声等；检查各谐波滤波器电容器保险三相完好。

4 发电机保护配置

4.1 低频过流保护

在燃机启动过程中必须投入出口快速动作于全停的低频过流保护。主要原因是燃机变频启动时发生短路时，由于机端电压较低，容易产生相当大的低频短路电流，会使发电机损坏。

4.2 起停机保护

此保护投入时间为发电机并网前，退出时间为发电机并网后。为了保护在SFC投入运行期间发生发电机定子接地故障时产生的较大的电流。

4.3 燃机发电机保护投退情况

在SFC投入运行时投入的保护有发电机差动、定子匝间、定子过负荷、过激磁、发电机突加电压、发电机启停机、发电机低频过流、转子接地、定子过电压。SFC退出运行但发电机没有并网期间投入的保护有：发电机差动、定子匝间、定子过负荷、过激磁、发电机突加电压、发电机启停机、转子接地、定子过电压、低压记忆过流、发电机失磁、逆功率、发电机失步、发电机频率、100%定子接地。发电机并网后投入的保护有：发电机差动、定子匝间、定子过负荷、过激磁、转子接地、定子过电压、低压记忆过流、发电机失磁、逆功率、发电机失步、发电机频率、100%定子接地、GCB失灵启动。

5 结 语

SFC系统是燃气电厂比较重要的辅助系统，承担着机组启动的任务。通过了解SFC的启动原理、过程、投入前检查、正常运行中检查，了解SFC启动时发电机保护的投退情况，对正常运行的指导有非常重要的意义。

参考文献：

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[2] 刘志文，赵斌.大容量燃气轮发电机在启动过程中继电保护应采取的措施[J].继电器，2006，（20）：16-19.

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