CN111412027A - 独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，第一供油模块包含从入口端至出口端依次连接的第一交流电源、第一整流器、第一直流电源系统、第一逆变器、第一电动机以及第一主油泵。第二供油模块包含从入口端至出口端依次连接的第二交流电源、第二整流器、第二直流电源系统、第二逆变器、第二电动机以及第二主油泵。第一供油模块及第二供油模块的出口端相互汇合后与润滑油处理模块的入口端连接。润滑油处理模块的入口端设置有事故切换阀。确保了润滑油的供应不中断，从而可以提高发电机组运转稳定性，降低其轴系损坏的几率和风险，延长了发电机组的运行时间，进一步提升了经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电领域，特别是指一种独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统。
背景技术
火力发电厂中的发电机组在发电运转中是高速旋转的机械设备，其支持轴承和推力轴承的运转结合部以及高速运转的摩擦部位均需要大量的油来润滑及冷却。作为发电机组提供润滑油的供油系统，即使发生了短暂的中断都会引起发电机组设备的严重损坏，因此必须保证润滑油系统的持续稳定工作。
目前火力发电厂中发电机组的润滑油供应系统主要有两种：
系统1：起动时采用1台交流电动机驱动的起/停油泵+主机大轴的同轴工作油泵+1台直流电动机驱动的危急油泵。
系统2：由2台交流电动机驱动的起/停及工作油泵+1台直流电动机驱动的危急油泵。
其中，系统1的主要特点是在起动和停止时使用交流电动机驱动的油泵，正常运行时采用汽轮发电机轴上安装的同轴油泵供油，发生事故时起动直流电动机驱动的危急油泵进行供油。由于发电机组的轴系质量非常大，因此惯性很大，在发生事故时，仅靠其自身的惯性从额定转速下降至不满足供油条件的状态大约需要1分钟或更长的时间，因此，这种系统下一旦发生事故对于直流电动机驱动的危急油泵的起动时间要求并不很快；但是系统2则与系统1有很大的不同，其在正常起动/停止时与系统1是相同的，也采用交流电动机驱动的油泵作为起动用油泵和停止用油泵，但其在发电机组正常运行时，也仍然采用交流电动机驱动的油泵作为工作油泵。在发生事故时，由于交流电动机及其驱动的油泵的惯性非常小，因此电动机一旦失电油泵将很快不能提供足够的润滑油，为此，要求由直流电动机驱动的危急油泵必须以很快的速度起动，在很短的时间内替代工作油泵向发电机组提供润滑油，才可以确保润滑油的供应不中断，以免发电机组的轴系受损。
上述系统1及系统2中驱动危急油泵的直流电动机都存在的一定的缺点：由于直流电动机结构的原因，电动机上的整流子（也称为“换向器”）一方面有磨损的问题，另一方面运行时发热量较大，且容易形成“环火”。对于采用氢气冷却的发电机，这是非常危险的。对于系统2还有一个严重的缺点，在事故时必须快速起动，否则就可能导致润滑油的供应中断，而这将危及发电机组轴系的安全。
鉴于上述润滑油系统中存在的问题，为了降低其供油中断的风险，同时又满足事故开始时需要快速将润滑油的供应恢复到正常状态，就需要提出一种全新的润滑油供油方式，改善原来的驱动油泵模式，进而大幅度提升润滑油系统的可靠性，同时还可以减少对于供电系统的冲击，确保润滑油的供应不中断，从而可以提高发电机组运转稳定性，降低其轴系损坏的几率和风险，延长了发电机组的运行时间，进一步提升经济和社会效益。
发明内容
有鉴于现有技术存在上述的不足，本发明创新地提出一种独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，其改变了原有润滑油系统中由2台交流电动机驱动的起/停及工作的油泵+1台直流电动机驱动的事故油泵起动的系统结构。在正常起动、停止及运行2台主油泵时均采用独立的直流电源系统通过逆变器、电动机驱动，而在事故时仅需将其中一台逆变器的输出频率快速升高至预先设定值，同时将事故切换阀切换至事故位置即可满足润滑油的供应要求。甚至在事故时也可以不对逆变器的输出做任何改变，仅把事故切换阀切换至事故位置即可。
具体过程就是在事故开始时，对于需要快速升速的电动机而言，由于是从旋转状态的某一低速开始升速，不再需要克服静阻力矩，且升速的范围也仅仅是从某一低速状态开始，因此升速所需的时间很短，更容易满足润滑油连续供应的要求。同时，采用逆变器还可实现油泵的柔性起停，从而减少对设备的冲击，延长了润滑油系统设备的寿命。由此可以延长发电机组的运行时间，进而提升了经济和社会效益。
本发明所采用的技术手段如下所述。
一种独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，包括第一供油模块、第二供油模块、润滑油处理模块以及润滑油出口，其特征在于，其中，上述第一供油模块包含从入口端至出口端依次连接的第一交流电源、第一整流器、第一直流电源系统、第一逆变器、第一电动机以及第一主油泵。上述第二供油模块包含从入口端至出口端依次连接的第二交流电源、第二整流器、第二直流电源系统、第二逆变器、第二电动机以及第二主油泵。上述第一供油模块及上述第二供油模块的出口端相互汇合后与所述润滑油处理模块的入口端连接。其中，上述润滑油处理模块的入口端设置有事故切换阀，上述事故切换阀连接有事故通道以及正常通道，上述事故通道的出口和上述正常通道的出口汇合后与上述润滑油出口连通。
进一步的，上述正常通道上顺次设置有冷油器和滤油器。
进一步的，上述第一电动机与上述第二电动机为相同的交流变频电动机或交流永磁同步电动机。
进一步的，上述第一主油泵与上述第二主油泵为相同的油泵。
进一步的，上述第一逆变器与上述第二逆变器为相同的逆变器。
进一步的，上述第一电动机与上述第二电动机为三项式交流变频电动机或三项式交流永磁同步电动机。
进一步的，上述第一电动机与上述第二电动机的额定电压为220V时上述第一直流电源系统及上述第二直流电源系统的额定电压为380V。
进一步的，上述第一电动机与上述第二电动机的额定电压为380V时上述第一直流电源系统及上述第二直流电源系统的额定电压为540V。
进一步的，上述第一主油泵与上述第二主油泵所在支路的出口处均设有油压检测装置及逆止阀。
进一步的，上述润滑油出口处设有油压检测装置。
本发明所产生的技术效果如下。
通过创新的独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，改善了原来的驱动油泵模式，通过逆变器驱动的电动机以及独立的直流电源系统的供电，实现了对于两个主油泵的缓慢起动或停止，同时也实现了在事故时所需的升速时间短，升速速度快，进而大幅度提高了润滑油系统的可靠性，同时还可以减少对于供电系统的冲击，确保润滑油的供应不中断，从而可以提高发电机组运转稳定性，降低其轴系损坏的几率和风险，延长了发电机组的运行时间，两组独立的直流电源系统则提高了系统的可靠性，进一步提升了经济和社会效益。与现有供油系统将比有益效果进一步体现在：
1. 当发电机组正常运行时，若发生某种事故，导致润滑油的压力下降，则可以通过预先的设定，使2台主油泵中的1台通过逆变器快速增加输出频率使得其驱动的主油泵快速提高转速，同时将润滑油处理系统中的冷油器和滤油器旁路，从而快速减小系统阻力，直到单台主油泵满足润滑油的供应要求；
2. 没有设置专用的“危急油泵”及相应的驱动电动机（通常为直流电动机甚至是特殊定制的专用直流电动机），也没有采用危急油泵电动机的快速起动技术，而是采用对运行中的电动机加速的方法保证润滑油的连续供应，因此本系统的反应速度将快于设置专用危急油泵的系统，且由于电动机是在运行于中、低速的状态开始加速，因此达到满足供油要求的高速所需的时间很短，系统的安全性更高；
3. 在润滑油处理系统入口端设有事故切换阀，可以将单独将2个主油泵的来油选择进入润滑油处理系统正常通道或选择进入事故通道。当选择进入正常通道时，润滑油进入包括冷油器、滤油器等组成的润滑油处理系统，否则直接接至润滑油出口，进而实现在事故发生时的减小输出阻力，提升单机供油的能力，依然满足润滑油供应要求。
附图说明
图1为本发明的独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统的示意图。
具体实施方式
本发明保护一种独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统。如图1所示，其包括第一供油模块11、第二供油模块12、润滑油处理模块13以及润滑油出口14，其特征在于，其中，上述第一供油模块11包含从入口端至出口端依次连接的第一交流电源111、第一整流器112、第一直流电源系统113、第一逆变器114、第一电动机115以及第一主油泵116。上述第二供油模块12包含从入口端至出口端依次连接的第二交流电源121、第二整流器122、第二直流电源系统123、第二逆变器124、第二电动机125以及第二主油泵126。其中，上述第一电动机115驱动的第一主油泵116以及上述第二电动机125驱动的第二主油泵126均既作为正常起动、停止、运行的油泵使用，也可作为事故时的危急油泵使用，进而实现了采用对运行中的电动机加速的方法保证润滑油的连续供应，系统的反应速度将快于设置专用危急油泵的系统，且由于电动机是在运行于中、低速的状态开始加速，因此达到满足供油要求的高速所需的时间很短，系统的安全性更高。上述第一供油模块11及上述第二供油模块12的出口端相互汇合后与所述润滑油处理模块13的入口端连接。其中，上述润滑油处理模块13的入口端设置有事故切换阀131，上述事故切换阀131连接有事故通道132以及正常通道133，上述事故通道132的出口和上述正常通道133的出口汇合后与上述润滑油出口14连通。上述事故切换阀131可以根据不同情况选择进入润滑油处理系统13中的正常通道133或选择通过事故通道132直接接至润滑油出口14。当选择进入正常通道133时，润滑油依次进入冷凝器及滤油器等，否则直接接至润滑油出口14。不但可以保证正常情况下润滑油通过冷油器及滤油器处理后的品质，还可以实现在出现事故时减小阻力，提高了供油的能力，确保满足供油需求。
同时，如图1所示，本发明还进一步具有如下特点。
上述正常通道133上顺次设置有冷油器和滤油器。上述第一电动机115与上述第二电动机125为相同的交流变频电动机或交流永磁同步电动机。上述第一主油泵116与上述第二主油泵126为相同的油泵。上述第一逆变器114与上述第二逆变器124为相同的逆变器。上述第一电动机115与上述第二电动机125为三项式交流变频电动机或三项式交流永磁同步电动机。上述第一电动机115与上述第二电动机125的额定电压为220V时上述第一直流电源系统113及上述第二直流电源系统123的额定电压为380V。上述第一电动机115与上述第二电动机125的额定电压为380V时上述第一直流电源系统113及上述第二直流电源系统123的额定电压为540V。上述第一主油泵116与上述第二主油泵126所在支路的出口处均设有油压检测装置及逆止阀。上述润滑油出口14处设有油压检测装置。
本发明在实际应用中具有以下特点。
当发电机组起动时，由于是正常操作，因此第一供油模块11和第二供油模块12都处于正常状态，此时可以任意起动第一主油泵116或第二主油泵126中的一台，然后再起动另一台，并通过变频器调节两台主油泵使其均在低速下运行，2台主油泵的转速大致相等且满足供油要求即可。事故切换阀131处于与正常通道133导通状态，油泵的供油都通过润滑油处理系统中的冷油器和滤油器向机组的各轴承供油。
当发电机组停机时，随着对润滑油需求的减少，在逆变器的缓慢变化驱动下，先后分别停止2台主油泵的运转即可。事故切换阀131处于与正常通道133导通状态，油泵的供油都通过润滑油处理系统中的冷油器和滤油器向机组的各轴承供油。
在正常运行时，2台电动机同时以较低的、基本相同的速度，按满足供油要求运行。事故切换阀131处于与正常通道133导通状态，油泵的供油都通过润滑油处理系统中的冷油器和滤油器向机组的各轴承供油。
当润滑油供油系统内发生故障如下故障时，相设备将根据故障的情况由控制系统采取不同的应对措施，以保证润滑油的供应。
1.2路交流电源同时失去情况。由于2套直流系统中的第一直流电源系统113及第二直流电源系统123的容量足够大，因此第一逆变器114及第二逆变器124可以保持原状态不变，也可以让其中1台加速，同时让另1台逐渐减速，最终实现单台运行；为了延长直流电源系统的供电时间，可以将事故切换阀131切换至事故通道132导通状态。
2.失去其中1路交流电源。此时系统的运行方式可以继续保持第一主油泵116及第二主油泵126同时运行。但最优的方案是将未失去交流电源的主油泵加速至全速，同时将失去交流电源的主油泵逐渐减速直至停止。如此可以使失去交流电源的直流电源系统处于待机状态，以便随时接替另一组系统的运行。
3.任1台逆变器/电动机/油泵故障。此时将另一套正常运行的设备快速升速至全速即可。也可以在升速的过程中将事故切换阀131切换至事故通道132导通状态。
4.冷油器故障/滤油器故障/润滑油处理系统的出口油压下降超过允许值。此时将事故切换阀131切换至事故通道132导通状态即可。
具体实现，例如，发生如下故障时，当第一交流电源111突然失电时，第一整流器112将没有输入电源，此时将通过预先的设置选择将第二逆变器124的输出频率快速升高，以使第二电动机125的转速快速增加，从而使第二主油泵126的输出快速增加，同时将事故切换阀131由正常通道133导通状态切换至事故通道132导通状态。随后，逐渐降低第一逆变器114的输出频率，从而使第一电动机115逐渐停止。
其中，对于事故的检测方式，例如任意一台电动机故障或任意一台主油泵故障，只要检测到相应输出的润滑油压下降就将把另一台逆变器的输出频率提高，并将事故切换阀131切换到事故一侧，从而保证润滑油的供应满足要求。通过在每台主油泵的出口都设置的油压检测装置，及逆止阀，来实现检测事故状态。
对于冷油器或者滤油器故障，只要检测到总输出的润滑油压下降就将把其中一台逆变器的输出频率提高，并将事故切换阀131切换到事故一侧，从而保证润滑油的供应满足要求。通过在润滑油出口14中设置的油压检测装置进行这一故障判断。对于这种情况，控制系统预先指定了一台将在事故时运行的电动机。因此，对应逆变器的输出频率将从正常运行的较低频率快速升高到预先规定的高速。由于电动机是从旋转状态的低速向高速升速，此时已经克服了静阻力矩，因此其升速的速度将明显快于从静止状态起动的危急油泵。因此供油的速度也更快，加之在升速开始时将事故切换阀131切至了事故位置，使得润滑油泵输出的润滑油不再经过冷油器和滤油器，因此润滑油处理系统的阻力也快速地大幅降低，从而可以保证润滑油的供应始终满足要求。
实施中其他典型的事故处理方案如下。
1.两个供油模块中的任一个故障。此时立即将没有故障的供油模块的逆变器输出频率快速增加，同时将润滑油处理模块切换至事故状态，以保证润滑油的不间断供应。使正在运行中的1台逆变器快速增加输出频率，使其驱动的电动机升速，相应的主油泵供油量增加，同时降低另一台逆变器的输出频率，使其驱动的电动机的转速逐渐下降直至停止这样是可以减少两台电动机同时运行时的损耗。
2. 两个供油模块的交流电源同时失去。此时有2种处理方法可以预先指定实现：（1）维持现有的2台逆变器保持交流电源失电前的状态不变，仅将润滑油处理模块切换到事故状态。（2）将其中1台逆变器的输出频率快速增加，同时将润滑油处理模块切换至事故状态，并将另一台逆变器缓慢将输出降低至0。
本发明通过创新的提出一种独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，在不设置专用危急油泵的情况下，通过2台主油泵同时运行，并时刻监视其运行情况，保证润滑油的连续供应。在事故时，通过将其中1台主油泵快速增加转速并将冷油器和滤油器旁路，实现单台油泵保证不断油，且满足润滑油的连续供应，进而大幅度提升润滑油系统的可靠性，同时还减少了对于供电系统的冲击，降低了危急油泵在快速起动时冲击以及完全避免了起动不成功的概率，确保了润滑油的供应不中断，从而可以提高发电机组运转稳定性，降低其轴系损坏的几率和风险，延长了发电机组的运行时间，进一步提升了经济和社会效益。
Claims (10)
1.独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，包括第一供油模块（11）、第二供油模块（12）、润滑油处理模块（13）以及润滑油出口（14），其特征在于：
其中，所述第一供油模块（11）包含从入口端至出口端依次连接的第一交流电源（111）、第一整流器（112）、第一直流电源系统（113）、第一逆变器（114）、第一电动机（115）以及第一主油泵（116）；
所述第二供油模块（12）包含从入口端至出口端依次连接的第二交流电源（121）、第二整流器（122）、第二直流电源系统（123）、第二逆变器（124）、第二电动机（125）以及第二主油泵（126）；
所述第一供油模块（11）及所述第二供油模块（12）的出口端相互汇合后与所述润滑油处理模块（13）的入口端连接；其中，所述润滑油处理模块（13）的入口端设置有事故切换阀（131），所述事故切换阀（131）连接有事故通道（132）以及正常通道（133），所述事故通道（132）的出口和所述正常通道（133）的出口汇合后与所述润滑油出口（14）连通。
2.如权利要求1所述的独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，其特征在于，所述正常通道（133）上顺次设置有冷油器和滤油器。
3.如权利要求1所述的独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，其特征在于，所述第一电动机（115）与所述第二电动机（125）为相同的交流变频电动机或交流永磁同步电动机。
4.如权利要求1所述的独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，其特征在于，所述第一主油泵（116）与所述第二主油泵（126）为相同的油泵。
5.如权利要求1所述的独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，其特征在于，所述第一逆变器（114）与所述第二逆变器（124）为相同的逆变器。
6.如权利要求3所述的独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，其特征在于，所述第一电动机（115）与所述第二电动机（125）为三相式交流变频电动机或三相式交流永磁同步电动机。
7.如权利要求1或3或6所述的独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，其特征在于，所述第一电动机（115）与所述第二电动机（125）的额定电压为220V时所述第一直流电源系统（113）及所述第二直流电源系统（123）的额定电压为380V。
8.如权利要求1或3或6所述的独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，其特征在于，所述第一电动机（115）与所述第二电动机（125）的额定电压为380V时所述第一直流电源系统（113）及所述第二直流电源系统（123）的额定电压为540V。
9.如权利要求1所述的独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，其特征在于，所述第一主油泵（116）与所述第二主油泵（126）所在支路的出口处均设有油压检测装置及逆止阀。
10.如权利要求1所述的独立直流电源系统且不设危急油泵的润滑油供油系统，其特征在于，所述润滑油出口（14）处设有油压检测装置。
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