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燃气—蒸汽联合循环发电机组电气系统的探讨

【摘要】：通过对燃气-蒸汽联合循环发电机组电气系统的介绍，结

合燃气-蒸汽联合循环电厂设计实例，从工程实际应用角度对燃气-蒸汽联

合循环发电机组电气系统设计提出优化建议。

关键词：燃气-蒸汽联合循环；发电机组；电气系统

0引言

近年来，随着国家能源政策的调整和环境保护意识的增强，国家于

2000年开始大幅度开发和利用天然气资源并用于电力领域。由于燃机-蒸

汽联合循环机组相对于传统的火电机组，从布置形式到机组参数、配套设

备选型等均有较大的差异，电气系统的设计也有很多值得研究和注意的问

题。

1燃气-蒸汽联合循环机组简介

1.1燃气-蒸汽联合循环机组的原理

燃气-蒸汽联合循环机组的工作原理为：天然气从燃料喷嘴喷入燃烧

室，与燃烧室中的压缩空气混合燃烧，产生高温高压燃气，再进入透平膨

胀做功，利用燃气轮机排气余热在余热锅炉中将水加热成高温高压的过热

蒸汽，利用蒸汽在汽轮机中做功。

1.2燃气-蒸汽联合循环机组的分类

燃气轮机、蒸汽轮机、发电机、余热锅炉四种主要设备组成了燃气—

蒸汽联合循环发电系统，实际上这四种设备的组合布置有多种方式，但主

要的分类方式是按轴系布置来分，一种是多轴布置方案，一种是单轴布置

方案。

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所谓多轴即燃气轮机带动一台发电机，蒸汽轮机带动一台发电机，各

自一个轴系，在电厂建设时，只要燃气轮机机组安装完毕即可发电（不必

等到锅炉与蒸汽轮机安装完毕），蒸汽轮机检修时燃气轮机仍可发电，系

统启动快，燃气轮机可先启动发电（不必等到锅炉里的水加热成蒸汽），

在我国20万千瓦以下的燃气—蒸汽联合循环发电机组多数采用多轴布置。

单轴布置系统为燃气轮机、蒸汽轮机、发电机串联在一根轴上，共用

一台发电机发电。由于一套单轴系统只有一台发电机与相关电气设备，可

节省设备费用，减少厂房面积，系统调控相对简单，目前30万千瓦以上

的燃气—蒸汽联合循环发电机组多数采用单轴布置。

2.燃气-蒸汽联合循环发电机组电气系统

2.1燃气轮机组启动方式

燃气轮机组启动是指燃气轮机组从静止（盘车）状态至机组到达一定

转速的过程，即将燃气轮机和发电机的转子加速到自持的速度，自持的速

度也就是燃气轮机能够产生足够的动能带动它继续加速运行，到达机组要

求的额定转速。

由于燃气轮机组的特点，启动方式可分为机械式启动和电气式启动。

机械式启动主要采用同轴外加一启动电机来拖动整个机组的启动；电气式

启动主要是采用变频方式将燃气轮发电机作为启动电机来实现整个机组的

启动。

外加启动电机方式适用于E级燃机，通常是6kV电动机，电源取自厂

用6kV段；变频启动方式适用于F级燃机，由于F级燃机机组本身的轴功

率太大，外配启动电机已不可能，采用大功率变频装置是唯一的办法。

2.2F级燃气-蒸汽联合循环发电机组电气系统介绍

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由于F级燃气-蒸汽联合循环发电机组热效率更高，发电机组容量更

大，因此前景更广阔，以下仅对F级燃气-蒸汽联合循环发电机组的电气

系统做阐述。

2.2.1静止变频启动装置（SFC）

M701F型燃机的启动是通过把发电机作交流同步电动机使用，用一套

静止变频装置（简称SFC）作为启动装置，SFC把频率可调的交变电流加

到发电机定子上，使发电机变成调频调速电动机方式转动起来，同轴带动

燃气轮机启动，加到定子上的是经变频器变频后的交流电，使得启动过程

按照预先设定的速率