淺談SFC在燃?xì)鈾C(jī)組中的原理及啟動(dòng)

廖波

摘要：由于我國(guó)原有能源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境情況的相關(guān)問(wèn)題還未得到有效解決，導(dǎo)致燃煤常規(guī)火力發(fā)展受到制約，無(wú)法實(shí)現(xiàn)倡導(dǎo)發(fā)展理念。為解決新能源發(fā)電的問(wèn)題，國(guó)家加大了天然氣資源的開發(fā)力度，保護(hù)能源結(jié)構(gòu)的完整性，為電力發(fā)展提供能源支持。文章對(duì)燃機(jī)發(fā)電廠SFC（靜止變頻啟動(dòng)裝置）啟動(dòng)過(guò)程、基本原理和安裝調(diào)試注意事項(xiàng)等進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：SFC；燃?xì)鈾C(jī)組；發(fā)電機(jī)；新能源發(fā)電；同期；并網(wǎng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM31 文章編號(hào)：1009-2374（2016）21-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.031

1 機(jī)組啟動(dòng)概述

燃?xì)鈾C(jī)組通過(guò)一定靜止?fàn)顟B(tài)向快速運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變，這種中間過(guò)程的變化速率被稱之為燃?xì)鈾C(jī)組啟動(dòng)。燃?xì)鈾C(jī)組的類型具有多樣性，其中機(jī)組啟動(dòng)主要是指日本三菱M701F4型燃機(jī)。該機(jī)組利用3r/min到達(dá)2200r/min出力功率，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子加速變化過(guò)程，使其保持勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到一定程度額定轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組自動(dòng)形成動(dòng)能和電能，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組加速運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，機(jī)組本身帶動(dòng)足夠的動(dòng)力，對(duì)燃機(jī)進(jìn)行吹掃清洗工作，達(dá)到或超出2220r/min后，該裝置自行停止轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，但需要確定轉(zhuǎn)速功率不得低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度，以免出現(xiàn)功率耗損程度過(guò)大等問(wèn)題。對(duì)于電能或動(dòng)能轉(zhuǎn)變，也需保持燃機(jī)機(jī)組從啟動(dòng)到結(jié)束之間的正常功率，滿足轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的生成速率，加大能量轉(zhuǎn)動(dòng)程度。大型燃機(jī)均采用SFC（靜止變頻啟動(dòng)裝置）啟動(dòng)方式，整個(gè)機(jī)組的啟動(dòng)和調(diào)速的實(shí)現(xiàn)由啟動(dòng)裝置完成，啟動(dòng)裝置分為機(jī)械式裝置和電子式裝置。機(jī)械式裝置一般為啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。電子式裝置通常為SFC。對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，一般在低速盤車時(shí)采用機(jī)械盤車，啟動(dòng)時(shí)采用SFC裝置。

2 變頻器的作用及同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速

在速度轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，變頻器主要應(yīng)用于器具電壓頻率統(tǒng)一變化，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器電壓交流電的輸出過(guò)程。由于變頻器具有調(diào)速轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，產(chǎn)生電機(jī)極對(duì)數(shù)量比較統(tǒng)一（n=60f/p），由此可以得出，電機(jī)的轉(zhuǎn)度與頻率成正比。電機(jī)在工頻啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流（額定電流的幾倍），對(duì)電網(wǎng)沖擊相當(dāng)大，而是用變頻啟動(dòng)，電壓和頻率是逐步增加的，這樣的工作方式具備的沖擊量不大。但是如果使器具頻率保持上升狀態(tài)、電壓變低，極其容易造成發(fā)電機(jī)出現(xiàn)“電壓和頻率沖擊”現(xiàn)象，造成發(fā)電機(jī)的電壓和頻率不統(tǒng)一，會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生一定的損毀問(wèn)題。調(diào)速的方法有兩種：一是改變電機(jī)對(duì)數(shù)；二是提高變頻調(diào)速。在提高機(jī)組的運(yùn)行速率時(shí)，要想完成電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速功能，可以采取改變變頻功率的方法，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的同步功能，提高機(jī)器的技術(shù)調(diào)速。另外，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速類型主要以自控和他控為主，結(jié)合變頻裝置提高變壓功率，達(dá)成統(tǒng)一的機(jī)器變頻速率。在自控調(diào)速過(guò)程中，對(duì)變頻調(diào)速采取控制調(diào)節(jié)的方式，實(shí)現(xiàn)變頻裝置自我控制，主要以“交-直-交”和“交-交”兩種變頻供電方式為主，控制方式則通過(guò)控制速率不超過(guò)變頻速率來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于自控調(diào)速，電動(dòng)機(jī)的具體應(yīng)用很多，如701F系列燃動(dòng)機(jī)。在他控調(diào)速過(guò)程中，與自控調(diào)速過(guò)程具有相似性，利用帶動(dòng)轉(zhuǎn)子速率的方式來(lái)完成具體操作，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)同步調(diào)速。

3 工作原理及啟動(dòng)過(guò)程

發(fā)電機(jī)做電動(dòng)機(jī)時(shí)的工作原理，轉(zhuǎn)子通入直流，成為磁鐵，定子通入三相交流，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，相互作用后產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。SFC實(shí)際工作原理，主要是通過(guò)交流電源裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，利用電壓的恒定原理實(shí)現(xiàn)功率統(tǒng)一恒定，從而轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷侯l率。結(jié)合SFC啟動(dòng)原理，可實(shí)現(xiàn)變頻啟動(dòng)工作。具體的啟動(dòng)過(guò)程如下：當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)率同步時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子之間的電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生細(xì)微改變，對(duì)頻率調(diào)速相同的發(fā)電機(jī)定子具有速率作用，再利用交變電流和電機(jī)定子的轉(zhuǎn)換形式，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)調(diào)頻調(diào)速，從而帶動(dòng)電機(jī)軸和燃?xì)廨啓C(jī)，發(fā)生啟動(dòng)變化。因此結(jié)合SFC可達(dá)到調(diào)頻調(diào)速功率統(tǒng)一，轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)交流定子速率，帶動(dòng)燃?xì)鈾C(jī)組正常工作，達(dá)到預(yù)先統(tǒng)計(jì)的速率值。

在完成轉(zhuǎn)動(dòng)速率變頻后，增加頻率至燃機(jī)可以自己維持旋轉(zhuǎn)，并且通過(guò)旋轉(zhuǎn)速度的變化頻率，對(duì)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁裝置實(shí)行“電流交換”，致使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子速率達(dá)到該裝置的規(guī)定數(shù)值，配合實(shí)際功率實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行工作，對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)定實(shí)施電流轉(zhuǎn)配。其中SFC控制該裝置的整體運(yùn)行構(gòu)造，影響額定轉(zhuǎn)動(dòng)率。一般來(lái)講，發(fā)電機(jī)在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行加速前，首先需要電機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化，達(dá)到大約為3r/min時(shí)，對(duì)SFC實(shí)行控制裝置和轉(zhuǎn)換裝置的作用，主要以“輸入開關(guān)”“輸出轉(zhuǎn)率”為主，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁會(huì)經(jīng)由輸入或輸出實(shí)現(xiàn)，帶動(dòng)裝置功率發(fā)生變化，對(duì)晶閘管脈沖實(shí)現(xiàn)最終加速。最初轉(zhuǎn)速達(dá)到300r/min時(shí)，SFC工作方式發(fā)生改變，由“強(qiáng)制方式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤柏?fù)載方式”，其中的轉(zhuǎn)動(dòng)速率需要達(dá)到700r/min范圍內(nèi)，對(duì)中間裝置實(shí)行高盤吹掃和清洗工作，將上次運(yùn)行未燃燒完全的氣體吹出燃燒室，防止點(diǎn)火時(shí)爆燃事故。完成吹掃、清洗后，轉(zhuǎn)速減值500r/min，在實(shí)行點(diǎn)火程序后，讓天然氣通過(guò)空氣產(chǎn)生摩擦，致使天然氣轉(zhuǎn)變工作狀態(tài)，通過(guò)熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，實(shí)現(xiàn)天然氣的透平化功能，與SFC一起工作至轉(zhuǎn)速2200r/min。此時(shí)，透平輸出功率已滿足維持機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)及發(fā)電需要，SFC退出運(yùn)行，調(diào)速器投入運(yùn)行，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之平穩(wěn)升速到同期轉(zhuǎn)速3000r/min。隨后，起勵(lì)裝置投入，利用發(fā)電裝置，實(shí)現(xiàn)電壓輸出或輸入工作，對(duì)同期控制器實(shí)行投入運(yùn)行。當(dāng)裝置功率達(dá)到限定范圍時(shí)，滿足同期條件中的具體數(shù)據(jù)值，當(dāng)實(shí)際數(shù)據(jù)達(dá)到或超過(guò)規(guī)定時(shí)，即可合上同期開關(guān)，實(shí)行機(jī)組并網(wǎng)，機(jī)組并網(wǎng)結(jié)束后，即可完成啟動(dòng)運(yùn)行工作。

4 SFC主要設(shè)備組成

5 注意事項(xiàng)

（1）在實(shí)際操作中，SFC的整流器和逆變器容易發(fā)生故障，造成機(jī)組啟動(dòng)事故。因此，為降低故障發(fā)生率，在發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接入變壓器，避免電流沖擊，且在啟動(dòng)前及過(guò)程中，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)刀閘應(yīng)在斷開位置；（2）SFC設(shè)備本體只能通過(guò)專用150mm2多股銅芯軟接地線與主網(wǎng)以最短距離一點(diǎn)接地，與SFC連接的所有外部一次、二次電纜屏蔽層，不能在SFC設(shè)備側(cè)接地，只能在對(duì)側(cè)接地；（3）由于SFC成套設(shè)備基本為大件，最長(zhǎng)達(dá)6.8m，高達(dá)2.8m，而啟動(dòng)隔離變重量一般在20噸以上，設(shè)計(jì)及安裝時(shí)應(yīng)考慮設(shè)備安裝的先后順序及通道，建議設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)整體布局時(shí)，還要考慮設(shè)備檢修問(wèn)題，并盡量將SFC設(shè)備單間安裝設(shè)計(jì)；（4）為了保證設(shè)備拼裝安裝誤差在規(guī)程范圍內(nèi)，宜做盤底框，不能依靠廠家盤柜自帶底框，設(shè)備安裝完成后，應(yīng)對(duì)廠家一、二次配線全面檢查緊固。

參考文獻(xiàn)

[1] 重慶兩江燃機(jī)電廠東方電氣廠家資料[S].

[2] 重慶兩江燃機(jī)河北電力設(shè)計(jì)院施工圖紙[S].

（責(zé)任編輯：王 波）