关于大型燃机变频调速系统的运行及控制特点的分析

李健民

摘 要：随着近些年来我国对节能减排重视力度的不断加大，在生产线上的大型燃机当中也开始使用变频调速系统，通过对运行速度等进行自动调控，以此在有效减少系统故障的同时，可以达到节能降耗和延长燃机使用寿命的目的，确保燃机可以长时间地保持安全稳定的运行状态。基于此，本文将以某大型燃机为例，对其变频调速系统的运行以及控制特点进行简要分析研究。

关键词：大型燃机 变频调速系统 控制特点

中图分类号：TK477 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（b）-0076-02

本文选择的大型燃机为三菱公司生产的M701F4燃机，空气进入到进气过滤系统以及进气室和进气缸之后会被吸入到压气机当中，经过压缩处理之后被送至燃烧室段中以实现燃料的充分燃烧，在有效避免燃料浪费的同时可以有效降低氮氧化物的排放，达到提升燃烧率和节能降耗的目的。而通过将变频调速系统运用其中，则可以通过改变电动机的电源频率科学调节速度，以进一步提升燃机的性能与工作效率。

1 变频调速系统的组成

由三菱公司生产的M701F4燃气轮机当中，带有4级反动式叶片的透平段、20只绕压气机轴线环形布置的燃烧室等，并且叶片通过刷涂具有良好耐腐蚀性和耐高温性的涂料，有效提升了叶片的性能[1]。在燃机透平段的动叶和静叶上均安装了冷却系统。为了能够有效保障分管燃烧器的燃烧室能够实现燃料的充分燃烧，并且有效控制氮氧化物的排放量，在该燃气轮机当中安装了由变压器、整流器以及逆变器等共同组合而成的静态变频器，利用变频调速系统实现对燃气轮机运行速度的有效调节。

2 变频调速系统的调试特点

在M701F4燃气轮机的变频调速系统当中，除了普通的感应电机之外还拥有其他各种型号的电机。不仅如此，变频器的数量相对比较多，而不同类型的变频器其在控制方面的要求也截然不同。通常多使用矢量控制方式、V/F控制方式等。在对变频调速系统进行调试的初期阶段，变频器和Prodibus-DP网等其他网络之间还没有实现完全连通，因此需要使用专门的调试软件或是通过面板设置等方式才能完成变频调速系统的调试。在随后的联动试运转阶段当中，工艺设备之间具有明显的关联性，因此也在很大程度上增加了变频调速系统的调试特点。而眼下随着互联网的广泛运用，目前变频调速系统基本上已經可以通过使用自动化的网络进行统一控制。

3 大型燃机变频调速系统的运行与控制

3.1 变频启动

M701F4燃气轮机变频调速系统在运行过程中，其同步电动机就是发电机，在正式启动前，需要利用盘车电动机带动转速。一般情况下，需要转速达到每分钟3转，此后需要将燃气轮机的静态变频调速器中的装置输入输出开关合上，而后将转子励磁投入其中，此时脉冲在受到发晶闸管的触发之后将会带动发电机实现高速运转[2]。一旦转速达到一定数值之后，为了避免在后续点火过程中，因分管燃烧器的燃烧室当中存在尚未充分燃烧的燃料以及气体，影响燃气轮机的正常使用，需要对M701F4燃气轮机进行全面的清洁工作，彻底清除残留在分管燃烧器当中未能实现充分燃烧的可燃气体。随后即可在高速盘车的过程当中，利用燃气轮机的静态变频调速器在保持400r/min的转速下完成电流的输出工作。

本文选择的由三菱公司生产的M701F4燃气轮机，其将20%左右的额定转速设定为规定点火转速，并且要求其必须低于清扫转速，因此在有效控制燃气轮机静态变频控制器的过程当中，需要通过在有效降低其输出电流的基础之上，调整电磁转矩才能有效完成点火工作。当成功完成点火之后，需要静待大约40s，使得燃气轮机能够与静态变频调速器一同完成机组的带动和加速工作。在分管燃烧器的燃烧室当中，燃料得到充分燃烧之后，转速将会迅速提升。当其达到大约67%的额定转速时燃气轮机自身将自动保持较为稳定的转速。而静态变频调速器则会慢慢控制输出电流，并同时对发电机转速进行实时观察。一旦发现其达到大约77%的额定转速之后，燃气轮机的静态变频调速器将会直接将输出和励磁电流调至最小，并连同自身与调节励磁的装置一起退出。在这一阶段中，拖动力矩和加速的重任将从发电机直接转移至燃气轮机的身上。

燃气轮机在持续拖动加速之下，转速越来越接近额定转速，此时在M701F4燃气轮机当中专门用于调节励磁的装置将会进行起励升压，在同期装置的帮助下，电网将正式“吸纳”发电机。

3.2 控制励磁

事实上，M701F4型燃气轮机在运行变频调速系统时，根据之前预设程序，将直接由静态变频调速器控制柜完成顺序的控制工作。当发电机不断加速之下，通过有效控制电流使得发电机的转速越来越高。如果发电机的转速以及机端电压均处于较低的水平状态，则静态变频调速器将会直接向励磁系统发送相应信号，此时负责调解励磁的装置将会稳定励磁电流，以保障在设定时段下，励磁电流能够处于恒定状态，进而达到加速发电机转速的目的。而逆变器则将利用脉冲方式进行换相，也就是令静态变频控制器每隔60°电角度，便将输出电流减至最小，彻底关断逆变器可控柜，待其闭锁功能完全恢复之后再开通下一相通流可控柜，从而使得燃气轮机运行变频调速系统的加速转矩能够保持最大值，以此有效带动发电机的正常工作。但如果正好情况相反，即发电机转速以及机端电压本身已经处于较高的状态，则静态变频调速器同样会向励磁系统发送信号，但此时负责调解励磁的装置将会有目的地控制励磁电流，从而有效稳定机端电压。逆变器将使用负荷换相的方式进行换相，在定子在任一换相点当中所产生的磁场都会旋转60°，此时在励磁系统的激磁作用下，位于发电机当中的转子将会转化成磁体，此时燃气轮机的静态变频调速器将会利用这一磁体转子带动发电机进行加速旋转[3]。

3.3 励磁运行

M701F4型燃气轮机在启动静态变频调速器时，如果发电机的机端电压无法达到规定的标准值，则发电机机端励磁将无法转化励磁使之为发电机提供充足的电流。为有效解决这一问题，在静态变频调速器当中通常会设置励磁启动盘，并将专用启动变压器安装于其中，当燃气轮机运行静态变频调速系统时，启动变压器将会在励磁启动盘当中发挥作用，负责使用其他的励磁运行方式为发电机提供必要的励磁。在燃气轮机停止运行静态变频调速系统之后，机组的转速基本已经达到了额定转速值，此时励磁系统将直接转化成自并励的接线方式，励磁系统只需要按照平时的运行方式进行正常运行即可。

4 结语

总而言之，通过在大型燃机当中使用变频调速系统，确实能够在很大程度上减少燃机的能源消耗，对于保障其实现正常稳定运行有着积极作用。考虑到变频调速系统当中的变频器以及电机等类型多种多样，在运行和控制方面的要求也不尽相同。因此工作人员在启动大型燃机变频调速系统的过程当中，还需要充分结合实际情况，做好相应的调试准备以及常规检查工作，从而确保大型燃机变频调速系统的正常运行。

参考文献

[1] 张国敏.加热炉辊道及装出钢机变频调速控制系统设计与应用[J].数字技术与应用，2017，13（7）：14，16.

[2] 李刚，殷骏，汤伟，等.抗电压扰动电源在给煤机变频调速系统中的应用[J].电气应用，2016，35（23）：36-40.

[3] 李中望.基于矢量控制的轧钢机变频调速系统设计与仿真[J].绥化学院学报，2015，35（3）：155-157.endprint