燃机静态变频启动系统的优化及工程应用

第3卷第4期智能电网V ol. 3 No. 4 2015年4月Smart Grid Apr. 2015

DOI：10.14171/j.2095-5944.sg.2015.04.014 文章编号：2095-5944 (2015) 04-0349-05 中图分类号：TM 61 文献标志码：A 燃机静态变频启动系统的优化及工程应用

赵毅，刘欣村

(国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市 211106)

Optimization and Engineering Application of Gas Turbine Static Frequency

Converter Start System

ZHAO Yi, LIU Xincun

(NARI Technology Development Co., Ltd., Nanjing 211106, Jiangsu Province, China)

ABSTRACT: At present static frequency converter (SFC) applied in domestic gas turbines still rely on import, it is necessary to optimize and improve the SFC start system for gas turbine power plant. Through research and engineering practice, we can optimize the SFC start system, improve the reliability and complete relevant functions of the system. A method to optimize the SFC start system for gas turbine and the related engineering application are introduced.

KEY WORDS: gas turbine; start system; static frequency converter (SFC)

摘要：目前国内应用的燃机静态变频系统仍依靠进口，且有必要对燃机电站的静态变频启动系统进行优化与改进。通过调研与工程实践，对静态变频启动系统进行优化，提高系统的可靠性，并完善相关功能，同时介绍一种燃机静态变频启动系统的优化方法及工程应用。

关键词：燃机；启动系统；静态变频器(static frequency converter，SFC)

0 引言

燃气–蒸汽联合循环发电机组具有效率高、污染低的特点，在世界范围内已广泛应用。随着我国能源政策的调整和环境保护意识的增强，从2000年开始国内大幅度开发与利用天然气资源，并将其应用于电力系统领域。我国以打捆招标、市场换技术的方式在华东、广东、福建等地兴建了一批利用西气东输和进口油气为能源的效率高，污染小，调峰性能好的重型燃气–蒸汽联合循环电站[1]。

大型燃机大都采用静态变频启动方式，即通过静态变频器输出和控制励磁调节器，在启动阶段将发电机作为同步电动机来带动燃机升速。而大型燃机普遍应用于电网调峰，且启动较为频繁，使静态变频启动系统的性能保障显得尤为重要。如果因为静态变频启动系统故障导致机组无法按时并网，将对电网安全及电厂经济造成严重的影响[2]。

针对燃机机组静态变频启动系统的特点及实际运行中的缺陷，则有必要对其进行综合优化，提高系统的可靠性与实用性，从而给燃机机组的运行提供有力的保障。

1 燃机静态变频启动系统

传统燃机变频启动系统主要由燃机发电机本体、燃机控制系统、静态变频系统、励磁系统、发电机保护系统、输入变压器及与之相关的断路器、刀闸、电气线路组成[3]。

在燃机发电机启动过程中，以燃机发电机本体为控制对象，此时发电机被当作同步电动机来控制。燃机控制系统负责燃机启动过程中的逻辑实现与状态监控。静态变频系统是一种可控硅控制的大功率交流变频器，且通过向发电机的定子绕组中通入三相交流电建立电枢磁场；励磁系统通过励磁调节器控制可控硅向转子输送电流，在转子中加励磁建立转子磁场，两磁场相互作用，产生转矩转动发电机转子。华能桐乡燃机热电联产工程，该电站目前装配有2台ALSTOM的GT12E3燃机发电机组及其控制系统，与之配套的有2台ABB的静态变频系统、2台南瑞继保的励磁系统[4]。

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2 燃机静态变频启动系统的优化目标

为保障燃机运行的安全性与经济性，可在传统燃机静态变频启动系统设计与应用的基础上对其进行优化与改进，其目标是：

1）减少静态变频系统与燃机控制系统的硬件配置与软件编程量，便于系统的调试与故障诊断；

2）选择合理的布线，增加机组启动方式的安全性与灵活性；

3）控制投资，简化设备的操作与控制逻辑，提高系统的可靠性[5]。

3 燃机静态变频启动系统的优化及工程实现

3.1 SFC的配置数量

SFC的配置数量要根据燃机的数量来定，对多台燃机机组，最少配置2台SFC，每台SFC可独立启动任何1台燃机机组。SFC数量的确定既要保证机组启动装置的备用性，也要最大限度的节约工程投资。国内燃机电站的典型案例是上海临港燃机发电站的“二拖四”的SFC数量配置；在华能桐乡燃机热电联产项目中，燃机数量为2台，故SFC的数量至少为两台。

3.2 主接线布置

燃机静态变频启动系统的电气接线布置要根据燃机的数量和SFC的数量确定，上海临港燃机发电站采用“二拖四”的方案，其传统布线的方式如图1所示[6]。

传统布线方式刀闸的联锁与顺控关系较为复杂，挂在同一段母线上的机组无法同时启动，经过

图1燃静机态变频启动系统“二拖四”传统布线方式Fig. 1 Traditional “Two and Four” wiring method for

gas turbine SFC start system 改进后的主接线方案如图2所示，改进后的主接线方式可保证4台燃机中的任意两台同时启动，则可提高燃机电站的效率。

图2改进后的燃机静态变频启动系统“二拖四”布线方式Fig. 2 Improved “Two and Four” wiring method for

gas turbine SFC start system

华能桐乡燃机热电联产项目中，具有2台燃机与2台SFC，按照传统的接线，1号SFC负责启动1号燃机，2号SFC负责启动2号燃机。考虑到设备维护或现场情况突发时期，在设计主接线时，要引入交叉启动情况，其主接线设计图如图3所示。主接线分为3级：外部6 kV输入电源与SFC之间的布线、隔离开关切换柜组的布线、隔离开关切换柜组与燃机之间的布线。在设计时，要注意接地的作用。

图3华能桐乡燃机静态变频启动系统电气布线示意图Fig. 3 Electrical wiring diagram of SFC start system for

gas turbine in Tongxiang