一种变汽轮机转速的火电机组深度调峰高效运行调控系统及方法与流程

本发明涉及电力工业，特别是涉及一种变汽轮机转速的火电机组深度调峰高效运行调控系统及方法。

背景技术：

1、汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。汽轮机的内功率为：pi＝d0δhtηi＝b·d0。当初参数不变或变化不大时，汽轮机的内功率就取决于进汽量d0和焓降δht的大小，而焓降δht主要取决于进汽压力p0。因此，为达到机组深度调峰，响应大范围的负荷变化，需对汽轮机的功率进行调节，主要是对进汽量d0和进汽压力p0的大小进行调节。常用的配汽方式有：节流配汽、喷嘴配汽、旁通配汽，节流配汽，蒸汽在调节汽门内产生节流作用，节能损失大，理想焓降减少很多，使得汽轮机的效率也降低；喷嘴配汽调节级和各高压级在变工况下温度变化大，热应力较大，负荷适应性差；旁通配汽会产生节流损失且不能独立使用，只能联合使用。

2、公开日为2023年05月25日，公开号为cn114837763b的中国专利文献公开了一种集成蒸汽蓄能器的火电机组灵活调控系统及工作方法，本发明在机组低负荷运行或降负荷时，将高压缸的排汽注入中压蓄汽器内进行蒸汽储存；将中压缸的排汽注入低压蓄汽器内进行蒸汽储存，通过储存蒸汽减少中压缸和低压缸做功工质，实现机组低负荷运行或快速降负荷。当机组升负荷时，释放中压蓄汽器内的蒸汽作为高压加热器和除氧器的加热蒸汽；释放低压蓄汽器内的蒸汽作为第一低压加热器和第二低压加热器的加热蒸汽，从而减小汽轮机抽汽，实现机组快速升负荷。

3、上述火电机组灵活调控系统及工作方法的缺点是：通过储存蒸汽减少中压缸和低压缸做功工质来实现机组低负荷运行或快速降负荷，蒸汽节能损失大，理想焓降减少很多，使得汽轮机的效率也降低。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决现有火电机组调控系统及方法的有较大的节流损失或者循环热效率损失、控制复杂的问题，提供一种变汽轮机转速的火电机组深度调峰高效运行调控系统及方法，通过调节汽轮机的转速和主汽门开度，实现主汽门无节流，具有在全负荷工况下无节流损失或者少节流损失的优点。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，第一方面：一种变汽轮机转速的火电机组深度调峰高效运行调控系统，包括汽轮机本体，还包括：与所述汽轮机本体连接的进汽主汽阀，进汽主汽阀一端通过进汽主汽阀后入口管道连接汽轮机本体，另一端连接进汽主汽阀前入口管道；所述汽轮机本体还连接发电机，所述发电机通过四象限变频器系统经由变压器连接电网。

3、使用上述第一方面的技术方案，进汽主汽阀可以快速调整汽轮机负荷，发电机的定子通过四象限变频器系统，经由变压系统直接连接到电网，实现发电机的电压和频率始终恒定，发电机通过转速调节改变汽轮机本体通流能力，实现汽轮机进汽量与负荷的匹配，最终实现主汽门无节流，汽轮机在最佳工况下运行。

4、在第一方面中，作为优选，所述进汽主汽阀连接进汽主汽阀执行机构；进汽主汽阀执行机构连接eh供油系统和电子控制器。具体的，进汽主汽阀开度由进汽主汽阀执行机构控制，进汽主汽阀执行机构动作由eh供油系驱动，开关调节信号由电子控制器进行控制，进汽主汽阀与汽轮机本体相连，控制汽轮机本体进汽量，用于快速调整汽轮机负荷，然后通过转速调节改变汽轮机本体通流能力，实现汽轮机进汽量与负荷的匹配。这样，可通过节流(关小主汽阀或主汽调节阀)来迅速达到功率调节要求，并通过调速系统降低汽轮机转速，逐渐恢复主汽阀或主汽调节阀开度，以减小节流损失，并达到动态的平衡。

5、在第一方面中，作为优选，所述汽轮机本体上安装汽轮机转速测量装置和限速装置；所述汽轮机转速测量装置产生的信号连接第一测速信号支路和第二测速信号支路。具体的，当汽轮机转速超过最高安全转速，转速测量装置将信号传递至限速装置，实现控制汽轮机转速限定在最高安全转速内，这样，汽轮机转速一直在最高安全转速内，不但提高了效率，而且保证了运行调控系统的可靠性和安全性。

6、在第一方面中，作为优选，所述发电机与电网之间还连接有断路器，所述断路器连接滤波器。具体的，滤波器设置在断路器后，用于减少对电网谐波震荡。这样，可以提高发电、输电和用电的效率，减少汽轮机的热量和振动以及噪音，增加汽轮机的使用寿命。

7、在第一方面中，作为优选，所述第一测速信号支路连接超速危急遮断系统；所述第二测速信号支路连接电子控制器。具体的，汽轮机转速测量装置产生的信号分成两个支路，第二测速信号支路至电子控制器来控制eh供油量，第一测速信号支路至超速危急遮断系统实现紧急停机。这样，电子控制器来控制eh供油量，即开关调节信号由电子控制器进行控制，可以将主汽阀开度控制至任意的中间位置，成比例地调节进汽量以适应需要，超速危急遮断系统实现紧急停机，安全可靠性更好。

8、在第一方面中，作为优选，所述进汽主汽阀执行机构的控制信号通过电子控制器进行基本运算。具体的，进汽主汽阀执行机构用来自动调节进汽主汽阀开度，其控制信号通过电子控制器进行基本运算，并发出信号控制进汽主汽阀执行机构，从而实现对进汽主汽阀开度的自动调节，这样通过转速调节改变汽轮机本体通流能力，实现汽轮机进汽量与负荷的匹配，减小节流损失。

9、在第一方面中，作为优选，所述控制信号包括汽轮机转速和负荷给定值。具体的，控制信号通过电子控制器将汽轮机转速和负荷给定值以及汽轮机各反馈信号进行基本运算，并发出信号控制进汽主汽阀执行机构，从而实现对进汽主汽阀开度的自动调节。这样通过转速调节改变汽轮机本体通流能力，实现汽轮机进汽量与负荷的匹配，减小节流损失。

10、第二方面：一种变汽轮机转速的火电机组深度调峰高效运行调控方法，应用于上述第一方面中的运行调控系统，包括如下步骤：s1：启动转子到安全运行转速区间；s2：增加负荷到目标负荷；s3：判断汽主汽阀是否全开，若否，则逐渐开大进汽主汽阀，若是，则保持运行；s4：停止汽轮机，首先降低主汽压力降低发电机的负荷，再逐渐减小汽主汽阀，直至汽轮机安全稳定停机。

11、使用上述第二方面的技术方案，负荷调整时，可首先通过快速改变汽轮机进汽量，以满足汽轮机的负荷调整需求，然后，通过调节汽轮机的转速和主汽门开度，最终实现主汽门无节流(或少节流)，汽轮机在最佳工况下运行，汽轮机不再是额定转速不变运行，而是采用不同的转速，以调节汽轮机的最佳通流流量，从而减少节流损失，提高火电机组在部分负荷工况下管道及汽轮机的通流效率。

12、在第二方面中，作为优选，所述步骤s1包括：s1.1：逐渐开启汽主汽阀直至转子转动；s1.2：关小进汽主汽阀并听汽轮机是否有杂音，若是，则立即停机，若否，则进行下一步骤；s1.3：开大进汽主汽阀并保持转速进行暖机；s1.4：逐渐开大进汽主汽阀直到汽轮机通过临界转速，继续升高汽轮机转速到安全运行转速区间。具体的，启动转子到安全运行转速区间即启动运行控制是，指转子由静止(或盘车)状态升速到安全运行转速区间，并将负荷逐步增加到额定负荷的过程。首先设置启动汽轮机冲转蒸汽参数和主汽温，然后慢慢开启进汽主汽阀，当转子转动后立即关小进汽主汽阀，保持一定转速，仔细测听内部声音，是否有不正常声音。当一切正常时，开大进汽主汽阀维持转速进行暖机，暖机时间，此时注意轴承温升和各部分膨胀和震动情况。确定机组一切正常后逐渐开启进汽主汽阀，待汽轮机安全通过临界转速后，再继续升高汽轮机转速，异步发电机挂闸带负荷，汽轮发电机组进入安全运行转速区间。

13、在第二方面中，作为优选，所述步骤s2中，若负荷超过所述目标负荷，需降低负荷，关小进汽主汽阀，减少发电机发电负荷，降低汽轮机转速，汽轮机负荷达到目标负荷。具体的，汽轮发电机组稳定在一定负荷后，需降低负荷时，关小进汽主汽阀，减少发电机发电负荷，降低汽轮机转速，汽轮机负荷达到目标负荷；若汽轮机启动和加减负荷以及停机等过程中，汽轮机转速超过最高安全转速时，通过限速装置降低汽轮机转速或者通过危急遮断装置紧急停机。

14、本发明一种变汽轮机转速的火电机组深度调峰高效运行调控系统及方法，利用变频装置实现汽轮机转速与电网频率脱钩，并根据发电负荷率，调节汽轮机的主汽调节阀开度，综合利用节流进汽和进汽压力调整方法，使汽轮机在不同负荷工况下采用不同转速运行，实现汽轮机高效灵活的运行。

15、本发明的有益效果是，汽轮机通过进汽主汽阀变转速系统和发电机变频系统，快速灵活响应负荷变化调整，保持频率同步，并且在全负荷工况下无节流损失或者少节流损失；采用不同的转速，以调节汽轮机的最佳通流流量，从而减少节流损失，提高火电机组在部分负荷工况下管道及汽轮机的通流效率；通过限速装置降低汽轮机转速或者通过危急遮断装置紧急停机，安全可靠性更好。

16、针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。