重型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)出口斷路器配置分析

高志祥

(杭州華電半山發(fā)電有限公司，浙江 杭州 310015)

0 引言

隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，重型燃?xì)廨啓C(jī)(F級(jí))進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。重型燃?xì)廨啓C(jī)一般采用變頻啟動(dòng)方式，其電氣接線與燃煤機(jī)組有所不同，其發(fā)電機(jī)是否配置出口斷路器(GCB)具有不同的特點(diǎn)。本文結(jié)合實(shí)際分析其配置GCB的優(yōu)缺點(diǎn)，并提供未設(shè)GCB的案例，供同行參考。

1 燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)特點(diǎn)

燃?xì)廨啓C(jī)在啟動(dòng)時(shí)，必須由其他動(dòng)力裝置使其轉(zhuǎn)動(dòng)起來并達(dá)到一定的自持轉(zhuǎn)速。燃?xì)廨啓C(jī)所用的啟動(dòng)機(jī)有交流電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)(主要是用柴油機(jī))、靜態(tài)頻率轉(zhuǎn)換器(LCI)和發(fā)電機(jī)。

隨著燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)組容量逐漸增加，它所需啟動(dòng)裝置的功率也隨著增加。對(duì)于單軸燃?xì)廨啓C(jī)，Pu=(2% ～5%)PGT，其中:Pu為啟動(dòng)功率;PGT為燃?xì)廨啓C(jī)額定功率。例如S109FA機(jī)組，其LCI需要的最大設(shè)計(jì)功率就達(dá)10.38 MW。圖1是某機(jī)組的典型啟動(dòng)廠用電曲線，由該曲線可知，啟動(dòng)中廠用電功率最大為13.38 MW。減掉其他輔機(jī)占用功率，LCI的功率在10.00 MW左右。

因此，各重型燃?xì)廨啓C(jī)普遍采用了LCI靜態(tài)啟動(dòng)系統(tǒng)。這樣既可以縮短軸系(重型燃?xì)廨啓C(jī)本身的體積較大，如S109FA機(jī)組的軸系長(zhǎng)為42.09 m)，也可以空出透平基礎(chǔ)四周關(guān)鍵的空間，節(jié)省啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)和相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩變換器，以及有關(guān)的電氣硬件。

2 發(fā)電機(jī)出口設(shè)置GCB的優(yōu)缺點(diǎn)

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)出口斷路器的裝設(shè)原則通常同燃煤機(jī)組。大型燃?xì)廨啓C(jī)采用靜態(tài)變頻器啟動(dòng)，發(fā)電機(jī)出口可裝設(shè)GCB(如圖2所示)，也可不裝設(shè)GCB(將圖2中的發(fā)電機(jī)開關(guān)、出線閘刀省略)。下面從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和安全方面進(jìn)行分析。

圖1 某S109FA機(jī)組的典型啟動(dòng)廠用電曲線

2.1 不裝設(shè)GCB的優(yōu)點(diǎn)

由于GCB的價(jià)格約為400萬(wàn)元(配390H發(fā)電機(jī))且需要進(jìn)口，一次性投資較大，故設(shè)計(jì)時(shí)將其省略可降低投資。

相關(guān)案例表明，GCB中的發(fā)電機(jī)出線閘刀由于工作電流巨大(390H發(fā)電機(jī)額定電流為14221 A)，當(dāng)閘刀接觸不良時(shí)易發(fā)生熔斷事故。省略GCB避免了其出現(xiàn)故障的可能。

圖2 發(fā)電機(jī)帶GCB示意圖

2.2 裝設(shè)GCB的優(yōu)點(diǎn)

當(dāng)發(fā)電機(jī)承受不平衡負(fù)荷或發(fā)電機(jī)出口發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，GCB可以迅速切除故障;當(dāng)主變壓器內(nèi)部故障時(shí)，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁及定子電流衰減時(shí)間通常長(zhǎng)達(dá)數(shù)秒(與勵(lì)磁系統(tǒng)有關(guān))，變壓器的損壞程度會(huì)加重。

雖然發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)GCB后，一次性投資增大，但若考慮到今后的運(yùn)行情況，特別是調(diào)峰較多時(shí)的運(yùn)行情況，裝設(shè)GCB對(duì)減少?gòu)S用電切換很有幫助，可提高廠用電設(shè)備的使用壽命，減輕檢修維護(hù)的工作量。

另外，還有一個(gè)關(guān)鍵性的因素，即重型燃?xì)廨啓C(jī)普遍采用靜態(tài)變頻器啟動(dòng)，如果沒有GCB，則靜態(tài)變頻器的負(fù)載(特別是無功負(fù)載)將增大，所以，靜態(tài)變頻器的選型費(fèi)用增加。例如某V94.2燃?xì)廨啓C(jī)，原設(shè)計(jì)有與GCB，LCI配套的隔離變壓器的容量為1760 kV·A，省去GCB后，LCI隔離變壓器容量增大為4700kV·A。原啟動(dòng)轉(zhuǎn)速由0升到900 r/min的時(shí)間為90s，現(xiàn)在升速時(shí)間延長(zhǎng)為120 s，以降低燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)時(shí)的升速率，否則靜態(tài)變頻器將過載跳閘而導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。

目前燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)靜態(tài)變頻器均采用電流型，輸出的電流波形為矩形波(如圖3、圖4所示)，存在大量諧波，靜態(tài)啟動(dòng)時(shí)將引起發(fā)電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，特別是在啟動(dòng)和低轉(zhuǎn)速時(shí)可能對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器有一定的損傷。

特別要注意的是，燃?xì)廨啓C(jī)除了啟動(dòng)運(yùn)行工況外，還有一個(gè)冷拖水洗工況，且這一工況時(shí)間較長(zhǎng)。例如:S109FA機(jī)組在冷拖水洗時(shí)轉(zhuǎn)速為700 r/min，時(shí)間一般為4 h以上;西門子公司V94.2機(jī)組冷拖水洗時(shí)轉(zhuǎn)速為600 r/min，時(shí)間也較長(zhǎng)。如果沒有GCB，則主變壓器、高壓廠用變壓器將有較長(zhǎng)時(shí)間承受非正弦波及低頻危害。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于采用靜態(tài)變頻器啟動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)，發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)GCB是有利的。燃?xì)廨啓C(jī)啟停頻繁，裝設(shè)GCB后可避免高壓廠用電源的切換，簡(jiǎn)化廠用電源的控制和保護(hù)接線，從而提高廠用電系統(tǒng)的可靠性。機(jī)組并網(wǎng)或停機(jī)時(shí)只需通過GCB就可完成，縮短了機(jī)組啟、停時(shí)間。雖然初期投資較大，但運(yùn)行費(fèi)用低，并避免了主變壓器、高壓廠用變壓器受低頻、非正弦波的危害。但在實(shí)際運(yùn)用中也有未設(shè)GCB的案例，所以，是否設(shè)GCB應(yīng)依據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行方式及設(shè)計(jì)時(shí)考慮的側(cè)重面而最終確定。