鄭江鋒

（廣東大唐國際肇慶熱電有限責(zé)任公司 廣東肇慶 518110）

關(guān)于SFC幾個相關(guān)問題的淺見

鄭江鋒

（廣東大唐國際肇慶熱電有限責(zé)任公司 廣東肇慶 518110）

隨著社會的進(jìn)步，SFC系統(tǒng)已經(jīng)不斷被燃?xì)怆姀S采用，但應(yīng)用過程中會出現(xiàn)很多問題，本文從SFC系統(tǒng)的工作原理、解決方法等等方面展開分析。

SFC系統(tǒng)；問題；解決措施

SFC系統(tǒng)在燃?xì)廨啓C(jī)啟動過程中扮演著重要的角色，其主要作用是在啟動過程中提供動力將燃機(jī)帶到額定轉(zhuǎn)速（即自持轉(zhuǎn)速），保證燃機(jī)順利啟動，能達(dá)到同樣效果的還有蒸汽輪機(jī)拖動（適用一拖一機(jī)組）和發(fā)電機(jī)尾部安裝電動機(jī)拖動，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，SFC系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，逐步取代這兩種啟動方式。

1 SFC系統(tǒng)的原理

在了解SFC系統(tǒng)原理之前，我們得先來了解下電機(jī)。電機(jī)，簡單點(diǎn)來說就是一種能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，如圖1。

圖1

我們可以認(rèn)為電機(jī)就是一種以磁場為媒介，將動能與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)化的裝置。發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。既然機(jī)械能與動能的轉(zhuǎn)化是相互的，那么為發(fā)電機(jī)提供合適的磁場和電能，發(fā)電機(jī)也能作為電動機(jī)為燃機(jī)提供動力。磁場由勵磁裝置提供，而電能的提供就來自于SFC系統(tǒng)。所以，SFC系統(tǒng)的本質(zhì)就是一個能提供電能的電力電子裝置。下面我們看一個SFC系統(tǒng)的簡圖圖2（圖2來源網(wǎng)絡(luò)）。

圖2

SFC系統(tǒng)對電能質(zhì)量要求比較高，所以在變壓器入口加入諧波濾波器使電能質(zhì)量滿足要求，變壓器的使用不只是為整流器提供滿足電壓要求的電能，在整流器橋臂發(fā)生故障的時候，還能限制短路電流防止事故擴(kuò)大。

整流器逆變器的作用是將工頻電流轉(zhuǎn)成直流電再轉(zhuǎn)化成交流電，通過控制盤對變壓器，整流器，DC電抗器和逆變器的協(xié)調(diào)控制，得到參數(shù)（頻率、電壓、電流）符合要求的電能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)為發(fā)電機(jī)提供可控的動力，達(dá)到拖動發(fā)電機(jī)到達(dá)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的目的。

DC電抗器作用在于濾去整流器輸出直流電流的“毛邊”，使輸出的直流電能更平整，同時由于電抗器的特性，它也具有限制直流電流上升率的功能，在發(fā)生SFC系統(tǒng)接地短路故障時提高了保護(hù)的可靠性。

在燃機(jī)啟動過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到300r/min，SFC由強(qiáng)制換相工作方式轉(zhuǎn)為負(fù)載換相工作方式，當(dāng)轉(zhuǎn)速到750r/min時，燃?xì)鈾C(jī)組進(jìn)行清吹工作，完成清吹后轉(zhuǎn)速降到510r/min，點(diǎn)火，與燃?xì)馔钙揭黄鹜苿訖C(jī)組升速到2000r/min，而后SFC退出滅磁開關(guān)斷開。

2 SFC運(yùn)行過程中的幾個問題

（1）機(jī)組啟動過程中，在清吹后，需要把轉(zhuǎn)速降到550r/min附近再點(diǎn)火，其目的在于點(diǎn)火初期燃燒溫度不高，穩(wěn)定性不強(qiáng)，而且此時燃燒模式為擴(kuò)散燃燒，如果轉(zhuǎn)速高，會出現(xiàn)空氣壓力大流量大，由于點(diǎn)火初期燃料量較少且燃燒溫度低，容易導(dǎo)致點(diǎn)火失敗，點(diǎn)火轉(zhuǎn)速的控制受大氣溫度影響（溫度影響壓力），而低于510r/min的時候SFC不是恒壓模式（SFC在510r/min后進(jìn)入恒壓模式），低于此轉(zhuǎn)速點(diǎn)火在后面點(diǎn)火成功轉(zhuǎn)入恒壓模式后無法提供充足動力，所以510r/min是所能達(dá)到的最低轉(zhuǎn)速。點(diǎn)火升速過程中直到接近自持轉(zhuǎn)速SFC是處于100%功率輸出，這說明在點(diǎn)火后的整個升速過程中SFC一直只是提供比維持點(diǎn)火轉(zhuǎn)速稍高的動力，燃機(jī)升速的動力都是由燃?xì)馊紵龉μ峁┑?，直到快接近自持轉(zhuǎn)速時，SFC電流逐漸減小直到自持轉(zhuǎn)速時退出，避免了燃機(jī)動力驟降造成啟動失敗。

（2）在SFC退出后，由于退出時機(jī)的不正確或者燃料量的不合理，可能會出現(xiàn)熱懸掛。熱懸掛表現(xiàn)在即使再增加燃料量，也不能使機(jī)組正常升速。那么熱懸掛的實(shí)質(zhì)是什么呢？在啟動過程中，透平扭矩加上啟動裝置扭矩構(gòu)成動力矩，壓氣機(jī)扭矩和摩擦阻力構(gòu)成阻力矩，動力矩減去阻力矩得到剩余力矩。當(dāng)SFC退出甚至在退出前導(dǎo)致剩余轉(zhuǎn)矩變成0或者負(fù)值，就有可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不再增加甚至開始減少的情況，這就是熱懸掛的實(shí)質(zhì)。當(dāng)然并不是所有這種情況都是熱懸掛，當(dāng)退出過早燃料量不足導(dǎo)致的剩余力矩不足可以由增加燃料量解決。熱懸掛包括以下兩種情況：

①燃料量過大或者環(huán)境因素（氣溫，氣壓等），導(dǎo)致升速過程中燃?xì)獬鯗剡^高提前進(jìn)入了燃機(jī)溫控模式，在溫控模式下燃料被限制增加導(dǎo)致剩余力矩不足造成升速過慢甚至熱懸掛發(fā)生。

②由于越接近喘振邊界線效率越低，當(dāng)由于設(shè)計或者臟污損壞等原因?qū)е聣簹鈾C(jī)運(yùn)行在喘振邊界線，燃料增加會使壓氣機(jī)負(fù)荷同步增加從而更接近喘振邊界線，增加的燃料量與接近喘振邊界線造成的效率降低相抵消，導(dǎo)致剩余力矩不足發(fā)生熱懸掛。

（3）渡過了發(fā)生熱懸掛的階段，機(jī)組退出SFC順利上3000r/min，勵磁，同期，合GCB并網(wǎng)，接下來討論下這段過程中的一些問題：

首先是GCB，關(guān)于GCB的設(shè)置有一部分目的是出于頻繁開合的目的使用（燃?xì)怆姀S用于調(diào)峰），它的存在也可以省下啟備變直接用高廠變滿足啟機(jī)前的輔機(jī)供電需要。那它跟SFC有什么關(guān)系呢？在啟動運(yùn)行期間，SFC為發(fā)電機(jī)供電，是從發(fā)電機(jī)出口接入，如果沒有GCB，我們發(fā)現(xiàn)此時SFC會往高廠變以及主變供電，雖然SFC提供的并非工頻電能并不會作為電源使用，但也會在變壓器電源側(cè)上有所損耗，這將使SFC的額定容量增大。另外可能出現(xiàn)的問題是SFC提供的低頻電能對應(yīng)的線圈電抗小，感性電流大，導(dǎo)致空載電流過大容易燒毀繞組，對設(shè)備安全和壽命有所影響。

接著關(guān)于勵磁與SFC，我們先看圖3。

圖3

由圖3我們可以了解到勵磁系統(tǒng)電源主要由起勵電源，發(fā)電機(jī)出口接勵磁變壓器和高壓廠用電系統(tǒng)提供，三路電源供電的意義是什么？在正常3000r/min起勵的時候，根據(jù)發(fā)電機(jī)殘壓是否足夠（不同廠殘壓要求不同故不考慮具體數(shù)值，一般在10～30%之間，起勵電源一般用于停機(jī)時間比較長的情況，短期停機(jī)殘壓基本能滿足要求），確定是否用起勵電源。由于發(fā)電機(jī)組采用自并勵，在殘壓（或起勵電源）提供一定勵磁電壓后，就能自己發(fā)電通過發(fā)電機(jī)出口接勵磁變壓器這一回路為自身提供穩(wěn)定勵磁電源順利建立起發(fā)電機(jī)出口電壓。而SFC系統(tǒng)運(yùn)行過程中也是需要建立磁場的，起勵電源是建立初始勵磁電壓，電壓值比較小且不能長期維持，而發(fā)電機(jī)由于作為電動機(jī)，并不會發(fā)出工頻電流，所以無法用自并勵的勵磁方式。也許有人會說既然SFC為定子提供電流，也能經(jīng)由勵磁變壓器進(jìn)入勵磁系統(tǒng)。但SFC提供的電流并不是工頻電流，且電壓不固定，而勵磁需要電壓穩(wěn)定的工頻電流，所以在啟動SFC階段非但不能利用發(fā)電機(jī)出口的電流作為勵磁電流，而且需要斷開自勵磁的通路以防非工頻電流的干擾。SFC啟動階段，勵磁開關(guān)合上是接通了高壓廠用電供給這一路。而在SFC退出，勵磁電源也要同時退出這一點(diǎn)上，是因?yàn)樾枰獙觿畲烹娫幢P的電源供給由高壓廠用電切換成勵磁變壓器，為后面的自并勵做好準(zhǔn)備。

簡單說：①起勵電源是用于無殘壓起勵；②啟動勵磁電源盤是用于維持SFC運(yùn)行；③勵磁變自并勵是用于發(fā)電機(jī)正常發(fā)電后勵磁。

（4）在SFC運(yùn)行，乃至整個啟機(jī)過程中，不得不提到保護(hù)系統(tǒng)。在SFC啟動過程中有些保護(hù)是要退出的，這些保護(hù)的退出有何意義？我們先來看看哪些保護(hù)是需要退出的。

表1

從表1中我們可以看出可以退出的分別是低壓記憶過流、發(fā)電機(jī)失磁、逆功率、發(fā)電機(jī)失步、發(fā)電機(jī)頻率和100%定子接地六個保護(hù)。由于SFC的運(yùn)行特性，不難判斷出發(fā)電機(jī)失磁、逆功率、發(fā)電機(jī)失步和發(fā)電機(jī)頻率保護(hù)并不需要投入。主要講講低壓記憶過流保護(hù)、發(fā)電機(jī)頻率保護(hù)和100%定子接地保護(hù)。

①低壓記憶過流保護(hù)，它是作為發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路故障和區(qū)外短路故障的后備保護(hù)。當(dāng)外部故障時，可能出現(xiàn)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓降低而導(dǎo)致故障電流降低，從而使差動保護(hù)等傳統(tǒng)保護(hù)不動作，此時作為微機(jī)保護(hù)的低壓記憶過流能記憶故障初的電流而忽略以后的電流，從而在其它保護(hù)拒動的時候作為后備保護(hù)。SFC系統(tǒng)運(yùn)行期間一直是低壓狀態(tài)（一般是正常機(jī)端電壓20%以下），故投入此保護(hù)并無實(shí)際意義。

②100%定子接地保護(hù)，最大的特點(diǎn)在于它對近中性點(diǎn)附近的接地短路故障也能及時反應(yīng)，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大，此保護(hù)的保護(hù)范圍能延伸到大部分接地保護(hù)的死區(qū)（中性點(diǎn)附近接地故障），是其極其重要的一個特點(diǎn)。但是在SFC運(yùn)行期間，由于發(fā)電機(jī)定子上是低頻電流，此時的接地保護(hù)變壓器相當(dāng)于對地短路，如果此時出現(xiàn)啟動裝置接地短路，就有直流電流經(jīng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)流入大地，構(gòu)成通路造成發(fā)電機(jī)定子過流燒損。從保護(hù)者的角色變成隱患，所以這個保護(hù)在SFC啟動期間需要退出運(yùn)行。不過SFC裝置本身是有接地保護(hù)系統(tǒng)的，所以在SFC運(yùn)行期間，啟動裝置或者定子發(fā)生接地，將由SFC系統(tǒng)動作切斷電源。

③發(fā)電機(jī)低頻過流保護(hù)，是只需在SFC啟動期間投入的保護(hù)。在SFC運(yùn)行期間，由于SFC輸出電能的低頻特性，雖然其輸出電壓也比較低，但是當(dāng)發(fā)生短路時對應(yīng)的交流電抗較小，因此發(fā)電機(jī)輸送到短路點(diǎn)的低頻短路電流仍相當(dāng)大，可能會損壞設(shè)備。由于常規(guī)工頻互感器對低頻電流的傳變效果比較差，所以發(fā)電機(jī)的常規(guī)保護(hù)可能拒動導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，在SFC投入運(yùn)行期間有必要裝設(shè)低頻過流保護(hù)。

（5）SFC系統(tǒng)作為傳統(tǒng)燃煤電廠不具有的設(shè)備，在融入電廠的同時必然會有不同于傳統(tǒng)電廠的問題出現(xiàn)。SFC系統(tǒng)運(yùn)行時電壓遠(yuǎn)低于機(jī)端電壓，如果SFC系統(tǒng)接入帶壓的機(jī)端，無疑會造成設(shè)備損壞。而出現(xiàn)這問題的關(guān)鍵則在于SFC隔離開關(guān)與GCB。為了避免這種情況發(fā)生，就需要加入新的閉鎖條件以防止誤合閘的發(fā)生。對于SFC，必須確保GCB是斷開的以及定子上不帶壓或者只帶較低的殘壓；對于GCB，則需要確保SFC是分閘狀態(tài)才允許合閘。新的閉鎖條件的加入將使運(yùn)行操作更加安全。

3 結(jié)語

從前面幾個問題可以發(fā)現(xiàn)其實(shí)看似簡單的東西里往往存在著許多需要我們?nèi)グl(fā)掘的問題，問題是需要去發(fā)現(xiàn)而不是等它發(fā)生了再去解決。燃?xì)怆姀S相對與傳統(tǒng)燃煤電廠還是比較新，新的東西引進(jìn)勢必會引發(fā)很多以前不存在的問題，就如同前面提到的低頻問題，這在燃煤電廠并不多見但在SFC系統(tǒng)中卻多次出現(xiàn)。因此需要秉承初心，去發(fā)現(xiàn)關(guān)注，去探討鉆研。

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TK473

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1004-7344（2016）18-0083-02

2016-6-1