CN105024405A - 三机组传动变频发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三机组传动变频发电系统，解决了现有三机组传动存在机械调速效率低、能耗大、适用范围小等问题，它包括原动机、风机负载和电机构成的三机组以及变频器，其技术要点是：所述原动机、风机负载与电机同轴相互连接，原动机与风机负载的一端连接，风机负载的另一端与电机连接；在电机与电网之间设置变频器，变频器输入端与电网连接，变频器输出端与电机连接，在变频器控制下对三机组进行转速调节，具有变频启动、正常运行、故障运行三种工况。其结构设计简单，提高传动效率和运行的可靠性，能够充分利用剩余机械能量和设备额定容量，并实现转速调节、降低电机启动电流和减小电网冲击等功能，节能效果显著，拓宽了适用范围。

Description

三机组传动变频发电系统

技术领域

本发明涉及一种三机组使用变频器驱动电机实现电动和发电运行的结构，尤其是一种适用于发电厂内由汽轮机/电动机拖动风机泵类负载的三机组传动变频发电系统。

背景技术

近年来，随着国家节能减排的力度加大，电厂、矿山、冶金、石化等行业一方面对原有设备进行节能改造，另一方面新建效率更高、节能效果更好的设备。涉及到电机传动的领域，通过改变电机速度能够显著节能的场合，变频器得到广泛的应用。同时，变频器的优点，如启动力矩大、冲击电流小，可变频调速和无功调节等，也推动了高、中、低压各类变频器的快速发展，进而使变频器的成本也大大降低。为节约能源和利用锅炉蒸汽，发电厂常利用一台汽轮机拖动厂内的大功率风机或泵类负载，同轴还连接一台电动机用于启动负载，当负载转速达到额定转速后，电动机退出运行，由汽轮机单独拖动负载。这种三机组运行方式，汽轮机转速通过汽门来调节，发电厂剩余蒸汽能源仅用于负载，能源利用率较低；电动机只用于三机组启动，设备利用率低；负载为恒速运行，能源消耗大。

如专利文献报导，授权公告号为CN201884073U的“一种石化三机组”中，公开的结构包括烟气轮机、主风机、齿轮箱、异步电动/发电机和超越离合器，烟气轮机的动力输出轴通过超越离合器与主风机一端的动力输入轴相连，异步电动/发电机的转轴通过齿轮箱与主风机另一端的动力输入轴相连。因其通过异步电动/发电机直接连接电网，故当烟气轮机功率大时，转速达到主风机的额定转速，烟气轮机提供动力，异步电动/发电机处于发电状态，此时烟气轮机的能量能够全部被利用，三机组处于正常工作状态；当烟气轮机功率小时，转速低于主风机的额定转速时，超越离合器自动脱开，使烟气轮机和主风机实现自动分离，烟气轮机不再提供能量，主风机输入动力全部由处于电动状态的异步电动/发电机提供，能耗大大增加。

还有申请公布号为 CN104638670A的“变频发电机组与汽轮发电机组同轴布置的火电厂发电机组”，其记载的包括由汽轮机和第一发电机组成的汽轮发电机组，汽轮机拖动第一发电机以固定的速度旋转发电；还包括由调速齿轮箱和第二发电机组成的变频发电机组。实际上主要结构为汽轮机带动两台发电机组，发电机可连接在汽轮机的一侧，也可以分别连接在汽轮机的两侧。汽轮机直接驱动第一发电机发出工频电能用于上网销售，通过调速齿轮箱驱动第二发电机发出变频电能用于自身厂用电动力负荷。由于存在调速齿轮箱，使系统的效率降低，机械调速部分也增加了系统的故障率和维护量，对于需要不同频率要求的负荷，采用集中变频很难实现最佳节能效果，同时存在整体投资巨大等问题，因其适用范围小，故只适合新建发电厂使用，不适合原有发电厂设备的改造。

发明内容

本发明的目的是提供一种三机组传动变频发电系统，解决了现有三机组传动存在机械调速效率低、能耗大、适用范围小等问题，其结构设计简单，提高传动效率和运行的可靠性，能够充分利用剩余机械能量和设备额定容量，并实现转速调节、降低电机启动电流和减小电网冲击等功能，节能效果显著，拓宽了适用范围。

本发明所采用的技术方案是：该三机组传动变频发电系统包括原动机、风机负载和电机构成的三机组以及变频器，其技术要点是：所述原动机、风机负载与电机同轴相互连接，原动机与风机负载的一端连接，风机负载的另一端与电机连接；在电机与电网之间设置变频器，变频器输入端与电网连接，变频器输出端与电机连接，在变频器控制下对三机组进行转速调节，具有变频启动、正常运行、故障运行三种工况。

所述变频器为四象限变频器，与电网高压母线连接，控制电机处于电动或发电的运行状态。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明是在原动机（汽轮机或烟气轮机）、风机负载和电机组成的三机组传动结构的基础上改进的，将原动机、风机负载与电机同轴相互连接，仅在电机与电网之间设置一台变频器，并使变频器的输入端与电网连接，输出端与电机连接，在变频器控制下对三机组进行转速调节，组成具有变频启动、正常运行、故障运行三种工况的传动变频发电系统，所以其结构设计简单，提高传动效率和运行的可靠性，能够充分利用剩余机械能量和设备额定容量，并实现转速调节、降低电机启动电流和减小电网冲击等功能。

具体来说，就是通过变频器来控制能量在同轴连接的三机组间传递，并调节三机组的转速，实现节能降耗。一般在变频启动工况下，通过变频器与电机连接可实现额定转矩启动、降低启动电流，使电网冲击电流小于额定电流、启动平稳，改善启动性能。在正常运行工况下，由原动机提供能量给风机负载，变频器与电机和电网保持连接，当原动机能量不足或过剩时，可通过变频器控制电机电动或发电运行，从电网补充能量或将多余能量送入电网。同时，变频器可根据生产工艺要求控制三机组在不同转速下运行，进一步降低风机负载的能耗，因没有调速齿轮箱，故传动效率高，可实现最佳节能效果。在故障运行工况下，原动机发生故障时，可由变频器拖动风机负载运行；变频器发生故障时，由原动机拖动风机负载运行。

因此，本发明不仅解决了现有三机组传动存在机械调速效率低、能耗大、适用范围小等问题，容易推广应用，而且与现有同类产品比较，拓宽了适用范围。不仅适用于新建发电厂情况，同样也适用于现有发电厂设备节能改造。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种结构示意图。

图中序号说明：1原动机、2风机负载、3电机、4变频器、5电网。

具体实施方式

根据图1详细说明本发明的具体结构。该三机组传动变频发电系统包括原动机1、风机负载2和电机3构成的三机组以及变频器4等部件。其中原动机1、风机负载2与电机3同轴相互连接，原动机1与风机负载2的一端连接，风机负载2的另一端与电机3连接；在电机3与电网5之间设置变频器4，变频器4输入端与电网连接，变频器4输出端与电机3连接，在变频器4控制下可对三机组进行转速调节，组成具有变频启动、正常运行、故障运行三种工况的传动变频发电系统。

本实施例中，变频器4为四象限变频器，与电网5高压母线连接，输入电压为6kV或10kV，可控制电机3处于电动或发电的运行状态，并对三机组的转速进行调节。

组成的三机组传动变频发电系统，具有的变频启动、正常运行、故障运行三种工况详细描述如下 ：

1）变频启动。由变频器4拖动电机3带风机负载2启动，启动转矩可达到额定转矩，启动电流限制在额定电流以内。

2）正常运行。系统启动完成后，由原动机1提供功率给风机负载2，变频器4仍与电机3和电网5连接。当存在多余能量，且设备未达到额定时，可令电机3工作在发电状态，由变频器4向电网5发出一定的电能，使原动机1输出功率等于风机负载2需求功率与电机3发电功率之和；当原动机1能量不足时，变频器4从电网5吸收一定电能控制电机3电动运行，使风机负载2需求功率等于原动机1输出功率与电机3输出功率之和。三机组转速控制是通过变频器4调节电机3从电网5吸收和发出有功功率来实现的。当风机负载2流量需求减少时，变频器4控制电机3减少从电网5向三机组的功率输出，使转速降低；当风机负载2流量需求增加时，变频器4控制电机3增加从电网5向三机组的功率输出，使转速上升。整个运行过程中三机组转速始终维持在给定的转速下。当功率调节在超出设备额定值时，可通过调节原动机1的风门来限制过大的输入功率。

3）故障运行。当原动机1发生故障时，可关闭风门停止原动机1出力，由变频器4单独拖动风机负载2运行；变频器4发生故障时，变频器4自动关闭输出，电机3处于空转运行状态，由原动机1单独拖动风机负载2运行，可实现系统不停机运行。

Claims (2)

1.一种三机组传动变频发电系统，包括原动机、风机负载和电机构成的三机组以及变频器，其特征在于：所述原动机、风机负载与电机同轴连接，原动机与风机负载的一端连接，风机负载的另一端与电机连接；在电机与电网之间设置变频器，变频器输入端与电网连接，变频器输出端与电机连接，在变频器控制下对三机组进行转速调节，具有变频启动、正常运行、故障运行三种工况。

2.根据权利要求1所述的三机组传动变频发电系统，其特征在于：所述变频器为四象限变频器，与电网高压母线连接，控制电机处于电动或发电的运行状态。