一种空气透平不脱轴参与调相运行的方法及系统与流程

本发明涉及压缩空气储能系统领域，具体涉及一种空气透平不脱轴参与调相运行的方法及系统。

背景技术：

1、交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。无功功率是由于感性或容性负载的存在，建立电感的磁场或电容的电场都需要电源多提供一部分不做机械工的功率。在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电力系统中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场或电场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。因此，在正常的电力系统中会装配无功补偿设备改善电能质量和提高输电线路的稳定性。目前，电力系统常用的无功补偿设备包括同期调相机、并联电容器、串联电容器、并联电抗器、串联电抗器和静止型动态无功补偿器。而目前的各类调相机技术都需要新建，不仅投资高、维护工作量大，而且建设周期相对较长。

2、压缩空气储能是极具发展潜力的长时大规模储能技术，电网高峰时，压缩空气储能系统利用压缩机，将电能转化为空气压力能，随后高压空气被密封存储于报废的矿井、岩洞、废弃的油井或者人造的储气罐中；电网低谷时，通过放出高压空气推动膨胀机，将存储的空气压力能再次转化为机械能或者电能。因此，压缩空气储能系统具有间歇性发电特点，当电网低谷时，处于非发电阶段，此时机组处于停机状态，没有得到充分利用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种空气透平不脱轴参与调相运行的方法，调节发电机励磁系统向电网输送无功功率，改善电网无功功率不足的现象，同时通过真空泵抽取空气透平膨胀机中的空气，降低转动轴旋转过程的摩擦。

2、本发明的目的还在于提供用于上述空气透平不脱轴参与调相运行的方法的系统。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、步骤1.在空气透平膨胀机处设置疏水排空阀，在疏水排空阀后面加装真空泵，在空气透平膨胀机低压缸排气处加装挡板门；

5、步骤2.同步调相运行时，关闭进气门，发电机进行转动，发电机与空气透平膨胀机处于同一根轴；

6、步骤3.关闭挡板门启动真空泵抽取空气透平膨胀机中残留空气，使得空气透平膨胀机中逐渐趋于真空状态直至真空状态，维持真空泵运行保持空气透平膨胀机真空状态，此时转动轴在转动过程中的摩擦阻力减小，进而降低电能消耗和空气透平膨胀机的损耗。

7、本发明所述步骤2中，当要进行同步调相运行时，逐渐全关进气门，检查发电机有功功率小于等于零，随后将发电机的动力来源由空气透平膨胀机切换为电力系统，此时发电机变为电动机带动转轴转动，此时发电机处于调相机运行，发电机与空气透平膨胀机处于同一根轴。

8、本发明所述步骤3关闭挡板门，依次打开第一疏水排空阀至第五疏水排空阀，启动真空泵运行，真空泵逐渐将空气透平膨胀机中的空气抽干，使得空气透平膨胀机处于真空状态，维持真空泵运行，保持空气透平膨胀机处于真空状态，降低转动轴转动时的摩擦力。

9、本发明的空气透平不脱轴参与调相运行的系统，包括冷罐、热罐、储气库、压缩机、空气透平膨胀机、压缩侧换热器、膨胀侧换热器、高温循环水泵、低温循环水泵、疏水排空阀、真空泵，挡板门，所述冷罐的出口与低温循环水泵的进口连接，低温循环水泵的出口与压缩侧换热器的管侧进口连接，压缩侧换热器的壳侧进口与压缩机的出口连接，压缩侧换热器的壳侧出口与储气库连接，压缩侧换热器的管侧出口与热罐进口连接，热罐的出口与高温循环水泵的进口连接，高温循环水泵的出口与膨胀侧换热器的管侧进口连接，膨胀侧换热器的管侧出口与冷罐的进口连接，膨胀侧换热器的壳侧进口与储气库连接，空气透平膨胀机高压内缸和高中压外缸上分别通过疏水管道设置有第一疏水排空阀和第二疏水排空阀，空气透平膨胀机高压缸上设置有高压排气管路连接至空气透平膨胀机中压缸，在高压排气管上通过疏水管道设置有第三疏水排空阀，空气透平膨胀机中压缸输出端通过低压排气管路连接至空气透平膨胀机低压缸，在空气透平膨胀机低压排气管路上通过疏水管道设置有第四疏水排空阀，在空气透平膨胀机低压缸排气端设置有排气管路，在排气管路上通过疏水管道设置有第五疏水排空阀，第一疏水排空阀至第五疏水排空阀均通过连接管汇聚到一根主连接管路上，通过主连接管路与真空泵相连，空气透平膨胀机低压缸排气处设置挡板门，发电机与空气透平膨胀机的低压缸的转动轴连接。

10、本发明空气透平膨胀机由左到右分别为空气透平膨胀机高压缸、空气透平膨胀机中压缸和空气透平膨胀机低压缸。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：在没有动力气源，机组全停的情况下，通过电网带动发电机转动，调节发电机励磁系统向电网输送无功功率，改善电网无功功率不足的现象，同时通过真空泵抽取空气透平膨胀机中的空气，降低转动轴旋转过程的摩擦，进而在长时调相过程中降低发电机的功耗，同时降低转动轴的磨损。

技术特征：

1.一种空气透平不脱轴参与调相运行的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种空气透平不脱轴参与调相运行的方法，其特征在于：所述步骤2中，当要进行同步调相运行时，逐渐全关进气门，检查发电机有功功率小于等于零，随后将发电机的动力来源由空气透平膨胀机切换为电力系统，此时发电机变为电动机带动转轴转动，此时发电机处于调相机运行，发电机与空气透平膨胀机处于同一根轴。

3.根据权利要求1所述的一种空气透平不脱轴参与调相运行的方法，其特征在于：所述步骤3关闭挡板门，依次打开第一疏水排空阀至第五疏水排空阀，启动真空泵运行，真空泵逐渐将空气透平膨胀机中的空气抽干，使得空气透平膨胀机处于真空状态，维持真空泵运行，保持空气透平膨胀机处于真空状态，降低转动轴转动时的摩擦力。

4.一种空气透平不脱轴参与调相运行的系统，其特征在于：包括冷罐（6）、热罐（4）、储气库（5）、压缩机（2）、空气透平膨胀机（7）、压缩侧换热器（3）、膨胀侧换热器（18）、高温循环水泵（9）、低温循环水泵（10）、疏水排空阀、真空泵（11），挡板门（12），所述冷罐（6）的出口与低温循环水泵（10）的进口连接，低温循环水泵（10）的出口与压缩侧换热器（3）的管侧进口连接，压缩侧换热器（3）的壳侧进口与压缩机（2）的出口连接，压缩侧换热器（3）的壳侧出口与储气库（5）连接，压缩侧换热器（3）的管侧出口与热罐（4）进口连接，热罐（4）的出口与高温循环水泵（9）的进口连接，高温循环水泵（9）的出口与膨胀侧换热器（18）的管侧进口连接，膨胀侧换热器（18）的管侧出口与冷罐（6）的进口连接，膨胀侧换热器（18）的壳侧进口与储气库（5）连接，空气透平膨胀机（7）高压内缸和高中压外缸上分别通过疏水管道设置有第一疏水排空阀（13）和第二疏水排空阀（14），空气透平膨胀机（7）高压缸上设置有高压排气管路连接至空气透平膨胀机（7）中压缸，在高压排气管上通过疏水管道设置有第三疏水排空阀（15），空气透平膨胀机（7）中压缸输出端通过低压排气管路连接至空气透平膨胀机（7）低压缸，在空气透平膨胀机（7）低压排气管路上通过疏水管道设置有第四疏水排空阀（16），在空气透平膨胀机（7）低压缸排气端设置有排气管路，在排气管路上通过疏水管道设置有第五疏水排空阀（17），第一疏水排空阀（13）至第五疏水排空阀（17）均通过连接管汇聚到一根主连接管路上，通过主连接管路与真空泵（11）相连，空气透平膨胀机（7）低压缸排气处设置挡板门（12），发电机（8）与空气透平膨胀机（7）的低压缸的转动轴连接。

5.根据权利要求4所述空气透平不脱轴参与调相运行的系统，其特征在于：空气透平膨胀机（7）由左到右分别为空气透平膨胀机高压缸、空气透平膨胀机中压缸和空气透平膨胀机低压缸。

技术总结一种空气透平不脱轴参与调相运行的方法及系统，在空气透平膨胀机处设置疏水排空阀和真空泵，在空气透平膨胀机低压缸排气处加装挡板门；同步调相运行时闭进气门，发电机进行转动，发电机与空气透平膨胀机处于同一根轴；关闭挡板门，启动真空泵抽取空气透平膨胀机中残留空气，使得空气透平膨胀机中直至真空状态，维持真空泵运行保持空气透平膨胀机真空状态。本发明在没有动力气源，机组全停的情况下，通过电网带动发电机转动，调节发电机励磁系统向电网输送无功功率，改善电网无功功率不足的现象，同时通过真空泵抽取空气透平膨胀机中的空气，降低转动轴旋转过程的摩擦，进而在长时调相过程中降低发电机的功耗，同时降低转动轴的磨损。技术研发人员：周淼,李阳海,徐万兵,黄辉,王楠,张彪,刘俊,许涛受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/11