CN1407709A - 涡轮机组起动的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

为了做到有效地利用发电机运行所需的部件，在包括一个燃气轮机(28)、一个发电机(2)和一个整流器励磁机(10)的涡轮机组(27)起动时，整流器励磁机作为异步发电机工作，通过它向发电机(2)的转子绕组(21)供直流电流(GIDC)。因此在涡轮机组(27)起动时既不需要滑环也不需要单独的起动马达。

Description

涡轮机组起动的方法和设备
发明领域
本发明涉及一种涡轮机组的起动方法，该涡轮机组包括一个燃气轮机和一个三相交流电发电机，后者用一无电刷旋转的整流器励磁机励磁。本发明还涉及一种用于实施此方法的设备。
背景技术
尤其包括一台三相同步发电机的涡轮机组，通常在发电厂内用于发电。涡轮机组包括燃气轮机、三相同步电机和励磁电流装置。产生的三相交流电在发电机定子绕组处取用，而转子绕组为了产生磁场用直流电激励。直流电由无电刷旋转的整流器励磁机或由静止的可控硅控制的励磁装置通过滑环提供。有静止极的无电刷整流器励磁机按这样的方式与发电机连接，即，它的转子与发电机轴一起旋转。在这种情况下起先在励磁机内产生的三相交流电流可借助于随励磁机转子轴旋转的整流器整流。由这种整流器励磁机产生的直流电流可以无滑环地直接导往发电机转子。
与借助汽轮机作为驱动装置的涡轮机组不同，燃气轮机不可能独自起动涡轮机组。涡轮机组的起动通常从转速约为100转/分至200转/分的所谓旋转运行(Turnbetrieb)起进行，为此大多采用液压驱动装置。已知一种燃气轮机可首先在一个足够的转速约为1000转/分时点火，然后进一步加速到额定转速。为了达到此限定转速，可采用一单独的所谓起动马达，或采用发电机，它为了起动用作调频电动机。
在使用起动马达的情况下，起动马达通过离合器与涡轮机组机械连接并使涡轮机组起动到要求的限定转速。当由燃气轮机承担进一步加速的任务时此马达脱接。对于这种配置，当人们从在发电机励磁机一侧上所谓自由轴端的结构设计方面看，发电机的励磁方式无关紧要。
在用调频发电机起动的情况下，为此需要可控硅控制的起动装置，它向发电机的电枢绕组内供入电流，此时，发电机转子绕组需要短时与转速相关的励磁。当发电机有滑环时，由静止的整流器设备进行供电。与之相联系的缺点主要是为发电机持续运行必须考虑的有关滑环和/或碳刷的磨损和其他故障。若涡轮机组有一个装在发电机轴上旋转的无电刷励磁机组，或与之电和机械上直接连接，则调频式起动并不能易于实现，因为发电机磁场绕组缺少所需要的励磁。虽然可以设想对于起动过程借助辅助滑环间歇式励磁，但同样带来与滑环有关的缺点。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种用于起动包括燃气轮机和无电刷式旋转整流器的涡轮机组的方法，按此方法达到有效地利用发电机运行所需的部件。此外，本发明提供一种为实施此方法特别适用的设备。
按本发明上述有关方法方面的目的通过权利要求1的特征达到。有利的进一步发展是权利要求2至3的内容。
在按本发明的方法中，向与发电机和涡轮一起装在一根轴上的整流器励磁机的定子绕组(磁场绕组)输入三相交流电流，它产生一旋转磁场，旋转磁场的旋转速度与轴的转速不同并在转子绕组内感应出三相电压。在转子绕组内通过该感应电压产生的电流借助随转子绕组旋转的整流器整流，并作为直流电流输入发电机的转子绕组，经调频的三相交流电流通过发电机的定子绕组。
有关设备的目的通过权利要求4的特征达到。为此，整流器励磁机定子中的在涡轮机组发电工作方式时有直流电流流过的励磁绕组改变其功能，用作三相交流电励磁绕组。为了在所有的转速下有足够大的励磁磁通，励磁机作为有反旋场的异步发电机运行。通过将三相电流调节器插入在向励磁机定子绕组供电的三相电路内，励磁磁通可按照起动控制。借助这种改变了功能的整流器励磁机，电流可以无滑环地引向发电机转子。因此，不配备滑环的，亦即无滑环的发电机，可以作为由变换器供电的电动机工作，从而不需要单独的起动马达。
一旦达到限定转速，切断整流器励磁机磁场绕组的三相供电，从这时起，起先由作为电动机工作的发电机驱动的涡轮独立加速。在起动过程结束后，整流器励磁机可按传统的功能使用，此时向定子绕组供给直流电流。作为替换方案，也可向整流器励磁机的定子绕组内供入三相交流电流，它相对于涡轮机组恒定的额定转速是异步的。通过三相电流调节器可构成用于涡轮发电机的电压调节回路。
附图说明
下面从已知的原理发出借助附图详细说明本发明的实施方式。其中：
图1是一种已知的具有向由变换器供电的电动机内馈电的装置的间接变换器电路原理图；
图2是具有旋转的无电刷式励磁机的涡轮机组已知的工作方式电路原理图；
图3是具有旋转的无电刷式励磁机的涡轮机组起动的电路原理图；
图4是具有旋转的无电刷式励磁机的涡轮机组起动和运行的电路原理图。
具体实施方式
图1表示供三相电流的间接变换器1，用于在起动过程中向由变换器供电的电动机2提供经调频的三相交流电。在起动过程结束后正常运行时，由变换器供电的电动机2用作发电机发电。间接变换器1包括整流器3、中间电路4，它例如包含一电抗器、逆变器5以及控制和调节器6，向控制和调节器6中尤其输入由变换器供电的电动机2图中未表示的轴产生的时钟脉冲信号作为输入信号ES。在起动过程中，向中间电路4供入与由变换器供电的电动机2的负荷程度相应的直流电流。由电动机2定时控制和操纵的逆变器5，将直流电变换成形成旋转磁场的脉冲式和电压可变的(正弦状脉冲宽度调制)输出信号AS。控制和调节器6与励磁电流供电装置7连接，后者通过滑环8向电动机2的转子9供入励磁电流If2。通过逆变器5的输出信号AS在电动机2内产生一旋转磁场，它与转子9同步旋转。
励磁电流供电装置7通常设计为静止的可控硅组件。为了由变换器供电的电动机2的扭矩恒定，间接变换器1输出信号AS的电压和频率互成比例地改变。可使用两种类型的间接变换器1，亦即电压源和电流源式变换器。在达到限定转速时，此时未表示的燃气轮机可继续加速，将间接变换器1与励磁电流供电装置7切断并在电路上与正常运行时作为发电机工作的由变换器供电的电动机2电隔离，以便能将此电动机2切换到发电机工作方式所需要的系统上。
图2表示与图1所示由变换器供电的电动机2相应的具有无电刷旋转的整流器励磁机10的发电机2电路原理图，整流器励磁机包括辅助励磁机11和主励磁机12。不仅发电机2而且整流器励磁机10都有静止的部件13和旋转的部件14。在辅助励磁机11中通过旋转的永久磁铁15在辅助励磁绕组16内感应供入电压调节器17的电流，主励磁机12的定子绕组18与电压调节器17连接。取代从辅助励磁绕组16向电压调节器17提供电压，也可以按另一种方案从图中未表示的电网向电压调节器17提供电压。定子绕组18产生磁场，它在主励磁机12的定子绕组19内感应电流，此电流通过旋转的整流器20整流。整流后的电流输入发电机2的转子绕组21，后者作为旋转的磁场绕组装在此图中未表示的转子9上。由此在发电机2的定子绕组22内产生三相交流电，它可馈入未在图中表示的电网中。电压调节器17通过电流互感器23和电压互感器24与定子绕组22连接。
图3表示在本实施方式中起由变换器供电的电动机作用的具有无电刷式旋转整流器励磁机10的发电机2按本发明的起动过程的电路原理图。向发电机2的定子绕组22按已知的方式(图1)通过间接变换器1输入经调频的三相交流电流。但与之不同之处在于，励磁电流不是通过滑环8供入转子绕组21，而是在整流器励磁机10内产生的。在这里，通过包括可控硅V1-V6的三相电流调节器25，向整流器励磁机10中用三个阻抗26表示的定子绕组18，供入例如频率为50Hz的三相交流电流。通过在定子绕组18内的三相交流电在整流器励磁机10内产生一旋转磁场，它相对于转子绕组19反向旋转并在那里感应电压。此电压用于产生电流，电流通过被利用作为调频的同步电动机的发电机2的转子绕组21流动。
图4示意表示按本发明的包括燃气轮机28、发电机2、整流器励磁机10和公共轴29的涡轮机组27。在起动过程中，从整流器励磁机10向发电机2的转子绕组21内供直流电流GIDC。与此同时，发电机2的定子绕组22通过间接变换器1供入频率和电压可变的三相交流电流GIAC。因此，在起动过程中，发电机2起由变换器供电的电动机的作用，它驱动涡轮机28。
在起动过程中，通过励磁机起动装置30向整流器励磁机10的定子绕组18供给三相电流EIAC和可变的电压。三相电流调节器25是励磁机起动装置30的一部分。在发电机2的间接变换器1、发电机轴29与整流器励磁机10的励磁机起动装置30之间，在控制和调节组件31中进行控制连接。整流器励磁机10作为异步发电机工作，它的转子绕组19向整流器20馈电。在转子绕组19内产生的电流，在它作为直流电流GIDC引向发电机2的转子绕组21之前，通过随转子绕组19旋转的整流器20整流。以此方式，整流器励磁机10用于向发电机2转子绕组供电。因此，为了起动涡轮机组27，既不需要滑环也不需要单独的起动马达。
当涡轮机28达到为进一步独立加速所必需的例如每分钟1000转的限定转速时，间接变换器1与发电机2，以及励磁机起动装置30与整流器励磁机10，通过图中象征性表示的开关或控制元件S1或S2断开。
在发电机2正常运行时，产生的电流通过发电机开关S3和变压器32馈入电网。与此同时，整流器励磁机10的定子绕组18可按已知的方式，通过励磁装置33和开关S4供给直流电流EIDC。提供直流电流EIDC作为定子绕组18的磁场电流的励磁器33，为了调节磁场电流，与电压调节器34连接。作为替换方案，整流器励磁机10通过从现在起被电压调节器34调节的励磁机起动装置30，应用于发电机2的功率运行。电压调节器34通过开关S5与励磁机起动装置30连接。同理，作为在发电机2的转子绕组21内产生的电流的参数也输入电压调节器34。

Claims (6)

1.一种涡轮机组(27)的起动方法，该涡轮机组包括一个燃气轮机(28)和一个发电机(2)以及一个整流器励磁机(10)，其中
-向整流器励磁机(10)的定子绕组(18)输入三相交流电(EIAC)，该三相交流电在作为异步发电机的整流器励磁机(10)的转子绕组(19)内感应出一电压，
-在转子绕组(19)内通过所述感应电压产生的电流借助一个随转子绕组(19)旋转的整流器(20)整流，并作为直流电流(GIDC)输入发电机(2)的转子绕组(21)，以及
-使三相交流电流(GIAC)通过一个作为由变换器供电的电动机工作的发电机(2)的定子绕组(22)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：通过改变交流电流(EIAC)，控制转子绕组(21)内的直流电流(GIDC)。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为：在达到涡轮机(28)的限定转速时，中止向定子绕组(18)内输入三相交流电流(EIAC)，以及，发电机(2)的定子绕组(22)与一个间接变换器(1)断开。
4.一种用于涡轮机组(27)起动的设备，该涡轮机组包括一个燃气轮机(28)和一个发电机(2)以及一个整流器励磁机(10)，其中
-整流器励磁机(10)的定子绕组(18)构成异步发电机的励磁绕组，以及
-整流器励磁机(10)有一个安装成可旋转的整流器(20)，它在直流侧与发电机(2)的转子绕组(21)连接，发电机的定子绕组(22)通过三相导线与间接变换器(1)连接。
5.按照权利要求4所述的设备，其特征在于一个三相电流调节器(25)，借助它可调整转子绕组(21)内的直流电流(GIDC)。
6.一种具有权利要求4或5所述设备的涡轮机组(27)。
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