M701F燃气轮机SFC装置原理及参数设定

1、Sept.,2006M701F燃气轮机SFC装置原理及参数设定孙承志(深圳市广前电力有限公司,广东深圳518054)摘要:M701F燃气轮机在启动时,通过SFC装置在发电机定子通入变频电流,使发电机作为电动机带动机组旋转直至自持转速。本文结合SFC装置,阐述了其变频工作原理,相关运行参数的设定、机组升速过程进行了分析。关键词:M701F燃气轮机;SFC;原理;参数设定中图分类号:TK47317+1文献标识码:A2889-04M701F燃气轮机启动时,(组配置了(,即静态频率转换装置。:SFC电源取自6kV厂用电,经过输入变压器变为318kV,通过整流器将恒定的三相交流电压变成电压可变的直流电,

2、直流电抗器起到保持电流恒定的作用,相当于一恒流源。该恒流源再通过逆变器变为频率可变的交流电,输入到发电机定子绕组中,同时在发电机转子中加入直流励磁(启动励磁系统)。此时,发电机相当于同步电动机,发电机转速会随SFC输出的频率上升而上升,从而带动燃气轮机转动。整流器与逆变器均采用三相六脉波全控可控硅控硅(SiliconControlledRectifier,简称SCR)额定电压12kV,额定电流1500A,其导通条件如下:阳极电流大于擎住电流IL(阳阴极加正向电压并提供足够大的电流),门极触发电流足够大(门极加正脉冲)。可控硅一旦导通后,门极就失去控制作用。其关断方式通常有两种:阳极电流过零关断

3、和阳极电压反向关断。1SFC装置原理SFC装置主要由谐波滤波器、变压器、整流器、电抗器、逆变器、位置传感器以及控制系统等组成。其主回路见图1。图1SFC主回路收稿日期:2006203215改稿日期:2006-04-17第3期M701F燃气轮机SFC装置原理及参数设定25这里着重介绍整流器与逆变器的工作过程。111整流器工作原理整流器将318kV的三相交流电变换成电压可控的直流电,其工作原理简述如下:如图2所示,A、B、C间相位依次相差120,A为自然换相点(三相电压UU=UWUV),经延迟后(K1点),可控硅Ur被触发。在K1点之前,Wr、Yr处于导通状态。因此,在K1点,Ur两端电压(UU-

4、UW)为正,见图1。Ur开始导通,Wr承受反向电压而截至。这样在Ur、Yr导通,故此时输出电压Edr=UU-Uv。再经过60之后,即K2点,Zr被触发,Zr受反向电压UVW;若该反相电压足够大,Yi会关闭,依此类推。这样,逆变器输出到发电机的电流波形3如图3所示。两端承受正向电压Uvw而导通,Yr承受反向电压Uwv而截至。此时,Ur、Zr导通,输出电压为Edr=UU-Uw。依此类推,这样,形是以60为周期的锯齿波,见图,效值为Edr=1135Es通过调节,进而调节输出电流值图3逆变器工作原理及其输出波形逆变器可控硅利用发电机感应电压作为反向电压关断,这种关断模式称为负荷换相模式。而发电机感应电

5、压E=4144Knf,E除了与磁场强度成正比,还与转速n成正比。在SFC启动时,发电机从零转速逐渐上升。这样,在发电机低转速时,其感应电压比较低,无法产生足够的反向电压关断可控硅。为了实现发电机低转速时可控硅的关断,SFC通过关断整流器输出,将直流电流降为零,从而实现逆变器可控硅的关断,这种关断模式称为脉冲换相模式。此时,各可控硅的换相点可以选择自然换相点,即=0。由于每60就有一个可控硅要关断,下一个可控硅要导通,因此,直流输出每60就要为零一次。在实现了逆变器可控硅的关断后,直流电压必须马上建立,从而实现下一个逆变器可控硅的触发导通。脉冲换相模式下逆变器的输出电流见图4。图2整流器输入输出

6、电压波形112电抗器工作原理整流输出回路串接电抗器,对外相当于一电流源。该电流源的交流内阻抗近似无穷大,电抗器同时起着降低直流端电压脉动并吸收逆变负载端的无功功率的作用1。在工作时,逆变电路输出电流是幅值等于输入电流的方波电流,与负载性质无关。若逆变器接感性负载,则输出电压波形近似正弦波2。113逆变器工作原理逆变器的输入侧为直流电压,如图3。在M1点之前,Wi、Yi导通。在M1点,Ui被触发,Ui承受正向直流电压Edr/2而导通。这样,发电机的感应电压UWU加在Ui两端,为正向电压;同时感应电压UUW加在Wi两端,为反向电压。若该反向电压足够大,Wi会关闭。此时,电流从Ui流入,从Yi流出。

7、在M2点,Zi导通,同样Yi除了承受Edr/2,还会承2运行参数设定=0)的确定211自然换相点A(在SFC主开关之前接有同期变压器,通过检测其电压波形,将电压过零点定为基准点,设为AO(见26燃气轮机技术第19卷图5)。而主路整流器输入电压波形与同期变的电压波形相位差始终是固定值,可计算出来,并通过试验在控制盘设定,设定代码为CODE1100,范围为0345。这样,SFC控制盘带电后,在SFC主开关合上之前,自然换相点A就已经确定了。电机定子输出三相的交流电压,如图6。调整传感器的位置,使得Vi触发脉冲正好在其自然换相点,即=0点。214图40,即在自然换相点换CODE67时(设定为10%,

8、即300r/设定为CODE1113,转为负荷换相模式,见图6。待转速上升至CODE1115CODE1114之间时,值呈线形上升至CODE1112,之后维持CODE1112不变。CODE1112、CODE1113的设定范围值设定之后,位置传感器来的触发信为2060。-)的延迟后,作为下一周期相应可控硅号经过(2的导通触发信号。=0)的确定图5自然换相点A(212角度的设定角度的大小直接决定了SFC的输出功率。根据燃气轮机的启动要求,SFC的出力有“电流控制”与“转速控制”两种模式。SFC通过检测输出电流大小或机组转速反馈给CPU并与设定值比较,从而调整导通角的大小。213位置传感器的校正(自然换

9、相点=0的确定)在发电机与汽轮机之间的转轴上安装有一片定),在键上方有位置传感器,位键,半圆周大小(180能感应出键表面与探头之间的距离,见图6。转子旋转,当键离开传感器时,距离变大,位置传感器则输出Vi触发脉冲,并根据转子速度,计算出其它5个可控硅的触发脉冲。传感器探头的位置应该进行校正。在调试期间,当机组处于盘车状态时,在发电机转子中加入直流励磁(使用临时直流源),检测发设定曲线图73发电机升速定位键固定在转子转轴上,当位置传感器被触发时,发电机转子的N极与定子的U相位置关系见图8(即发电机定子决定了位置传感器的位置)。此时,Vi被触发,Vi、Zi导通,发电机定子电流流向如图8,转子开始受

10、到最大的电磁力矩而顺时针旋转。旋转60后,Zi关闭,Vi、Xi导通,磁场也旋转60,转子又开始受到最大的电磁力矩继续顺时针旋转,从而带动转子不停地升速。电磁力矩的大小与SFC输出电流、励磁电流及发电机转速成正比。其启动曲线如图9。SFC接到启动令后(透平控制系统TCS发出),第3期M701F燃气轮机SFC装置原理及参数设定27SFC在脉冲换相模式,输出电流约70%INAC(INAC=3INDC,INDC=1195A,INDC、INAC为SFC输出额定直流、交流电流),励磁电流(AVR控制)在恒流模式,因此,发电机电压上升曲线与转速上升曲线相同。随着转速的上升,燃气轮机压气机功耗随之增大,因此曲

11、线曲率变小。在300r/min时,发电机输出电压足够大,SFC转为负荷换相模式,其输出电流上升为90%INAC,因而曲线曲率有个阶跃。待发电机输出电压达到314kV时(此时转速约为510r/min),励磁电流转为恒压模式,AVR调节励磁电流,保持314kV不变。,直至700r/。此,TKEEPRE2,SFC转为转速图8发电机升速示意图,直至点火成功,TCS发“ACCELSTARTTIMING”,SFC又转为电流控制。在SFC与燃气轮机的共同出力下,将机组加速至燃气轮机自持转速(约2000r/min)以后,SFC开始减少出力,直至电流为零。SFC退出,同时启动励磁系统也退出。参考文献:1张立主编

12、.现代电力电子技术基础M.北京:高等教育出版社,1999.2贾正春,马志源主编.电力电子学M.北京:中国电力出版社,2002.图9启动曲线ThePrincipleandparametersettingofSFCinM701FGasTurbineSUNCheng-zhi(ShenzhenGuangqianElectricCo.Ltd.,Shenzhen518054,China)Abstract:TheSFCisdesignedtosendoutvariable-cyclecurrenttogeneratearmaturewhengasturbinestarts.Andthegeneratorworksinthemodesimilartoamotor