燃机发电机控制保护技术简介

9
燃气发电机组简介
• 燃机的启动过程
- 燃机启动点火前，机组需要达到一定的转速进行清吹 燃机启动点火前 机组需要达到一定的转速进行清吹 - 燃机点火时压气机需要提供一定压力的压缩空气 大型燃气轮机 的启动必须借 助外部动力设 备，多采用负 载换相逆变器 （LCI，Load Commutated Inverter）

16
燃气发电机组静止变频器(LCI)
• 燃机LCI系统构成
- 一次部分：整流桥阀组、逆变桥阀组、平波电抗器等。 次部分 整流桥阀组 逆变桥阀组 平波电抗器等 - 控制部分：LCI控制装置、阀控触发单元、启动控制系统等
控制柜
电抗器
网桥柜 机桥柜
开关柜


28
• 总结：
– 燃机电气控制系统的静止变频器（LCI）、励磁、发变组、 电气监控既要继承传统的高水平的控制保护技术，同时也要 就其专用功能开发相关技术； – 燃机电气控制系统的四大部分 燃机电气控制系统的四大部分，既相互独立、又相互关联， 既相互独立 又相互关联 基于统一平台实现的各系统之间，通讯通道顺畅，信息交换 完全，能够实现系统信息更加完整，实现系统最优化运行；
17
燃气发电机组静止变频器(LCI)
• LCI 整流/逆变阀组
风冷阀组，可灵活扩展的串联结构 控制器—VCU—TCU三级控制 光 电触发方式（隔离电压高，抗干扰强） 光-电触发方式（隔离电压高，抗干扰强） TCU一次侧高电位取能 TCU集成晶闸管过电压保护电路
整流阀组

• 励磁调节器
– 常规励磁所具有的所有控制保护功能 – 采用IEEE 421-52005国际标准的控制 模型ST5B – 燃机所特殊的启动励磁控制、拖动弱磁 控制 与 控制（与LCI系统协调） 统协调

21
燃气发电机组励磁
• 励磁智能整流柜、智能灭磁柜
– 采用最新的智能化理念，提升设备信息的完整性，提升设 备状态监控水平，提升可靠性，适应燃机频繁起停的工况 对于可靠性的要求 – 实现整流柜智能均流、提升整流柜运行可靠性 – 实现智能灭磁，充分保护灭磁开关触头，适应燃机机组频 实现智能灭磁 充分保护灭磁开关触头 适应燃机机组频 繁起停的工况
务实 求精 协作 创新
燃气发电机组 控制 保护关键技术 控制及保护关键技术
目 录
• 燃机发电简介 • 燃机发电特点 • 燃机发电机组电气控制与保护

2
燃机发电简介
煤电污染
清洁燃气
中俄天然气大合作
自主发展 发 摆脱依赖
• • •
随着国民经济的持续发展 我国的用电负荷不断增长将是主旋律 随着国民经济的持续发展，我国的用电负荷不断增长将是主旋律 主要发电形式：燃煤发电、水力发电、核电、风/光/燃气等新能源发电 日趋严重的环境污染使得燃煤发电项目的规划和建设受到很大限制，清 洁燃气发电项目受到青睐 西气东输、中俄天然气合作，燃机发电迎来新的发展机遇，到2020年全 国燃机装机容量将达到5500万千瓦，是2000年之前50年已建成同类装 机容量的25倍 机容量的25倍。
18
燃气发电机组静止变频器(LCI)
• LCI 控制保护关键技术
– 磁通扰动下转子电气位置快速识别——实现机组的正确启动 磁通扰动下转子电气位置快速识别 实现机组的正确启动 – 极低转速下转子电气位置的无传感器识别、燃机LCI系统强迫 换相策略——实现机组低转速下的位置识别，实现低速连续 稳定拖动 – 变频启动过程中电机弱磁控制与转矩控制策略——实现LCI高 输出转矩和整流逆变桥安全工作的协调配合 – 大范围变频工况下LCI功率桥差动保护策略——实现LCI工作 过程中的快速保护 提高设备安全性 过程中的快速保护，提高设备安全性

22
燃气发电机组保护
• 燃气机组特点
– 特殊启动方式－LCI变频启动 特殊启动方式 LCI变频启动 且启动时间长 – 接地变刀闸在LCI启动过程中 拉开，启动结束后再合 – 一般未配置匝间保护专用PT – 相比汽轮机组，燃机轴系较长 相比汽轮机组 燃机轴系较长

3
•
燃机发电简介
• 天然气的主要成分是甲烷（CH4），无色、无味、无腐蚀性，燃烧生 成水（ 成水（H2O）与二氧化碳（CO2），不产生灰、渣、二氧化硫等有害 ）与 氧化碳（ ），不产生灰、渣、 氧化硫等有害 物质，是公认的清洁能源。液化后的天然气方便大量储存和远距离运 输。 • 以天然气为原料，采用“燃气-蒸汽联合循环”技术来发电，其发电效 率高达58%，发同样的电能CO2排放量仅为燃煤电厂的40%左右。
• 燃机电厂其它二次设备数字化
– 相对常规火电机组而言，同期操作频繁，实现基于SV、 GOOSE的同期并网，实时监视采样及合闸回路的状态， 提高系统可靠性及并网效率。 – 实现厂用电保护装置的数字化，尤其是基于SV、 GOOSE的低厂变、电动机差动保护功能，解决了变压器 低压侧CT、电动机中性点CT等距离较远的情况下CT饱 和对保护性能的影响。

7
燃气发电机组简介
- 天然气燃烧产生喷气推动燃气轮机首次做功，高温“尾气”， 被引入余热锅炉，产生高温高压蒸汽，再次推动汽轮机旋转做 功，形成梯级利用，效率接近60%

8
目 录
Байду номын сангаас
• 燃机发电简介 • 燃机发电特点 • 燃机发电机组电气控制与保护

10
燃机发电的特点及其电气组成
• 燃气轮机启动过程
- 机组从低盘转速状态达到全速空载并网状态的过程
¾ 起动前检查准备 ¾ 高速盘车与清吹 ¾ 点火与暖机 ¾ 升速至脱扣转速 ¾ 全速空载与同期

11
燃机发电的特点及其电气组成

23
燃气发电机组保护
• 燃气发电机组保护
– 实现完善的燃机变频启动过程保护 实现完善的燃机变频启动过程保护，提高燃机频繁启动的 提高燃机频繁启动的 可靠性 – 实现不依赖于专用PT的定子匝间保护 实现不依赖于专用PT的定子匝间保护，灵敏检测定子匝间 灵敏检测定子匝间 故障，解决燃机匝间保护缺失问题 – 实现适应接地刀闸位置变化的定子接地保护 实现适应接地刀闸位置变化的定子接地保护，满足燃机特 满足燃机特 殊运行方式要求 – 增加基准阻抗圆 增加基准阻抗圆，实现快速失磁保护，满足燃机轴系较长 实现快速失磁保护 满足燃机轴系较长 对失磁保护的动作快速性要求

5
燃气发电机组简介
• 大型燃机及联合循环发电容量
厂商 GE 三菱 西门子 阿尔斯通 型号 燃机功率/ 联合循环功率 352MW/ 520MW 334MW/ 484MW 265.9MW/ 392MW 265MW/ 393MW 型号 燃机功率/ 联合循环功率 284MW/ 426MW 312MW/ 455MW 190.7MW/ 285MW 183MW/ 270MW

19
燃气发电机组励磁
• 励磁系统构成：
- 励磁调节器 - 功率整流回路 - 灭磁系统
• 燃机励磁系统的特殊性：
- 励磁调节在起机过程与LCI的控制配合，弱磁控制、转矩控制 - 频繁起停，对于灭磁的高可靠性要求。

20
燃气发电机组励磁
• 燃机发电的特点：
- 能源转换效率高、污染物排放少、 - 起停迅速、运行灵活 - 机组占地面积小，建设周期短
• 与常规火电机组的比较
- 机组启动过程复杂，专门的启动设备，特殊的启动逻辑，启 动过程大约 分钟 动过程大约30分钟 - 机组启停频繁：以调峰调频为主，昼开夜停 - 发电过程中，负荷调整迅速

15
燃气发电机组静止变频器(LCI)
• LCI主回路拓扑选择设计
12 12脉动、 脉动 - 额定功率： 额定功率 4MW～8MW - 拓扑结构：12-12 - 额定电压：10kV～20Kv 12-6脉动、 6-6脉动 - 电压形式：高-低-高、高-高 拓扑结构推 荐采用: 高－低－高， 6－6脉动、 脉动 12－6脉动
13
目 录
• 燃机发电简介 • 燃机发电特点 • 燃机发电机组电气控制与保护

14
燃气发电机组静止变频器(LCI)
• 静止变频器（LCI）原理
- LCI系统是一种交-直-交变频器，根据电机转子磁场的位置， LCI系统是 种交 直 交变频器 根据电机转子磁场的位置 向定子输出频率不断升高的的交流电源，在定子中产生旋转磁 场 该磁场位于转子磁场旋转的前方 从而实现对转子的牵引 场，该磁场位于转子磁场旋转的前方，从而实现对转子的牵引
大型燃机数字化电气监控管理系统

26
燃气发电机组数字化电气监控
长期以来，大型燃机(F级)技术由国外垄断，相应的二次控制保 护设备也随着进口 导致了用户需要同时维护多套系统 且各系 护设备也随着进口，导致了用户需要同时维护多套系统，且各系 统之间信息相互隔离，为运行及检修带来很大不便。 随着各电气子系统国产化及IEC61850标准的逐步应用，燃气电 随着各电气子系统国产化及IEC61850标准的逐步应用 燃气电 厂电气系统一体化监控方案可有效解决以上问题。

27
燃气发电机组数字化电气监控
• 数字化电气监控管理系统高级应用
– 现有系统的相互隔离，使许多高级应用及性能分析功能 无法进行，本系统通过研究各专业数据的横向有效融合， 并从海量数据中挖掘有效数据，实现多项高级应用功能， 如燃气量发电量分析、厂用电率分析、设备诊断等高级 引用功能，为用户高效生产提供指导。

6
9H M701G V94.3A GT26
9G‐PG9371FB M701F4 V94.2A GT24
燃气发电机组简介
• 燃气机组是通过燃烧天然气作为动 力 其主机由压气机 燃烧室和透 力，其主机由压气机、燃烧室和透 平三大部件组成 • 燃气机组的工作过程
¾ 压气机的压缩过程 ¾ 燃烧室中的燃烧加热过程 ¾ 透平中的膨胀做功过程 ¾ 尾气放热过程