SFC培訓(xùn)教學(xué)課件

1、2022/8/31電氣設(shè)備與運(yùn)行華南理工大學(xué)電力學(xué)院夏成軍第1頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/32第2頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/33第3頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/34燃?xì)廨啓C(jī)與常規(guī)的機(jī)組不同, 整個(gè)燃機(jī)透平在運(yùn)行中產(chǎn)生的功率有約1/2 消耗在壓氣機(jī)中, 燃機(jī)從啟動(dòng)、點(diǎn)火、加速到自持轉(zhuǎn)速的過(guò)程, 燃機(jī)透平自身做功不足以滿足啟動(dòng)的要求, 必須外加能量拖動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著燃?xì)鈾C(jī)組容量的增加, 啟動(dòng)裝置的型式也有很大的不同, 小型燃機(jī)一般有柴油機(jī)啟動(dòng)方式、啟動(dòng)馬達(dá)式和蒸汽沖動(dòng)式; 大型燃機(jī)如GE 和三菱的F 級(jí)燃機(jī)均用變頻啟動(dòng)方式, 即通過(guò)靜態(tài)變頻器( SFC) 帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)作為同步電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力矩

2、。惠州天然氣發(fā)電廠是國(guó)內(nèi)首批采用F 級(jí)燃?xì)鈾C(jī)組的電廠。第4頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/35變頻啟動(dòng)原理同步電動(dòng)機(jī)以其可調(diào)的功率因數(shù)和輸出轉(zhuǎn)矩及對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)不敏感等良好的運(yùn)行性能, 在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭, 是驅(qū)動(dòng)大型燃機(jī)的優(yōu)選機(jī)型。然而大型同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)一直是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題, 如果采用異步啟動(dòng)方法, 依靠阻尼繞組進(jìn)行啟動(dòng), 對(duì)電力系統(tǒng)的干擾將十分嚴(yán)重。如果采用減壓?jiǎn)?dòng), 不但需要很大的電抗器, 而且啟動(dòng)繞組發(fā)熱嚴(yán)重, 很難保證安全運(yùn)行。而利用現(xiàn)代交直交調(diào)速技術(shù)對(duì)大型同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行靜止變頻啟動(dòng), 則無(wú)論是效率還是控制性能都比較理想。第5頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/36變頻器的作用是把電壓

3、和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電。變頻調(diào)速的依據(jù)是公式n = 60 f/p( n: 同步速度, f: 電源頻率, p: 電機(jī)極對(duì)數(shù)) , 即電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例。電機(jī)在工頻電源供電時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的啟動(dòng)電流, 啟動(dòng)和加速?zèng)_擊很大, 而當(dāng)使用變頻器供電時(shí), 變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的, 這些沖擊就要弱一些。如果僅改變頻率而不改變電壓, 頻率降低時(shí)發(fā)電機(jī)定子容易因過(guò)電流而損壞, 因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要改變電壓。第6頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/37靜態(tài)變頻器( SFC) 工作過(guò)程惠州天然氣發(fā)電廠SFC 結(jié)構(gòu)如圖1 所示, 輸入電源來(lái)自1 號(hào)或2 號(hào)機(jī)的6

4、 kV 廠用電。每套SFC 額定功率4 900 kW, 由諧波濾波器、SFC 變壓器、整流裝置、直流電抗器、逆變裝置、控制屏和位置傳感器7 部分組成。諧波濾波器用來(lái)吸收在整流和逆變過(guò)程中所產(chǎn)生的5 次、7 次諧波, 防止諧波對(duì)電廠其他電氣設(shè)備造成影響或反送到電網(wǎng)中造成諧波污染。SFC 變壓器將6 kV 電壓降至3.8 kV, 為SFC 系統(tǒng)提供電源, 同時(shí)通過(guò)變壓器漏抗限制晶閘管短路時(shí)的短路電流。整流裝置通過(guò)對(duì)晶閘管導(dǎo)通角的控制把交流電轉(zhuǎn)換成直流電, 并控制直流電壓使直流電流達(dá)到適當(dāng)值。經(jīng)過(guò)整流后的直流電源再經(jīng)直流電抗器限制波形, 使波形更加平滑后進(jìn)入逆變裝置, 把直流逆變成頻率可變的交流,

5、其頻率在0.0533.3 Hz內(nèi)平滑可調(diào), 使發(fā)電機(jī)平滑加速。第7頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/38 第8頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/39以上就是SFC 的工作原理, 為實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制,在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上安裝了相位傳感器, 用以測(cè)量轉(zhuǎn)子的相位, 其反饋信號(hào)為逆變器觸發(fā)脈沖的參考信號(hào)。第9頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/310勵(lì)磁系統(tǒng)工作過(guò)程發(fā)電機(jī)作為同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng), 定子加變頻電流的同時(shí), 轉(zhuǎn)子也要加勵(lì)磁。當(dāng)發(fā)電機(jī)由SFC 啟動(dòng)運(yùn)行時(shí), 勵(lì)磁裝置通過(guò)勵(lì)磁啟動(dòng)盤(pán)內(nèi)裝設(shè)的6 kV/150 V專(zhuān)用啟動(dòng)變壓器向勵(lì)磁系統(tǒng)供電, 即采用他勵(lì)運(yùn)行方式供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。當(dāng)啟動(dòng)完成、SFC 退出運(yùn)行后, 機(jī)組的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速

6、, 勵(lì)磁裝置轉(zhuǎn)為自并勵(lì)方式, 勵(lì)磁系統(tǒng)按常規(guī)方式運(yùn)行。上述控制模式的切換都是由SFC 控制屏自動(dòng)完成, 它接受來(lái)自DCS( 分散控制系統(tǒng)) 、TCS( 機(jī)島控制系統(tǒng)) 的控制信號(hào), 控制和協(xié)調(diào)SFC 系統(tǒng)各部件的工作, 并且其內(nèi)部有故障自我診斷、報(bào)警和保護(hù)功能。第10頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/311變頻啟動(dòng)步驟SFC 從啟動(dòng)到退出運(yùn)行經(jīng)歷啟動(dòng)升速、清掃、降速、點(diǎn)火、升速和停止各個(gè)階段。為避免SFC 整流器與逆變器之間發(fā)生接地故障時(shí), 中性點(diǎn)接地變壓器受直流故障電流的沖擊, 啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器斷路器應(yīng)在斷開(kāi)位置。第11頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/3122.1 啟動(dòng)升速階段發(fā)電機(jī)作

7、為同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)加速之前, 先由盤(pán)車(chē)電動(dòng)機(jī)將其帶動(dòng)到3 r/min, 合上SFC 啟動(dòng)裝置輸入、輸出開(kāi)關(guān), 然后投入轉(zhuǎn)子勵(lì)磁, 接著發(fā)送晶閘管觸發(fā)脈沖使其開(kāi)始加速。最初, 采用脈沖換相, 同步電動(dòng)機(jī)加速到約7.5% 的額定轉(zhuǎn)速, 轉(zhuǎn)入負(fù)荷換相。第12頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/3132.2 高速盤(pán)車(chē)、清掃、水洗階段轉(zhuǎn)速達(dá)到約25%的額定轉(zhuǎn)速后, 需要對(duì)燃機(jī)進(jìn)行點(diǎn)火前的清掃, 將上次運(yùn)行未燃盡的可燃?xì)怏w吹出燃燒室, 防止點(diǎn)火時(shí)爆燃損壞機(jī)組。進(jìn)入本階段后, SFC 的輸出電流和轉(zhuǎn)速保持不變, 持續(xù)約400 s。另外, 空氣中的灰塵經(jīng)進(jìn)氣室過(guò)濾后, 仍有部分進(jìn)入壓氣機(jī)進(jìn)氣道, 粘附在葉片上, 引起壓

8、氣機(jī)壓比和效率降低, 因此需要定期對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)行清洗。壓氣機(jī)水洗分離線清洗和在線清洗。離線水洗就在此階段進(jìn)行, 完畢則直接降速停機(jī)。第13頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/3142.3 降速、點(diǎn)火階段為保證點(diǎn)火成功, 三菱M701F 型燃機(jī)的規(guī)定點(diǎn)火轉(zhuǎn)速( 約20% 額定轉(zhuǎn)速) 比清掃轉(zhuǎn)速低, 所以通過(guò)降低SFC 輸出電流改變電磁轉(zhuǎn)矩以達(dá)到降低轉(zhuǎn)速的目的。第14頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/3152.4 升速、退出階段約經(jīng)過(guò)40 s 點(diǎn)火成功后, SFC 和燃機(jī)共同帶動(dòng)機(jī)組升速, 隨著燃料量的加大, 到約67 % 的額定轉(zhuǎn)速時(shí), 燃機(jī)逐漸達(dá)到自持轉(zhuǎn)速, SFC 開(kāi)始降低輸出電流, 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到約77

9、 % 的額定轉(zhuǎn)速時(shí), SFC輸出電流和勵(lì)磁電流全部降為0, 啟動(dòng)勵(lì)磁變壓器和SFC 同時(shí)退出, 發(fā)電機(jī)不再作為同步電動(dòng)機(jī)發(fā)出拖動(dòng)力矩, 轉(zhuǎn)由燃機(jī)拖動(dòng)升速。第15頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/3162.5 并網(wǎng)控制階段在燃機(jī)的帶動(dòng)下, 機(jī)組繼續(xù)升速, 當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí), 若定子上的殘壓超過(guò)額定電壓的20%,則將此殘壓經(jīng)并接于發(fā)電機(jī)出口的主勵(lì)磁變壓器降壓并整流, 以提供起勵(lì)電流, 發(fā)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng); 若殘壓達(dá)不到額定電壓的20%, 則利用廠用220 V 直流電起勵(lì)。發(fā)電機(jī)經(jīng)同期并入電網(wǎng), 此階段和常規(guī)機(jī)組相同。第16頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/3173 變頻啟動(dòng)特點(diǎn)分析3.1 SFC 的換相

10、方式( 1) 脈沖換相: 在啟動(dòng)或低轉(zhuǎn)速初期( 轉(zhuǎn)速R 7.5% 額定轉(zhuǎn)速) , 發(fā)電機(jī)不能提供足夠的反電勢(shì)實(shí)現(xiàn)逆變器晶閘管的截止和換相, 必須每隔60強(qiáng)制整流器斷流一次, 使逆變器截止和換相。這種換相方式稱(chēng)為脈沖換相方式。第17頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/318( 2) 負(fù)荷換相: 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高( 轉(zhuǎn)速R7.5% 額定轉(zhuǎn)速) , SFC 自動(dòng)進(jìn)入負(fù)荷換相方式。此時(shí)發(fā)電機(jī)已經(jīng)能夠提供足夠的反電勢(shì)使該換相的逆變器截止并完成換相。逆變器此時(shí)的換相方式稱(chēng)為負(fù)荷換相方式。第18頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/3193.2 SFC 的控制模式SFC 系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中是由SFC 控制柜按照預(yù)定的程序進(jìn)行順

11、序控制的。由于在不同階段所控制的參數(shù)不同, 所以可分為“電流控制方式”和“轉(zhuǎn)速控制方式”。第19頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/320( 1) 電流控制方式: 在發(fā)電機(jī)升速或降速的過(guò)程中采用電流控制方式。SFC 保證供給發(fā)電機(jī)的電樞電流在某一時(shí)段為恒定值, 使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不斷升高或降低。第20頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/321( 2) 轉(zhuǎn)速控制方式: 當(dāng)需要維持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為恒定值時(shí)( 維持清掃或點(diǎn)火轉(zhuǎn)速時(shí)) , SFC 采用轉(zhuǎn)速控制方式。此時(shí)SFC 通過(guò)調(diào)節(jié)供給發(fā)電機(jī)的電樞電流, 以保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為恒定值。第21頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/3223.3 勵(lì)磁控制模式SFC 采用速度檢測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

12、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR) 控制方式的改變。( 1) 恒勵(lì)磁電流模式: 在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低、機(jī)端電壓尚未達(dá)到規(guī)定電壓值( 約17%額定電壓) 時(shí),SFC 控制柜發(fā)信號(hào)給勵(lì)磁系統(tǒng), 由AVR 維持勵(lì)磁電流為恒定值。第22頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/323( 2) 恒電壓模式: 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速已較高( 約15%額定轉(zhuǎn)速) 、機(jī)端電壓到達(dá)規(guī)定電壓值( 約17%額定電壓) 時(shí), 為防止定子過(guò)電流, SFC 控制柜發(fā)信號(hào)給勵(lì)磁系統(tǒng), 由AVR 通過(guò)減小勵(lì)磁電流維持機(jī)端電壓保持恒定。第23頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/324結(jié)語(yǔ)用SFC 帶動(dòng)發(fā)電機(jī)作為同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行, 啟動(dòng)平穩(wěn), 不存在失步問(wèn)題, 對(duì)電網(wǎng)也完全沒(méi)有沖

13、擊, 可靠性高, 具有較好的應(yīng)用前景和較高的研究?jī)r(jià)值, 值得推廣。三菱公司運(yùn)行業(yè)績(jī)證明, 用SFC 啟動(dòng)機(jī)組具有優(yōu)異的調(diào)速性能, 且成功率高、維護(hù)量小、自診斷能力強(qiáng)。但其價(jià)格昂貴, 易產(chǎn)生諧波, 控制系統(tǒng)比較復(fù)雜, 包含有較多的控制環(huán)節(jié)和相關(guān)設(shè)備, 設(shè)備容量較大, 各種保護(hù)措施必須可靠。第24頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/325目前我國(guó)燃機(jī)發(fā)電的比重逐年上升, 在天然氣發(fā)電項(xiàng)目中, 對(duì)日本三菱重工、美國(guó)GE 和德國(guó)西門(mén)子全球三大燃機(jī)廠商的燃機(jī)都有引進(jìn), 但關(guān)于變頻器的相關(guān)文獻(xiàn)不多, 本文旨在能與同行進(jìn)行交流與探討, 增進(jìn)對(duì)變頻啟動(dòng)調(diào)速的理解和認(rèn)識(shí), 從而提高燃機(jī)發(fā)電廠的運(yùn)行與檢修水平。第25頁(yè)，共32頁(yè)。2022/8/326天然氣(LNG)發(fā)電