浅谈SFC在燃气机组中的原理及启动

廖波

摘要：由于我国原有能源可持续发展、环境情况的相关问题还未得到有效解决，导致燃煤常规火力发展受到制约，无法实现倡导发展理念。为解决新能源发电的问题，国家加大了天然气资源的开发力度，保护能源结构的完整性，为电力发展提供能源支持。文章对燃机发电厂SFC（静止变频启动装置）启动过程、基本原理和安装调试注意事项等进行了介绍。

关键词：SFC；燃气机组；发电机；新能源发电；同期；并网 文献标识码：A

中图分类号：TM31 文章编号：1009-2374（2016）21-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.031

1 机组启动概述

燃气机组通过一定静止状态向快速运转转变，这种中间过程的变化速率被称之为燃气机组启动。燃气机组的类型具有多样性，其中机组启动主要是指日本三菱M701F4型燃机。该机组利用3r/min到达2200r/min出力功率，实现转子加速变化过程，使其保持匀速运动，当达到一定程度额定转速时，机组自动形成动能和电能，从而实现机组加速运动。在转速运动过程中，机组本身带动足够的动力，对燃机进行吹扫清洗工作，达到或超出2220r/min后，该装置自行停止转速运动，但需要确定转速功率不得低于转子转动速度，以免出现功率耗损程度过大等问题。对于电能或动能转变，也需保持燃机机组从启动到结束之间的正常功率，满足转子转动的生成速率，加大能量转动程度。大型燃机均采用SFC（静止变频启动装置）启动方式，整个机组的启动和调速的实现由启动装置完成，启动装置分为机械式装置和电子式装置。机械式装置一般为启动电动机。电子式装置通常为SFC。对于燃气轮机项目来说，一般在低速盘车时采用机械盘车，启动时采用SFC装置。

2 变频器的作用及同步电动机调速

在速度转动过程中，变频器主要应用于器具电压频率统一变化，以实现机器电压交流电的输出过程。由于变频器具有调速转动的作用，产生电机极对数量比较统一（n=60f/p），由此可以得出，电机的转度与频率成正比。电机在工频启动时会产生很大的启动电流（额定电流的几倍），对电网冲击相当大，而是用变频启动，电压和频率是逐步增加的，这样的工作方式具备的冲击量不大。但是如果使器具频率保持上升状态、电压变低，极其容易造成发电机出现“电压和频率冲击”现象，造成发电机的电压和频率不统一，会对发电机产生一定的损毁问题。调速的方法有两种：一是改变电机对数；二是提高变频调速。在提高机组的运行速率时，要想完成电动机变频调速功能，可以采取改变变频功率的方法，实现电动机的同步功能，提高机器的技术调速。另外，电动机的调速类型主要以自控和他控为主，结合变频装置提高变压功率，达成统一的机器变频速率。在自控调速过程中，对变频调速采取控制调节的方式，实现变频装置自我控制，主要以“交-直-交”和“交-交”两种变频供电方式为主，控制方式则通过控制速率不超过变频速率来实现。对于自控调速，电动机的具体应用很多，如701F系列燃动机。在他控调速过程中，与自控调速过程具有相似性，利用带动转子速率的方式来完成具体操作，实现电动机同步调速。

3 工作原理及启动过程

发电机做电动机时的工作原理，转子通入直流，成为磁铁，定子通入三相交流，形成旋转磁场，相互作用后产生转矩。SFC实际工作原理，主要是通过交流电源装置来实现的，利用电压的恒定原理实现功率统一恒定，从而转变为交流电压频率。结合SFC启动原理，可实现变频启动工作。具体的启动过程如下：当定子旋转的磁场率同步时，定子和转子之间的电磁转矩发生细微改变，对频率调速相同的发电机定子具有速率作用，再利用交变电流和电机定子的转换形式，实现发电机调频调速，从而带动电机轴和燃气轮机，发生启动变化。因此结合SFC可达到调频调速功率统一，转换发电机交流定子速率，带动燃气机组正常工作，达到预先统计的速率值。

在完成转动速率变频后，增加频率至燃机可以自己维持旋转，并且通过旋转速度的变化频率，对发电机组励磁装置实行“电流交换”，致使发电机转子速率达到该装置的规定数值，配合实际功率实现机组运行工作，对机组转定实施电流转配。其中SFC控制该装置的整体运行构造，影响额定转动率。一般来讲，发电机在电动机运行加速前，首先需要电机实现电动化，达到大约为3r/min时，对SFC实行控制装置和转换装置的作用，主要以“输入开关”“输出转率”为主，转子励磁会经由输入或输出实现，带动装置功率发生变化，对晶闸管脉冲实现最终加速。最初转速达到300r/min时，SFC工作方式发生改变，由“强制方式”转变为“负载方式”，其中的转动速率需要达到700r/min范围内，对中间装置实行高盘吹扫和清洗工作，将上次运行未燃烧完全的气体吹出燃烧室，防止点火时爆燃事故。完成吹扫、清洗后，转速减值500r/min，在实行点火程序后，让天然气通过空气产生摩擦，致使天然气转变工作状态，通过热能转变为动能，实现天然气的透平化功能，与SFC一起工作至转速2200r/min。此时，透平输出功率已满足维持机组的转动及发电需要，SFC退出运行，调速器投入运行，对转速进行调节，使之平稳升速到同期转速3000r/min。随后，起励装置投入，利用发电装置，实现电压输出或输入工作，对同期控制器实行投入运行。当装置功率达到限定范围时，满足同期条件中的具体数据值，当实际数据达到或超过规定时，即可合上同期开关，实行机组并网，机组并网结束后，即可完成启动运行工作。

4 SFC主要设备组成

5 注意事项

（1）在实际操作中，SFC的整流器和逆变器容易发生故障，造成机组启动事故。因此，为降低故障发生率，在发电机的中性点接入变压器，避免电流冲击，且在启动前及过程中，发电机中性点刀闸应在断开位置；（2）SFC设备本体只能通过专用150mm2多股铜芯软接地线与主网以最短距离一点接地，与SFC连接的所有外部一次、二次电缆屏蔽层，不能在SFC设备侧接地，只能在对侧接地；（3）由于SFC成套设备基本为大件，最长达6.8m，高达2.8m，而启动隔离变重量一般在20吨以上，设计及安装时应考虑设备安装的先后顺序及通道，建议设计院设计整体布局时，还要考虑设备检修问题，并尽量将SFC设备单间安装设计；（4）为了保证设备拼装安装误差在规程范围内，宜做盘底框，不能依靠厂家盘柜自带底框，设备安装完成后，应对厂家一、二次配线全面检查紧固。

参考文献

[1] 重庆两江燃机电厂东方电气厂家资料[S].

[2] 重庆两江燃机河北电力设计院施工图纸[S].

（责任编辑：王 波）