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SFC在M701F燃气轮机发电机组中的应用

北极星电力网技术频道    作者:3   2007/12/21 14:05:07   

  所属频道:  火力发电    关键词:  变压器 燃气轮机 发电机

[摘要]简要介绍SFC装置的组成、工作原理和作用,并对SFC装置在深圳前湾燃机电厂燃气——蒸汽联合循环机组中的应用进行了初步的探讨。

[关键词]SFC;M701F;燃气轮机;发电机;应用


1.概述

随着我国能源政策的调整,加快利用天然气已成为今后的一项重要国策。深圳前湾燃机电厂是与广东省液化天然气项目(LNG)相配合的大型项目之一,选用目前技术先进成熟的东方三菱M701F型燃气——蒸汽联合循环发电机组。

深圳前湾燃机电厂总规划装机容量为6台350MW级的单轴燃气——蒸汽联合循环机组,分两期建设。每台机组包括一台低NOx燃气轮机、一台蒸汽轮机、一台无补燃三压再热型余热锅炉、一台发电机和相关的辅助设备。#1机组计划于2006年6月投入商业运行;#2机组计划于2006年11月投产;#3机组计划于2006年12月投产。

M701F型燃气轮机是东方汽轮机厂引进日本三菱公司技术制造的,采用环管型燃烧室,共有20个干式低NOx型预混合燃烧器,燃机透平的进气温度为1400℃,透平排气的温度是586℃。三台燃气——蒸汽联合循环发电机组共用两套静态频率转换器——SFC装置,而不是为每台机组都装设一套SFC系统,该系统的冗余结构具有比较高的启动可靠性,即使SFC系统中一台出现故障,燃气——蒸汽联合循环发电机组仍然可以使用另一套SFC装置。SFC系统在工作过程中,由外部电网通过SFC装置向发电机送入不同电压和频率的电源,发电机作为同步电动机带动大轴回转,以满足各种不同的需要。

2.燃气轮机启动装置简介

燃气轮机启动装置的作用是为燃气轮机的启动提供必要的外界动力,以保证燃气轮机能够逐渐过渡到自持状态。燃气轮机的装置方式大致有以下几种:柴油机启动装置、SFC启动装置、蒸汽轮机启动装置。
柴油机启动方式:柴油机通过液力变扭器作用于发电机逐步升速,这种方式可以使柴油发电机在低速的条件下,向燃气——蒸汽联合循环机组提供足够大的启动转矩,因此,可以采用功率较小的柴油机。这种启动装置的优点是容易选购,不需要较大容量的外界电源,有利于机组在外界无电网的地区运行,而且适应性较强;缺点是结构比较复杂,需要配置液力变扭器,在北方存在冬天启动比较困难的问题。
在有外界汽源的前提下,也可以直接利用联合循环中的蒸汽轮机作为启动设备来启动整台机组,这种方式的优点是可以免去一般常用的起动机,减少设备的投资费用,缺点是需要具备稳定和充足的外界汽源。

静态频率转换器的启动装置把可调频的交变电流加到发电机的定子上,使发电机变成调速电动机方式转动,同轴带动透平按照程序设定的速率加速上升。这种启动装置的优点是启动平稳和调节方便,缺点是结构比较复杂。深圳前湾燃机电厂采用三菱公司制造的SFC装置,由于三菱公司的超高压和大流量硅可控整流器技术以及它的运用工艺使SFC装置有优越的可靠性和简便性,而且它们特别适应于大型燃机机组。

3.SFC的应用

3.1SFC的组成和各部件的作用
SFC系统由输入变压器(Transformer)、谐波滤波器(HarmonicFilter)、控制器(Control)、整流器(Converter)、逆变器(Inverter)和直流电抗器(DcReactor)组成。
输入变压器(Transformer)采用油浸自然风冷的冷却方式,高低压侧电压比为6kV/3.8kV,本体上有线圈温度监测、油温监测、油位监测,变压器提供整流器的输入电压,一旦出现整流器的桥臂短路时,它的漏抗也起着限制短路电流的作用。谐波滤波器(HarmonicFilter)由电容器、电抗器、保险丝、线路断路器和附件组成,其作用是防止SFC装置倒送高次谐波到6KV系统,谐波滤波器的投退对SFC系统的运行没有影响,仅对6kV厂用电系统有影响。整流器(Converter)采用三相六脉波全控可控硅整流桥,将恒定的三相交流电压变成可变的直流电压,通过调整触发延迟角,使直流电流为一个适当的值。逆变器(Inverter)也是采用三相六脉波全控可控硅整流桥,将整流器输出的直流电压转变成变幅值和变频率的三相交流电压,这个可变的交流电源频率与发电机的转速一致,使发电机加速到指定的转速。直流电抗器(DcReactor)其作用是对直流电流进行平波。

3.2SFC的作用

SFC装置的作用是:①.向发电机提供电力,使其变为电动机运行;②.通过调整加在发电机电源的频率(范围是0.05Hz~33.3Hz),实现发电机转子转速连续可调(0~2000rpm);③.通过发电机向压气机提供原始启动动力,对燃烧室进行吹扫,确保燃机点火时的安全。

3.3SFC的工作原理和应用

下面简单介绍前湾燃机电厂SFC的工作原理。
SFC装置启动时,必须确认发电机出口断路器在断开位置,使发电机与高压电网断开,由连接在6kV厂用电母线上的工作电源向SFC系统供电,SFC装置将输入基本不变的电压和频率转变为可变的电压和频率,并将这个电能提供给发电机的定子绕组,使发电机在启动阶段变成为同步电动机。
在SFC系统的工作过程中,发电机相当于一个同步电动机,SFC装置的输出与发电机的定子电枢绕组相连,根据位置传感器探测到的发电机转子位置信号,提供给逆变器一个触发信号,逆变器的换相重复为60度,而每个可控硅的导通周期为120度,在每一个换相点,定子产生的磁场旋转60度;另一方面,励磁系统使发电机的转子通过励磁系统激磁而变成磁体,定子产生的旋转磁场作用于磁体转子,感应的转子由定子引起的旋转磁场所驱动,其结果就是通过SFC使发电机加速,使发电机加速到指定的转速。

前湾燃机电厂一期工程SFC装置的工作电源取自6kV厂用母线(两套SFC装置电源分别取自#1机6kV工作母线和#2机6kV工作母线)。6kV电源在进入输入变压器之前,并联一台谐波过滤器,谐波过滤器由三个分流电路组成,三个电路同时调节到5次或7次谐振频率去吸收5次或7次谐波电流,每个分流电路主要由一个电容器和一个电抗器连接而成。6kV工作电源经过输入变压器变为3.8kV的电压进入整流器,整流器采用三相六脉波全控可控硅整流桥,将恒定的三相交流电压变成可变的直流电压,整流器整流后经过电抗器修正波形,进入逆变器,逆变器也是采用三相六脉波全控可控硅整流桥,将恒定的三相交流电压变成可变的直流电压,通过调整触发延迟角,使直流电流为一个适当的值。逆变器的是根据位置传感器发出的连续信号来实现的,位置传感器直接与发电机转子轴相连,以负荷整流形式运行,逆变器不断重复转换并输出三相交流电,即通过硅可控整流相作用于逆变器将整流桥输出的直流电压转换成与发电机转速相对应频率的三相交流电压,这个可调频的三相交变交流电源连接于发电机出口断路器之前的三相回路上,然后施加到发电机的定子上,这种变幅值和变频率的三相交流电源提供给发电机后,可以使其加速至规定转速。与此同时在发电机的转子回路中加入直流励磁电源,此时发电机相当于同步电动机,在三相交变交流电源和直流励磁电源的共同作用下发电机变成调频调速电动机方式转动起来,起动过程按照程序设定的速率加速上升,发电机的转速会随着SFC输出频率的上升而上升,从而带动燃气——蒸汽联合循环发电机转动。

前湾燃机电厂SFC装置运行方式有以下四种:①.正常启动方式;②.燃机吹扫;③.高盘冷却;④.压气机水洗。
SFC装置选择正常运行方式时,首先要选定一套SFC装置,SFC装置被选择投入运行后自动加速到800rpm,此时发电机以恒速方式运行开始清吹计时,经过8分钟的清吹程序结束;SFC降速到550rpm,程序控制启动点火系统进入点火阶段。燃机点着火后,发电机以恒流方式运行,燃气燃烧产生的热能经透平转化为动能,与SFC装置一起推动机组继续升速直到转速到达2000rpm,机组转速随着燃机做功的增加而不断加速,约10分钟升速至2000rpm,此时,高温燃气做功已满足压气机运行所需动力和维持转子转速所需能量,SFC装置退出运行,断开输出/入开关,发电机端电压降到近似零。
三台机组配置两台SFC,启动的时候,通过DS-IPB-1向发电机提供动力。当发电机启动时,其转子励磁电流由380V厂用电供给。DS-E1和DS-L1连锁,电机转速达到2000rpm时41E退出,2850转时DS-L1退出,DS-E1投入,这阶段一直没有励磁电流。3000rpm时41E合上,31合上,由110V直流供电。
在燃气轮机启动过程中如出现灭火跳闸,必须投高盘运行,通过SFC装置来提升燃气轮机的转速,进行吹扫,清除排气通道内的残余烟气,确保燃气轮机的安全运行,在此过程中SFC装置运行而不执行点火程序。燃气轮机长期停运或检修后机组重新启动前也需要进行高盘,便于检查高盘驱动设备是否正常以及燃气轮机各部件是否完好。
燃气轮机停运后由于热空气向上流动而冷空气向下流动,空气的自然对流导致燃气轮机上下缸体产生温差,为了便于燃气轮机停运后的检修工作和机组的调峰停运后的启动,通常在机组停运后最高轮盘间隙温度低于155℃时进行高盘冷却。由于燃气轮机正常停运后自然冷却需要三天时间,如果机组停运后进行高盘冷却,则可以将时间缩短到10小时,在高盘冷却过程中逐渐减少燃机缸体上下温差,防止缸体温差超限造成变形,有效冷却燃机的喷嘴,加快燃气轮机的冷却速度,为提前进行检修工作创造条件,也为机组的再次启动做好准备。需要注意的是:为了防止压气机由于内缸的椭圆变形而发生动静摩擦,在燃气轮机停机的1.5小时内不允许投高盘运行。
燃气轮机运行中,飘浮在空气中的灰尘会粘附在压气机的叶片上,导致压气机的效率逐步降低,而为了提高压气机的效率,必须定期清洗压气机叶片。压气机叶片清洗程序有两种形式:离线清洗和在线清洗,离线清洗是燃气轮机在高盘运行没有点火的情况下进行;在线清洗是在机组带一定的负荷时进行。M701F燃气轮机采用离线清洗方式,燃气轮机离线清洗时要求#2叶轮间隙温度在95℃以下,SFC装置以大约720rpm的速度运行,开启清洗系统保持清洗时间大约2分钟,然后关闭清洗系统运行5分钟,重复两次上述过程,当第三次清洗完毕后保持720rpm运行30分钟对系统进行疏水和干燥。

4.总结

由于SFC启动装置是近年才在国内广泛应用的新型装置,以致于对SFC装置的特性和运行状况没有全面具体的信息,在目前的掌握的资料,只了解到在运行中由于通风系统发生故障,出现过SFC装置温度高报警现象,其主要原因是运行期间空气的流通过程中将外界的灰尘带入到整流柜内,导致柜内和冷却风扇积灰,影响冷却效果。为了详细的掌握SFC装置的运行特性,还需要长期地进行大量和细致的工作。

来源:李子冲
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