[发明专利]一种用于双机回热的辅机动力系统

说明书

技术领域

本发明涉及火力发电领域，具体为一种用于超（超）临界机组EC-BEST( Echelon Cycle-Backpressure Extraction Steam Turbine )双机回热系统的转速-功率解耦控制的小汽轮机-电机变转速双驱动系统，也适用于传统回热系统的机组，尤其适合锅炉给水泵的驱动，也可适用于离心式风机、静叶可调轴流式风机等变转速驱动、变工况运行设备的驱动，可以提高机组效率和双机回热机组的负荷响应速率。

背景技术

由于节能减排要求的日益提高，火电机组向更高效率方向发展，提高蒸汽参数是提高火电机组发电效率的重要手段，目前国内已投运的超超临界机组再热蒸汽温度已达620℃，并向更高参数发展，随之带来了汽轮机回热抽汽过热度不断提高，换热熵增不断增大的情况，尤其是中压缸第一段抽汽情况最为严重，影响机组效率进一步提升。为解决这一问题，进一步提高机组效率，近年来国内开发了超超临界机组EC-BEST双机回热系统（简称“双机回热系统”），相似的系统实际上国外在上世纪六十年代有较多的应用，但后来由于凝汽式小汽轮机（简称“纯凝小机”）的发展，用于给水泵驱动的BEST小汽轮机（背压-抽汽回热小汽轮机，简称“BEST小机”）逐渐被纯凝小机取代，且双机回热系统机组变负荷速率慢，双机回热系统逐渐退出历史舞台。目前得益于BEST小机通流设计水平的提高，在同等条件下，采用BEST小机的热力系统热耗已低于采用纯凝小机的传统回热系统，因此，近年来，双机回热系统引起广泛关注，但由于BEST小机的抽汽接带主汽轮机（简称主机）的高压加热器（简称“高加”），机组变负荷或异常工况给水流量大幅度波动时，高加的水位难以控制，目前尚无工程投运的案例证实已解决了BEST小机的控制问题。

另外，随着电网峰谷差的增大，以及大量新能源接入电网，火力发电厂日益承担繁重的调峰和调频任务，导致辅机更多时间偏离设计工况运行，且频繁波动，效率降低，尤其是给水泵、风机等大型辅机的能耗水平对机组的效率影响较大，也需要有新的驱动方式提高辅机驱动效率。

发明内容

本发明提供了一种用于双机回热的辅机动力系统，可以实现整个轴系在变转速运行条件下，由电机调节（功率-负载自适应）被驱动设备的转速，而小汽轮机（包含BEST小机和纯凝小机，简称“小机”）可以在进汽阀门全开方式下运行，不进行调节，使小机的进汽、抽汽（BEST小机）、排汽流量保持稳定。由于BEST小机的抽汽排入高加，其蒸汽流量的稳定，可以使双机回热系统在机组变负荷运行时，不会因高加水位控制问题，而影响到机组变负荷速率；由于小机阀门全开，小机得以始终工作在接近设计工况，也可以使机组（包括传统回热机组和双机回热机组）在全负荷范围内，使辅机驱动效率均保持在较高水平；被调量，如锅炉给水流量的控制，即给水泵的转速控制，是由电机的励磁频率来控制的，与电机的功率无关，转速和功率实现解耦控制，使运行控制的难度大为降低。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种用于双机回热的辅机动力系统，包括小机、同步自动离合器（简称离合器）、给水泵、齿轮箱A、交流励磁电动发电机（简称主电机）、齿轮箱B、永磁调速器和同步励磁机（简称励磁机），上述设备依次通过联轴器连接，主电机定子侧接入高压厂用电系统，并设有同期装置，主电机与励磁机之间设有交流励磁回路，在交流励磁回路设有可调电阻，励磁机拥有其直流励磁系统。

工作原理：机组正常运行中，通过调节永磁调速器，来调节励磁机的转速，从而改变励磁机输出交流电的频率，主电机的转子磁场频率因而发生变化，由于主电机的定子回路接入工频厂用电系统，转子的旋转速度就是定子旋转磁场和转子旋转磁场的转速差，因此，通过控制永磁调速器而最终达到了控制轴系中转子转速的目的。轴系中驱动设备和被驱动设备的轴功率平衡关系是这样的：给水泵的轴功率与其转速和给水管路阻力特性有关，小机轴功率与其进汽阀门开度和阀门前蒸汽参数（温度、压力）有关，而蒸汽参数与主机的负荷有关，主电机的轴功率与其承担的负载有关，而在任一时刻，轴系中所有设备的功率必然处于平衡状态，小机和给水泵轴功率的差额由主电机承担，只要这个轴功率差值不超出主电机铭牌功率，轴系就可以安全稳定运行，轴系的转速，即给水泵的转速控制是与功率控制不关联的，即实现了解耦控制，励磁机的直流励磁系统的调节品质要能够实时满足主电机的励磁需要，保证主电机不超出静稳定极限。