SFC在M701F燃气轮机发电机组中的应用

[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＊＊＊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。＊＊＊电厂是与＊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。
＊＊＊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

3.1 SFC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（Harmonic Filter）、控制器（Control）、整流器（Converter）、逆变器（Inverter）和直流电抗器（Dc Reactor）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（Harmonic Filter）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（Dc Reactor）其作用是对直流电流进行平波。

3.2 SFC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。

3.3 SFC的工作原理和应用

下面简单介绍＊＊＊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。如图1所示。



图1 SFC主回路示意图