第四章㊀静态变频器（SFC）系统
第一节㊀SFC系统介绍
一㊁SFC系统作用
大型燃气-蒸汽联合循环机组在起动㊁高盘冷却㊁水洗等过程中，整个轴系的驱动力矩均是由同步发电机作为同步电动机运行来提供的㊂当同步发电机作为同步电动机运行时，
SFC系统将取自机组6kV母线的工频电源通过变频后，施加到发电机的定子上，使发电机变成调频调速的电动机转动起来，并同轴带动燃气轮机起动㊂
根据同步电机转速n与电源频率f的关系为
n=60f／p（4-1）在同步电机极对数p一定时，改变电源频率f就可改变发电机的转速㊂由于加在发电机定子上的是变频后的交流电，使得燃气轮机转速按预先设定的速率加速上升㊂当燃气轮机起动时，SFC从单元机组6kV厂用电系统取电，将电压和频率恒定的电源变换成电压和频率可变的电源，可变的电源施加于发电机定子线圈；同时，6kV厂用系统给发电机转子提供励磁电压，在发电机转子上产生磁场，发电机定子产生的旋转磁场作用于磁体转子，使转子转动起来㊂SFC就是通过对输出电压频率的改变，使发电机转子转速达到系统指定的转速㊂
二㊁SFC系统结构
惠州LNG电厂三台机组共配置两套相互独立的SFC系统，每一套SFC系统可以起动任一台燃气轮机组，当一套SFC出现故障，燃气轮机仍然可以依靠另一套SFC起动㊂两套系统均设置有切换开关柜，通过切换开关来实现三台机组选择其中任一套SFC作为起动电源供给㊂SFC系统结构见图4-1㊂
图4-1㊀SFC系统结构图
SFC 由谐波滤波器㊁输入变压器㊁整流装置㊁直流电抗器㊁逆变装置㊁控制屏㊁转子位置传感器㊁起动励磁变压器㊁SFC 选择切换柜等部分组成㊂其各部分功能简要如下：1）输入变压器：为SFC 系统提供电源，同时通过变压器漏抗限制晶闸管短路时的短路电流；2）谐波滤波器：其内部是由电感和电容组成谐振电路，用来吸收在整流和逆变过程中
所产生的5次㊁7次谐波，防止谐波对电厂其他电气设备的影响，以及防止谐波反送到电网中造成对电网的谐波污染，同时可提高SFC 系统的功率因数；3）整流器：为三相桥式全控整流装置㊂通过对晶闸管导通角的控制把50Hz 交流电压
转换为直流电压，并控制直流电流达到适当值；4）逆变器：通过对晶闸管相位的控制，把直流逆变成频率可变的交流，其频率从
0.05 33.3Hz 平滑可调，使发电机加速平滑；5）直流电抗器：限制波纹，使直流电流波形更加平滑；6）控制屏：接受来自DCS 的控制信号，控制和协调SFC 系统各部件的工作，并有系统
内部故障自我诊断㊁报警和保护功能；7）转子位置传感器：安装于发电机的转子转轴之上，用以测量转子的位置，其反馈信
号为逆变器触发信号的参考信号；8）起动励磁变压器：在SFC 拖动燃机透平期间，为发电机提供励磁电源，电源取自本
机组厂用6kV 母线，低压侧额定电压为150V，容量300kVA；
9）SFC 逻辑切换柜：接收来自DCS 的指令，按照预定逻辑顺序对相应的断路器㊁隔离开关进行断开或闭合操作，以便完成所选SFC 与被起动的机组之间的电气连接，达到起动机组的目的㊂
三㊁SFC 启动发电机接线图
如图4-2右边所示，SFC 装置从6kV 厂用电取电，经过整流㊁逆变后通过切换开关给对应的发电机定子供电㊂在发电机出口断路器装置内还设置有SFC 起动隔离开关，在机组起动前该隔离开关合上，SFC 给发电机定子提供变频后的电源，使发电机作为同步电动机带动燃机运行，SFC 退出运行后该隔离开关断开㊂
发电机中性点经单相接地变压器（接地变）接地，发电机中性点接地变一次侧设置有发电机中性点接地隔离开关，在SFC 投入运行之前该接地隔离开关断开，以防止SFC 整流器与逆变器之间发生接地故障时，会产生很大的直流电流经发电机中性点流过，从而烧毁接地变压器㊂当SFC 退出运行后，发电机中性点接地隔离开关再次合上㊂
四㊁SFC 系统主要参数
SFC 系统额定参数如下：额定容量：6600kVA
交流输入电压：3相，6kV，50Hz
直流额定电压：4.1kV
直流额定电流：1195A
逆变输出电压：3相，3.4kV，0.05 3.33Hz
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8第四章㊀静态变频器（SFC ）系统
图4-2㊀SFC 启动发电机接线图
额定功率：4900kW
五㊁SFC 系统工作原理
（一）主电源回路图SFC 主回路由SFC 隔离变压器㊁整流器㊁直流电抗器㊁逆变器组成，见图4-3㊂整流器采用三相六脉波全控晶闸管整流桥，将恒定的三相交流电压变成可变的直流电压㊂逆变器也是采用三相六脉波全控晶闸管整流桥，将整流桥输出的直流电压转变成变幅值和变频率的交流电压㊂这个可变的交流电源施加于发电机使发电机加速到指定的转速
㊂
图4-3㊀SFC 主电源回路图
09大型燃气-蒸汽联合循环发电设备与运行：电气分册
当机组起动时，发电机作为同步电动机运行，发电机定子绕组由SFC 供电，厂用6kV 电源经起动励磁变降压整流后向发电机转子绕组供电㊂在定子㊁转子电流共同产生的电磁力矩的作用下，使发电机转子旋转㊁升速㊂
（二）整流器工作原理
如图4-4所示，整流器侧的直流电压E dr 稍微大于逆变器侧的直流电压E di （E dr ＞E di ）㊂
直流电流I d 等于电压差ΔV =E dr －E di 除以直流回路电阻R ，该电流流过直流回路
㊂图4-4㊀SFC 简化图I d =ΔV ／R （4-2）
通过整流器的相控可以调节输出直流电压为任意值㊂直流电压是触发延迟角α的函数㊂
E d ʈ1.35E s cos α
（4-3）式中㊀E d    输出直流电压；E s    输入交流电压（线电压）㊂根据直流电流反馈控制自动调节整流器的触发延
迟角α㊂由上式可以看出，当触发角由0ʎ到90ʎ时，
直流输出等效电压E dr 为正，此时称为整流状态，E dr
的大小可通过改变触发角α调整，当触发角α大于90ʎ时，整流桥输出电压为负，即进入逆变状态㊂1.α=30ʎ图4-5为晶闸管触发角α为30ʎ时的电压波形，其等效直流输出电压为E dr
㊂
图4-5㊀触发延迟角α等于30ʎ时的直流输出电压波形
2.α=90ʎ
图4-6为晶闸管触发角α为90ʎ时的电压波形，由图中可以看出，当触发角为90ʎ时，直流等效电压输出E dr 为0㊂
3.α=120ʎ图4-7为晶闸管触发角α为120ʎ时的电压波形，由此可以看出，当触发角由0ʎ到90ʎ时，直流输出等效电压E dr 为正，此时称为整流状态，E dr 的大小可通过改变触发角α调整，当触发角α大于90ʎ时，整流桥输出电压为负，即进入逆变状态㊂1
9第四章㊀静态变频器（SFC ）系统
图4-6㊀触发延迟角α等于90ʎ
时的直流输出电压波形
图4-7㊀触发延迟角α等于120ʎ时的直流输出电压波形
在SFC 的逆变器处于脉冲换相模式时，为使逆变器能够完成换相，要求整流输出电流为直流脉冲波，即
变频器接线图
每隔60ʎ电角度要求整流输出电流截止为零，此时整流器采用将触发角α调整到大于90ʎ来完成整流电流的截止，即通常所说的逆变截止㊂
（三）直流电抗器工作原理
整流输出回路串接直流电抗器，对外相当于一个电流源㊂该电流源的交流阻抗近似无穷大，电抗器同时起着降低直流段电压波动并吸收逆变负载端无功功率的作用㊂
（四）转子位置确定SFC 采用电磁式转子位置检测器，能够精确检测到转子的实际空间位置，从而准确触发逆变器晶闸管，实现逆变器换相㊂如图4-8a 所示，在转子的大轴上有一个凹凸形圆盘，它与转子同轴旋转㊂凹凸形圆盘四周按120ʎ角度分布共安装了3个电磁式位置传感器探头（A㊁B㊁C），传感器探头安装在发电机每相定子绕组的等效轴线处，转子的磁极方向与凹29大型燃气-蒸汽联合循环发电设备与运行：电气分册