FT8燃气轮机特殊功能的实践

ＦＴ８燃气轮机特殊功能的实践　发电设备（２００８　Ｎｏ．６）　

ＦＴ８燃气轮机特殊功能的实践　

钱育军　（华能南山电厂，海南三亚５７２０００）　

摘要：介绍了ＦＴ８燃气轮机具有的黑启动、快速启动、孤立一有差、孤立一无差、调相等５种特殊的启动和　发电模式。指出燃气轮机电厂在目前主要用作调峰与事故应急电源的情况下，应充分地试验与完善其特殊功　能，以满足电厂与电网公司双方的要求。　关键词：能源与动力工程；燃气轮机；黑启动；快速启动；孤立运行；调相　中图分类号：ＴＫ４７７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—０８６Ｘ（２００８）０６－０４８５—０３　

Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＦＴ８　Ｇａｓ　Ｔｕｒｂｉｎｅｓ　

ＱＩＡＮ　Ｙｕ—ｊｕｎ　（Ｈｕａｎｅｎｇ　Ｎａｎｓｈａｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ，Ｓａｎｙａ　５７２０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｖｅ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｓｔａｒｔ—ｕｐ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｓ　ｏｆ　ＦＴ８　ｇａｓ　ｔｕｒｂｉｎｅｓ　ａｒｅ　ｂｅｉｎｇ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｂｌａｃｋ　ｓｔａｒｔ，ｑｕｉｃｋ　ｓｔａｒｔｕｐ，ｉｓｏｌａｔｅｄ—ｄｒｏｏｐ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｓｏｌａｔｅｄ—ｉｓｏｃｈ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｐｈａｓｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｅｔｃ．Ａｓ　ｗｅ　ｋｎｏｗ　ｔｈａｔ　ｇａｓ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｕｎｉｔｓ　ａｒｅ　ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｍａｉｎｌｙ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｐｕｒｐｏｓｅｓ　ｏｆ　ｐｅａｋ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ，ＳＯ　ｔｈｅｉｒ　ａｂｏｖｅ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｔｅｓｔｅｄ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｅｃｔｅｄ　ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｂｏｔｈ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔｓ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　ｃｏｍｐａｎｉｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｇａｓ　ｔｕｒｂｉｎｅ；ｂｌａｃｋ　ｓｔａｒｔ；ｑｕｉｃｋ　ｓｔａｒｔｕｐ；ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ｐｈａｓｉｎｇ　

目前燃气轮机电厂主要担负电网的调频、调　压与作为事故应急电源，今后将逐渐转换成电、　

汽、热联产，并逐渐向液化天然气、ＩＧＣＣ发电转　移。　

重型燃气轮机双循环电厂要实现作为电网事　故应急电源的功能，也需要轻型燃气轮机为其提　供足够大的启动功率¨　。目前国内重型燃气轮　

机联合循环的典型设计（单轴一拖一布置）中均　没有考虑黑启动方案，主要原因是启动功率大。１　

台９ＦＡ燃气轮机总的启动功率要大于１３．３８　ＭＷ，这是它自身配备的１台１．２　ＭＷ维持事故油　

泵运行用的柴油发电机所不能胜任的。启动需要　的辅助蒸汽量大，１套９ＦＡ机组需要的辅助蒸汽　

量相当于１台３０～４０ｔ／ｈ锅炉的产汽量。　

要使９ＦＡ重型燃气轮机具备黑启动能力，必　须配备１套小功率燃气轮机（功率大于２３　ＭＷ，　例如１台ＦＴ８燃气轮机）联合循环机组长时间运　行。当整个电网崩溃停运后，先用９ＦＡ燃气轮机　

配备的柴油发电机来启动小功率燃气轮机单循环　机组，然后再启动９ＦＡ燃气轮机，逐渐完成黑启　

动，向外恢复供电。　ＦＴ８燃气轮机为美国普惠动力公司（ＰＷＰＳ）　

开发的双联轻型航改机，每套双联机组容量５０　ＭＷ（２×２５　ＭＷ）。单台燃气轮机启动功率不超　

过２００　ｋＷ，具有油、气双燃料系统，自动化程度　高，除正常启动并列运行的发电模式外，还具有快　速启动、黑启动、孤立一有差、孤立一无差、调相运行　

的特殊功能，能够作为主力发电厂运行，也能够很　好地适应电网对调峰电厂的要求。　

１　黑启动　

黑启动是指由于暴雨、雷电、大风、台风等自　

收稿日期：２００８－０３－－２６　

作者简介：钱育军（１９７４一），男，工程师，主要从事ＦＴ８燃气轮机的运行和检修工作。　发电设备（２００８　Ｎｏ．６）　ＦＴ８燃气轮机特殊功能的实践　

然灾害或者电厂、电网设备故障导致发电厂所有　

机组全部跳闸，交流电源全部消失的情况下，使机　

组恢复向系统送电的处理过程。应急处置的基本　流程首先是恢复临时的厂用电，再启动机组恢复　

厂内正常的厂用电，最后考虑为系统进行黑启动。　

黑启动的临时电源一般由柴油发电机提供，柴油　发电机接在３８０　Ｖ公用段上，采用手动运行方式。　华能南山电厂的自备柴油发电机为深圳赛瓦　

特动力科技有限公司制造，额定功率５００　ｋＶＡ，　４００　ｋＷ，功率因数为０。８，有１０％的备用功率，额　

定频率５０　Ｈｚ，４００　Ｖ，三相四线，额定电流７２２　Ａ。　标定环境温度４０℃，标定海拔高度１　０００　ｍ。　

华能南山电厂现装机容量１３２　ＭＷ，由２套双　

联双循环燃气．蒸汽发电机组构成。有４台燃气　

轮机，联合循环采用多轴的二拖一布置。２００５年　“达维”台风导致海南岛电网全面瓦解，作为黑启　

动电源点的华能南山电厂受到重点关注。　ＦＴ８燃气轮机的黑启动，需要注意以下问题：　（１）应确保快速、可靠、经济地提供厂用电。　

只要电网需要黑启动，在柴油发电机启动后，　

通过一系列的倒闸操作，即可以向燃气轮机、汽轮　机、锅炉提供厂用电，在确保天然气可以正常供应　

的情况下，就可以立即正常启动（不可以选黑启　动）。第１台燃气轮机单循环运行，采用孤立一有　

差模式，然后通过１１０　ｋＶ母线恢复全厂的厂用　电，同时向电网供电，整个过程不超过２０　ｍｉｎ。联　

合循环是否投入，取决于电网的恢复情况。如果　

不能及时对外供电，可以启动全厂相关辅助设备，　燃气轮机出力将自动适应负荷需求，但应超过　

ＦＴ８单台燃气轮机可带的最小负荷（１．５　ＭＷ，占　额定功率的６％）。　

为防止第１套燃气轮机运行出现故障跳机而　导致厂用电消失，用ＭＣＣ　６００　Ａ转换开关由应急　转到正常时，可能引起油泵油压低Ⅱ值而导致机　

组解列，一般还需正常启动第２套燃气轮机并列　

运行，让２台发电机共同自动适应负荷需求，然后　再停下柴油发电机。或者不启动第２套燃气轮　

机，一直保持柴油发电机运行。如何选择，主要由　

电网恢复的速度决定。如果能较早对外送电，则　

保持前者方式运行比较经济。　（２）宜选用合理的燃气轮机启动和主变充压　方式。　

．４Ｒ６・　完整的黑启动功能，在硬件具备的情况下，还　

需要控制软件的支持，才可以实现如下快速的自　

动功能：自动退出发电机低电压继电器；自动非同　

期合上发电机出口开关；自动选择孤立一有差模　

式；自动快速起机；自动调频调压。　目前ＦＴ８燃气轮机的控制系统还不具备完　

整的自动黑启动功能，在手动启动的条件下采取　

如下操作步骤：　先手动退出发电机低电压继电器，接着手动　

合上发电机出口开关，然后手动选择孤立－有差、　就地、手动调电压运行方式，正常启动单台燃气轮　

机至慢车同步转速，手动缓慢零起升压使１０　ｋＶ　机端电压及１１０　ｋＶ母线电压达到正常值，最后恢　

复电压自动调节方式。　

以上操作步骤合理之处在于：　①可以检查发电机出口开关到母线是否存在　

接地现象，如果有，短路电流也比较小，对设备冲　

击较小；　②强合发电机出口开关时没有电磁辐射，对　

人比较安全；　

③孤立一有差模式，就地、手动调压的运行方　式能够自动适应负荷的需要，容易手动控制电压。　

如果选择孤立一无差，也可以恢复厂用电，但不能　允许再启动第２套燃气轮机并列运行，只可作为　

孤网中的１个电源点运行。　１台运行的发电机就是１个电源点，１家电厂　

一般存在几个并列的电源点。如果选择自动调节　

电压，便不能实现零起升压功能，机端电压便不可　以实现在剩磁电压与额定电压之间的任意控制。　

如果选择先启动燃气轮机到慢车同步转速，　再带１０　ｋＶ电压合发电机出口开关，并全压对１１０　

ｋＶ母线充电也是可以的，但对人员电磁辐射比　

较大，对设备冲击比较大，还缺少对线路是否接地　的检查功能。因此在特殊情况下应采取就地、手　

动调电压、孤立－有差运行、零起升压的操作。　（３）要编制黑启动应急预案，并定时培训和　

演练。　

预案发布后，要对相关人员进行定期的培训　和演练。要定期对柴油发电机进行启动试验，保　

证设备的可靠运行及正确使用，也要根据实际情　

况及时修改预案。

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２孤立．有差发电模式　

孤立．有差发电模式是指机组向一个不带电　

（死）母线充电后，发电机频率允许随负荷和电网　频率有４％的变化。并列运行则是指将机组与带　

电母线同期，一旦上网，发电机频率允许随电网　

频率变化，其变化范围在４％以内。两者的根本　

区别在于母线是否带电，发电机出口开关是否同　

期并列还是直接向母线充电。　在华能南山电厂１５年的运行历史过程中，孤　

立．有差发电模式，已经被使用２０次以上，每次均　能出色地完成由于电网检修导致分环（孤网）运　

行、电网瓦解导致黑启动的艰巨任务。这一发电　

模式的优点：　（１）电压可以自动或手动调节，频率变化范　

围比较大，适应性强，运行平稳可靠，完全适合黑　启动的要求，也能够很好地适应孤网的运行条件。　

（２）当机组已向电网母线送电后，允许其它　发电机与其并列，增加了电网运行的安全性。　

（３）机组负荷变化范围比较大，能够很好地　适应负载的需要，可以实现从最小负荷到额定负　

荷之间的自动匹配，运行起来比较放心。　

（４）孤立．有差与并列发电模式之间可以相　互直接切换，机组运行平稳，无扰动。　

３孤立一无差发电模式　

孤立一无差发电模式是指机组向一个不带电　（死）母线充电后，发电机频率就被控制在５０　Ｈｚ　

（或６０　Ｈｚ）。这一发电模式不允许其它发电系统　与其并列。只有机组在较长时间内作为一个独立　

电站，且要求有自动同步频率控制时，才应选用孤　立一无差发电模式。　

ＦＴ８燃气轮机的孤立一无差发电模式，在国内　还没有实践过。　

４　快速启动　

快速启动是指缩短辅助系统启动时间，自动　并列，快速加负荷的过程。　（１）操作方式仅为全自动，没有手动功能。　不像正常启动中二者同时具备。　（２）加（减）载率特别大。正常自动启动加　（减）载率在２～１０　ＭＷ／ｍｉｎ之间，快速启动却为　１００ＭＷ／ｍｉｎ，等于正常手动的加（减）载率。　（３）辅助系统的启动顺序延时不一样。快速　启动功能，在冷态快速／黑启动时，辅助系统启动　时间要比正常启动少４０　ｓ。在热态启动时，辅助　系统正在运行，此时快速启动与热态正常启动没　

有区别。　试验表明，ＦＴ８燃气轮机目前的软件具备快　速启动功能，在快速并网后，一定要切回正常启动　方式，以手动或自动设定加（减）载率，调整负荷；　或者在选择快速启动方式前，需要设定好较低的　负荷（例如５　ＭＷ），以免燃气轮机保护动作使发　电机跳闸，导致快速启动失败。待达到５　ＭＷ后，　再切回正常启动方式，按正常操作调整负荷。整　个快速启动过程从冷态启动到带基本负荷仅用４　

ｍｉｎ，而正常自动启动一般需要ｌＯ～１５　ｍｉｎ。　

５　调　相　

调相是指将机组与一个带电母线同期并列。　

一旦上网，自动停下燃气轮机，而发电机继续在网　上运行，发出或吸收无功功率，用这种模式来控制　

电网的电压。　试验表明，ＦＴ８燃气轮机目前的软件具备调　相功能，可以直接切换到并列发电的模式，使用很　方便。目前这种功能使用并不多，电网已经可以