牛利涛;刘晓航;洪海程
【摘 要】The static frequency converter (SFC) of integrated gasification combined cycle (IGCC) is elaborated, taking the gas turbine project of Tianjing Hua-neng IGCC Power Station as an example, and the operating principle, process and characteristics of FSC are analyzed to provide a debugging guidence for the variable frequency starting-up of grand IGCC power station. The problems possibly occurring in the synchronization System of the gas turbine generator set is also analyzed and the logic of the synchronization system is discussed on the basis of the experiment record in the debugging process of gas turbine generator set. The modification suggestion is presented so as to achieve better cooperation of SFC and synchronization system.%为了对大型IGCC电站燃机变频启动调试工作提供指导,结合华能天津IGCC示范电站燃机项目实例,通过对IGCC电站示范项目静态变频装置的阐述,分析了静态变频装置的工作原理、工作过程以及特点.依据燃气机组现场调试过程的实验记录,分析了燃气机组同期系统可能出现的问题,讨论了同期系统的逻辑,并给出了修改意见,使静态变频装置和同期系统能很好的配合.
【期刊名称】《现代电子技术》自动甩干拖把
【年(卷),期】2012(035)018
无卡轴旋切机
【总页数】4页(P188-191)
丸药制作【关键词】燃机;静态变频启动装置;同期系统;IGCC
【作 者】牛利涛;刘晓航;洪海程
【作者单位】西安热工研究院调试部,陕西西安710032;西安热工研究院调试部,陕西西安710032;西安热工研究院调试部,陕西西安710032
【正文语种】中 文
【中图分类】TN911-34;TM773
短期负荷预测挤压件0 引 言
在世界范围内，整体煤气化联合循环发电(Intergrated Gasification Combined Cycle，IGC
C)是一种新一代先进的洁净煤燃烧发电技术。它主要由煤的气化与净化部分(气化炉、空分装置、煤气净化设备)和燃气- 蒸汽联合循环发电部分(燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统) 组成。由于IGCC电站项目在节水、环保、发电效率等方面具有突出的优越性,所以目前正在我国大范围的推广和应用[1]。
燃气轮机与常规的发电机组不同,整个燃机透平在运行中产生的功率有约1/2 消耗在压气机中,燃机从启动、点火、加速到自持转速的过程,燃机透平自身做功不足以满足启动的要求,必须外加能量拖动转子转动。随着燃气机组容量的增加,启动装置的型式也有很大的不同,小型燃机一般有柴油机启动式、启动马达式和蒸汽冲动式;大型燃机，如GE 和西门子的E级燃机均用变频启动方式,即通过静态变频器(SFC) 带动同步发电机为同步电动机提供驱动力矩[2]。 华能天津IGCC电站示范工程项目是国家“十一五”863计划重大项目的依托工程，根据气化炉的容量，配套使用“E”级燃机，主机采用西门子公司SGT5-2000E(V94.2) 型燃机，其中静止变频启动装置SFC(Static Frequency Converter)由CONVERTEAM公司提供。本文结合天津IGCC工程的实际情况,介绍机组变频启动的全部过程,并分析运行中的一些特点,以期与同行进行交流与探讨。
1 静态变频启动装置的组成
华能绿煤电天津IGCC电厂一期工程燃机发电机组其配套的SFC系统如图1所示。
系统由一台变压器，一个直流电抗器，一台整流器和一台逆变器组成。各设备功能如表1所示。
2 静态变频启动装置的原理
静态变频器的作用是把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电。变频调速的依据是公式n=60 f/p。其中n为同步速度；f为电源频率；p为电机极对数。即电机的旋转速度同频率成比例。电机在工频电源供电时会产生一个大的启动电流,启动和加速冲击很大,而当使用变频器供电时,变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的,这些冲击就要弱一些。如果仅改变频率而不改变电压,频率降低时发电机定子容易因过电流而损坏,因此变频器在改变频率的同时必须改变电压[3]。 图1 燃气机组SFC示意图表1 SFC 各组成元件及功能列表
设备名称功能SFC变压器提供整流器输入电压;限制短路电流整流器控制直流电压以使直流电流符合规定直流电抗器(DCL)使直流电流平滑变化逆变器通过发电机转速的频率响应,控制将输入的直流电转换为交流电送至发电机,使发电机转速平滑增加SFC隔离开关隔离作用
2.1 静态变频启动装置的工作过程
通过SFC 向发电机定子绕组施加电压,同时利用静态励磁装置(SEE)向发电机转子绕组提供励磁,使此时作为同步电动机运转的发电机产生同步力矩,带动转轴使燃机升速至约70%额定转速[4]。燃机在此时被点火运转,拖动电机到额定转速,此时电机作为发电机运行且断开励磁供应。发电机组升速至接近额定转速时,燃机尾气在余热锅炉中产生的蒸汽将汽轮机的转速升速至接近额定转速,此时离合器动作,将燃机、发电机和汽轮机轴系联成一个整体,在转速达额定时,SEE向发电机转子绕组通励磁电流,控制发电机电压最终并入电网。
2.2 转子位置检测，机械角频率和电机电压相角的确定
当同步电机旋转和励磁时，在定子绕组感应出三相电压[5]。用三相相角ωt计算出转子相对于定子的位置。当电机静止时，定子绕组没有感应电压。因此不可能确定转子位置。当电
机位于静止状态建立励磁时，通过励磁电流或者磁通量的变化，定子绕组电压发生改变。定子两极相电压确定了转子相对于定子绕组的位置。发电机定子电压L1-L2，L2-L3的测量是由两个直流电压互感器来测量的。电压互感器把测量电压按比例转换成电流，进入ICP232分流电阻和模拟变信号变压器，作为一个等效电压USYN Machine 2。高频高压下，测量值用来生成触发脉冲。第三定子电压L3-L1通过其他两相计算得出。积分电路判断三相电压的极性。在此基础上，当有触发信号时，发电机侧变换器的两个晶闸管桥臂在给定旋转方向提供了最大的转矩。存储结果直到电源侧变换器和发电机侧变换器释放。在等待时间期间，此时电机磁通量达到它的稳态值[6]，如图2所示。
图2 定子电压产生过程
当转子开始低转速时，转动动作在定子上感应出一个非常低的电压。每一次检测到零序电压，转子旋转到下一个60°。当前电机频率和/或角频率ω(t)和相位角φ(t)=ωt发送到发电机侧变换器控制器触发装置(32)时， 这个模式叫作滑动-积分模式。
氚电池
随着电机频率增加，电机终端电压也会增加。当电机频率达到一定高频时，PLL可以直接判断定子电压。在这种情况下，PLL1{31.2}确定电机电压的相位角φ(t)=ωt和角频率ω(t)，
同时传输到发电机侧变换器控制器触发装置。PLL2与PLL1目的相同。PLL2同样也接受和判断相电压L1-L2和L2-L3。
3 变频启动的步骤
华能天津IGCC电站示范工程SFC的工作步骤包括：启动升速、吹扫、降速点火和升速4个阶段，如图3所示。启动过程中发电机电流和转速的关系如图4所示。
图3 华能天津IGCC电站燃机SFC启动时序
3.1 启动升速阶段
同步发电机先由盘车装置带到一定的转速，然后按照要求依次合上SFC隔离刀闸、电源侧断路器。当逆变器启动时，首先切换SFC电源侧变换器断路器；然后执行初始触发，释放励磁电流控制器，建立转子磁场ΦF，从而在定子绕组上感应出电压。从极性中测量定子感应电压和确定转子位置，这样确定了发电机侧变换器的触发顺序。然后依次出发，使发电机升速。
图4 华能天津IGCC电站定子电流启动时序
3.2 吹扫阶段
燃气机组启动过程中，为防止点火时发生爆燃损坏机组，需要在点火前维持约900 r/m的转速进行吹扫，该阶段SFC的输出电流和转速不变。
3.3 降速点火阶段
燃气机组吹扫阶段完成后，SFC装置降低转速至480 r/m配合燃气机组点火启动。该阶段发电机的电流和电压降为0，转子的转速由900转开始下降，达到480转后由TCS(燃机控制系统)发点火令。
3.4 升速阶段
燃气机组点火成功后，SFC和燃气机组共同带动发电机进行升速。虽然SFC的输出电流保持不变，但是随着燃料量的增大，发电机平稳升速。当发电机转速达到2 250 r/m时，SFC输出电流和励磁电流全部降为0。此时跳开相应开关，将SFC和励磁退出，然后由燃气机组拖动升速至额定转速[7]。
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