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1、Sept.,2006M701F燃?xì)廨啓C(jī)SFC裝置原理及參數(shù)設(shè)定孫承志(深圳市廣前電力有限公司,廣東深圳518054)摘要:M701F燃?xì)廨啓C(jī)在啟動(dòng)時(shí),通過(guò)SFC裝置在發(fā)電機(jī)定子通入變頻電流,使發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)組旋轉(zhuǎn)直至自持轉(zhuǎn)速。本文結(jié)合SFC裝置,闡述了其變頻工作原理,相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定、機(jī)組升速過(guò)程進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞:M701F燃?xì)廨啓C(jī);SFC;原理;參數(shù)設(shè)定中圖分類號(hào):TK47317+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A2889-04M701F燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)時(shí),(組配置了(,即靜態(tài)頻率轉(zhuǎn)換裝置。:SFC電源取自6kV廠用電,經(jīng)過(guò)輸入變壓器變?yōu)?18kV,通過(guò)整流器將恒定的三相交流電壓變成電壓可變的直流電,
2、直流電抗器起到保持電流恒定的作用,相當(dāng)于一恒流源。該恒流源再通過(guò)逆變器變?yōu)轭l率可變的交流電,輸入到發(fā)電機(jī)定子繞組中,同時(shí)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中加入直流勵(lì)磁(啟動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng))。此時(shí),發(fā)電機(jī)相當(dāng)于同步電動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)隨SFC輸出的頻率上升而上升,從而帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。整流器與逆變器均采用三相六脈波全控可控硅控硅(SiliconControlledRectifier,簡(jiǎn)稱SCR)額定電壓12kV,額定電流1500A,其導(dǎo)通條件如下:陽(yáng)極電流大于擎住電流IL(陽(yáng)陰極加正向電壓并提供足夠大的電流),門(mén)極觸發(fā)電流足夠大(門(mén)極加正脈沖)??煽毓枰坏?dǎo)通后,門(mén)極就失去控制作用。其關(guān)斷方式通常有兩種:陽(yáng)極電流過(guò)零關(guān)斷
3、和陽(yáng)極電壓反向關(guān)斷。1SFC裝置原理SFC裝置主要由諧波濾波器、變壓器、整流器、電抗器、逆變器、位置傳感器以及控制系統(tǒng)等組成。其主回路見(jiàn)圖1。圖1SFC主回路收稿日期:2006203215改稿日期:2006-04-17第3期M701F燃?xì)廨啓C(jī)SFC裝置原理及參數(shù)設(shè)定25這里著重介紹整流器與逆變器的工作過(guò)程。111整流器工作原理整流器將318kV的三相交流電變換成電壓可控的直流電,其工作原理簡(jiǎn)述如下:如圖2所示,A、B、C間相位依次相差120,A為自然換相點(diǎn)(三相電壓UU=UWUV),經(jīng)延遲后(K1點(diǎn)),可控硅Ur被觸發(fā)。在K1點(diǎn)之前,Wr、Yr處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此,在K1點(diǎn),Ur兩端電壓(UU-
4、UW)為正,見(jiàn)圖1。Ur開(kāi)始導(dǎo)通,Wr承受反向電壓而截至。這樣在Ur、Yr導(dǎo)通,故此時(shí)輸出電壓Edr=UU-Uv。再經(jīng)過(guò)60之后,即K2點(diǎn),Zr被觸發(fā),Zr受反向電壓UVW;若該反相電壓足夠大,Yi會(huì)關(guān)閉,依此類推。這樣,逆變器輸出到發(fā)電機(jī)的電流波形3如圖3所示。兩端承受正向電壓Uvw而導(dǎo)通,Yr承受反向電壓Uwv而截至。此時(shí),Ur、Zr導(dǎo)通,輸出電壓為Edr=UU-Uw。依此類推,這樣,形是以60為周期的鋸齒波,見(jiàn)圖,效值為Edr=1135Es通過(guò)調(diào)節(jié),進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出電流值圖3逆變器工作原理及其輸出波形逆變器可控硅利用發(fā)電機(jī)感應(yīng)電壓作為反向電壓關(guān)斷,這種關(guān)斷模式稱為負(fù)荷換相模式。而發(fā)電機(jī)感應(yīng)電
5、壓E=4144Knf,E除了與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比,還與轉(zhuǎn)速n成正比。在SFC啟動(dòng)時(shí),發(fā)電機(jī)從零轉(zhuǎn)速逐漸上升。這樣,在發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí),其感應(yīng)電壓比較低,無(wú)法產(chǎn)生足夠的反向電壓關(guān)斷可控硅。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)可控硅的關(guān)斷,SFC通過(guò)關(guān)斷整流器輸出,將直流電流降為零,從而實(shí)現(xiàn)逆變器可控硅的關(guān)斷,這種關(guān)斷模式稱為脈沖換相模式。此時(shí),各可控硅的換相點(diǎn)可以選擇自然換相點(diǎn),即=0。由于每60就有一個(gè)可控硅要關(guān)斷,下一個(gè)可控硅要導(dǎo)通,因此,直流輸出每60就要為零一次。在實(shí)現(xiàn)了逆變器可控硅的關(guān)斷后,直流電壓必須馬上建立,從而實(shí)現(xiàn)下一個(gè)逆變器可控硅的觸發(fā)導(dǎo)通。脈沖換相模式下逆變器的輸出電流見(jiàn)圖4。圖2整流器輸入輸出
6、電壓波形112電抗器工作原理整流輸出回路串接電抗器,對(duì)外相當(dāng)于一電流源。該電流源的交流內(nèi)阻抗近似無(wú)窮大,電抗器同時(shí)起著降低直流端電壓脈動(dòng)并吸收逆變負(fù)載端的無(wú)功功率的作用1。在工作時(shí),逆變電路輸出電流是幅值等于輸入電流的方波電流,與負(fù)載性質(zhì)無(wú)關(guān)。若逆變器接感性負(fù)載,則輸出電壓波形近似正弦波2。113逆變器工作原理逆變器的輸入側(cè)為直流電壓,如圖3。在M1點(diǎn)之前,Wi、Yi導(dǎo)通。在M1點(diǎn),Ui被觸發(fā),Ui承受正向直流電壓Edr/2而導(dǎo)通。這樣,發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電壓UWU加在Ui兩端,為正向電壓;同時(shí)感應(yīng)電壓UUW加在Wi兩端,為反向電壓。若該反向電壓足夠大,Wi會(huì)關(guān)閉。此時(shí),電流從Ui流入,從Yi流出。
7、在M2點(diǎn),Zi導(dǎo)通,同樣Yi除了承受Edr/2,還會(huì)承2運(yùn)行參數(shù)設(shè)定=0)的確定211自然換相點(diǎn)A(在SFC主開(kāi)關(guān)之前接有同期變壓器,通過(guò)檢測(cè)其電壓波形,將電壓過(guò)零點(diǎn)定為基準(zhǔn)點(diǎn),設(shè)為AO(見(jiàn)26燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)第19卷圖5)。而主路整流器輸入電壓波形與同期變的電壓波形相位差始終是固定值,可計(jì)算出來(lái),并通過(guò)試驗(yàn)在控制盤(pán)設(shè)定,設(shè)定代碼為CODE1100,范圍為0345。這樣,SFC控制盤(pán)帶電后,在SFC主開(kāi)關(guān)合上之前,自然換相點(diǎn)A就已經(jīng)確定了。電機(jī)定子輸出三相的交流電壓,如圖6。調(diào)整傳感器的位置,使得Vi觸發(fā)脈沖正好在其自然換相點(diǎn),即=0點(diǎn)。214圖40,即在自然換相點(diǎn)換CODE67時(shí)(設(shè)定為10%,
8、即300r/設(shè)定為CODE1113,轉(zhuǎn)為負(fù)荷換相模式,見(jiàn)圖6。待轉(zhuǎn)速上升至CODE1115CODE1114之間時(shí),值呈線形上升至CODE1112,之后維持CODE1112不變。CODE1112、CODE1113的設(shè)定范圍值設(shè)定之后,位置傳感器來(lái)的觸發(fā)信為2060。-)的延遲后,作為下一周期相應(yīng)可控硅號(hào)經(jīng)過(guò)(2的導(dǎo)通觸發(fā)信號(hào)。=0)的確定圖5自然換相點(diǎn)A(212角度的設(shè)定角度的大小直接決定了SFC的輸出功率。根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的啟動(dòng)要求,SFC的出力有“電流控制”與“轉(zhuǎn)速控制”兩種模式。SFC通過(guò)檢測(cè)輸出電流大小或機(jī)組轉(zhuǎn)速反饋給CPU并與設(shè)定值比較,從而調(diào)整導(dǎo)通角的大小。213位置傳感器的校正(自然換
9、相點(diǎn)=0的確定)在發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)之間的轉(zhuǎn)軸上安裝有一片定),在鍵上方有位置傳感器,位鍵,半圓周大小(180能感應(yīng)出鍵表面與探頭之間的距離,見(jiàn)圖6。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),當(dāng)鍵離開(kāi)傳感器時(shí),距離變大,位置傳感器則輸出Vi觸發(fā)脈沖,并根據(jù)轉(zhuǎn)子速度,計(jì)算出其它5個(gè)可控硅的觸發(fā)脈沖。傳感器探頭的位置應(yīng)該進(jìn)行校正。在調(diào)試期間,當(dāng)機(jī)組處于盤(pán)車狀態(tài)時(shí),在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中加入直流勵(lì)磁(使用臨時(shí)直流源),檢測(cè)發(fā)設(shè)定曲線圖73發(fā)電機(jī)升速定位鍵固定在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上,當(dāng)位置傳感器被觸發(fā)時(shí),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的N極與定子的U相位置關(guān)系見(jiàn)圖8(即發(fā)電機(jī)定子決定了位置傳感器的位置)。此時(shí),Vi被觸發(fā),Vi、Zi導(dǎo)通,發(fā)電機(jī)定子電流流向如圖8,轉(zhuǎn)子開(kāi)始受
10、到最大的電磁力矩而順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)60后,Zi關(guān)閉,Vi、Xi導(dǎo)通,磁場(chǎng)也旋轉(zhuǎn)60,轉(zhuǎn)子又開(kāi)始受到最大的電磁力矩繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子不停地升速。電磁力矩的大小與SFC輸出電流、勵(lì)磁電流及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。其啟動(dòng)曲線如圖9。SFC接到啟動(dòng)令后(透平控制系統(tǒng)TCS發(fā)出),第3期M701F燃?xì)廨啓C(jī)SFC裝置原理及參數(shù)設(shè)定27SFC在脈沖換相模式,輸出電流約70%INAC(INAC=3INDC,INDC=1195A,INDC、INAC為SFC輸出額定直流、交流電流),勵(lì)磁電流(AVR控制)在恒流模式,因此,發(fā)電機(jī)電壓上升曲線與轉(zhuǎn)速上升曲線相同。隨著轉(zhuǎn)速的上升,燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)功耗隨之增大,因此曲
11、線曲率變小。在300r/min時(shí),發(fā)電機(jī)輸出電壓足夠大,SFC轉(zhuǎn)為負(fù)荷換相模式,其輸出電流上升為90%INAC,因而曲線曲率有個(gè)階躍。待發(fā)電機(jī)輸出電壓達(dá)到314kV時(shí)(此時(shí)轉(zhuǎn)速約為510r/min),勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)為恒壓模式,AVR調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流,保持314kV不變。,直至700r/。此,TKEEPRE2,SFC轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)速圖8發(fā)電機(jī)升速示意圖,直至點(diǎn)火成功,TCS發(fā)“ACCELSTARTTIMING”,SFC又轉(zhuǎn)為電流控制。在SFC與燃?xì)廨啓C(jī)的共同出力下,將機(jī)組加速至燃?xì)廨啓C(jī)自持轉(zhuǎn)速(約2000r/min)以后,SFC開(kāi)始減少出力,直至電流為零。SFC退出,同時(shí)啟動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)也退出。參考文獻(xiàn):1張立主編
12、.現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,1999.2賈正春,馬志源主編.電力電子學(xué)M.北京:中國(guó)電力出版社,2002.圖9啟動(dòng)曲線ThePrincipleandparametersettingofSFCinM701FGasTurbineSUNCheng-zhi(ShenzhenGuangqianElectricCo.Ltd.,Shenzhen518054,China)Abstract:TheSFCisdesignedtosendoutvariable-cyclecurrenttogeneratearmaturewhengasturbinestarts.Andthegeneratorworksinthemodesimilartoamotor
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