背压汽轮机组回热发电的安全运行分析

背压汽轮机组回热发电的安全运行分析

夏璐

合肥东方热电有限公司 安徽合肥 230000

摘要：某地区原有的热力管网老化，热源能力严重缺乏，无法适应城市发展的需求；同时，为更好的顺应环保要求，优先考虑集中供热，大规模拆除原主采暖炉。某市火力发电公司抓住这一机遇，将2X630MW超临界、一次中间再热凝汽机组改造为2×500t/h、首站具备700MW集中供热能力的热电联产供热机组。为达到梯级使用目的，在电厂内设置2个12MW级的背压机组，其功率均纳入电厂供电系统。本文着重论述将背压式机组并入主机之后，对电厂电力系统的安全性产生的影响。

关键词：热电联产 余压发电 负荷试验 稳定运行

1背压汽轮机组回热发电背景分析

在节约能源和改善环境等各领域，集中供热以及热电联产都已取得显著的经济效益。采用集中式采暖取代分散式小型燃煤锅炉，可以节约大量分散式小型燃煤机组占地，对整个城市的整体发展具有重要意义。

2系统运行概况浅析

2.1原主机用6kv电源系统概况

某电厂的总装机规模为2X630MW，每个装置均配备一座高厂变，并设有2段6kV工作母线，用于本单元机组厂用负荷供电。主设备的电力负载分接到两台机器四段工作母线上。根据脱硫区高电压负载随机供电原理以及原则，另外还设有2段6kV输煤母线，其中2台6kV工作母线分别连接一条线路，互为备用电源。

2.2改造后运行方式

热网背压式汽轮发电机组采用出口开关，自动准同期与热网首站6kV母线连接，当主机6KV工作段母线三相发生短路的时候，短路电流上限可以达到47.92KA,所以为这种开关设备选定的额定动稳定电流是125KA，热稳定电流是50KA.

3现存问题与相应解决对策

3.1问题描述

因为原主机没有6KV公用母线，输煤、脱硫等电力全部由主机6kV母线提供，主机6kV工作段，母线在三相短路时，其短路电流可达到47.92kA，所以选择6kV配电装置应选用50kA热稳定电流和125kA动稳定电流。

热网式发电机组的额定容量为12MW，功率因数0.8，纵轴饱和暂态电抗是11.45%，与原有6kV设备连接后，在6kV工作段发生三相短路时，单台热网发电机提供的电流是9KA，厂用6kV线路的短路电流相应提高56.92kA，此时动态电流上限可以达到149kA，远远超过目前6 kV开关设备的额定电容。

3.2解决办法

（1）串联快速限流器

为消除因短路而造成的安全事故，在机组出口安装串联式快速限流器，将其纳入6kV电厂工作区。通过这种方法，当6kV主设备出现故障后，通过限流装置快速地判定出故障发展动向，如果在系统发生故障的时候电流没有超过50KA，限流器就不会自动启动，这是由于该装置当前的切换装置存在开断故障。当发现系统的故障超出50kA，限制器会在0.6毫秒之内关闭，从而断绝由热网发生器向6kV区段供电电流。

由于电流限制装置从出现失效到动作结束时间控制在1毫秒范围之内，比现行的保护整定速度要短得多，而且不会对现行的保护整定产生任何的影响。同时，由于其动作速度较快，截流小，因此不存在运行过载的风险。

（2）保户增配

为保证主、热网机的电力一次设备不受干扰，需要多假装一台主机跳闸联跳热网发电机的硬联锁回路。

4多种工况下热网发电试验分析

为检测热网发电机在不同工作条件下对6kV机组运行母线的干扰情况，选择在低压、低负荷状态（主机厂用电最少）时进行机组负载大幅升降实验；针对热网发电机的励磁调节器存在的滞后现象，本文进行人工控制无功变负载实验和人工控制PFC变负载实验。重点研究不同运行条件下，热网发电机稳态输出对主系统造成的干扰。通过实验可以得知在不同功负载情况下，机组的各项指标均在正常范围之内，可以正常、稳定地工作。

5甩负荷试验校验

在主机或热网机组、供热管网出现故障时，可能导致机组跳闸或必须进行紧急停机，为检验该运行状态下热网发电机进行负荷测试，即热网机组的甩负荷实验。

为保证实验安全性，在50%的负载速率下进行甩负荷实验，重点在于6kV母线压降和热网汽轮机最大转数对机组的安全性是否会造成影响。

5.1主机与热网系统相关实验曲线

为更加清晰对的分析扰动情况，当热网发电机输出功率为100%负荷的时候，对甩负荷相关数据的实时趋势进行对比，可以得知，当热网发电机的输出功率在最大的时候，进行甩负荷实验，6KV主机的用电压可以瞬时间下降到92V，大约是下降1.5%,母线电压可以稳定在6.2KV之上。

5.2问题分析

（1）一个可能

在热网发电机同步启动的情况下，由于主电源的保护动作而启动电厂的快速切断，会导致热网发电机不同步合闸，从而影响到主机厂用电切换的可靠性。

（2）一个隐患

在一定工作条件下，热网式发电机组会引起6 kV电厂的电力系统发生振动。要消除热网机组发电功率因素，必须对其进行适当调节，但因其发生频率不高，在这种情况下还没有产生规律性，要花更多的时间去摸索和消除。

（3）注意事项

热网背压机组不具备进相运行能力，因此，热网操作人员应对其进行无功调节，并关注其潮流分布，以保证在低峰时段不超过6.4kV，同时防止热网发电机进相运行。

6节能计算

与热电分产相比，热电联产具有明显的节约效益。在例如，当锅炉功率在在0.85的情况下，电热联合发电的能耗是179kg/10⁶kcal，供电煤消耗是201g/KWH。这比锅炉效率在0.75的耗煤率220kg/10⁶kcal，以及全国重点火电厂1980年的平均供电煤耗率421g/KWH要少很多。不同的蒸汽参数条件下背压相同，提高电热率，就是能产生同样数量的热能，从而节省能源。根据计算结果可知，在此条件下，一年工作时间为5000个小时，节煤净投入最高为268元/吨标准，低于国家发改委的350元标准。投资的回收率为60元/吨，电价为40元/10³kW，热电站投资为2000,000元/KW时，最大投资期限为2.5年，也比国家发改委规定5年低。若年工作时间延长，则会有更好的数据表现。

尽管热电联厂能源利用率高，节能效果好，但这是在背压机的工作状态下得到的，所以在选择背压机时，要尽量在接近额定工况的条件下工作。然而，背压机组工作在额定工况下得到的，其工作过程中热负载变化难以回避，因而不可能始终达到高燃料热利用率和良好节油效果，而在低压工况下，机组工作效能会降低；尤其是背压型机组，其定载汽耗相当高，约为定额蒸发量的20~30%，在低负载时，其相对效应增大，从而导致发电量消耗比增加，从而导致能耗下降。所以必须用年工作小时数和背压式蒸汽轮机的年均蒸发率来进行节能效应的计算。

7低负荷工况下节能效果计算

在此之前，我们根据一机一炉匹配方案为基础，假定机组供汽功率为逆压型机组的80%、70%和60%，年运转时间为5000、6000、7000小时三种情况，按进汽参数为35ata,435 C,49 ata,470^oC；对四种不同类型逆压型机组进行热泵节电效率分析。若标煤价格、供电价格、发电站的单位投入与假设的数据不一致，则可参考《额定工况下节能效果计算汇总表》所给出的方法，快速求出不同条件下的煤炭净耗量，并对其进行合理的判断。

提高背压机组按照额定功率折算的年工作时间是决定节能效应的关键因素。当背压型机组负载比较大时，蒸汽负载就越平稳，而当年供汽次数越多，其“年工作小时”也就越多，节能效果就愈显著。故在设计时需进行年、月、日的蒸汽负荷的计算，以求出长期的、稳定的基础负荷用蒸汽，并通过背压式蒸汽机车供给；同时，通过降压降温设备提供短时高峰用蒸汽。这样可以增加按照额定功率折算的年工作时间，从而增加节电效果。

参考文献

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