热电机组供热模型数据采集研究

王昭鑫，曾洁，孙玮，吴萌

（1.国网山东省电力公司，山东济南250001；2.国网山东省电力公司济南供电公司，山东济南250001；3.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东济南250002；4.国华能源投资有限公司，山东济南250002）

热电机组供热模型数据采集研究

王昭鑫1，曾洁2，孙玮3，吴萌4

（1.国网山东省电力公司，山东济南250001；2.国网山东省电力公司济南供电公司，山东济南250001；3.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东济南250002；4.国华能源投资有限公司，山东济南250002）

介绍山东省热电机组在线监测系统的功能组成以及供热数据准确对电网安全运行的意义。针对山东省热电机组特点，以某个具有代表性的热电机组供热系统图为例，提出了数据采集的解决方案并介绍系统建设中为保证数据准确性和可靠性的关键技术。实践证明，提出的方法和采用的关键技术在实际应用中具有较高的实用价值。

热电机组；监测系统；数据可靠性

0 引言

近年来，山东省热电机组发展迅速，在节能、环保等方面起到了积极的作用［1］。为了通过统一调度及协调，进一步提高热电机组的管理水平，2013年山东电网建设了山东省热电机组在线监测系统，实现了山东省热电机组的在线监测一体化。该系统具有热力和电力等数据采集传输、数据管理、数据报表、指标计算、网上浏览等5部分功能。各个热电厂根据各自的供热系统图，把现场采集的热电数据传输到山东电力调度控制中心的在线监测系统，由系统实时计算出机组的热电比、热效率，判断热电比是否达标，并根据热电比的排名确定每年补偿发电量。该监测系统作为山东省电力节能调度辅助系统，可以根据机组供热量的随机变化，实时调整供热机组的最小安全发电量，为山东省的节能降耗做出了突出贡献。该系统的数据汇总后可以生成各种报表，可以按电厂名称、机组容量、运行参数、热电比、时间等项目分类检索。授权用户可以从Internet网上登陆以浏览器方式查询系统的数据，确保“以热定电”政策中供热量和发电量的各种数据的公开、公平和公正。

为了建立节能调度的供热模型，根据各台供热机组的热力系统图和电厂的供热关系图确定其应该采集的测点信息是山东省热电机组在线监测系统的关键技术。

1 热电机组数据采集测点选择

电厂的供热方式多种多样，有母管制供热系统的热电机组，有背压式汽轮机供热系统的热电机组，还有抽汽凝汽式汽轮机供热系统的热电机组［2-4］，其中抽凝式供热机组中有十几种结构型式，这些供热机组的抽汽级数、供热方式、调节方式各不相同。因此必须根据各台热电机组的热力关系采集相应的数据，否则就无法建立准确的节能调度供热模型。以华能运河发电有限公司为例，5号机组4抽来的蒸汽进入5号机组的辅汽联箱，6号机组4抽来的蒸汽进入6号机组的辅汽联箱，两个辅汽联箱用母管相连后对外供热。这样在线监测系统收到的供热数据无法区分是5号机组的还是6号机组的，无法做到单台机组供热量判定，从而影响了热电比、热效率、节能调度等一系列分析。所以，为保证监测系统数据的可靠性和准确性，需要在统一的采集测点表的基础上，利用各台热电机组的热力系统图和电厂详细的供热关系图，确定各机组的采集量测点。

监测系统采集准确、有效的供热数据是计算每台机组供热量、热电比、热效率的基础。采集测点确定原则是每台机组各个缸单独的供热焓和该蒸汽的回水焓［5］。采集基本测点表见表1。

表1 采集和传送的测点表

注：1）以上各运行参数为单台机组数据；2）各机组的工业抽汽、采暖抽汽如为多级，则各级抽汽均应监测温度、压力、流量；3）如果热网加热器为多级，则应监测各加热器的温度、压力、流量；4）不同机组由于其热力系统的差异，其实际测点要求也会有所不同；5）对于冬季高背压热电机组，还需提供凝汽器进水、出水温度。

2 热电机组采集测点选择实例

以章丘电厂为例说明测点确定过程。

2.1 机组热力系统图

2号机组在每年的大部分时间采用抽凝方式发电和工业供热，在冬季居民采暖供热时，采用背压方式发电和供热。这样在居民采暖供热前，2号汽轮机低压缸解体，更换2×4级高背压转子及隔板，原末级及次末级隔板安装位置加装导流环；将原凝汽器循环水切换为城市热网循环水。使用新设计的动静叶片级数相对减少的高背压低压转子，凝汽器运行高背压（40～45 kPa），对应排汽温度提高至80℃左右，将凝汽器的循环水系统切换至热网循环泵建立起来的热水管网循环水回路，如图1所示，形成新的“热—水”交换系统，进行城区循环水供热，而纯凝工况下所需要的冷水塔及循环水泵退出运行。

图1 高背压供热系统简图

2.2 电厂供热关系图

该电厂除城区循环水供热以外，采用抽汽供热的方式进行工业供热。高压供汽和城区供热抽汽系统如图2所示。为满足城区供热一级热网与二级热网的换热要求，低真空循环水供热采用串联式三级加热系统，热网循环水首先经过凝汽器进行第一次加热，吸收低压缸排汽余热，将循环水温度加热至75℃左右，然后再经过2号机组供热首站蒸汽加热器完成第二次加热，循环水温度达到90℃，最后由二期供热首站，经过3号、4号机组的抽汽加热器进一步加热至100℃以上，送至热水管网通过二级换热站与二级热网循环水进行换热，高温热水冷却后再回到机组凝汽器，构成一个完整的循环水路。

表2 采集测点表

2号、3号和4号机组是抽凝机组，2号机组冬季供热时换转子变成背压机组，根据其机组的供热系统图和供热关系图确定其采集的测点信息，见表2。

2.3 测点确定过程说明

位置B、C和F都是热网循环水（城区回水），所以这3个位置中流量处处相等，因此只需要采集任一处的流量和压力即可，其余两个位置可以只采集温度。H、I和J分别为2号、3号和4号机组高压缸对外供热的信息，这些蒸汽不回收，所以没有回水焓的问题。D和E分别是3号和4号机组中压缸对外供热的信息，它们的回水到G，构成1个回路。所以G的流量是D和E流量之和，因此G只需要采集温度和压力。A是2号机组中压缸对外供热的信息，它的回水到K，即K的流量与A相同，所以这两个位置中只需要采集其中1个的流量即可。B和C可以用来计算2号机组背压运行时供热信息。

上述2号、3号和4号机组还需要提供每台机组的主蒸汽流量、压力和温度；每台机组的发电有功功率和上网发电量和开关状态；每台机组补水温度；每台机组对外供热的调节阀门的开度信息，对该电厂而言，即中压缸到低压缸连通管上的调节阀的开度信息和H、I及J处的调节阀的开度信息。所以该电厂3台热电机组3种供热方式，总共需要采集54个点信息。

3 供热数据校核方法

供热数据是否正确直接影响到对机组调度方式的判断，关系到机组、电网生产安全，为了判定供热数据的准确性，排除不良量测点对系统的影响，系统采用如下方法进行判断。

3.1 利用热效率计算方法判定

其中：Q=∑［m×（i抽汽焓－i回水焓）］

式中：η为总热效率，%；Q为供热量，kJ；P为发电量，kWh；B为燃料总消耗量，kg；Qar，net为燃料单位低位发热量，kJ／kg；m为抽汽量，kg；i抽汽焓为抽汽焓，kJ／kg；i回水焓为回水焓，kJ／kg。

对于供热数据的采集最终体现在对热效率和热电比的计算，热效率每台机组有相对固定的区间，且不会经常变化，对于热效率异常高、异常低、经常变化的机组发出报警提示。

3.2 利用抽凝式热电机组的供热经验公式判定

抽凝式热电机组所承担的电负荷与热负荷并没有确定的一一对应关系，在一定供热流量及供热压力下，电负荷可以在一定的范围内进行调整，该负荷调整范围就是热电机组的电负荷调度区间。根据供热经验公式，汽轮机的进汽热量应该等于用于发电功率的蒸汽热量和用于供热的蒸汽热量之和。利用上述原理，特性关系式可以近似为

式中：D0为进汽流量，t／h；D1为一次抽汽流量，t／h；P为机组功率，MW；K0、K1为对应上述负荷和蒸汽流量的系数。

4 结语

山东省热电机组在线监测系统中各台热电机组准确的数据采集，为建立精确的机组供热模型奠定良好的基础。根据各机组供热模型和各机组准确的热电数据，2014年已经成功地处理了多个电厂供热量和发电负荷之间的分配关系，而这些分配关系在2013年没有上述数据时，几乎是很难圆满解决的。该系统为山东省的节能降耗做出了贡献。

［1］胡玉清，马先才.我国热电联产领域现状及发展方向［J］.黑龙江电力，2008，30（1）：79-80.

［2］祝平.热电联产热电机组的选型［J］.应用能源技术，2003（4）：1-4.

［3］戈志华，杨佳霖，何坚忍，等.大型纯凝汽轮机供热改造节能研究［J］.中国电机工程学报，2012，32（17）：23-25.

［4］王景和.350 MW纯凝机组改供热机组设计优化与项目实施［J］.电力技术，2009（11）：42-45.

［5］戴军，刘光耀，徐婷婷，等.供热机组热电比影响因素研究［J］.华电技术，2013（12）：34-37.

Data Acquisition for the Model of Thermo-electric Generator Unit

The function of the on-line monitoring system of Shandong thermo-electric generator units and the significance of accurate heating data for the power grid are introduced.According to the characteristics of Shandong thermo-electric generator unit，with a representative heating system map as an example，we put forward the data collection programs and introduce the key technologies for accurate and reliable data on the construction of the system.The practice has proved that the proposed methods and the key technologies have high value in the practical application.

thermo-electric generator unit；monitoring system；data reliability

TP273

：B

：1007－9904（2014）05－0069－04

2014-07-05

王昭鑫（1983—），男，工程师，从事电力调度自动化工作；

曾洁（1983—），女，助理工程师，从事电力调度自动化管理工作；

孙玮（1953—），男，教授，从事热电机组控制技术研究等方面工作；

吴萌（1988—），男，助理工程师，从事自动化工作。