[实用新型]基于异步电机全功率变流器调速的回热小汽轮机控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及火力发电中，汽轮机的控制方法和控制系统，具体涉及一种基于异步电机全功率变流器调速的回热小汽轮机控制系统。

背景技术

火力发电在我国的发电格局中占主导地位，降低发电煤耗可以节约有限的煤炭资源，同时减少对大气的排放污染。机组的大容量高参数可提高热循环效率，满足机组经济性要求。随着国内外最新的耐高温材料的研制成功，中国神华能源股份有限公司、中国能源建设集团有限公司(由其下属华东电力设计院有限公司负责开展具体业务)和上海电气集团股份公司三方共同实施了“超620℃高效超超临界1000MW二次再热燃煤发电机组示范项目关键技术研究”，使机组发电效率有望提高至50％以上，发电煤耗降至248g/kwh以下。为提高热效率，节省燃料，华东院提出了一种新型的配回热小汽轮机的二次再热机组回热系统，且已获得专利。申请号为“201310352601.4”、申请公布号为“CN103362770A”、名称为“工频发电机调速的背压式小汽轮机驱动给水泵系统”的发明中，公开了回热小汽轮机1’用一次再热冷段蒸汽作为汽源推动同轴的给水泵2’或风机转动，供足够的水量或风量给后续工艺系统使用，过热度较低的回热小汽轮机抽汽和排汽通过加热器加热给水，通过调节阀3’对开度进行调节。同时，为减小回热小汽轮机进汽阀的节流损失，使进汽阀运行在全开或较大开度工况，汽量平衡要求回热小汽轮机带发电机，将多余功率发电上网，实现功率平衡的同时完成转速控制，匹配用户的用量需求。在公开的专利中，无法对汽轮机侧的发电机进行功率调节，也没有公开其具体的控制策略。

现有的大容量高参数机组多采用再热和回热技术以提高经济效益，而随着再热蒸汽温度的不断提高，再热后抽汽过热度过高的现象也增加了回热加热器内的不可逆损失，削弱了回热的效果。回热小汽轮机可以将再热冷段蒸汽作为汽源做功，同时小机中过热度较低的抽汽和排汽作为加热器的汽源，可减小加热器中的不可逆损失，提高机组热效率。回热小汽轮机还可带动给水泵或风机运行以提供用户用水或用风，类似于常规的汽动给水泵和汽动风机。图1展示了回热小汽轮机带给水泵运行的配置图。

与常规带汽动给水泵的机组相比，应用回热小汽轮机的机组减少了对再热后的抽汽，更多过热度较高的蒸汽参与汽轮机做功，使得整体机组的运行效率得到提高。

回热小汽轮机的转速可以通过调节小汽轮机入口调节门的开度来控制，控制回路可选择简单的单闭环PID控制，如图2。

给水泵作为一个发电厂的心脏，其本身需要消耗很多能量来带动水从低压侧流向高压侧，供给足量的水给用户。给水泵可分为电动给水泵和汽动给水泵。

电动给水泵可通过液力耦合器或变频装置调速，但由于需要消耗大量厂用电，其经济性较汽动给水泵差。

汽动给水泵通过一个独立的小汽轮机来驱动给水泵，汽源来自汽轮机某一级抽汽，排汽进入主凝汽器或自带凝汽器，转速通过进汽门开度调节，结构与图1类似，无抽汽环节。对于大容量高参数机组来说，回热系统的再热后抽汽过热度较高，需额外增加外置蒸汽冷却器以提高机组经济性。且通过进汽门开度调节给水泵转速，增加了进汽工质的节流损失。

为提高过热度较高抽汽的利用效率，回热小汽轮机应运而生。它利用过热度较低的小汽轮机抽汽和排汽来加热给水，而过热度较高的再热蒸汽回到主汽轮机参与做功，能很大程度提高机组的运行效率，降低发电煤耗。同样地，给水泵的转速需要通过调节进汽阀开度进行控制。为满足长期夏季机组满发，小汽轮机的额定出力通常比给水泵的额定出力大，而给水泵的额定出力比机组额定负荷所需要的出力大，故小汽轮机的额定出力有较大裕量，小汽轮机的进汽阀大部分运行时间开度较小，造成较大的节流损失。

电动风机与电动给水泵有相同的耗电问题，汽动风机与汽动给水泵也有相同的效率问题，而通过调节风机动叶来调节风量的方法也存在节流损失。这些应用降低了电厂的发电效率。从提高效率的角度出发，如果能避免小汽轮机的节流损失，同时小汽轮机转速可调以适应负荷变化，则能提高机组效率。

为避免小汽轮机进汽阀的节流损失，必须找到一种使进汽阀大部分运行时间全开或保持较大开度的方法。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提出一种小汽轮机带发电机的技术方案。通过调节发电机出力来控制小汽轮机转速，使小汽轮机进汽阀保持较大开度或全开，减少节流损失。同时能充分利用小汽轮机的出力，通过发电机向厂用电网供电，减小厂用电率，提高电厂的售电收益。