CN217642724U - 一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统及其发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统及其发电系统。包括：发电机、主变压器、启动模块、第一开关单元、第二开关单元、电压互感器、励磁变压器、静止变频启动装置、励磁装置和启动电源；所述发电机的出口与所述主变压器的低压侧连接；所述主变压器的高压侧与电网母线之间通过所述第二开关单元连接；所述发电机的出口与所述电压互感器连接；所述电压互感器的一次侧中性点通过所述第一开关单元接地；所述启动模块的输出端与所述发电机的转子连接。本实用新型提供的技术方案，降低了工程造价，提高回路的可靠性，降低燃机房布置的复杂性和成本，减少设备的运行维护的工作量。

Description

一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统及其发电系统

技术领域

本实用新型实施例涉及电厂发电技术领域，尤其涉及一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统及其发电系统。

背景技术

燃气蒸汽联合循环供热具有热效率高、三废排放少，占地面积小，运行维护方便等优点，得到社会的广泛关注，大中城市投产越来越多的供热联合循环机组，以缓解环境污染和冬季供暖不足的问题。

但目前燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统架设工程部分器件建设造价较高，在设备招标过程难以形成竞争机制，对降低工程建设造价不利，并且在整个回路还存在不足，增加了布置的复杂性和设备的运行维护的工作量。

实用新型内容

本实用新型提供一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统及其发电系统，降低了工程造价，提高回路的可靠性，降低燃机房布置的复杂性和成本，减少设备的运行维护的工作量。

第一方面，本实用新型实施例提供一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统，包括：发电机、主变压器、启动模块、第一开关单元、第二开关单元、电压互感器、励磁变压器、静止变频启动装置、励磁装置和启动电源；

所述发电机的出口与所述主变压器的低压侧连接；所述主变压器的高压侧与电网母线之间通过所述第二开关单元连接；所述发电机用于能量转换输出所述出口电压；所述主变压器用于将所述出口电压升压至所述电网母线的并网电压；所述第二开关单元用于并网时导通所述主变压器与所述电网母线之间的通路；

所述发电机的出口与所述电压互感器连接；所述电压互感器的一次侧中性点与所述第一开关单元的一端连接；所述第一开关单元的另一端接地；所述第一开关单元用于所述发电机启动时截止所述电压互感器的一次侧中性点接地；所述电压互感器用于采集所述发电机的一次侧中性点的电压；

所述励磁变压器的输入端与所述发电机的出口连接；所述励磁变压器的输出端与所述励磁装置的输入端连接；所述励磁装置的输出端与所述发电机的转子连接；所述励磁变压器用于提供所述发电机的转子的励磁驱动；所述励磁装置用于根据所述励磁驱动向所述发电机的转子输出励磁电流；

所述启动模块的输出端与所述发电机的定子连接；所述静止变频启动装置的输出端与所述发电机的转子连接；所述启动电源的输出端与所述发电机的转子连接；所述启动模块、所述静止变频启动装置和所述启动电源用于提供所述发电机启动时的外部动力。

可选的，所述启动模块包括第二开关单元和静态启动单元；

所述第二开关单元的第一端作为所述启动模块的输出端；所述静态启动单元用于当所述发电机启动时提供外部动力；所述第二开关单元用于所述发电机启动时导通所述静态启动单元的输出通路。

可选的，所述静态启动单元包括启动励磁变压器、整流单元和第四开关单元；

所述启动励磁变压器的输入端接入电源，所述启动励磁变压器的输出端与所述整流单元连接；所述整流单元与所述第四开关单元连接；所述第四开关单元与所述第二开关单元连接；所述启动励磁变压器用于根据所述电源输出启动电压；所述整流单元用于根据所述启动电压输出所述发电机的定子的通流。

可选的，所述的燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统，还包括：高压厂用变压器；

所述高压厂用变压器与所述发电机的出口连接；所述高压厂用变压器用于将所述发电机的出口电压降压后向外部供电。

可选的，所述一次系统使用封闭母线连接。

第二方面，本实用新型实施例提供一种燃气蒸汽联合循环供热机的发电系统，包括本实用新型实施例提供任意所述的燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统。

本实用新型实施例的技术方案通过将发电机的出口和主变压器的低压侧直接连接，将电压互感器的一次侧中性点通过第一开关单元接地，发电机启动过程中启动模块投入后将第一开关单元设置为截止状态，使发电机的一次侧中性点与地之间截止，从而避免谐振导致故障，启动模块退出后将第一开关单元设置为导通状态，并且根据耦合电容实时调整启动模块输出的通流大小，从而实现取消出口断路器后发电机的正常启动，从而可以取消出口断路器降低工程造价，减少故障点提高回路的可靠性，并且降低燃机房布置的复杂性和成本，减少设备的运行维护的工作量。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的又一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

现有技术中，发电机出口连接出口断路器，发电机在启停机时厂用电切换操作较简单，但出口断路器设备价格较高，在设备招标过程难以形成竞争机制，对降低工程建设造价不利，并且在发电机出口主回路增加断路器，实际上是增加了故障点，降低了该回路的可靠性。由于燃机房布置一般为燃机轴线方向与燃机房A列相互垂直，也会增加燃机房布置的复杂性和成本以及设备的运行维护的工作量。

图1为本实用新型实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统的结构示意图，参见图1，一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统，其特征在于，包括：发电机110、主变压器120、启动模块130、第一开关单元140、第二开关单元160、电压互感器330、励磁变压器310、静止变频启动装置410、励磁装置420和启动电源430；

发电机110的出口与主变压器120的低压侧连接；主变压器120的高压侧与电网母线之间通过第二开关单元160连接；发电机110用于能量转换输出出口电压；主变压器120用于将出口电压升压至电网母线的并网电压；第二开关单元用于并网时导通主变压器120与电网母线之间的通路；

发电机110的出口与电压互感器330连接；电压互感器330的一次侧中性点与第一开关单元140的一端连接；第一开关单元140的另一端接地；第一开关单元140用于发电机110启动时截止电压互感器330的一次侧中性点接地；电压互感器330用于采集发电机110的一次侧中性点的电压；

励磁变压器310的输入端与发电机110的出口连接；励磁变压器310的输出端与励磁装置420的输入端连接；励磁装置420的输出端与发电机110的转子连接；励磁变压器310用于提供发电机110的转子的励磁驱动；励磁装置420用于根据励磁驱动向发电机110的转子输出励磁电流；

启动模块130的输出端与发电机110的定子连接；静止变频启动装置410的输出端与发电机110的转子连接；启动电源430的输出端与发电机110的转子连接；启动模块130、静止变频启动装置410和启动电源430用于提供发电机110启动时的外部动力。

具体的，发电机110的出口是发电机110将其他形式能量转换为电能的输出端口，发电机110在启动阶段将作为电动机相当于负载，需要启动模块130向发动机提供外部动力，待将发电机110的转子转速提升到规定转速，发电机110机才能点火启动。将发电机110的出口和主变压器120的低压侧直接连接，电压互感器330的一次侧中性点通过第一开关单元140接地。电压互感器330(Potential transformer，PT)和变压器类似，是用来变换线路上的电压的仪器。在发电机110出口接PT，可以采集发电机110一次侧中性点的电压，通过发电机110一次侧中性点的电压反映发电机110单相对地短路故障。当发生单相接地故障时，发电机110的一次侧中性点的电压对地电压由零变为相电压，此时PT二次侧能够出现动作电压从而驱动相应保护动作于报警或跳闸。励磁变压器310是一种专门为发电机110提供三相交流励磁电源的装置，励磁变压器310通过可控硅将三相电源转化为发电机110转子直流电源，形成发电机110励磁磁场，通过调节可控硅触发角，达到调节机端电压和无功的目的。励磁装置420是指同步发电机的励磁中除励磁变压器310以外的对励磁电流起控制和调节作用的电气调控装置。励磁变压器310输出的电功率由发电机110出口取得，主要作用是从发电机110的输出端口取得合适的电压，通过励磁装置420向发电机110的转子提供一个直流电流，以便向发电机110励磁，从而通过励磁作用提高转子电流。静态变频启动装置410(Static Frequercy Converter SFC)用于根据外部输入的电压和频率恒定的功率电源，向发电机定子绕组提供可变电压和频率的电源，同时也可以向发电机转子绕组加入适当的励磁电流，将发电机当做同步电动机使用，带动整个机组旋转。其中，静态变频启动装置410和励磁变压器310的工作状态为互锁状态，即励磁变压器310向发电机的转子输出励磁电流时，静态变频启动装置410截止输出，静态变频启动装置410向发电机的转子输出励磁电流时，励磁变压器310截止输出。

燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统的启动工作过程：日常停机时为防止大轴弯曲由盘车电机带转子转动，发电机110定转子内没有电流，发电机110启动时，先调节第一开关单元140和第二开关单元160为截止状态，此时电压互感器330的一次侧中性点与地之间处于截止不导通状态，可以避免启动过程中电压互感器因产生谐振导致故障。

然后启动模块130向发电机110的定子线圈进行通流，启动电源430投入，静态变频启动装置410投入，静态变频启动装置410和启动电源430向发电机110的转子通流，励磁变压器310截止输出，此时的发电机110变为同步电动机状态，定子通流切割转子线圈，转子内形成感应电流，受磁场力进行高速转动，启动模块130启动时将会带动与发电机110出口连接的主变压器120和可调变压器通电，示例性的可调变压器包括高压厂用变压器320。因此主变压器120和可调变压器的回路会产生相应的耦合电容，通过二次设备追踪耦合电容从而控制启动模块130实时调整输出的通流大小，并且启动模块130启动时要求单相对地电容不能超过0.5uF。当发电机转速达到要求规定的转速后，启动发电机的燃机，继续增大定子转子通流，直至到达第一预设电流，启动模块130退出停止向发电机110的定子线圈通流，静态变频启动装置410和启动电源430退出停止向转子通流，第一开关单元140切换为导通状态，从而保证燃机发电机110的保护正常工作。单独由发电机的燃机进行燃气燃烧推动转子，将转子转速提升至设定的转速，达到设定的转速后，如果此时发电机110没有残磁，由外部电机控制中心通过启动电源430向发电机110转子通流，使发电机110机端电流达到第二预设电流后，励磁变压器310投入，发电机110通过励磁变压器310和启动电源430使转子电流逐渐增加，周而反复，直到转子电流和机端电流达到额定电流，待发电机110内部耦合稳定退出启动电源430，至此发电机110顺利启动完成，对发电机110和各变压器等部件进行检查，一切正常后，与电网进行沟通，通过闭合第二开关单元160最终实现并网。

本实用新型实施例的技术方案通过将发电机的出口和主变压器的低压侧直接连接，将电压互感器的一次侧中性点通过第一开关单元接地，发电机启动过程中启动模块投入后将第一开关单元设置为截止状态，使发电机的一次侧中性点与地之间截止，从而避免谐振导致故障，启动模块退出后将第一开关单元设置为导通状态，并且根据耦合电容实时调整启动模块输出的通流大小，从而实现取消出口断路器后发电机的正常启动，从而可以取消出口断路器降低工程造价，减少故障点提高回路的可靠性，并且降低燃机房布置的复杂性和成本，减少设备的运行维护的工作量。

继续参见图1，启动模块130包括第三开关单元210和静态启动单元220。

第三开关单元210的第一端作为启动模块130的输出端。第三开关单元210的第二端与静态启动单元220连接。静态启动单元220用于当发电机110启动时提供外部动力。第三开关单元210用于发电机110启动时导通静态启动单元220的输出通路。

具体的，静态启动单元220可以接入高压厂用电，利用高压厂用电向静态启动单元220供电，静态启动单元220启动后，第三开关单元210导通，静态启动单元220向发电机110的定子线圈进行通流，同时还可以通过静态变频启动装置410和启动电源430向发电机110的转子通流，此时的发电机110变为同步电动机状态，定子通流切割转子线圈，转子内形成感应电流，受磁场力进行高速转动，从而提升发电机110转子转速。

图2为本实用新型实施例提供的又一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统的结构示意图，参见图2，静态启动单元220包括启动励磁变压器221、整流单元222和第四开关单元223。

启动励磁变压器221的输入端接入电源，启动励磁变压器221的输出端与整流单元222连接。整流单元222与第四开关单元223连接。第四开关单元223与第三开关单元210连接。启动励磁变压器221用于根据电源输出启动电压。整流单元222用于根据启动电压输出发电机110的定子的通流。

具体的，示例性的，上述电源也可以采用高压厂用电，接入的电源经过启动励磁变压器221输出启动电压，整流单元222根据启动电压输出发电机110的定子的通流，第四开关单元223闭合，从而向发电机110的定子线圈通流，同时还可以由高压厂用电经过静态变频启动装置410向转子通流，此时发电机110变为同步电动机状态，定子通流切割转子线圈，转子内形成感应电流，受磁场力进行高速转动，从而提升发电机110转子转速。

继续参见图2，燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统还包括：高压厂用变压器320。

高压厂用变压器320与发电机110的出口连接。高压厂用变压器320高压厂用变压器320用于将发电机110的出口电压降压后向外部供电。

具体的，高压厂用变压器320接于发电机110出口，从而将发电机110的出口电压降压后提供发电厂自身用电，高压厂用变压器320的短路阻抗比一般的配电变压器要大。其中，将发电机110出口、主变压器120低压侧、高压厂用变压器320高压侧连接为一点，因为发电机110保护动作时间是普遍小于主变压器120和高压厂用变压器320的保护动作时间，所以当此点发生故障时，发电机110保护会先动作，这样就需要对发电机110保护及内部定值更加严格，尽量灵敏，防止故障电流流经主变压器120和高压厂用变压器320等。

可选的，燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统使用封闭母线连接。

具体的，封闭母线是由金属板作为保护外壳、导电排、绝缘材料及有关附件组成的母线系统。其中，封闭母线包括离相封闭母线、共箱(封闭母线和电缆母线，通过封闭母线防止绝缘子结露受潮，提高了运行的安全可靠性。

继续参见图2，示例性的，本实用新型实施例提供一种燃气蒸汽联合循环供热机的发电机启动过程，假设发电机110的额定转速为3000转，启动过程大致可按转速分为六个阶段。

第一阶段(0-10转)：日常停机时为防止大轴弯曲由盘车电机带转子转动，发电机110定转子内没有电流。

第二阶段(10-750转)：发电机110出口PT的一次侧中性点与地之间截止，将高压厂用电经过启动励磁变压器221输出启动电压，整流单元222根据启动电压输出发电机110的定子的通流，第四开关单元223闭合，从而向发电机110的定子线圈通流，同时由静态变频启动装置410和启动电源430向转子通流，此时发电机110变为同步电动机状态，定子通流切割转子线圈，转子内形成感应电流，受磁场力进行高速转动，到达750转持续20分钟后后进入第三个阶段。

第三阶段(750-450转)：对发电机系统用冷却水进行清洗，且因发电机外部气温和发电机本体温度可能不一致，需要进行暖机，待各器件进行磨合，各指标示数无问题后，停止暖机。此过程为降速吹扫过程。此时，发电机110按照同步电动机方式进行运行。发电机110的定转子系统进行低转速下的通流运行，运行电流较小，约为额定电流的2％左右。

第四阶段(450-2700转)：发电机的燃机点火，由启动模块130向发电机110定子持续增大通流，静态变频启动装置410和启动电源430向转子继续通流增大电流，共同作用带着发电机110转子高速转动。升速过程中电流持续增大，最大时瞬间达到额定电流的10％。

第五阶段(2700-3000转)：此时停止向启动励磁变压器221供电，第三开关单元210截止，启动模块130停止向发电机110定子供电。静态变频启动装置410和启动电源430退出停止向转子通流，第一开关单元140切换为导通状态，保证燃机发电机110的保护正常工作，单独由发电机燃气燃烧推动发电机110转子上升至3000转，到达3000转后定速。

第六阶段(投励磁):达到3000转后，如果此时发电机110没有残磁，由外部电机控制中心通过启动电源430向发电机110转子通流，使发电机110机端电流达到额定的百分之五后，发电机110通过励磁变压器310和启动电源430使转子电流逐渐增加，周而反复，直到转子电流和发电机端电流达到额定，待发电机110内部耦合稳定，退出启动电源430。至此发电机110顺利启动完成，对发电机110变压器等各部件进行检查，一切正常后，与电网进行沟通，通过闭合第二开关单元160最终实现并网。

本实用新型实施例还提供一种燃气蒸汽联合循环供热机的发电系统，包括本实用新型实施例任意的燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统。

具体的，发电系统包括发电机、变压器和配电装置等，发电系统实现发电及传输电力功能，因其包括本实用新型实施例任意实施例提供的燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统，因而也具有相同的有益效果，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统，其特征在于，包括：发电机、主变压器、启动模块、第一开关单元、第二开关单元、电压互感器、励磁变压器、静止变频启动装置、励磁装置和启动电源；

所述发电机的出口与所述主变压器的低压侧连接；所述主变压器的高压侧与电网母线之间通过所述第二开关单元连接；所述发电机用于能量转换输出出口电压；所述主变压器用于将所述出口电压升压至所述电网母线的并网电压；所述第二开关单元用于并网时导通所述主变压器与所述电网母线之间的通路；

所述发电机的出口与所述电压互感器连接；所述电压互感器的一次侧中性点与所述第一开关单元的一端连接；所述第一开关单元的另一端接地；所述第一开关单元用于所述发电机启动时截止所述电压互感器的一次侧中性点接地；所述电压互感器用于采集所述发电机的一次侧中性点的电压；

所述励磁变压器的输入端与所述发电机的出口连接；所述励磁变压器的输出端与所述励磁装置的输入端连接；所述励磁装置的输出端与所述发电机的转子连接；所述励磁变压器用于提供所述发电机的转子的励磁驱动；所述励磁装置用于根据所述励磁驱动向所述发电机的转子输出励磁电流；

所述启动模块的输出端与所述发电机的定子连接；所述静止变频启动装置的输出端与所述发电机的转子连接；所述启动电源的输出端与所述发电机的转子连接；所述启动模块、所述静止变频启动装置和所述启动电源用于提供所述发电机启动时的外部动力。

2.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统，其特征在于，所述启动模块包括第二开关单元和静态启动单元；

所述第二开关单元的第一端作为所述启动模块的输出端；所述静态启动单元用于当所述发电机启动时提供外部动力；所述第二开关单元用于所述发电机启动时导通所述静态启动单元的输出通路。

3.根据权利要求2所述的燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统，其特征在于，所述静态启动单元包括启动励磁变压器、整流单元和第四开关单元；

所述启动励磁变压器的输入端接入电源，所述启动励磁变压器的输出端与所述整流单元连接；所述整流单元与所述第四开关单元连接；所述第四开关单元与所述第二开关单元连接；所述启动励磁变压器用于根据所述电源输出启动电压；所述整流单元用于根据所述启动电压输出所述发电机的定子的通流。

4.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统，其特征在于，还包括：高压厂用变压器；

所述高压厂用变压器与所述发电机的出口连接；所述高压厂用变压器用于将所述发电机的出口电压降压后向外部供电。

5.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统，其特征在于，所述一次系统使用封闭母线连接。

6.一种燃气蒸汽联合循环供热机的发电系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的燃气蒸汽联合循环供热机的一次系统。

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