CN103147955B - 高速同步电动机驱动的给水泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明高速同步电动机驱动的给水泵系统涉及一种大、中型火电机组使用的高效节能调速电动给水泵系统。本发明包括低转速前置泵、低转速前置泵电机、中频变频电源、高速同步电动机、高转速给水泵、静态励磁装置；高速同步电动机受中频变频电源驱动，转速在60rpm到6000rpm无级可调；高速同步电动机与高转速给水泵经对轮直联；解决现有技术调速电动给水泵采用增速齿轮与液力耦合器调速运行，传动损失巨大，响应速度慢、调节死区大，启动对厂用母线冲击明显等问题；高速同步电动机驱动的给水泵系统的综合传动效率显著高于汽动给水泵系统，汽轮发电机组的热耗显著降低，发电机组的供电煤耗下降。
Description
(一)技术领域：
本发明高速同步电动机驱动的给水泵系统涉及一种大、中型火电机组使用的高效节能调速电动给水泵系统。
(二)背景技术：
现有技术的火电机组使用的调速电动给水泵系统由低转速前置泵、低转速前置泵电机、给水泵电机、增速齿轮，液力耦合器、高转速给水泵组成；低转速前置泵电机通常使用1480rpm异步电机，低转速前置泵电机与低转速前置泵用对轮直联；给水泵电机通常使用2960rpm异步电机，增速齿轮与液力耦合器通常组合成一台增速、调速机械，使液力耦合器的泵轮的转速高于给水泵电机的转速，在这个较高的转速值往下降低转速的范围内调速，驱动高转速给水泵；高转速给水泵的运行最高转速因供应商不同而不同，分布范围多在5400rpm至5900rpm。
现有技术的火电机组大多使用汽动给水泵系统，即用高速工业汽轮机(以下简称小机)经对轮直联驱动高转速给水泵；采用改变小机调速汽门开度的方法，控制小机转速以适应电站锅炉不同负荷对给水压力和流量的要求；小机用汽通常由主机抽汽供给，低负荷主机抽汽压力过低时由主蒸汽或者公用辅汽供给；小机排汽进入主机凝汽器或者小机自备的小凝汽器。汽动给水泵系统显著降低了火电机组的厂用电率，但也同时显著提高了汽轮发电电机组的热耗。由于小机变速时的内效率高于增速齿轮加液力耦合器的效率，现有技术的火电机组大多数使用汽动给水泵系统。
(三)发明内容：
所要解决的技术问题：
现有技术的火电机组使用的调速电动给水泵系统，高转速给水泵采用增速齿轮与液力耦合器调速运行，传动损失巨大、系统效率低，造成大量能源浪费；液力耦合器使用泵轮-涡轮液力连接驱动调速，采用勺管开度调节输出轴转速时系统响应速度慢、调节死区大、线性度差；给水泵电机功率巨大，工频直接启动过程中，对厂用6kV/10kV母线冲击明显。
小机变速时的内效率与主机相应级段的内效率相比要低10％到30％；小机排汽压力高于主机排汽压力。
解决其技术问题采用的技术方案：
本发明的目的是提供一种高速同步电动机驱动的给水泵系统采取与现有技术完全不同的技术路线，解决上列现有技术的调速电动给水泵系统和汽动给水泵系统存在的问题。
本发明高速同步电动机驱动的给水泵系统包括低转速前置泵(1)、低转速前置泵电机(2)、中频变频电源(3)、高速同步电动机(4)、高转速给水泵(5)、静态励磁装置(6)；中频变频电源(3)输入接3相6kV/10kV、50Hz厂用母线，输出3相1Hz到100Hz的波形良好的交流；输出电压随输出频率的升高而升高，在输出频率达到100Hz时，输出电压达到6kV/10kV；高速同步电动机(4)配有静态励磁装置(6)；高速同步电动机(4)受中频变频电源(3)驱动，转速在60rpm到6000rpm无级可调；高速同步电动机(4)与高转速给水泵(5)经对轮直联。
中频变频电源(3)为功率模块串联式高压变频电源，输入3相6kV/10kV、输出3相1Hz到100Hz、0.06kV/0.1kV-6kV/10kV、过载系数1.5；具有启动模式和节能模式两种运行模式；启动模式，包括0转速启动和旋转启动具有矢量控制特性；节能模式，具有VVVF特性；中频变频电源(3)的主控板与静态励磁装置(6)的主控板之间互相通讯，保证高速同步电动机(4)不失步同时保持高效率、高功率因素；强制通风、水空冷、防护等级IP54。
高速同步电动机(4)输入1Hz-100Hz、0.06kV/0.1kV-6kV/10kV；转速60rpm-6000rpm；静态励磁、F级绝缘、强制通风、水空冷、防护等级IP54；滑动轴承、强制润滑。
静态励磁装置(6)受中频变频电源(3)的协调控制，满足启动模式、节能模式和故障停泵各工况下高速同步电动机(4)的励磁需要；静态励磁装置(6)自带灭磁回路。
发明的有益效果：
●中频变频电源调速能在大调速比区间保持97％高效，无增速齿轮损耗，解决现有技术的调速电动给水泵系统，高转速给水泵采用增速齿轮与液力耦合器调速运行，传动损失巨大、系统效率低，造成大量能源浪费的问题；
●中频变频电源调速为全数字高精度调节，解决了液力耦合器使用泵轮-涡轮液力连接驱动调速，采用勺管开度调节输出轴转速时系统响应速度慢、调节死区大、线性度差的问题；
●主机中压缸效率94％，低压缸效率91％，发电机效率99％，厂高变效率99.5％，中频变频电源调速能在大调速比区间保持97％高效，无增速齿轮损耗，高速同步电动机效率98％，基于现代电力电子技术的高速同步电动机驱动的给水泵系统的综合传动效率显著高于汽动给水泵系统；
●汽轮发电机组的热耗显著降低，发电机组的供电煤耗下降；
●加快发电机组的建设、调试进度，无需等到主机达到盘车条件锅炉即可冲管；
●高速同步电动机配中频变频电源可自启动，无需异步启动绕组；
●高速同步电动机与2960rpm的电动机相比，体积小，重量轻，铜、铁耗量少；
●变频启动可控制启动电流不超过额定电流，解决现有技术给水泵电机工频直接启动过程中，对厂用6kV/10kV母线冲击明显的问题；
●安全性好于汽动给水泵系统，易于实现停机不停炉工况；
●特别适合直接空冷汽轮发电机组，有效稳定给水压力。
(四)附图说明：
图1为高速同步电动机驱动的给水泵系统图。
图1中粗黑单线表示电气连接；低转速前置泵(1)与低转速前置泵电机(2)之间的3线连接和高速同步电动机(4)与高转速给水泵(5)之间的3线连接表示机械连接；低转速前置泵(1)与高转速给水泵(5)之间的2线连接表示管道连接。
在图1中：
1 低转速前置泵、 2 低转速前置泵电机、
3 中频变频电源、 4 高速同步电动机、
5 高转速给水泵、 6 静态励磁装置。
(五)具体实施方式：
实施例1：
现结合图1以一台1000MW等级，主汽温度/一次再热汽温度/二次再热汽温度为605℃/623℃/623℃，主汽压力32.45MPa，主汽流量2746t/h的二次再热电站锅炉为例说明实现发明的优选方式。
本发明高速同步电动机驱动的给水泵系统包括低转速前置泵(1)、低转速前置泵电机(2)、中频变频电源(3)、高速同步电动机(4)、高转速给水泵(5)、静态励磁装置(6)；中频变频电源(3)输入接3相10kV、50Hz厂用母线，输出3相1Hz到100Hz的波形良好的交流，输出电压随输出频率的升高而升高，在输出频率达到100Hz时，输出电压达到10kV；高速同步电动机(4)配有静态励磁装置(6)；高速同步电动机(4)受中频变频电源(3)驱动，转速在60rpm到6000rpm无级可调；高速同步电动机(4)与高转速给水泵(5)经对轮直联。
锅炉BMCR工况时3台高转速给水泵(5)并联工作，给水泵出口的最大总流量3000t/h，给水泵出口最高压力40MPa，最高压力时单泵最大流量1050t/h，转速5900rpm，轴功率13800kW；由于现有技术汽轮机以定-滑方式运行，当主汽流量下降时主汽压力也线性下降，2台高转速给水泵(5)并联运行可带85％额定负荷或者4台高压加热器全停时带额定负荷；高转速给水泵(5)单泵运行可带60％额定负荷，从主机运行安全和节能角度看，3台新型节能调速电动给水泵方案明显优于1×100％汽动给水泵方案和2×50％汽动给水泵方案。
高速同步电动机(4)铭牌功率15000kW；输入1Hz-100Hz、0.1kV-10kV；转速60rpm-6000rpm；静态励磁、F级绝缘、强制通风、水空冷、防护等级IP54；滑动轴承、强制润滑。
中频变频电源(3)为功率模块串联式高压变频电源，输入3相10kV、输出3相1Hz到100Hz、0.1kV-10kV；额定输出功率15000kW、过载系数1.5；具有启动模式和节能模式两种运行模式；启动模式，包括0转速启动和旋转启动具有矢量控制特性；节能模式具有VVVF特性；中频变频电源(3)的主控板与静态励磁装置(6)的主控板之间互相通讯，保证高速同步电动机(4)不失步同时保持高效率、高功率因素；强制通风、水空冷、防护等级IP54。
静态励磁装置(6)受中频变频电源(3)的协调控制，满足启动模式、节能模式和故障停泵各工况下高速同步电动机(4)的励磁需要；静态励磁装置(6)自带灭磁回路。
实施例2：
现结合图1以一台1000MW等级，主汽温度/再热汽温度为605℃/623℃，主汽压力29.4MPa，主汽流量3033t/h的二次再热电站锅炉为例说明实现发明的优选方式。
本发明高速同步电动机驱动的给水泵系统包括低转速前置泵(1)、低转速前置泵电机(2)、中频变频电源(3)、高速同步电动机(4)、高转速给水泵(5)、静态励磁装置(6)；中频变频电源(3)输入接3相10kV、50Hz厂用母线，输出3相1Hz到100Hz的波形良好的交流，输出电压随输出频率的升高而升高，在输出频率达到100Hz时，输出电压达到10kV；高速同步电动机(4)配有静态励磁装置(6)；高速同步电动机(4)受中频变频电源(3)驱动，转速在60rpm到6000rpm无级可调；高速同步电动机(4)与高转速给水泵(5)经对轮直联。
锅炉BMCR工况时2台高转速给水泵(5)并联工作，给水泵出口的最大总流量3050t/h，给水泵出口最高压力34MPa，最高压力时单泵最大流量1525t/h，转速5900rpm，轴功率18000kW；由于现有技术汽轮机以定-滑方式运行，当主汽流量下降时主汽压力也线性下降，高转速给水泵(5)单泵运行可带75％额定负荷，从主机运行安全和节能角度看，2台高速同步电动机驱动的给水泵方案明显优于1×100％汽动给水泵方案和2×50％汽动给水泵方案。
高速同步电动机(4)铭牌功率19000kW；输入1Hz-100Hz、0.1kV-10kV；转速60rpm-6000rpm；静态励磁、F级绝缘、强制通风、水空冷、防护等级IP54；滑动轴承、强制润滑。
中频变频电源(3)为功率模块串联式高压变频电源，输入3相10kV、输出3相1Hz到100Hz、0.1kV-10kV；额定输出功率20000kW、过载系数1.5；具有启动模式和节能模式两种运行模式；启动模式，包括0转速启动和旋转启动具有矢量控制特性；节能模式具有VVVF特性；中频变频电源(3)的主控板与静态励磁装置(6)的主控板之间互相通讯，保证高速同步电动机(4)不失步同时保持高效率、高功率因素；强制通风、水空冷、防护等级IP54。
静态励磁装置(6)受中频变频电源(3)的协调控制，满足启动模式、节能模式和故障停泵各工况下高速同步电动机(4)的励磁需要；静态励磁装置(6)自带灭磁回路。
Claims (4)
1.一种高速同步电动机驱动的给水泵系统，其特征在于：包括低转速前置泵(1)、低转速前置泵电机(2)、中频变频电源(3)、高速同步电动机(4)、高转速给水泵(5)、静态励磁装置(6)；中频变频电源(3)输入接3相6kV/10kV、50Hz厂用母线，输出3相1Hz到100Hz的波形良好的交流；输出电压随输出频率的升高而升高，在输出频率达到100Hz时，输出电压达到6kV/10kV；高速同步电动机(4)配有静态励磁装置(6)；高速同步电动机(4)受中频变频电源(3)驱动，转速在60rpm到6000rpm无级可调；高速同步电动机(4)与高转速给水泵(5)经对轮直联。
2.根据权利要求1所述的高速同步电动机驱动的给水泵系统，其特征是所述的高速同步电动机(4)输入1Hz-100Hz、0.06kV/0.1kV-6kV/10kV；转速60rpm-6000rpm；静态励磁、F级绝缘、强制通风、水空冷、防护等级IP54；滑动轴承、强制润滑。
3.根据权利要求1所述的高速同步电动机驱动的给水泵系统，其特征是所述的中频变频电源(3)为功率模块串联式高压变频电源，输入3相6kV/10kV、输出3相1Hz到100Hz、0.06kV/0.1kV-6kV/10kV、过载系数1.5；具有启动模式和节能模式两种运行模式；启动模式，包括0转速启动和旋转启动具有矢量控制特性；节能模式，具有VVVF特性；中频变频电源(3)的主控板与静态励磁装置(6)的主控板之间互相通讯，保证高速同步电动机(4)不失步同时保持高效率、高功率因素；强制通风、水空冷、防护等级IP54。
4.根据权利要求1所述的高速同步电动机驱动的给水泵系统，其特征是所述的静态励磁装置(6)受中频变频电源(3)的协调控制，满足启动模式、节能模式和故障停泵各工况下高速同步电动机(4)的励磁需要；静态励磁装置(6)自带灭磁回路。
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