CN108894965A - 给水泵控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种给水泵控制系统，其特征在于，该系统包括：汽轮机、给水泵、变频发电机、变频器和汽源切换器；汽源切换器用于在给水泵控制系统的启动阶段使汽轮机从辅助汽源进汽，以及用于在给水泵控制系统的工作阶段使汽轮机从主汽源进汽；汽轮机的轴连接给水泵的轴的一端，给水泵的轴的另一端和变频发电机的轴连接，形成轴系；汽轮机用于驱动给水泵，给水泵用于牵引变频发电机发电；变频器与变频发电机连接，用于控制变频发电机的发电功率，以控制轴系的转速。该技术方案相较于在给水泵启动过程中采用电动方式可以节约大量能源，又能够在整个过程中实现对给水泵转速的稳定、快速、精确、连续控制，一套系统实现了多个有益效果。

Description

给水泵控制系统

技术领域

本发明涉及给水泵领域，具体涉及给水泵控制系统。

背景技术

给水泵用于为锅炉供水，常见的拖动方式包括汽动(汽轮机驱动)和电动(电动机驱动)，其中，大型机组的给水泵一般采用汽动，例如在热电厂中，采用汽动方式较电动方式能有效降低发电煤耗及厂用电率、提高发电效率。然而，在给水泵的启动过程中往往采用电动而非汽动，这样就还是存在能源损失的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的给水泵控制系统。

依据本发明的一个方面，提供了一种给水泵控制系统，包括：

汽轮机、给水泵、变频发电机、变频器和汽源切换器；

所述汽源切换器用于在所述给水泵控制系统的启动阶段使所述汽轮机从辅助汽源进汽，以及用于在所述给水泵控制系统的工作阶段使所述汽轮机从主汽源进汽；

所述汽轮机的轴连接所述给水泵的轴的一端，所述给水泵的轴的另一端和所述变频发电机的轴连接，形成轴系；所述汽轮机包括一个进汽门，该进汽门用于连接所述主汽源或所述辅助汽源；或者，所述汽轮机包括两个进汽门，分别用于连接所述主汽源和所述辅助汽源；

所述汽轮机用于驱动所述给水泵，所述给水泵用于牵引所述变频发电机发电；

所述变频器与所述变频发电机连接，用于控制所述变频发电机的发电功率，以控制所述轴系的转速。

可选地，所述汽源切换器用于在所述给水泵控制系统启动后，确定所述给水泵控制系统进入启动阶段；以及用于在所述启动阶段，采集所述主汽源的蒸汽抽汽压力和蒸汽抽汽温度，根据采集的蒸汽抽汽压力和蒸汽抽汽温度判断是否满足相应的预设阈值；若均满足，则确定所述给水泵控制系统进入工作阶段。

可选地，该系统还包括控制器；

所述控制器与所述变频器连接，用于向所述变频器输出目标轴系转速；

所述变频器用于根据所述目标轴系转速更改所述变频发电机的转速。

可选地，所述控制器还与所述汽轮机连接；

所述变频器还用于在变频发电机的发电功率达到预设阈值时，向所述控制器反馈报警信号；

所述控制器还用于根据接收到的反馈报警信号调节所述汽轮机的进汽参数。

可选地，所述变频器为采用功率单元串联拓扑结构的四象限变频器。

可选地，所述四象限变频器包括三相移相变压器；

所述三相移相变压器的各副边分别连接一个功率单元。

可选地，所述功率单元分为数量相等的三组，各组中的功率单元通过H桥逆变电路串联构成所述串联拓扑结构的一相。

可选地，所述系统还包括第一高压断路器和第二高压断路器；

所述变频器还包括预充电装置，所述变频器的电网侧可通过所述第一高压断路器与电网连接；

所述变频器的电机侧通过所述第二高压断路器与所述变频发电机连接。

可选地，所述变频器用于在所述第一高压断路器闭合时，通过所述预充电装置进行充电；以及用于在充电完成时控制所述预充电装置从电路中切除，以及向所述控制器反馈待机信号；

所述控制器还用于在接收到所述反馈待机信号后，向所述变频器下发启动指令；

所述变频器还用于响应所述启动指令，控制所述第二高压断路器闭合。

可选地，所述第一高压断路器设置在变频器柜组的开关柜中或用户开关柜中；

所述第二高压断路器设置在所述变频器柜组的开关柜中。

由上述可知，本发明的技术方案，汽轮机、给水泵和变频发电机同轴连接形成轴系，通过汽源的切换，实现通过辅助汽源驱动汽轮机，带动给水泵和变频发电机完成启动，在稳定后切换至主汽源，这一过程中可以通过变频器控制变频发动机功率以实现轴系的转速控制，实现了给水流量的稳定，切换过程平滑，在正常工作状态下也可以同样通过变频器控制变频发动机功率以实现轴系的转速控制，实现机组的稳定运转。该技术方案相较于在给水泵启动过程中采用电动方式可以节约大量能源，又能够在整个过程中实现对给水泵转速的稳定、快速、精确、连续控制，一套系统实现了多个有益效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的一种给水泵控制系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的一种四象限变频器的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

汽动方式的优势明显，而在启动过程中却通常采用电动，是因为汽动方式往往使用锅炉产生的高温高压蒸汽，在启动阶段锅炉的蒸汽不能满足汽轮机的正常启动，因此并不适合启动过程。如果在启动过程中采用其他汽源，又会产生汽源切换所带来的给水流量波动大的问题，需要快速、稳定低调节给水泵转速。具体来说，启动过程中所需给水流量较小、变化较大，而传统的给水泵调速方式下，汽动给水泵转速调节范围小，仅适合在高速小范围内调节。因而需要调节给水管道调节阀，以节流的方式调节给水流量，带来的问题是节流的损失较大，尤其是泵的余量越大，损失就越大。

因此，本发明的技术构思在于：增加一套变频发电系统以调节给水泵转速，克服选用汽动方式启动带来的调速难以控制的问题。

图1示出了根据本发明一个实施例的一种给水泵控制系统的结构示意图。如图1所示，给水泵控制系统100包括：

汽轮机110、给水泵120、变频发电机130、变频器140和汽源切换器150。

汽源切换器150用于在给水泵控制系统的启动阶段使汽轮机110从辅助汽源进汽，以及用于在给水泵控制系统的工作阶段使汽轮机110从主汽源进汽。

具体来说，汽轮机110可以有两个进汽门，分别接一个汽源。或者仅有一个进汽门，通过管道控制来实现汽源切换，等等。因此在图1中以虚线示出了汽轮机110与汽源切换器150的关系。

汽轮机110的轴连接给水泵120的轴的一端，给水泵120的轴的另一端和变频发电机130的轴连接，形成轴系。

汽轮机110用于驱动给水泵120，给水泵120用于牵引变频发电机130发电。

变频器140与变频发电机130连接，用于控制变频发电机130的发电功率，以控制轴系的转速。

具体原理如下：

能量随蒸汽进入给水泵控制系统，沿轴传递给给水泵和变频发电机，驱动转矩为汽轮机的转矩T_汽，阻力转矩由给水泵的工作转矩T_泵和变频发电机的工作转矩T_发两部分组成。通过改变以上三个转矩的大小即可对此轴系进行调速控制。

1)当T_汽＝T_泵+T_发时，轴系工作转速稳定；

2)当T_汽>T_泵+T_发时，轴系工作转速上升。

通过变频器提高发电机端电压频率则T_发减小，轴系转速上升，T_泵增大，最终达到新的平衡，实现给水泵转速变化，也就改变了给水流量，满足实际生产的需求。

可见，图1所示的系统，汽轮机、给水泵和变频发电机同轴连接形成轴系，通过汽源的切换，实现通过辅助汽源驱动汽轮机，带动给水泵和变频发电机完成启动，在稳定后切换至主汽源，这一过程中可以通过变频器控制变频发动机功率以实现轴系的转速控制，实现了给水流量的稳定，切换过程平滑，在正常工作状态下也可以同样通过变频器控制变频发动机功率以实现轴系的转速控制，实现机组的稳定运转。该技术方案相较于在给水泵启动过程中采用电动方式可以节约大量能源，又能够在整个过程中实现对给水泵转速的稳定、快速、精确、连续控制，一套系统实现了多个有益效果。

在本发明的一个实施例中，上述系统中，汽源切换器150用于在给水泵控制系统启动后，确定给水泵控制系统进入启动阶段；以及用于在启动阶段，采集主汽源的蒸汽抽汽压力和蒸汽抽汽温度，根据采集的蒸汽抽汽压力和蒸汽抽汽温度判断是否满足相应的预设阈值；若均满足，则确定给水泵控制系统进入工作阶段。

在本实施例中，是通过蒸汽的压力和温度两个指标来判断是否满足了正常工作状态下的标准，均满足后，则实现启动阶段到工作阶段的切换。

在本发明的一个实施例中，上述系统中，该系统还包括控制器(图未示)；控制器与变频器140连接，用于向变频器140输出目标轴系转速；变频器140用于根据目标轴系转速更改变频发电机130的转速。

控制器和变频器140之间可以通过光纤连接。例如变频器140接收到目标轴系转速F1，获知当前变频发电机130的转速为F2，则根据F1和F2计算出输出频率和变频发电机发电功率，实现控制。当轴系转速与F1基本一致后微调变频器输出频率使轴系转速稳定，保持变频器输出频率和变频发电机发电功率，使给水泵转速保持在目标轴系转速。

当然，在实际过程中也可能出现通过变频发电机无法控制给水泵转速在目标值，此时可以通过调节汽轮机来实现控制，即在本发明的一个实施例中，上述系统中，控制器还与汽轮机110连接；变频器140还用于在变频发电机130的发电功率达到预设阈值时，向控制器反馈报警信号；控制器还用于根据接收到的反馈报警信号调节汽轮机110的进汽参数。

例如，当运行过程中发电功率过大(高于某一设定值，如90％额定功率)，变频器反馈“发电功率超限”的报警信号给控制器，控制器接收到变频器反馈的这一报警信号后，调节汽轮机进气参数(例如调小调门开度)，介入给水泵转速调节过程，稳定系统运行；若运行过程中发电功率过小(低于某一设定值，如10％额定功率)，变频器反馈“发电功率低”的报警信号给控制器，控制器接收到变频器反馈的这一报警信号后，调节汽轮机进气参数(例如调大调门开度)，介入给水泵转速调节过程，避免系统从电网吸收功率，同时稳定系统运行。

在本发明的一个实施例中，上述系统中，变频器140为采用功率单元串联拓扑结构的四象限变频器。

目前，变频器的拓扑结构有很多，但是经过实践验证，功率单元串联拓扑结构在谐波抑制、器件成熟度、控制技术成熟度等方面相较其他拓扑结构都具有优势，因此在本实施例中变频器140为采用功率单元串联拓扑结构的四象限变频器。

在本发明的一个实施例中，上述系统中，四象限变频器包括三相移相变压器；三相移相变压器的各副边分别连接一个功率单元。在本发明的一个实施例中，上述系统中，功率单元分为数量相等的三组，各组中的功率单元通过H桥逆变电路串联构成串联拓扑结构的一相。

图2示出了根据本发明一个实施例的一种四象限变频器的结构示意图，如图2所示，四象限变频器200包括功率单元210(在图中仅标出了功率单元A1，其余未做标识)，三相移相变压器220。其中a1、b1、c1……等为副边，各连一个功率单元A1、B1、C1……其中功率单元A1、A2……An为一组，B1、B2……Bn为一组，C1、C2……Cn为一组，形成三相。具体的H桥电路没有示出，可以采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双级型晶体管)实现，例如输入侧采用IGBT模块组成三相可控整流桥，输出侧采用IGBT模块组成单相可控逆变桥。

在本发明的一个实施例中，上述系统还包括第一高压断路器和第二高压断路器；变频器140还包括预充电装置，变频器140的电网侧可通过第一高压断路器与电网连接；变频器140的电机侧通过第二高压断路器与变频发电机130连接。预充电装置230也可以参照图2所示。

其中，预充电装置可以包括并联的电阻和开关。在本发明的一个实施例中，上述系统中，变频器140用于在第一高压断路器闭合时，通过预充电装置进行充电；以及用于在充电完成时控制预充电装置从电路中切除，以及向控制器反馈待机信号；控制器还用于在接收到反馈待机信号后，向变频器140下发启动指令；变频器140还用于响应启动指令，控制第二高压断路器闭合。

这样，在第一高压断路器闭合时，开关断开，电阻进行阻流，进行预充电，避免上电时过电损坏变频器；变频器充电完毕后，可以闭合开关，电阻被短路，这就是所谓预充电装置从电路中切除。

在本发明的一个实施例中，上述系统中，第一高压断路器设置在变频器140柜组的开关柜中或用户开关柜中；第二高压断路器设置在变频器140柜组的开关柜中。

这样，第一高压断路器的闭合可以通过人工方式控制或变频器控制，而第二高压断路器可以由变频器自动控制，操作简单可靠。

综上所述，本发明的技术方案，汽轮机、给水泵和变频发电机同轴连接形成轴系，通过汽源的切换，实现通过辅助汽源驱动汽轮机，带动给水泵和变频发电机完成启动，在稳定后切换至主汽源，这一过程中可以通过变频器控制变频发动机功率以实现轴系的转速控制，实现了给水流量的稳定，切换过程平滑，在正常工作状态下也可以同样通过变频器控制变频发动机功率以实现轴系的转速控制，实现机组的稳定运转。该技术方案相较于在给水泵启动过程中采用电动方式可以节约大量能源，又能够在整个过程中实现对给水泵转速的稳定、快速、精确、连续控制，一套系统实现了多个有益效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种给水泵控制系统，其特征在于，该系统包括：

汽轮机、给水泵、变频发电机、变频器和汽源切换器；

所述汽源切换器用于在所述给水泵控制系统的启动阶段使所述汽轮机从辅助汽源进汽，以及用于在所述给水泵控制系统的工作阶段使所述汽轮机从主汽源进汽；所述汽轮机包括一个进汽门，该进汽门用于连接所述主汽源或所述辅助汽源；或者，所述汽轮机包括两个进汽门，分别用于连接所述主汽源和所述辅助汽源；

所述汽轮机的轴连接所述给水泵的轴的一端，所述给水泵的轴的另一端和所述变频发电机的轴连接，形成轴系；

所述汽轮机用于驱动所述给水泵，所述给水泵用于牵引所述变频发电机发电；

所述变频器与所述变频发电机连接，用于控制所述变频发电机的发电功率，以控制所述轴系的转速。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述汽源切换器用于在所述给水泵控制系统启动后，确定所述给水泵控制系统进入启动阶段；以及用于在所述启动阶段，采集所述主汽源的蒸汽抽汽压力和蒸汽抽汽温度，根据采集的蒸汽抽汽压力和蒸汽抽汽温度判断是否满足相应的预设阈值；若均满足，则确定所述给水泵控制系统进入工作阶段。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括控制器；

所述控制器与所述变频器连接，用于向所述变频器输出目标轴系转速；

所述变频器用于根据所述目标轴系转速更改所述变频发电机的转速。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器还与所述汽轮机连接；

所述变频器还用于在变频发电机的发电功率达到预设阈值时，向所述控制器反馈报警信号；

所述控制器还用于根据接收到的反馈报警信号调节所述汽轮机的进汽参数。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述变频器为采用功率单元串联拓扑结构的四象限变频器。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述四象限变频器包括三相移相变压器；

所述三相移相变压器的各副边分别连接一个功率单元。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述功率单元分为数量相等的三组，各组中的功率单元通过H桥逆变电路串联构成所述串联拓扑结构的一相。

8.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第一高压断路器和第二高压断路器；

所述变频器还包括预充电装置，所述变频器的电网侧可通过所述第一高压断路器与电网连接；

所述变频器的电机侧通过所述第二高压断路器与所述变频发电机连接。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，

所述变频器用于在所述第一高压断路器闭合时，通过所述预充电装置进行充电；以及用于在充电完成时控制所述预充电装置从电路中切除，以及向所述控制器反馈待机信号；

所述控制器还用于在接收到所述反馈待机信号后，向所述变频器下发启动指令；

所述变频器还用于响应所述启动指令，控制所述第二高压断路器闭合。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，

所述第一高压断路器设置在变频器柜组的开关柜中或用户开关柜中；

所述第二高压断路器设置在所述变频器柜组的开关柜中。