淺談SFC在燃氣機組中的原理及啟動

廖波

摘要：由于我國原有能源可持續發展、環境情況的相關問題還未得到有效解決，導致燃煤常規火力發展受到制約，無法實現倡導發展理念。為解決新能源發電的問題，國家加大了天然氣資源的開發力度，保護能源結構的完整性，為電力發展提供能源支持。文章對燃機發電廠SFC（靜止變頻啟動裝置）啟動過程、基本原理和安裝調試注意事項等進行了介紹。

關鍵詞：SFC；燃氣機組；發電機；新能源發電；同期；并網 文獻標識碼：A

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

1 機組啟動概述

燃氣機組通過一定靜止狀態向快速運轉轉變，這種中間過程的變化速率被稱之為燃氣機組啟動。燃氣機組的類型具有多樣性，其中機組啟動主要是指日本三菱M701F4型燃機。該機組利用3r/min到達2200r/min出力功率，實現轉子加速變化過程，使其保持勻速運動，當達到一定程度額定轉速時，機組自動形成動能和電能，從而實現機組加速運動。在轉速運動過程中，機組本身帶動足夠的動力，對燃機進行吹掃清洗工作，達到或超出2220r/min后，該裝置自行停止轉速運動，但需要確定轉速功率不得低于轉子轉動速度，以免出現功率耗損程度過大等問題。對于電能或動能轉變，也需保持燃機機組從啟動到結束之間的正常功率，滿足轉子轉動的生成速率，加大能量轉動程度。大型燃機均采用SFC（靜止變頻啟動裝置）啟動方式，整個機組的啟動和調速的實現由啟動裝置完成，啟動裝置分為機械式裝置和電子式裝置。機械式裝置一般為啟動電動機。電子式裝置通常為SFC。對于燃氣輪機項目來說，一般在低速盤車時采用機械盤車，啟動時采用SFC裝置。

2 變頻器的作用及同步電動機調速

在速度轉動過程中，變頻器主要應用于器具電壓頻率統一變化，以實現機器電壓交流電的輸出過程。由于變頻器具有調速轉動的作用，產生電機極對數量比較統一（n=60f/p），由此可以得出，電機的轉度與頻率成正比。電機在工頻啟動時會產生很大的啟動電流（額定電流的幾倍），對電網沖擊相當大，而是用變頻啟動，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、電壓變低，極其容易造成發電機出現“電壓和頻率沖擊”現象，造成發電機的電壓和頻率不統一，會對發電機產生一定的損毀問題。調速的方法有兩種：一是改變電機對數；二是提高變頻調速。在提高機組的運行速率時，要想完成電動機變頻調速功能，可以采取改變變頻功率的方法，實現電動機的同步功能，提高機器的技術調速。另外，電動機的調速類型主要以自控和他控為主，結合變頻裝置提高變壓功率，達成統一的機器變頻速率。在自控調速過程中，對變頻調速采取控制調節的方式，實現變頻裝置自我控制，主要以“交-直-交”和“交-交”兩種變頻供電方式為主，控制方式則通過控制速率不超過變頻速率來實現。對于自控調速，電動機的具體應用很多，如701F系列燃動機。在他控調速過程中，與自控調速過程具有相似性，利用帶動轉子速率的方式來完成具體操作，實現電動機同步調速。

3 工作原理及啟動過程

發電機做電動機時的工作原理，轉子通入直流，成為磁鐵，定子通入三相交流，形成旋轉磁場，相互作用后產生轉矩。SFC實際工作原理，主要是通過交流電源裝置來實現的，利用電壓的恒定原理實現功率統一恒定，從而轉變為交流電壓頻率。結合SFC啟動原理，可實現變頻啟動工作。具體的啟動過程如下：當定子旋轉的磁場率同步時，定子和轉子之間的電磁轉矩發生細微改變，對頻率調速相同的發電機定子具有速率作用，再利用交變電流和電機定子的轉換形式，實現發電機調頻調速，從而帶動電機軸和燃氣輪機，發生啟動變化。因此結合SFC可達到調頻調速功率統一，轉換發電機交流定子速率，帶動燃氣機組正常工作，達到預先統計的速率值。

在完成轉動速率變頻后，增加頻率至燃機可以自己維持旋轉，并且通過旋轉速度的變化頻率，對發電機組勵磁裝置實行“電流交換”，致使發電機轉子速率達到該裝置的規定數值，配合實際功率實現機組運行工作，對機組轉定實施電流轉配。其中SFC控制該裝置的整體運行構造，影響額定轉動率。一般來講，發電機在電動機運行加速前，首先需要電機實現電動化，達到大約為3r/min時，對SFC實行控制裝置和轉換裝置的作用，主要以“輸入開關”“輸出轉率”為主，轉子勵磁會經由輸入或輸出實現，帶動裝置功率發生變化，對晶閘管脈沖實現最終加速。最初轉速達到300r/min時，SFC工作方式發生改變，由“強制方式”轉變為“負載方式”，其中的轉動速率需要達到700r/min范圍內，對中間裝置實行高盤吹掃和清洗工作，將上次運行未燃燒完全的氣體吹出燃燒室，防止點火時爆燃事故。完成吹掃、清洗后，轉速減值500r/min，在實行點火程序后，讓天然氣通過空氣產生摩擦，致使天然氣轉變工作狀態，通過熱能轉變為動能，實現天然氣的透平化功能，與SFC一起工作至轉速2200r/min。此時，透平輸出功率已滿足維持機組的轉動及發電需要，SFC退出運行，調速器投入運行，對轉速進行調節，使之平穩升速到同期轉速3000r/min。隨后，起勵裝置投入，利用發電裝置，實現電壓輸出或輸入工作，對同期控制器實行投入運行。當裝置功率達到限定范圍時，滿足同期條件中的具體數據值，當實際數據達到或超過規定時，即可合上同期開關，實行機組并網，機組并網結束后，即可完成啟動運行工作。

4 SFC主要設備組成

5 注意事項

（1）在實際操作中，SFC的整流器和逆變器容易發生故障，造成機組啟動事故。因此，為降低故障發生率，在發電機的中性點接入變壓器，避免電流沖擊，且在啟動前及過程中，發電機中性點刀閘應在斷開位置；（2）SFC設備本體只能通過專用150mm2多股銅芯軟接地線與主網以最短距離一點接地，與SFC連接的所有外部一次、二次電纜屏蔽層，不能在SFC設備側接地，只能在對側接地；（3）由于SFC成套設備基本為大件，最長達6.8m，高達2.8m，而啟動隔離變重量一般在20噸以上，設計及安裝時應考慮設備安裝的先后順序及通道，建議設計院設計整體布局時，還要考慮設備檢修問題，并盡量將SFC設備單間安裝設計；（4）為了保證設備拼裝安裝誤差在規程范圍內，宜做盤底框，不能依靠廠家盤柜自帶底框，設備安裝完成后，應對廠家一、二次配線全面檢查緊固。

參考文獻

[1] 重慶兩江燃機電廠東方電氣廠家資料[S].

[2] 重慶兩江燃機河北電力設計院施工圖紙[S].

（責任編輯：王 波）