高志祥

(杭州華電半山發(fā)電有限公司，浙江 杭州 310015)

0 引言

隨著國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，重型燃?xì)廨啓C(F級)進入了一個新的發(fā)展時期。重型燃?xì)廨啓C一般采用變頻啟動方式，其電氣接線與燃煤機組有所不同，其發(fā)電機是否配置出口斷路器(GCB)具有不同的特點。本文結(jié)合實際分析其配置GCB的優(yōu)缺點，并提供未設(shè)GCB的案例，供同行參考。

1 燃?xì)廨啓C啟動特點

燃?xì)廨啓C在啟動時，必須由其他動力裝置使其轉(zhuǎn)動起來并達到一定的自持轉(zhuǎn)速。燃?xì)廨啓C所用的啟動機有交流電動機、內(nèi)燃機(主要是用柴油機)、靜態(tài)頻率轉(zhuǎn)換器(LCI)和發(fā)電機。

隨著燃?xì)廨啓C技術(shù)的發(fā)展，機組容量逐漸增加，它所需啟動裝置的功率也隨著增加。對于單軸燃?xì)廨啓C，Pu=(2% ～5%)PGT，其中:Pu為啟動功率;PGT為燃?xì)廨啓C額定功率。例如S109FA機組，其LCI需要的最大設(shè)計功率就達10.38 MW。圖1是某機組的典型啟動廠用電曲線，由該曲線可知，啟動中廠用電功率最大為13.38 MW。減掉其他輔機占用功率，LCI的功率在10.00 MW左右。

因此，各重型燃?xì)廨啓C普遍采用了LCI靜態(tài)啟動系統(tǒng)。這樣既可以縮短軸系(重型燃?xì)廨啓C本身的體積較大，如S109FA機組的軸系長為42.09 m)，也可以空出透平基礎(chǔ)四周關(guān)鍵的空間，節(jié)省啟動電動機和相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩變換器，以及有關(guān)的電氣硬件。

2 發(fā)電機出口設(shè)置GCB的優(yōu)缺點

燃?xì)廨啓C發(fā)電機組發(fā)電機出口斷路器的裝設(shè)原則通常同燃煤機組。大型燃?xì)廨啓C采用靜態(tài)變頻器啟動，發(fā)電機出口可裝設(shè)GCB(如圖2所示)，也可不裝設(shè)GCB(將圖2中的發(fā)電機開關(guān)、出線閘刀省略)。下面從經(jīng)濟、技術(shù)和安全方面進行分析。

圖1 某S109FA機組的典型啟動廠用電曲線

2.1 不裝設(shè)GCB的優(yōu)點

由于GCB的價格約為400萬元(配390H發(fā)電機)且需要進口，一次性投資較大，故設(shè)計時將其省略可降低投資。

相關(guān)案例表明，GCB中的發(fā)電機出線閘刀由于工作電流巨大(390H發(fā)電機額定電流為14221 A)，當(dāng)閘刀接觸不良時易發(fā)生熔斷事故。省略GCB避免了其出現(xiàn)故障的可能。

圖2 發(fā)電機帶GCB示意圖

2.2 裝設(shè)GCB的優(yōu)點

當(dāng)發(fā)電機承受不平衡負(fù)荷或發(fā)電機出口發(fā)生不對稱短路時，GCB可以迅速切除故障;當(dāng)主變壓器內(nèi)部故障時，由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁及定子電流衰減時間通常長達數(shù)秒(與勵磁系統(tǒng)有關(guān))，變壓器的損壞程度會加重。

雖然發(fā)電機出口裝設(shè)GCB后，一次性投資增大，但若考慮到今后的運行情況，特別是調(diào)峰較多時的運行情況，裝設(shè)GCB對減少廠用電切換很有幫助，可提高廠用電設(shè)備的使用壽命，減輕檢修維護的工作量。

另外，還有一個關(guān)鍵性的因素，即重型燃?xì)廨啓C普遍采用靜態(tài)變頻器啟動，如果沒有GCB，則靜態(tài)變頻器的負(fù)載(特別是無功負(fù)載)將增大，所以，靜態(tài)變頻器的選型費用增加。例如某V94.2燃?xì)廨啓C，原設(shè)計有與GCB，LCI配套的隔離變壓器的容量為1760 kV·A，省去GCB后，LCI隔離變壓器容量增大為4700kV·A。原啟動轉(zhuǎn)速由0升到900 r/min的時間為90s，現(xiàn)在升速時間延長為120 s，以降低燃?xì)廨啓C啟動時的升速率，否則靜態(tài)變頻器將過載跳閘而導(dǎo)致啟動失敗。

目前燃?xì)廨啓C啟動靜態(tài)變頻器均采用電流型，輸出的電流波形為矩形波(如圖3、圖4所示)，存在大量諧波，靜態(tài)啟動時將引起發(fā)電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動，特別是在啟動和低轉(zhuǎn)速時可能對發(fā)電機、變壓器有一定的損傷。

特別要注意的是，燃?xì)廨啓C除了啟動運行工況外，還有一個冷拖水洗工況，且這一工況時間較長。例如:S109FA機組在冷拖水洗時轉(zhuǎn)速為700 r/min，時間一般為4 h以上;西門子公司V94.2機組冷拖水洗時轉(zhuǎn)速為600 r/min，時間也較長。如果沒有GCB，則主變壓器、高壓廠用變壓器將有較長時間承受非正弦波及低頻危害。

3 結(jié)束語

綜上所述，對于采用靜態(tài)變頻器啟動的燃?xì)廨啓C，發(fā)電機出口裝設(shè)GCB是有利的。燃?xì)廨啓C啟停頻繁，裝設(shè)GCB后可避免高壓廠用電源的切換，簡化廠用電源的控制和保護接線，從而提高廠用電系統(tǒng)的可靠性。機組并網(wǎng)或停機時只需通過GCB就可完成，縮短了機組啟、停時間。雖然初期投資較大，但運行費用低，并避免了主變壓器、高壓廠用變壓器受低頻、非正弦波的危害。但在實際運用中也有未設(shè)GCB的案例，所以，是否設(shè)GCB應(yīng)依據(jù)燃?xì)廨啓C運行方式及設(shè)計時考慮的側(cè)重面而最終確定。