CN109672222B - 基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统，包括：功率平衡发电机，所述功率平衡发电机连接至平衡发电机升压变压器，平衡发电机升压变压器、主变压器、厂用高压分裂变压器及主发电机均连接至公共节点；其中，所述主变压器连接至高压配电装置，所述厂用高压分裂变压器连接至启动/备用高压变压器，所述启动/备用高压变压器连接至高压配电装置。本公开的技术方案电气接线清晰，运行控制简单，厂用电系统运行方式和功率平衡发电机运行方式互不影响。
Description
技术领域
本公开涉及高参数大容量火力发电厂技术领域，特别是涉及基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统及方法。
背景技术
燃煤发电机组的蒸汽参数的提高，可以获得更高的循环效率，进一步降低机组的煤耗。但随着蒸汽参数的提高，回热抽汽过热度增大，回热加热器内汽侧和水侧换热不可逆损失增加，削弱了提高蒸汽参数带来的收益。对于这一问题，可以采用特殊的热力系统结构——双机回热系统，带回热驱动式小汽机的双机回热系统，可以有效解决常规系统下再热蒸汽温度升高引起的再热后回热抽汽过热度增大、换热不可逆损失增加的问题。同时，回热驱动式小汽机汽源来自于一次再热冷段，从而显著减小了一次、二次再热流量，降低了高压、中压叶片和转子的设计难度。
给水泵汽轮机设计为背压机，并通过在该给水泵汽轮机上抽汽带回热加热器。给水泵汽轮机出力不仅仅满足给水泵需要，还要满足回热系统加热器需要，两者之间通过功率平衡发电机进行协调，在不同负荷工况下，通过小发电机的电负荷来协调给水泵的出力。回热驱动式小汽机、给水泵、功率平衡发电机之间的布置如图3所示。
功率平衡发电机需要并入厂内电网，将回热驱动式小汽轮机与给水泵之间多余的能量进行利用，同时为回热驱动式小汽轮机稳定转速。如何将功率平衡发电机接入系统以及采用合理的厂用电接线，对于保证机组的安全连续运行、方便操作等有着重要的作用，同时电厂减员增效要求简化厂用电接线以减少运行维护工作量。
功率平衡发电机接入厂用电中压系统以后，通常会造成厂用电中压系统短路电流大幅增加，设备选型困难；保护配置复杂；厂用电系统潮流监控困难，并可能出现部分设备过负荷现象，造成给水泵汽轮机被迫限负荷。
因此，如何优化双机回热系统功率平衡发电机的并网方式是本申请的技术方案所要解决的主要技术问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开的实施例子提供了基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统，本公开将功率平衡发电机接入电力系统对厂用电系统设备选型没有影响。
为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：
基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统，包括：功率平衡发电机，所述功率平衡发电机连接至平衡发电机升压变压器，平衡发电机升压变压器、主变压器、厂用高压分裂变压器及主发电机均连接至公共节点；
其中，所述主变压器连接至高压配电装置，所述厂用高压分裂变压器连接至启动/备用高压变压器，所述启动/备用高压变压器连接至高压配电装置；
双机回热系统启动时，当回热小汽机转速升至设定数据稳定后,通过功率平衡发电机出口断路器实现同期并网。
进一步的技术方案，所述主变压器与高压配电装置之间设置有开关设备。
进一步的技术方案，所述功率平衡发电机与平衡发电机升压变压器之间设置有平衡发电机出口断路器。
进一步的技术方案，所述启动/备用高压变压器与高压配电装置之间设置有开关设备。
进一步的技术方案，所述厂用高压分裂变压器分别通过厂用10kV A段及厂用10kVB段连接至启动/备用高压变压器。
进一步的技术方案，所述厂用10kV A段的两侧所在线路分别设置有开关设备，所述厂用10kV B段的两侧所在线路分别设置有开关设备。
进一步的技术方案，所述主发电机和功率平衡发电机布置在汽机房运转层，所有的变压器布置在A列外。
本申请实施例子还公开了基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网方法，包括：
将功率平衡发电机经平衡发电机升压变压器升压后，并入主发电机出口处，功率平衡发电机与主发电机并联，通过主变压器升压后向电网送电，同时通过厂用高压分裂变压器降压后为电厂负荷供电，启动/备用高压变压器9作为厂用负荷的启动和备用电源。
进一步的技术方案，双机回热系统启动时，先由电动给水泵给锅炉上水，回热小汽机不进汽，在大机冲转并网后启动回热式驱动小汽机，当回热小汽机转速升至设定数据稳定后,通过功率平衡发电机出口断路器实现同期并网；
进一步的技术方案，机组运行时，回热抽汽量由回热加热器自平衡决定，给水泵出力由某工况下给水流量及给水压头决定，各工况下回热小汽机进汽量不可能同时满足给水泵出力和回热抽汽量，全负荷及变负荷工况下，小汽机调门不参与调节，机组负荷随进、排汽参数变化，不同负荷时通过小发电机的电负荷来平衡回热式驱动小汽机多余出力，各工况下功率平衡发电机功率并不相同，在10MW～30MW之间。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开的技术方案电气接线简单，可靠性高。
本公开的技术方案电气接线清晰，运行控制简单，厂用电系统运行方式和功率平衡发电机运行方式互不影响。
本公开的技术方案功率平衡发电机接入对厂用电系统设备选型没有影响。
本公开的技术方案节省建设投资，经济性好。
本公开的技术方案主厂房A列外设备布置方便，占地小，运行维护工作量小。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为将功率平衡发电机经过分裂隔离变压器跨接到2段厂用中压母线段常规接线电气图；
图2为基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网电气接线图；
图3为回热驱动式小汽机、给水泵、功率平衡发电机之间的布置图；
图中，1功率平衡发电机；2平衡发电机出口断路器；3平衡发电机升压变压器；4主发电机；5主变压器；6厂用高压分裂变压器；7厂用10kV A段；8厂用10kV B段；9启动/备用高压变压器；10高压配电装置；11功率平衡发电机隔离变；12厂用高压双卷变压器；13厂用10kV C段。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
针对初参数较低的汽轮机，特别是在再热蒸汽温度不是特别高的情况下，再热对回热的削弱作用不明显，直接从主机抽汽回热成为优选方案，而对于高参数的百万二次再热机组，本申请的技术方案非常适用。
双机回热系统主要构成是热力系统，本技术方案主要描述的是跟双机回热系统配套的功率平衡发电机如何接入电力系统。给水泵汽轮机设计为背压机，并通过在该给水泵汽轮机上抽汽带回热加热器。给水泵汽轮机出力不仅仅满足给水泵需要，还要满足回热系统加热器需要，两者之间通过功率平衡发电机进行协调，在不同负荷工况下，通过小发电机的电负荷来协调给水泵的出力。
本申请的一种典型的实施方式中，如图2所示，提供了基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统，功率平衡发电机1连接至平衡发电机升压变压器3，平衡发电机升压变压器3、主变压器5、厂用高压分裂变压器6及主发电机4均连接至公共节点；
其中，所述主变压器5连接至高压配电装置10，所述厂用高压分裂变压器6连接至启动/备用高压变压器9，所述启动/备用高压变压器9连接至高压配电装置10。
主变压器与高压配电装置之间设置有开关设备。功率平衡发电机与平衡发电机升压变压器之间设置有平衡发电机出口断路器2。启动/备用高压变压器与高压配电装置之间设置有开关设备。厂用高压分裂变压器分别通过厂用10kV A段7及厂用10kV B8段连接至启动/备用高压变压器9。厂用10kV A段的两侧所在线路分别设置有开关设备，所述厂用10kVB段的两侧所在线路分别设置有开关设备。
主发电机和功率平衡发电机布置图汽机房运转层，所有的变压器布置在A列外，10kV开关柜布置在汽机房中间层10kV配电室。
常规接线方案是将功率平衡发电机经过分裂隔离变压器跨接到2段厂用中压母线段。如图1所示，在功率平衡发电机正常运行时，可作为10kV厂用电的有效补充，降低高厂变的负荷率，同时提高厂用10kV电压的稳定水平。
功率平衡发电机通过平衡发电机分裂隔离变11分别接入厂用10kV A段7、厂用10kV B段8，厂用10kV A段、厂用10kV B段连接至厂用高压分裂变压器6，厂用高压分裂变压器、主发电机、主变压器及厂用高压双卷变压器12连接至公共节点，厂用高压双卷变压器连接至厂用10kV C段13，主变压器接至高压配电装置，厂用10kV A段、厂用10kV B段分别接至启动/备用高压变压器，启动/备用高压变压器连接至高压配电装置。
但其存在以下问题：
系统短路时，功率平衡发电机向中压厂用电系统提供约10kA的短路电流，造成中压厂用电系统短路电流大幅增加，设备选型困难。
厂用电保护配置复杂。
厂用电系统潮流流向复杂，难以控制，可能出现部分设备过负荷。
A列外设备布置拥挤。
本公开的另一实施例子还公开了基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网方法，包括：将功率平衡发电机1经平衡发电机升压变压器3升压后，并入主发电机4出口处，功率平衡发电机1与主发电机4并联，通过主变压器5升压后向电网送电，同时通过厂用高压分裂变压器6降压后为电厂负荷供电。启动/备用高压变压器9作为厂用负荷的启动和备用电源。
双机回热系统启动时，先由电动给水泵给锅炉上水，回热小汽机不进汽。在大机冲转并网后启动回热式驱动小汽机，当回热小汽机转速升至3000r/min稳定后,通过功率平衡发电机出口断路器实现同期并网。
随着大机负荷的增加和回热小汽机调门开度的进一步增加，回热小汽机出力和给水泵出力也逐渐增加，当给水泵出口压力升高至电动给水泵出口压力，给水泵小汽机与电动给水泵并列运行，并逐渐减小电动给水泵出力，调节电动给水泵出口调节阀，维持电动给水泵出口压力满足要求，减小流量。直至电动给水泵流量减小到一定程度，停止电动给水泵，完全由小汽机驱动给水泵满足锅炉给水的需要。
机组运行时，回热抽汽量由回热加热器自平衡决定，给水泵出力由某工况下给水流量及给水压头决定，各工况下回热小汽机进汽量不可能同时满足给水泵出力和回热抽汽量。全负荷及变负荷工况下，小汽机调门不参与调节，机组负荷随进、排汽参数变化，不同负荷时通过小发电机的电负荷来平衡回热式驱动小汽机多余出力，各工况下功率平衡发电机功率并不相同，在10MW～30MW之间。
当大机负荷以稳定速率降低时，给水泵通过调整调速装置转速随给水调节而自动降速。当大机负荷降至40％-30％，启动电动给水泵，逐步停止双机回热给水泵。
本专利方案是经过对功率平衡发电机及厂用电负荷的分析，通过方案论证及技术经济比较，所提出的一个接线简单、运行可靠且经济的接线方案。
下表是针对2×1000MW机组采用不同方案时所做的经济比较：
通过以上比较可以看出，附图2方案初始投资较附图1方案节省约291.6万元。考虑到功率平衡发电机经升压变接到发电机出口后，附图2方案相比附图1方案的高厂变负载损耗增加，增加的负载损耗按照80kW考虑，本工程机组年利用小时数5500小时，上网标杆电价0.3949元，得出附图2方案相比附图1方案，所增加的高厂变运行损耗费用约80*5500*0.3949＝17.38万元，相比初投资所节省的费用，运行费用回收年限过长，因此从经济性上看，附图2方案明显优于附图1方案。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统，其特征是，包括：功率平衡发电机，所述功率平衡发电机连接至平衡发电机升压变压器，平衡发电机升压变压器、主变压器、厂用高压分裂变压器及主发电机均连接至公共节点；所述功率平衡发电机与平衡发电机升压变压器之间设置有平衡发电机出口断路器；
其中，所述主变压器连接至高压配电装置，所述厂用高压分裂变压器连接至启动/备用高压变压器，所述启动/备用高压变压器连接至高压配电装置；
双机回热系统启动时，当回热小汽机转速升至设定数据稳定后,通过功率平衡发电机出口断路器实现同期并网；
双机回热系统中，给水泵汽轮机出力不仅仅满足给水泵需要，还要满足回热系统加热器需要，两者之间通过功率平衡发电机进行协调，在不同负荷工况下，通过功率平衡发电机的电负荷来协调给水泵的出力，回热系统为高参数的百万二次再热机组。
2.如权利要求1所述的基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统，其特征是，所述主变压器与高压配电装置之间设置有开关设备。
3.如权利要求1所述的基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统，其特征是，所述启动/备用高压变压器与高压配电装置之间设置有开关设备。
4.如权利要求1所述的基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统，其特征是，所述厂用高压分裂变压器分别通过厂用10kV A段及厂用10kV B段连接至启动/备用高压变压器。
5.如权利要求1所述的基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统，其特征是，所述厂用10kV A段的两侧所在线路分别设置有开关设备，所述厂用10kV B段的两侧所在线路分别设置有开关设备。
6.如权利要求1所述的基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网系统，其特征是，所述主发电机和功率平衡发电机布置在汽机房运转层，所有的变压器布置在A列外。
7.基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网方法，其特征是，包括：
将功率平衡发电机经平衡发电机升压变压器升压后，并入主发电机出口处，功率平衡发电机与主发电机并联，通过主变压器升压后向电网送电，同时通过厂用高压分裂变压器降压后为电厂负荷供电，启动/备用高压变压器作为厂用负荷的启动和备用电源。
8.如权利要求7所述的基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网方法，其特征是，双机回热系统启动时，先由电动给水泵给锅炉上水，回热小汽机不进汽，在大机冲转并网后启动回热式驱动小汽机，当回热小汽机转速升至设定数据稳定后,通过功率平衡发电机出口断路器实现同期并网。
9.如权利要求7所述的基于双机回热系统带功率平衡发电机的并网方法，其特征是，机组运行时，回热抽汽量由回热加热器自平衡决定，给水泵出力由某工况下给水流量及给水压头决定，各工况下回热小汽机进汽量不可能同时满足给水泵出力和回热抽汽量，全负荷及变负荷工况下，小汽机调门不参与调节，机组负荷随进、排汽参数变化，不同负荷时通过功率平衡发电机的电负荷来平衡回热式驱动小汽机多余出力，各工况下功率平衡发电机功率并不相同，在10MW～30MW之间。
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