1.3.2 变频启动装置

使用可控硅进行整流和逆变，变频启动装置(LCI或SFC)能把固定频率的交流电变为各种所需频率。通过该装置给发电机倒送电，能把发电机当作电动机使用从而拖动燃气轮机启动。

燃气轮机速度曲线和图1一致，所不同的是LCI在90%全转速时才脱扣，而且LCI尖峰负荷发生在40%全转速时，大约持续4min时间。

和88CR启动装置相比，LCI 本身为变频启动不需液力变扭器系统，从而节省了费用和维修空间。且没有大的启动电流和kVA要求，因此电压降不是主要因素，此时LCI尖峰负荷是设计主要依据。但是，LCI是非线性负荷会给系统电源带来谐波污染，谐波污染会导致电机和变压器等过热，所以在黑启动柴油机设计中谐波污染应当适当考虑。

特别指出的是，因为LCI只在燃气轮机启动的30min内使用，所以根据谐波污染的规范IEEE 519，谐波畸变率可超出允许值的50%。在此限定下，部分厂家的高脉冲LCI能满足IEEE 519的限定要求。不能满足的也不意味着在启动过程中会出现故障，这是因为大部分控制仪器都由直流或不间断电源UPS供电，而这些与受到谐波污染的厂用电是相对隔离的。但与厂用电直接相连的设备，如充电机和电机等,要确保在谐波畸变率20%内短时不至于损坏。

2 电厂黑启动柴油机设计

2.1黑启动柴油机设计选型

1) 柴油机类型

黑启动柴油机应为四冲程，其优势在于简单可靠的润滑油系统。

2) 持续负荷

发电机的稳定出力应高于所供电的持续连接负荷。

3) 最大电机或电机组启动时的电压降要求

黑启动柴油发电机要保证其电压必须高于负荷要求的电压限制值。电机的起动扭矩与电压的百分比的平方成正比例关系。例如，电压降到80%时，其启动转矩只有64%。

2.2 经济性考虑

由于黑启动柴油发电机组价格比较昂贵，所以设计中尽可能地减小容量和优化配置以节约费用，主要途径有：

1)发电机kVA容量尽量大于柴油机容量

由于柴油机容量在费用上的影响大于发电机，而且，在选型中往往柴油机容量能满足启动和持续有功功率要求而发电机不能满足电压降的kVA要求，我们可以发电机kVA容量尽量大于柴油机容量，而不是标准的配套配置。

2)多机组并行

黑启动柴油发电机组的费用不随容量的变大呈正比例增长，而是越大时增长越快。所以可以采用小容量多机组并联的方式。而且，小机组的启动成功率远大于大机组。缺点是要考虑小机组并行的同期系统和负荷分配。

3)过载能力和强励

由于交流发电机可以短时过载运行，也能承受短时高温，可以采用其过负荷能力尽量减小柴油发电机组的容量。一般柴油机在冷机状况下有120% 运行1h的过负荷能力。如果增加柴油机排气冷却器，可以在费用增加不多的情况下提高出力50%，也是一个不错的选择方案。

另外，使用快速可靠响应的励磁控制系统，在电压降落时快速反应进行强励，从而改善电压降和减小发电机需要容量，也是很好的经济型方案。该方案需要软件模拟以确认其暂态调节能力。

2.3 黑启动柴油发电机组设计案例

使用1.2.1节的负荷顺序表来验证9E燃气轮机发电机组使用两台1800kW/2250kVA(对应柴油机/发电机)的黑启动柴油发电机组能否满足燃气轮机发电机组的启动要求。黑启动柴油发电机组的参数如下：X’d直轴瞬态电抗标么值为0.20,功率因数PF=0.80 滞后，过载能力20s内200%，1h内110%。突加负荷限制值为60%。

2.3.1稳定负荷

PG1=a×(P1/η1+ P2/η2+….+ Pn/ηn )/cos øg= a×Wl/Cos øg (1)

式中，Cos øg-柴油发电机功率因数;Wl-所需负荷的累加值 ，kW;α-考虑的同时系数 (为1.0);P -电动机轴功率，kW;η-效率。

当88CR 在尖峰负荷1450kW 时发生在暖机后加速期间, 考虑其余在线负荷(顺序0至顺序5负荷，注意加热器启机前退出，而且88TG在加速期间已退出)累计为 1973.4kW, 所以PG1=4279kVA(说明：柴油发电机的功率因数为0.80)

结论：2台1800kW/2250kVA满足要求。

2.3.2电压降:

由于电压调节系统的差异，所以无法精确计算发生的电压降。然而可根据通用的计算方法如下:

PG2=[(1- ΔE)/ΔE]×X’d× QL (2)

式中，ΔE-发电机端允许的电压降 ，%;X’d -直轴瞬态电抗标么值;QL-启动最大电动机时所需容量，kVA。

88CR启动瞬间,QL=4.4×1000/0.89=4944kVA，使用 20% 允许电压降,根据起动电机启动特性曲线,20%电压降时启动电流倍数为4.4倍,PG2=3955kVA。

结论：2台1800kW/2250kVA满足要求。

由于大型电机带电瞬间的过程比较复杂,带电瞬间电机电抗为直轴超瞬态电抗(X”d),然后转变为直轴瞬态电抗(X’d),最后为稳定的直轴电抗(Xd),单纯用直轴瞬态电抗(X’d)来计算其瞬态电压降相对保守。在柴油发电机厂家同意情况下，可以使用(X’d+ X”d)/2来替代X’d来进行校验计算，这样对柴油发电机容量要求可以适当降低。

2.3.3最大负载:

PG3=(ΣW0+QLmaxcos øℓ)/(Kcos øg)(3)

式中，ΣW0-最大电动机外的其他负载总和,kW;cos øℓ- 最大电动机起动时的功率因数，此处为88CR取0.3;cos øg -柴油发电机功率因数，此处为0.80;K-过负荷系数 (1.1);QLmax-最大电动机的启动容量 ,kVA。

最大负载88CR 加载发生在启动令发出时, 考虑其余在线负荷(顺序0至顺序4负荷，注意加热器启机前退出，而且88TG在88CR启动后退出)。

QLmax Cosøℓ= 1000/0.89×4.4×0.3=1483kW, ΣW0=1955kW(从顺序0至4累计为1955kW)，故PG3=3907kVA

结论：2台1800kW/2250kVA满足要求。