大型静态变频器在燃气轮机中的应用
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根据 Mark V I启动顺序逻辑 ,在闭合 LC I输 出开关 89SS前 ,必须断开发电机中性点接地开 关 。待燃气轮机点火达自持转速 , LC I输出开关 89SS断开后 ,允许闭合发电机中性点接地开关 , 发电机开关方可并网合上 。 3. 2 设备
LC I有三相 12 脉冲整流器和三相 6 脉冲逆 变器 。
正常情况下 , LC I静态变频装置由 Mark V I进 行控制 , LC I隔离变断路器由 Mark V I发出信号 进行断开和闭合 。当 LC I静态变频装置与 M ark V I未进行联锁时 ,也可由 LC I静态变频装置发出 断开和闭合 LC I隔离变压器断路器的命令 。
LC I输出开关 89SS也由 M ark V I启动程序逻 辑控制其断开和闭合 ,并与发电机开关互有联锁 。 在闭合 LC I输出闸刀 89SS之前 ,必须先断开发电 机开关 。
1 燃气轮机的启动特点
燃气轮机 在 启 动 时 必 须 先 利 用 外 界 动 力 源 (启动机 )带动转子达到一定转速 。当启动机带 动转子且转速很低时 ,即使在燃烧室中喷油燃烧 , 并保持燃气温度为启动过程最大允许值时 ,燃气 轮机还是不能启动 。因为转速很低时 ,压气机增 压比很低 、压气机和透平的效率都很低 ,透平产生 的功率小于压气机所需要的功率 。只有当燃气轮 机的转速达到某一定转速 ,透平前燃气温度保持 启动过程最大允许值 ,压气机所需要的功率与透 平产生的功率相等时 ,燃气轮机才能稳定地工作 ,
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渐减小的特性 。也就是说启动机转速 (即泵轮转 速 )与燃气轮机主机转速 (即涡轮转速 )两者转速 差越大 ,涡轮的输出扭矩就越大 ,这就是液力变矩 器实现启动机与燃气轮机主机转子之间液力连接 的原理 。
(3)静态频率转换器 (LC I)和主发电机启动 。 把可调频的交流电加到发电机静子上 ,使发电机 变成调速电动机转动起来 ,同轴带动燃气轮机启 动 。加到静子上的是经变频器调制后的交流电 , 使得启动过程按照预先设定的速率加速 。目前这 种启动方式已经在许多大功率的燃气轮机中使 用。
Abstract: The LS 2100 large static frequency converter matching for S109FA combined cycle unit is exclusively used to start the synchronous generator and put it into operation as a synchronizing motor. An introduction is being made to the basic p rincip les and hardware composition of the converter as well as its operation sequence in S109FA unit.
整流器和逆变器通过直流滤波电抗器连接在 一起 。LC I逆变器的输出接到交流线路电抗器 。
交流线路电抗器用于补偿发电机断路器电容 。交 流线路电抗器输出连接到输出熔丝 ( CLF) 。熔丝 输出接到 LC I输出开关 89SS,最后连接或断开发 电机定子线圈的电路 。
静态启动系统与 M ark V I转速控制系统和 EX2100 数字励磁系统完全结合 。M ark V I控制 装置提供运行 、转矩和速度设置点信号给 LC I, LC I以闭环控制方式运行 ,给发电机定子提供变 频电源 。 EX2100受 LC I控制 ,在启动期间调节励 磁电流 。通过控制励磁和定子电流 , LC I将发电 机加速或减速至同步速度 。
液力变矩器由带叶片的泵轮 、涡轮和导轮组 成 ,形成一个封闭的液力循环系统 。柴油机 (或 交流电动机 )以等速和大致接近于常数的转矩驱 动泵轮 ,使其动力通过泵轮的转动而转换成液体 动能 ,液体高速地流入涡轮 ,推动涡轮转动 ,自动 地适应外界转矩而改变其转速 ,使液体的动能又 转换成机械能 ,功率即由涡轮轴输出 。从涡轮流 出的液体经导轮变换液流方向后又流入泵轮 。液 力变矩器满足了燃气轮机在启动瞬间要求最大启 动扭矩 ,而随机组转速上升所要求的启动扭矩逐
(1) 功率变换设备由 2个变换器组成 。1个 是 12 脉冲线路侧相位可控的电源整流器 ,将 AC 线路电源整流成电压可控的直流电源 ;另 1 个是 相位可控的负载侧逆变器将直流电源变换成频率 可控的交流电源 。
(2) 直流滤波电抗器连接在整流器和逆变器 之间 。直流滤波电抗器帮助平滑直流电流 ,消除 变换器和逆变器频率之间的耦合 。在系统故障期 间 ,还可通过限制故障电流提供保护 。直流滤波 电抗器是干燥型空气芯电抗器 ,采用对流冷却 ,位 于保护壳体内 。
(4)单轴联合循环机组汽轮机启动 。在有备 用蒸汽源的前提下 ,单轴联合循环机组可直接利 用其中的汽轮机作为启动机来启动整台机组 。当 燃气轮机的转速低于加速扭矩的转速时 ,联合循 环装置的转速和加速过程由汽轮机蒸汽控制阀控 制 。随着转速的升高 ,逐步转换到受燃气轮机的 燃料阀控制 。这种启动方式的优点是简单方便 , 可以省去启动机 ,致使设备投资费用节省 。但要 具备外来蒸汽源 ,这对于拟扩建的老电站或者已 有多台联合循环的电站来说是现实的 。
由于 S109FA 机组为重型机组 , 功率为 398 MW。为了缩短轴系 ,同时空出透平基础四周关 键的空间 ,节省启动电动机 、相应的转矩变换器和 有关的电气设备 , GE公司采用了 LC I静态启动系
统 。它是静态变频驱动系统 ,使用专用的基于微 处理器的软件和 M ark V I来保持通讯 ,并控制同 步发电机的转速 。从功能上分为两部分 :控制部 分和电源转换部分 。
图 2 机柜排列图
3 静态变频器
3. 1 工作原理 LC I静态启动系统利用 EX2100 励磁装置为
发电机转子提供励磁 ,用 LC I静态变频装置为发 电机定子提供变频电源 ,使得发电机转换成机组 启动的变频调速同步电动机 。
LC I电源来自三相三绕组隔离变压器 。变压 器电源取自电网或高压厂用母线 ,二次侧为 2 080 V ,分别为星型和三角型接线 。隔离变压器初级 绕组连接到 LC I隔离变断路器 52SS。每个次级 绕组与 LC I的 2个三相全控整流桥连接 ,然后串 联输出作为逆变桥的直流电源 。这种布置便于提 供故障保护 ,减少系统干扰和对地电气隔离的阻 抗 。二次侧星三角是为了裂相 ,以便使输出直流 更平坦 ;另外 2个三相全控整流桥串联有助于降 低整流桥的耐压 。
LS 2100包含 3个机柜 : (1) 控制柜 ,实现控制 、通讯 、I/O 接口等功 能。 (2) 泵柜 ,存放液体冷却系统的各种元件 ,包 括主 、备用冷却泵 、冷却介质容器 、过滤器和去离 子设备 。 (3) 功率转换柜 ,安装功率转换电路和控制 回路 ,以及电源的输入和功率的输出设备 。 机柜的排列见图 2。
Applica tion of Large Sta tic Frequency Converter to Ga s Turb ines
J IN J ian2rong (Hangzhou Huadian B anshan Power Generation Co. L td. , Hangzhou 310015, China)
在启动设备中液力变矩器能够为机组的启动 解决以下两个问题 : ①在机组刚启动时 ,使柴油机 (或交流电动机 )的输出轴与机组的主轴脱离传 动关系 ,保证柴油机 (或交流电动机 )能够首先单 独启动起来 ; ②当柴油机 (或交流电动机 )启动成 功 ,并加速到相当高的转速时 ,使柴油机 (或交流 电动机 )能够通过液力变矩器以较大的转矩传送 给机组的转子 ,以便使机组能够安全 、经济地启动 和加速 。
S109FA 机组是当前世界上最先进的大型燃 气 2蒸汽联合循环发电机组之一 。它由美国通用 电气公司 (简称 GE公司 )制造 ,燃气轮机 、蒸汽轮 机和发电机刚性地串联在一根长轴上 ,轴配置形 式为燃气轮机 2汽轮机 2发电机 ,转速 3 000 r/m in。 从发电机方向看 ,轴按逆时针方向转动 。
(2) 将燃气轮机加速到点火转速 ,并保持到 点火成功 ;
(3) 将燃气轮机加速到自持转速 ,在该转速 下燃气轮机开始输出净的正功率 。 1. 2 启动机
对启动机的要求是有足够的功率 ,对于单轴 燃气轮机 , Pu = 2% ～5% PGT ;并且要有良好的扭 矩性能 ,在开始带动燃气轮机旋转时扭矩能达到 最大值 。当启动机自身扭矩性能差时 ,需用变扭 矩设备来改善 。大中型燃气轮发电机组所用的启 动机有下列几种 :
不同的燃气轮机可根据不同的情况来选用不 同的启动机 。
2 L S 2100静态变频器的组成
图 1为 GE 公司的 LS2100 静态启动装置单 线图 。
图 1 静态启动装置单线图
LC I静态启动系统中的主要部件是静态变频 器 LS 2100,专门用来把同步发电机作为电动机运
大型静态变频器在燃气轮机中的应用
大型静态变频器在燃气轮机中的应用
发电设备 ( 2008 No. 6)
大型静态变频器在燃气轮机中的应用
金建荣 (杭州华电半山发电有限公司 ,浙江 杭州 310015)
摘 要 : GE公司的 S109FA 联合循环机组所配套的静态变频器 LS2100是一种专门用来将同步发电机作 为电动机运行使之启动的一种大型变频装置 。介绍了变频器的基本原理 、硬件组成 ,以及在 S109FA 机组启 动和运行中的实际应用情况 。 关键词 :能源与动力工程 ;燃气轮机 ;联合循环 ;发电机 ;静态变频器 中图分类号 : TK477 文献标识码 : A 文章编号 : 16712086X (2008) 0620481204
发电设备 ( 2008 No. 6)
行 ,使机组启动的一种装置 。LS 2100 能提供两 种功率转换的选择 ,分别用于 GE公司的 7F和 9F 两种系列的燃气轮机启动 。LS 2100 通过机组高 速数据网络和其它的 GE公司设备进行通讯 ,包 括 GE公司控制系统的 TOOLBOX、透平控制 M ark V I、LS 2100启动器控制和人机界面 。
(1) 交流电动机 。其扭矩性能差 ,需配以变 扭矩设备 ,常用的是加装液力变矩器或液压马达 等来改善电机扭矩性能 。
(2) 内燃机 ,主要是用柴油机 。它的优点是 不需较大容量的外界电源 ,有利于机组在外界无 电网的场合运行 ,适应性较强 。缺点是结构比较 复杂 ,在冷天较难启动 ,启动时一般需要暖机时 间 ,需要增设液力变矩器 。
(3) 交流线路电抗器为三相交流电抗器 ,连 接在 LC I输出和 CLF 输出保险丝之间 。
(4) 发电机中性点接地电动隔离开关 ,由
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发电设备 ( 2008 No. 6)
大型静态变频器在燃气轮机中的应用
收稿日期 : 2008203211 作者简介 :金建荣 (1971 - ) ,男 ,高级工程师 ,主要从事发电厂运行管理工作 。
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发电设备 百度文库 2008 No. 6)
大型静态变频器在燃气轮机中的应用
这个转速称为最小稳定工作转速或自持转速 [ 1 ] 。 1. 1 启动系统的功能
(1) 将燃气轮机从静止状态拖动到盘车转 速;
Keywords: energy and power engineering; gas turbine; combined cycle; generator; static frequency converter
燃气轮机在启动时 ,必须由其它动力装置来 使机组先转动起来 ,并达到自持转速 。这个动力 装置是在燃气轮机的控制系统命令下 ,帮助燃气 轮机按照启动程序旋转 、点火 、升速 ,最后完成燃 气轮机的启动 。随着燃气轮机技术的发展 ,机组 容量逐渐增加 ,所需的启动装置功率也随着增加 。
LC I有三相 12 脉冲整流器和三相 6 脉冲逆 变器 。
正常情况下 , LC I静态变频装置由 Mark V I进 行控制 , LC I隔离变断路器由 Mark V I发出信号 进行断开和闭合 。当 LC I静态变频装置与 M ark V I未进行联锁时 ,也可由 LC I静态变频装置发出 断开和闭合 LC I隔离变压器断路器的命令 。
LC I输出开关 89SS也由 M ark V I启动程序逻 辑控制其断开和闭合 ,并与发电机开关互有联锁 。 在闭合 LC I输出闸刀 89SS之前 ,必须先断开发电 机开关 。
1 燃气轮机的启动特点
燃气轮机 在 启 动 时 必 须 先 利 用 外 界 动 力 源 (启动机 )带动转子达到一定转速 。当启动机带 动转子且转速很低时 ,即使在燃烧室中喷油燃烧 , 并保持燃气温度为启动过程最大允许值时 ,燃气 轮机还是不能启动 。因为转速很低时 ,压气机增 压比很低 、压气机和透平的效率都很低 ,透平产生 的功率小于压气机所需要的功率 。只有当燃气轮 机的转速达到某一定转速 ,透平前燃气温度保持 启动过程最大允许值 ,压气机所需要的功率与透 平产生的功率相等时 ,燃气轮机才能稳定地工作 ,
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渐减小的特性 。也就是说启动机转速 (即泵轮转 速 )与燃气轮机主机转速 (即涡轮转速 )两者转速 差越大 ,涡轮的输出扭矩就越大 ,这就是液力变矩 器实现启动机与燃气轮机主机转子之间液力连接 的原理 。
(3)静态频率转换器 (LC I)和主发电机启动 。 把可调频的交流电加到发电机静子上 ,使发电机 变成调速电动机转动起来 ,同轴带动燃气轮机启 动 。加到静子上的是经变频器调制后的交流电 , 使得启动过程按照预先设定的速率加速 。目前这 种启动方式已经在许多大功率的燃气轮机中使 用。
Abstract: The LS 2100 large static frequency converter matching for S109FA combined cycle unit is exclusively used to start the synchronous generator and put it into operation as a synchronizing motor. An introduction is being made to the basic p rincip les and hardware composition of the converter as well as its operation sequence in S109FA unit.
整流器和逆变器通过直流滤波电抗器连接在 一起 。LC I逆变器的输出接到交流线路电抗器 。
交流线路电抗器用于补偿发电机断路器电容 。交 流线路电抗器输出连接到输出熔丝 ( CLF) 。熔丝 输出接到 LC I输出开关 89SS,最后连接或断开发 电机定子线圈的电路 。
静态启动系统与 M ark V I转速控制系统和 EX2100 数字励磁系统完全结合 。M ark V I控制 装置提供运行 、转矩和速度设置点信号给 LC I, LC I以闭环控制方式运行 ,给发电机定子提供变 频电源 。 EX2100受 LC I控制 ,在启动期间调节励 磁电流 。通过控制励磁和定子电流 , LC I将发电 机加速或减速至同步速度 。
液力变矩器由带叶片的泵轮 、涡轮和导轮组 成 ,形成一个封闭的液力循环系统 。柴油机 (或 交流电动机 )以等速和大致接近于常数的转矩驱 动泵轮 ,使其动力通过泵轮的转动而转换成液体 动能 ,液体高速地流入涡轮 ,推动涡轮转动 ,自动 地适应外界转矩而改变其转速 ,使液体的动能又 转换成机械能 ,功率即由涡轮轴输出 。从涡轮流 出的液体经导轮变换液流方向后又流入泵轮 。液 力变矩器满足了燃气轮机在启动瞬间要求最大启 动扭矩 ,而随机组转速上升所要求的启动扭矩逐
(1) 功率变换设备由 2个变换器组成 。1个 是 12 脉冲线路侧相位可控的电源整流器 ,将 AC 线路电源整流成电压可控的直流电源 ;另 1 个是 相位可控的负载侧逆变器将直流电源变换成频率 可控的交流电源 。
(2) 直流滤波电抗器连接在整流器和逆变器 之间 。直流滤波电抗器帮助平滑直流电流 ,消除 变换器和逆变器频率之间的耦合 。在系统故障期 间 ,还可通过限制故障电流提供保护 。直流滤波 电抗器是干燥型空气芯电抗器 ,采用对流冷却 ,位 于保护壳体内 。
(4)单轴联合循环机组汽轮机启动 。在有备 用蒸汽源的前提下 ,单轴联合循环机组可直接利 用其中的汽轮机作为启动机来启动整台机组 。当 燃气轮机的转速低于加速扭矩的转速时 ,联合循 环装置的转速和加速过程由汽轮机蒸汽控制阀控 制 。随着转速的升高 ,逐步转换到受燃气轮机的 燃料阀控制 。这种启动方式的优点是简单方便 , 可以省去启动机 ,致使设备投资费用节省 。但要 具备外来蒸汽源 ,这对于拟扩建的老电站或者已 有多台联合循环的电站来说是现实的 。
由于 S109FA 机组为重型机组 , 功率为 398 MW。为了缩短轴系 ,同时空出透平基础四周关 键的空间 ,节省启动电动机 、相应的转矩变换器和 有关的电气设备 , GE公司采用了 LC I静态启动系
统 。它是静态变频驱动系统 ,使用专用的基于微 处理器的软件和 M ark V I来保持通讯 ,并控制同 步发电机的转速 。从功能上分为两部分 :控制部 分和电源转换部分 。
图 2 机柜排列图
3 静态变频器
3. 1 工作原理 LC I静态启动系统利用 EX2100 励磁装置为
发电机转子提供励磁 ,用 LC I静态变频装置为发 电机定子提供变频电源 ,使得发电机转换成机组 启动的变频调速同步电动机 。
LC I电源来自三相三绕组隔离变压器 。变压 器电源取自电网或高压厂用母线 ,二次侧为 2 080 V ,分别为星型和三角型接线 。隔离变压器初级 绕组连接到 LC I隔离变断路器 52SS。每个次级 绕组与 LC I的 2个三相全控整流桥连接 ,然后串 联输出作为逆变桥的直流电源 。这种布置便于提 供故障保护 ,减少系统干扰和对地电气隔离的阻 抗 。二次侧星三角是为了裂相 ,以便使输出直流 更平坦 ;另外 2个三相全控整流桥串联有助于降 低整流桥的耐压 。
LS 2100包含 3个机柜 : (1) 控制柜 ,实现控制 、通讯 、I/O 接口等功 能。 (2) 泵柜 ,存放液体冷却系统的各种元件 ,包 括主 、备用冷却泵 、冷却介质容器 、过滤器和去离 子设备 。 (3) 功率转换柜 ,安装功率转换电路和控制 回路 ,以及电源的输入和功率的输出设备 。 机柜的排列见图 2。
Applica tion of Large Sta tic Frequency Converter to Ga s Turb ines
J IN J ian2rong (Hangzhou Huadian B anshan Power Generation Co. L td. , Hangzhou 310015, China)
在启动设备中液力变矩器能够为机组的启动 解决以下两个问题 : ①在机组刚启动时 ,使柴油机 (或交流电动机 )的输出轴与机组的主轴脱离传 动关系 ,保证柴油机 (或交流电动机 )能够首先单 独启动起来 ; ②当柴油机 (或交流电动机 )启动成 功 ,并加速到相当高的转速时 ,使柴油机 (或交流 电动机 )能够通过液力变矩器以较大的转矩传送 给机组的转子 ,以便使机组能够安全 、经济地启动 和加速 。
S109FA 机组是当前世界上最先进的大型燃 气 2蒸汽联合循环发电机组之一 。它由美国通用 电气公司 (简称 GE公司 )制造 ,燃气轮机 、蒸汽轮 机和发电机刚性地串联在一根长轴上 ,轴配置形 式为燃气轮机 2汽轮机 2发电机 ,转速 3 000 r/m in。 从发电机方向看 ,轴按逆时针方向转动 。
(2) 将燃气轮机加速到点火转速 ,并保持到 点火成功 ;
(3) 将燃气轮机加速到自持转速 ,在该转速 下燃气轮机开始输出净的正功率 。 1. 2 启动机
对启动机的要求是有足够的功率 ,对于单轴 燃气轮机 , Pu = 2% ～5% PGT ;并且要有良好的扭 矩性能 ,在开始带动燃气轮机旋转时扭矩能达到 最大值 。当启动机自身扭矩性能差时 ,需用变扭 矩设备来改善 。大中型燃气轮发电机组所用的启 动机有下列几种 :
不同的燃气轮机可根据不同的情况来选用不 同的启动机 。
2 L S 2100静态变频器的组成
图 1为 GE 公司的 LS2100 静态启动装置单 线图 。
图 1 静态启动装置单线图
LC I静态启动系统中的主要部件是静态变频 器 LS 2100,专门用来把同步发电机作为电动机运
大型静态变频器在燃气轮机中的应用
大型静态变频器在燃气轮机中的应用
发电设备 ( 2008 No. 6)
大型静态变频器在燃气轮机中的应用
金建荣 (杭州华电半山发电有限公司 ,浙江 杭州 310015)
摘 要 : GE公司的 S109FA 联合循环机组所配套的静态变频器 LS2100是一种专门用来将同步发电机作 为电动机运行使之启动的一种大型变频装置 。介绍了变频器的基本原理 、硬件组成 ,以及在 S109FA 机组启 动和运行中的实际应用情况 。 关键词 :能源与动力工程 ;燃气轮机 ;联合循环 ;发电机 ;静态变频器 中图分类号 : TK477 文献标识码 : A 文章编号 : 16712086X (2008) 0620481204
发电设备 ( 2008 No. 6)
行 ,使机组启动的一种装置 。LS 2100 能提供两 种功率转换的选择 ,分别用于 GE公司的 7F和 9F 两种系列的燃气轮机启动 。LS 2100 通过机组高 速数据网络和其它的 GE公司设备进行通讯 ,包 括 GE公司控制系统的 TOOLBOX、透平控制 M ark V I、LS 2100启动器控制和人机界面 。
(1) 交流电动机 。其扭矩性能差 ,需配以变 扭矩设备 ,常用的是加装液力变矩器或液压马达 等来改善电机扭矩性能 。
(2) 内燃机 ,主要是用柴油机 。它的优点是 不需较大容量的外界电源 ,有利于机组在外界无 电网的场合运行 ,适应性较强 。缺点是结构比较 复杂 ,在冷天较难启动 ,启动时一般需要暖机时 间 ,需要增设液力变矩器 。
(3) 交流线路电抗器为三相交流电抗器 ,连 接在 LC I输出和 CLF 输出保险丝之间 。
(4) 发电机中性点接地电动隔离开关 ,由
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发电设备 ( 2008 No. 6)
大型静态变频器在燃气轮机中的应用
收稿日期 : 2008203211 作者简介 :金建荣 (1971 - ) ,男 ,高级工程师 ,主要从事发电厂运行管理工作 。
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发电设备 百度文库 2008 No. 6)
大型静态变频器在燃气轮机中的应用
这个转速称为最小稳定工作转速或自持转速 [ 1 ] 。 1. 1 启动系统的功能
(1) 将燃气轮机从静止状态拖动到盘车转 速;
Keywords: energy and power engineering; gas turbine; combined cycle; generator; static frequency converter
燃气轮机在启动时 ,必须由其它动力装置来 使机组先转动起来 ,并达到自持转速 。这个动力 装置是在燃气轮机的控制系统命令下 ,帮助燃气 轮机按照启动程序旋转 、点火 、升速 ,最后完成燃 气轮机的启动 。随着燃气轮机技术的发展 ,机组 容量逐渐增加 ,所需的启动装置功率也随着增加 。