浅谈燃机SFC系统

1 与SFC相关的电气原理

为了了解SFC的工作原理, 我们有必要先对燃机的启动过程有一个了解。空气被高度压缩是燃气轮机良好工作的前提条件之一, 一台燃机大约有三分之二的功率用来驱动压气机工作。显然, 为了使燃气轮机能够开始工作, 一定要有其他的动力先使压气机开始工作。当涡轮产生足够压缩比的气体, 进入燃烧室的天然气开始燃烧, 燃气轮机就可以自己维持旋转, 即在此速度下, 机组可以产生使自己不断升速的功率了。这就是燃气轮机组的启动过程。

机组的启动方式有以下三种。

(1) 异步电机拖动:最简单, 也是早期采用最多的启动方式, 是在发电机尾部加装一台电动机。在启动时将燃气轮机机组拖到一定转速, 然后通过离合器使电动机与燃气轮机机组脱开。

(2) 蒸汽轮机的拖动:对单轴布置的燃气轮机联合循环机组, 可以用蒸汽轮机拖动启动 (当然需要供汽的锅炉) 。

(3) 发电机做电动机拖动:这种启动的原理是将发电机作电动机运行, 通过外加 (变频) 电源让它将燃气轮机机组升速, 在燃气轮机开始自己作功后, 再退出电动机运行状态, 然后又作为发电机并网发电。这种启动方式目前越来越多地被采用。

发电机作电动机时的拖动原理。

众所周知, 发电机和电动机在电磁原理上是相同的, 同步发电机完全可以作为同步电动机工作。如果在电机定子上通入三相交流电, 将产生一个旋转磁场。转子加上励磁后也会建立一个磁场。同步电动机的电磁转矩就是由定子电流建立的旋转磁场与转子磁场的相互作用而产生的, 仅仅在两者相对静止时, 才能得到平均电磁转矩。如果将同步电动机转子通入直流励磁, 并将定子绕组直接投入电网, 这时定子旋转磁场和转子旋转磁场间有有相对运动, 所以不能产生恒定方向的电磁转矩, 电机不能启动。这可用图1说明。在图1a所示瞬间, 电磁转矩Tm方向倾向于拖动转子逆时针方向旋转。由于机械惯性, 当转子还未转动起来时, 定子磁场已转了180°, 达到图1b位置时, 转子又倾向于顺时针转动, 结果转子承受了一个交变的脉振转矩, 其平均值为零, 故电动机不能自启动。

2 SFC的工作原理简介

SFC系统是一套将恒定电压和恒定频率的三相交流电源变成可变电压和可变频率的交流电源。利用SFC启动, 即变频启动, 其实质是设法改变定子旋转磁场的转速, 使定、转子之间产生的电磁转矩能带动转子同步旋转。为此, 启动时SFC频率很低, 然后逐步增加频率直至燃汽轮机可以自己维持旋转。

在启动时, SFC的输出连接到发电机定子电枢绕组上, 每一瞬间有两相通电, 就在定子上产生一个磁场。除法信号根据装在发电机转子上的位置信号器发出的信号加在逆变器上, 通过改变通入电流的绕组来产生一个每次改变60°的逐步旋转磁场。这个磁场与已经加了励磁的转子作用, 就使发电机旋转。逐步提高逆变器输出电流的频率, 就使转子的转速逐步增加。

3 SFC的系统构成

SFC系统包括变压器、直流电抗器、转换器和逆变器几个主要部分。

转换器是一个3相6脉冲桥式连接电路的整流器, 它将恒定电压的三项工频交流电转换成可变电压的直流电。逆变器也是一个3相6脉冲桥式连接电路, 但它将转换器产生的直流电逆变成幅值和频率可变的三相交流电。这一可变的交流电供给电机使其升速到规定转速。每一设备的功能如表1。

4 SFC的启动流程

SFC的启动过程完全是由程序控制的。它与发电机的启动是同时的。其流程如下: (1) DCS或GCP给启动起励变命令。合起励电源DS-L1刀闸、CB-L1开关。合SFC电源DS刀闸、CB-SFC-1开关。 (2) GCP给合励磁开关41E命令。AVR (励磁调节器) 供给持续磁场, 发电机电压与大轴转速成正比上升。 (3) 当转速上升到510转/分, GTC给“恒压”命令到AVR, AVR保持电压在17%额定电压 (3.4KV) 。 (4) 清吹5分钟后, 发电机点火, 转速上升。 (5) 转速上升到2000转/分后, SFC退出, 拉开励磁开关41E。 (6) 拉开起励电源CB-L1开关、DS-L1刀闸;拉开SFC电源CB-SFC-1开关、DS刀闸。 (7) 转速上升到95%额定转速后, GCP给合励磁开关41E命令, 同时合初励开关31, 电压开始上升。 (8) 电压上升到60%额定电压后, 拉开31开关, 完成初励。发电机电压继续上升至额定电压, 起机完成。

5 目前存在问题

由于上述流程均为程序控制, 所以在启动之前, 各开关、刀闸位置必须满足启动条件, 即手把位置必须打到远方位置, 供DCS程控。否则程序将因条件不满足而无法继续进行, 导致启动失败。如果启动过程中的某一环节出现问题 (例如某刀闸由于机械原因没有按程控要求变换位置) , 导致启动不能继续进行下去时, 出现问题的点不能反馈到DCS界面以便查找问题原因。由于系统复杂, 出现这种情况时, 故障点将比较难以找出。

拟解决办法:取每个开关、刀闸位置接点到DCS控制盘, 以便查看开关、刀闸位置的正确与否。

摘要：同步电机的启动有多种方式。燃气轮机普遍采用SFC供电拖动的启动方式。本文简单介绍了京丰燃气发电有限责任公司#1燃机SFC系统构成和工作原理, 以供参考。

关键词：SFC,电磁转矩,启动流程