一种用于火力发电厂的新型变频系统
阅读：1027发布：2020-10-16
专利汇可以提供一种用于火力发电厂的新型变频系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于火 力 发电厂 的新型变频系统，它至少包括转速可调的 汽轮机 、给 水 泵 、发 电机 和变速 齿轮 箱、变频 母线 以及与其相连的辅机；随着机组负荷变化，进入该汽轮机的抽汽量及参数会相应变化，该汽轮机转速同步变化，从而一方面改变给水泵转速，一方面改变发电机输出的交流电的 频率 。本发明不需额外设置其他型式的 变频器 ，系统简单；克服了因使用其他型式的变频器所带来的相关问题，可靠性高，占地较少。，下面是一种用于火力发电厂的新型变频系统专利的具体信息内容。
1.一种用于火力发电厂的新型变频系统，它至少包括转速可调的汽轮机、给水泵、发电机和变速齿轮箱、变频母线以及与其相连的辅机；所述汽轮机驱动所述给水泵并拖动所述发电机发电；所述发电机通过变频母线与所述火力发电厂的辅机的电动机相连；通过改变汽轮机转速，从而改变所述发电机的发电频率，最终改变所述变频母线所连接辅机的工作转速。
2.如权利要求1所述的变频系统，其中还可包括工频电源，所述辅机的电动机通过所述工频母线与所述工频电源相连，使得当所述汽轮机或所述发电机故障或其他特殊工况时，可迅速切换至工频电源，从而保证机组安全运行。
3.如权利要求1所述的变频系统，其中还可包括离合器，所述离合器设置在变速齿轮箱与所述发电机之间，当所述发电机故障或其他特殊工况时，可通过所述离合器迅速切除所述发电机，使得所述汽轮机仅带所述给水泵运行，以确保系统及设备安全。
4.如权利要求1所述的变频系统，其中还可包括相应的变压器，所述变压器设置在发电机输出端后，使发电机输出电压经过变压后，满足不同电压等级的各个辅机电动机的要求。
5.如权利要求1所述的变频系统，其中所述辅机的电动机通过开关与所述变频母线相连；所述辅机的电动机通过开关与所述工频母线相连。
6.如权利要求1所述的变频系统，其中所述辅机至少为1个。
一种用于火力发电厂的新型变频系统
技术领域
背景技术
[0002] 在火力发电厂的生产过程中，水在锅炉中受热变成蒸汽，然后利用蒸汽推动汽轮机旋转，带动发电机旋转，将燃料的化学能最终转换成电能。在发电的过程中，火力发电厂配备的大量泵与风机等旋转辅机需要消耗大量电能。目前的一般做法是通过厂用变压器，将所发的电引出一部分供厂用辅机使用。
[0003] 火电厂在工程设计时，一般按最大需求并加上一定的余量来选取辅机的容量，因而在实际运行中的辅机会有较大的裕量。而当定速运行的辅机不在满负荷下运行、特别是在低负荷运行时，其工作效率会急剧下降，这造成电能的严重浪费。如果采用变频调速技术，则可使辅机的工作点尽可能靠近高效区，并最大限度的降低风机挡板、阀门的节流损失，大大降低设备运行时的能耗，延长设备的使用寿命。以风机为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，变速运行的节能效果非常可观。
[0004] 变频调速技术是当今节能减排、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种重要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能、高效率、高功率因素和节电效果等优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。目前电厂主要是通过加装变频器以达到改变水泵或者风机电机频率，从而改变水泵或者风机的转速，提高其运行效率，达到节能减排目的。
[0005] 现在变频方式主要有可控硅变频、液力耦合变频和磁力耦合变频。在这三种变频方式中，液力耦合变频功率大，可靠性低、成本低，其效率与转速的一次方成正比，调节精度低。磁力耦合变频可靠性高，成本最高，其效率与转速的平方成正比，在转速低的时候，效率低，另外安装磁力耦合装置需要改变电机或者是设备的安装位置，拆除原先的土建基础。可控硅变频效率最高，而且其效率不受负载变化的影响，响应最快，调节精度最高。在这三种变频方法中，可控硅变频成本居中。从成本和效率的角度考虑，火力发电厂较多的采用可控硅变频技术。
[0006] 由于火力发电厂对设备可靠性要求较高，所采用的转动设备，如循环水泵、送风机等设备功率大，电压等级高，因而对用于火力电厂的变频器要求也极高。目前电厂中所采用变频设备主要采用可控硅技术，而可控硅变频技术的最大缺点是电压等级越高，其设备可靠性越低，而且变频设备占地面积大，其变频谐波对电网以及电机都有影响。因此，在火力发电厂中可控硅变频技术推广应用比较缓慢。随着技术的发展，目前已有部分产品能够较好地解决上述问题，但由于这些产品价格高昂，阻碍了其进一步推广。
[0007] 因此，本发明致力于开发一种成本低、高可靠性、高效率、简单易行的新型变频系统。
发明内容
[0010] 本发明提供的一种新型变频系统，其基本原理为：利用转速可调的给水泵汽轮机，在驱动给水泵同时，推动一个发电机，根据机组负荷变化，给水泵汽轮机的转速同步改变，从而改变发电机输出的交流电的频率，通过变频母线进而改变连接在其上的所有辅机电动机的电源频率，最终改变辅机转动机械的转速。
[0011] 由于给水泵汽轮机的调速技术已发展得非常完善，可实现宽范围的调速甚至全程调速，因此可不需要设置其他型式的变频器，而是利用给水泵汽轮机带动发电机，即可获得所需频率可变的交流电。随着机组负荷变化，给水泵汽轮机的转速会同步变化，一方面，其直接驱动给水泵，可满足给水流量的变化需要，另外一方面，该汽轮机通过变速齿轮箱推动发电机，从而输出变频交流电。该发电机为连接在同一母线上的所有辅机提供变频动力电源。其中连接在变频母线上的辅机还可连接至工频母线，工频与变频互为切换作为备用。当变频的汽轮机或发电机故障或其他特殊工况时，连接变频母线的辅机可迅速切换至工频，从而保证机组安全运行。
[0012] 由于给水泵汽轮机与发电机之间通过设置变速齿轮箱，可确保发电机输出频率在所需范围内。此外，亦可进一步在变速齿轮箱与发电机之间设置离合器，当发生异常工况，如发电机差动保护动作等，则可通过离合器迅速切除发电机，从而确保安全。进一步，还可在发电机输出端后设置相应的变压器，使发电机输出电压经过变压后，满足不同电压等级的各个辅机电动机的要求。
[0013] 该变频系统为连接在其上的所有辅机提供了一个频率初步调整的调频电源，各辅机上的调节结构诸如阀门、挡板或动叶可调式轴流风机的动叶等可再进一步微调，以保证满足生产要求。例如，以满足调节开度最大的辅机的调节机构开度的95%的电源频率作为调频电源频率。
[0014] 本发明所用的同时驱动给水泵、发电机的汽轮机，其工作汽源取之于主汽轮机的抽汽。
[0015] 本发明提供的一种新型变频系统主要具有如下优点：1、本发明利用给水泵汽轮机，在驱动给水泵的同时带动发电机，即不须采用其他型式的变频器就可获得所需频率的交流电，简单易行。克服了因使用变频器所带来的问题，可靠性高，占地较少。
[0016] 2、采用变频后，连接变频母线上的辅机耗功会大大减少，从而使得厂用电率大幅度降低。
[0017] 3、由于该汽轮机既驱动给水泵，又负载发电机功率，因而总驱动功率相对增大，因此，选用的该汽轮机相对传统给水泵汽轮机，可获得更高的内效率。
[0019] 附图说明图1、图2、图3、图4、图5是本发明的具体实施例的系统示意图；
图中标记：
T：汽轮机； G：发电机；P：给水泵；GB:变速齿轮箱；C：离合器；Tr：双绕组变压器；Tr’：
三绕组变压器；
a：变频母线；b:工频母线；
c：变频母线；d：工频母线
1a，2a，3a……，na：辅机与变频母线间的开关；
1b，2b，3b……， nb：辅机与工频母线间的开关；
1c，2c，3c……，nc：辅机与变频母线间的开关；
1d，2d，3d……， nd：辅机与工频母线间的开关；
M1，M2，M3……Mn为辅机的电动机。
图中标记：
T：汽轮机； G：发电机；P：给水泵；GB:变速齿轮箱；C：离合器；Tr：双绕组变压器；Tr’：
三绕组变压器；
a：变频母线；b:工频母线；
c：变频母线；d：工频母线
1a，2a，3a……，na：辅机与变频母线间的开关；
1b，2b，3b……， nb：辅机与工频母线间的开关；
1c，2c，3c……，nc：辅机与变频母线间的开关；
1d，2d，3d……， nd：辅机与工频母线间的开关；
M1，M2，M3……Mn为辅机的电动机。
[0020] M1’，M2’，M3’……Mn’为辅机的电动机。
[0021] 具体实施方式一如图1所示，本发明的一种用于火力发电厂新型变频系统的具体实施例，它包括汽轮机T、给水泵P、发电机G、变速齿轮箱GB、变频母线a和工频母线b。辅机M1，M2，M3……Mn通过开关1a, 2a，3a，……，na与变频母线a相连，通过开关1b，2b，3b……， nb与工频母线b相连。随着机组负荷变化，进入该汽轮机抽汽量及参数会相应变化，该汽轮机转速同步变化，从而一方面改变给水泵转速，一方面改变发电机输出的交流电的频率。这个发电机为连接在变频母线a上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线b与变频母线a可互为切换作为备用。当变频的汽轮机或发电机故障或其他特殊工况时，所有变频母线a上的辅机可迅速切换至工频母线b，从而保证机组安全运行。
[0022] 具体实施方式二如图2所示，本发明的一种用于火力发电厂新型变频系统的另一具体实施例，它包括汽轮机T、给水泵P、发电机G、变速齿轮箱GB、离合器C、变频母线a和工频母线b。辅机M1，M2，M3……Mn通过开关1a, 2a，3a，……，na与变频母线a相连，通过开关1b，2b，3b……， nb与工频母线b相连。随着机组负荷变化，进入该汽轮机的抽汽量及参数会相应变化，该汽轮机转速同步变化，从而一方面改变给水泵转速，一方面改变发电机输出的交流电的频率。这个发电机为连接在变频母线a上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线b与变频母线a可互为切换作为备用。当变频的汽轮机或发电机故障或其他特殊工况时，变频母线a上的辅机可迅速切换至工频母线b，从而保证安全。
[0023] 与实施例一相比，该实施例由于增设了离合器C，一旦发生异常工况，如发电机差动保护动作等，则可通过离合器迅速切除发电机，转为该汽轮机仅带给水泵运行状态，确保系统及设备安全。
[0024] 具体实施方式三如图3所示，本发明的一种用于火力发电厂新型变频系统的另一具体实施例，它包括汽轮机T、给水泵P、发电机G、变速齿轮箱GB、双绕组变压器Tr、变频母线a和工频母线b。
辅机M1，M2，M3……Mn通过开关1a, 2a，3a，……，na与变频母线a相连，通过开关1b，2b，
3b……， nb与工频母线b相连。随着机组负荷变化，进入该汽轮机的抽汽量及参数会相应变化，该汽轮机转速同步变化，从而一方面改变给水泵转速，一方面改变发电机输出的交流电的频率。这个发电机为连接在变频母线a上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线b与变频母线a可互为切换作为备用。当变频的汽轮机或发电机故障或其他特殊工况时，变频母线a上的辅机可迅速切换至工频母线b，从而保证安全。
辅机M1，M2，M3……Mn通过开关1a, 2a，3a，……，na与变频母线a相连，通过开关1b，2b，
3b……， nb与工频母线b相连。随着机组负荷变化，进入该汽轮机的抽汽量及参数会相应变化，该汽轮机转速同步变化，从而一方面改变给水泵转速，一方面改变发电机输出的交流电的频率。这个发电机为连接在变频母线a上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线b与变频母线a可互为切换作为备用。当变频的汽轮机或发电机故障或其他特殊工况时，变频母线a上的辅机可迅速切换至工频母线b，从而保证安全。
[0025] 与实施例一相比，该实施例由于增设了双绕组变压器Tr，因此可使发电机输出电压经过变压后来满足同电压等级的各个辅机电动机的要求。
[0026] 具体实施方式四如图4所示，本发明的一种用于火力发电厂新型变频系统的另一具体实施例，它包括汽轮机T、给水泵P、发电机G、变速齿轮箱GB、双绕组变压器Tr、变频母线a、工频母线b、变频母线c、工频母线d。辅机M1，M2，M3……Mn通过开关1a, 2a，3a，……，na与变频母线a相连，通过开关1b，2b，3b……， nb与工频母线b相连；辅机M1’，M2’，M3’……Mn’通过开关
1c, 2c，3c，……，nc与变频母线c相连，通过开关1d，2d，3d……， nd与工频母线d相连。
随着机组负荷变化，进入该汽轮机的抽汽量及参数会相应变化，该汽轮机转速同步变化，从而一方面改变给水泵转速，一方面改变发电机输出的交流电的频率。这个发电机为连接在变频母线a上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线b与变频母线a可互为切换作为备用；同时通过双绕组变压器Tr后，为不同电压等级的变频母线c上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线d与变频母线c可互为切换作为备用。
1c, 2c，3c，……，nc与变频母线c相连，通过开关1d，2d，3d……， nd与工频母线d相连。
随着机组负荷变化，进入该汽轮机的抽汽量及参数会相应变化，该汽轮机转速同步变化，从而一方面改变给水泵转速，一方面改变发电机输出的交流电的频率。这个发电机为连接在变频母线a上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线b与变频母线a可互为切换作为备用；同时通过双绕组变压器Tr后，为不同电压等级的变频母线c上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线d与变频母线c可互为切换作为备用。
[0027] 当变频的汽轮机或发电机故障或其他特殊工况时，变频母线a上的辅机可迅速切换至工频母线b，同时变频母线c上的辅机可迅速切换至工频母线d，从而保证安全。
[0028] 本实施例既可直接将发电机输出电压满足部分辅机电动机的电压要求，同时又可使电压经过双绕组变压器Tr变压后，满足其它电压等级辅机电动机的要求。
[0029] 具体实施方式五如图5所示，本发明的一种用于火力发电厂新型变频系统的另一具体实施例，它包括汽轮机T、给水泵P、发电机G、变速齿轮箱GB、三绕组变压器Tr’、变频母线a、工频母线b、变频母线c、工频母线d。辅机M1，M2，M3……Mn通过开关1a, 2a，3a，……，na与变频母线a相连，通过开关1b，2b，3b……， nb与工频母线b相连；辅机M1’，M2’，M3’……Mn’通过开关
1c, 2c，3c，……，nc与变频母线c相连，通过开关1d，2d，3d……， nd与工频母线d相连。
随着机组负荷变化，进入该汽轮机的抽汽量及参数会相应变化，该汽轮机转速同步变化，从而一方面改变给水泵转速，一方面改变发电机输出的交流电的频率。这个发电机为连接在变频母线a上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线b与变频母线a可互为切换作为备用；同时通过双绕组变压器Tr后，为不同电压等级的变频母线c上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线d与变频母线c可互为切换作为备用。
1c, 2c，3c，……，nc与变频母线c相连，通过开关1d，2d，3d……， nd与工频母线d相连。
随着机组负荷变化，进入该汽轮机的抽汽量及参数会相应变化，该汽轮机转速同步变化，从而一方面改变给水泵转速，一方面改变发电机输出的交流电的频率。这个发电机为连接在变频母线a上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线b与变频母线a可互为切换作为备用；同时通过双绕组变压器Tr后，为不同电压等级的变频母线c上的所有辅机提供变频动力电源，而工频母线d与变频母线c可互为切换作为备用。
[0030] 当变频的汽轮机或发电机故障或其他特殊工况时，变频母线a上的辅机可迅速切换至工频母线b，同时变频母线c上的辅机可迅速切换至工频母线d，从而保证安全。
[0031] 本实施例将发电机输出电压经过三绕组变压器Tr’变压后，再分别通过变频母线a、c为两种不同电压等级的辅机电动机提供变频动力电源。
[0033] 此外，本发明的辅机上还可设有挡板或阀门等调节机构。这些调节机构可以对辅机的运行工况进行微调，以满足生产要求。
[0034] 本发明是利用给水泵汽轮机转速随机组负荷同步变化的特点，进而带动变频发电机，实现改变相连辅机电源的频率，从而改变这些辅机的运行转速。
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