CN108843409B - 一种并网运行汽轮机局部转速不等率的获得方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并网运行汽轮机局部转速不等率的获得方法。汽轮机的局部转速不等率制约着机组的一次调频能力，也影响着电力系统的稳定性。本发明通过汽轮机流量特性试验，获得各汽轮机调节阀开度下的机组功率值，对其进行修正、标幺化处理、拟合后获得汽轮发电机组功率与调节阀开度的关系曲线；对该曲线进行求导或离散化处理后通过差分方法计算，获得任一调节阀开度下，汽轮发电机组功率变化量与调节阀开度变化量的比值；再根据汽轮机控制系统中设定的转速不等率，计算得到汽轮机局部转速不等率。应用本发明提供的方法，可方便、准确地得到汽轮机局部转速不等率，有助于对汽轮发电机组控制性能进行评价与优化，提高机组与电网运行的安全性。

Description

一种并网运行汽轮机局部转速不等率的获得方法

技术领域

本发明涉及大型热力发电厂汽轮机运行与控制技术领域，具体地说是一种并网运行汽轮机局部转速不等率的获得方法。

背景技术

汽轮机转速不等率是汽轮机及其调速系统的特征参数之一，反映了汽轮机功率与转速之间的关系，它决定着当电网频率偏离额定值时，并网运行的各台汽轮发电机组出力调整幅度的大小。早期的液调汽轮机，其转速不等率由组成调速系统的各机械环节共同决定，可以在离网的状态下，通过对汽轮机调速系统静态试验来获得，而运行中不可以调整；而采用数字电液控制(简称“电调”)系统的汽轮机，其转速不等率则理论上变成了一个可以由技术人员直接设定的控制参数，一般地，常规热力发电机组汽轮机的转速不等率要求设置在4～5％。在稳定状态下，汽轮发电机组功率与通过汽轮机的蒸汽流量成正比关系；通过汽轮机的蒸汽流量与调节阀开度之间的关系被称为“汽轮机流量特性”，理想状态下，这一关系是线性的，但由于设备制造、老化等原因，这一线性关系常被破坏，无法保证调节阀在任何位置时变化同样的开度能获得相同的负荷改变量，也就是说，即使通过控制参数的设定，可以保证调节阀全开全关范围内的汽轮机转速不等率平均值满足4～5％的要求，但却无法保证任意调节阀开度下的局部转速不等率也满足这一要求，而对于汽轮机发电机组的一次调频功能来说，局部转速不等率才是真正具有实际意义的。近年来，国内的区域电网出现了多起有功缺额导致的电网低频事件，很多机组一次调频能力发挥欠佳，在一定的电网频率偏差下，汽轮发电机组功率变化响应远没有达到设计值，其根本原因就是局部转速不等率过大；也有分析指出，汽轮机局部转速不等率过小，机组的功率控制易失稳，极易诱发电力系统的低频振荡。

因此，汽轮机的局部转速不等率制约着机组的一次调频能力，也影响着电力系统的稳定性，获得汽轮机组在各调节阀开度下的局部转速不等率，对于优化汽轮发电机组控制，提升机组的调频能力，分析机网协调性能与电力系统稳定性都具有积极的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种并网运行汽轮机局部转速不等率的获得方法，其基于试验数据和结合理论计算，获得并网运行汽轮机在各调节阀开度下的局部转速不等率，以评价汽轮发电机组的控制特性。

为此，本发明采用以下的技术方案：一种并网运行汽轮机局部转速不等率的获得方法，其包括：

通过汽轮机流量特性试验，获得各汽轮机调节阀开度下的机组功率值，并根据同一调节阀开度下主蒸汽压力与功率成正比的关系对其进行修正、标幺化处理、拟合后获得汽轮发电机组功率与调节阀开度的关系曲线；

对该曲线进行求导或离散化处理后通过差分方法计算，获得任一调节阀开度下，汽轮发电机组功率变化量与调节阀开度变化量的比值；

结合汽轮机调节阀开度变化量与标幺化处理后的汽轮机理论功率变化量相等这一关系，再根据汽轮机控制系统中设定的转速不等率，计算得到汽轮机局部转速不等率。

汽轮机转速不等率δ_d定义为“汽轮机空负荷时对应的最大转速n_max和额定负荷时所对应的最小转速n_min之差与汽轮机额定转速n₀之比”，对于电调系统来说，当电网频率变化造成的汽轮机转速偏差为Δn时，所引起的理论功率调整量应为

其中N_d为额定功率。汽轮发电机组并网运行的情况下，当电网频率变化时，其实际的功率调整量ΔN与其局部转速不等率δ成反比关系，即

从而可得到：

本发明可以在机组并网运行的情况下，获得汽轮机各调节阀开度下的局部转速不等率。应用本发明提供的方法，可方便、准确地得到汽轮机局部转速不等率，有助于对汽轮发电机组控制性能进行评价与优化，提高机组与电网运行的安全性。

作为上述技术方案的补充，获得汽轮发电机组功率N与调节阀开度ψ的关系曲线(N-ψ曲线)的具体步骤如下：

1)通过降低主蒸汽压力，将汽轮发电机组调整至“额定功率、额定主蒸汽温度、汽轮机调节阀全开”的状态，回热系统正常投入，汽轮机排汽压力维持正常值，记录此时的主蒸汽压力为p_0d；

2)尽量维持主蒸汽压力p_0d与温度不变，缓慢降低机组功率和减小汽轮机调节阀开度，记录实际主蒸汽压力p₀下调节阀开度ψ与功率N'的对应关系；

3)依据调节阀开度相同时，汽轮发电机组功率与主蒸汽压力成正比的关系，按下式将前述试验结果修正至既定的主蒸汽压力p_0d；

N＝N'·p_0d/p₀；

4)以额定功率为基准，对汽轮发电机组功率进行标幺化处理；根据试验结果，拟合得到汽轮机调节阀开度ψ与功率标幺值的对应关系，N＝f(p_0d,ψ)，相应曲线记为N-ψ曲线。

作为上述技术方案的补充，对汽轮发电机组功率N与调节阀开度ψ的关系曲线N＝f(p_0d,ψ)求导，得到

获得任一调节阀开度ψ₀下的发电机组功率变化量ΔN与调节阀开度变化量Δψ的比值ΔN/Δψ，而汽轮机调节阀开度变化量与标幺化处理后的功率理论上的变化量ΔN₀相等，得ΔN/Δψ＝ΔN/ΔN₀。

作为上述技术方案的补充，根据公式

计算得到任一调节阀开度ψ₀下的汽轮机局部转速不等率，

式中，δ_d为汽轮机控制系统中设定的转速不等率。

作为上述技术方案的补充，以汽轮机调节阀开度为横坐标，以局部转速不等率为纵坐标，绘制出汽轮机局部转速不等率变化曲线(N-ψ曲线)。

本发明基于试验数据，结合理论计算，可得到任意调节阀开度下的汽轮机局部转速不等率，由此可以评价汽轮发电机组的控制特性；当其严重偏离设计值时，可通过维修调节阀、重新整定汽轮机配汽曲线等手段进行调整，从而确保机组一次调频能力满足要求，并最大可能地避免电力系统低频振荡等不稳定现象的发生。

附图说明

图1为本发明实施例中某600MW超临界汽轮机组应用本发明得到的汽轮发电机组功率N与调节阀开度ψ的关系曲线图；

图2为本发明实施例中某600MW超临界汽轮机组的汽轮机局部转速不等率曲线(δ-ψ曲线)图。

其中，图1中，○代表实测试验数据，——代表根据试验数据的拟合结果；图2中的曲线为各调节阀开度下的汽轮机局部转速不等率曲线。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

以一台东方汽轮机厂生产的600MW超临界汽轮机(N600-24.2/566/566)为例，按本发明所述方法进行汽轮机局部转速不等率的计算。

首先进行试验，测取汽轮机调节阀开度ψ与功率N的对应关系曲线(N-ψ曲线)，具体做法如下：

(1)在汽轮机组回热系统正常投入、真空系统正常运行的情况下，将机组参数调整到额定功率、额定主蒸汽压力与温度；

(2)维持额定功率不变，降低主蒸汽压力，直到汽轮机调节阀全开，记录此时的主蒸汽压力为p_0d；

(3)尽量维持主蒸汽压力p_0d不变，缓慢降低机组功率，调节阀关小，一般应使功率降低到50％以下；

(4)记录实际主蒸汽压力p₀、调节阀开度ψ与功率N'；

(5)按调节阀开度相同时，功率与主蒸汽压力成正比的关系，即N＝N'·p_0d/p₀，将上述试验结果修正至既定的主蒸汽压力p_0d；

(6)以额定功率为基准，对汽轮发电机组功率进行标幺化处理；根据试验结果，拟合得到汽轮机调节阀开度与功率的对应关系，N＝f(p_0d,ψ)，具体曲线如图1所示。

其次，利用matlab工程计算软件，对调节阀开度与功率的关系曲线N＝f(p_0d,ψ)求导，或通过编程对其进行差分计算，得到汽轮机局部转速不等率，具体做法如下：

(1)对N＝f(p_0d,ψ)求导，并计算任一调节阀开度ψ₀下的值，得到

或对拟合得到的N-ψ曲线进行离散化处理，通过差分方法计算，获得任一调节阀开度ψ₀下的实际功率变化量与调节阀开度变化量的比值ΔN/Δψ；

(2)根据ΔN/Δψ＝ΔN/ΔN₀关系，结合局部转速不等率计算式

得到

再由汽轮机控制系统中转速不等率设置值δ_d(具体值为4.5％)，计算各调节阀开度下的δ值；

(3)以汽轮机调节阀开度为横坐标，以对应的局部转速不等率为纵坐标，绘制出汽轮机局部转速不等率变化曲线(δ-ψ曲线)，具体如图2所示。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，并不能因此理解为对本发明保护范围的限制，也并非对本发明的结构作任何形式上的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种并网运行汽轮机局部转速不等率的获得方法，其特征在于，包括：

通过汽轮机流量特性试验，获得各汽轮机调节阀开度下的机组功率值，并根据同一调节阀开度下主蒸汽压力与功率成正比的关系对其进行修正、标幺化处理、拟合后获得汽轮发电机组功率与调节阀开度的关系曲线；

对该曲线进行求导或离散化处理后通过差分方法计算，获得任一调节阀开度下，汽轮发电机组功率变化量与调节阀开度变化量的比值；

结合汽轮机调节阀开度变化量与标幺化处理后的汽轮机理论功率变化量相等这一关系，再根据汽轮机控制系统中设定的转速不等率，计算得到汽轮机局部转速不等率；

获得汽轮发电机组功率N与调节阀开度ψ的关系曲线的具体步骤如下：

1)通过降低主蒸汽压力，将汽轮发电机组调整至“额定功率、额定主蒸汽温度、汽轮机调节阀全开”的状态，回热系统正常投入，汽轮机排汽压力维持正常值，记录此时的主蒸汽压力为p_0d；

2)尽量维持主蒸汽压力p_0d与温度不变，缓慢降低机组功率和减小汽轮机调节阀开度，记录实际主蒸汽压力p₀下调节阀开度ψ与功率N'的对应关系；

3)依据调节阀开度相同时，汽轮发电机组功率与主蒸汽压力成正比的关系，按下式将前述试验结果修正至既定的主蒸汽压力p_0d；

N＝N'·p_0d/p₀；

4)以额定功率为基准，对汽轮发电机组功率进行标幺化处理；根据试验结果，拟合得到汽轮机调节阀开度ψ与功率标幺值的对应关系，N＝f(p_0d,ψ)，相应曲线记为N-ψ曲线。

2.根据权利要求1所述的并网运行汽轮机局部转速不等率的获得方法，其特征在于，对汽轮发电机组功率N与调节阀开度ψ的关系曲线N＝f(p_0d,ψ)求导，得到

获得任一调节阀开度ψ₀下的发电机组功率变化量ΔN与调节阀开度变化量Δψ的比值ΔN/Δψ，而汽轮机调节阀开度变化量与标幺化处理后的功率理论上的变化量ΔN₀相等，得ΔN/Δψ＝ΔN/ΔN₀。

3.根据权利要求2所述的并网运行汽轮机局部转速不等率的获得方法，其特征在于，根据公式

计算得到任一调节阀开度ψ₀下的汽轮机局部转速不等率，

式中，δ_d为汽轮机控制系统中设定的转速不等率。

4.根据权利要求1所述的并网运行汽轮机局部转速不等率的获得方法，其特征在于，以汽轮机调节阀开度为横坐标，以局部转速不等率为纵坐标，绘制出汽轮机局部转速不等率变化曲线。

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