CN114577052A - 一种水轮发电机组智能冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的一种水轮发电机组智能冷却系统，包括：冷却管路；设置在所述冷却管路上的流量调节装置；设置在所述流量调节装置下游的冷却管路上的冷却器；设置在发热零部件上的第一温度传感器以及设置在所述流量调节装置的上游冷却管路上的第一流量传感器。其通过第一温度传感器实时检测发热零部件的温度并通过控制器自动实时的调整冷却管路上的流量调节装置的阀门的开度，从而实现实时、自动的调节冷却器的冷却能力，进而实现发热零部件保持在预定温度范围内。

Description

一种水轮发电机组智能冷却系统
技术领域
本发明涉及冷却技术领域，尤其涉及一种水轮发电机组智能冷却系统。
背景技术
现有的水轮发电机组冷却系统，大多在机组初始运行后调节手动阀门在固定开度，保持冷却水压力恒定。尤其为保证冷却效果，手动阀门均保持较大的开度，使得冷却能力过剩，热媒介质处于较低的温度。由于机组的摩擦和搅拌损耗，与热媒介质的温度息息相关，当温度过低时，粘度增加，损耗加大。与此同时，当出现异常工况时，需要值班人员及时发现并处理，不能自动调节。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水轮发电机组智能冷却系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水轮发电机组智能冷却系统，包括：监测单元；调控单元以及管路单元；
所述管路单元包括：冷却管路；设置在所述冷却管路上的流量调节装置及设置在所述流量调节装置下游的冷却管路上的冷却器；
所述监测单元包括：设置在发热零部件上的第一温度传感器以及设置在所述流量调节装置的上游冷却管路上的第一流量传感器；
所述调控单元包括控制器，用于接收所述第一温度传感器以及所述第一流量传感器所发出的信号，根据预定的逻辑程序对所述信号进行判断，并发出控制信号至所述流量调整装置，控制所述流量调整装置的开度。
进一步的，所述逻辑程序是将第一温度传感器的温度与设定温度实时比对，通过双PID程序块串联控制流量调节装置按运算结果打开或关闭，保持实时温度与设定温度趋于一致。
进一步的，所述流量调节装置包括并联设置在所述冷却管路上的第一自动调节阀和第二自动调节阀；所述第一自动调节阀和/或第二自动调节阀根据所述控制器发出的控制信号控制其各自的开度。
进一步的，所述监测单元还包括设置在所述第二自动调节阀的上游管路上的第二流量传感器。
进一步的，还包括两个第一手动阀，分别设置在所述流量调节装置上游和下游的冷却管路上。
进一步的，还包括与两个所述第一手动阀并联于所述冷却管路上的旁路管线，所述旁路管线上设置有第二手动阀。
进一步的，所述监测单元还包括：设置在所述流量调节装置与所述冷却器装置之间的冷却管路上的压力变送器；设置在所述流量调节装置上游冷却管路上的第二温度传感器以及设置在所述冷却器的冷却介质出口冷却管路上的第三温度传感器。
进一步的，所述冷却器用于对发热零部件进行冷却，冷却器的冷媒端与冷却管路连通，冷却器的热媒端与发热零部件侧连通，通过冷媒和热媒能量交换，实现发热零部件降温。
进一步的，所述控制器包括串联设置的第一PID控制模块和第二PID控制模块；第一PID控制模块的输入端接入设定温度信号，所述第一温度传感器的输出端连接第一PID控制模块的反馈输入端，第一PID控制模块的输出端连接第二PID控制模块的输入端，所述第一流量传感器的输出端连接第二PID控制模块的反馈输入端，第二PID控制模块的输出端连接所述流量调整装置的控制端。
上述冷却系统的控制方法如下，以设定温度作为所述第一PID控制模块的输入，以所述第一温度传感器作为所述第一PID控制模块的反馈，所述第一PID控制模块的输出结果作为所述第二PID控制模块的输入，以所述第一流量传感器作为所述第二PID控制模块的反馈，所述第二PID控制模块的输出结果控制所述流量调节装置的阀门的开度。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明提供的一种水轮发电机组智能冷却系统，包括：监测单元；调控单元以及管路单元；所述管路单元包括：冷却管路；设置在所述冷却管路上的流量调节装置以及设置在所述流量调节装置下游的冷却管路上的冷却器；所述监测单元包括：设置在发热零部件上的第一温度传感器以及设置在所述流量调节装置的上游冷却管路上的第一流量传感器；所述调控单元包括控制器，用于接收所述第一温度传感器以及所述第一流量传感器所发出的信号，根据预定的逻辑程序对所述信号进行判断，并发出控制信号至所述流量调整装置，控制所述流量调整装置的开度。其通过第一温度传感器实时检测发热零部件的温度，并通过控制器自动实时的调整冷却管路上的流量调节装置的阀门的开度，从而实现实时、自动的调节冷却器的冷却能力，进而实现发热零部件保持在预定温度范围内。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的逻辑程序框图。
图中：1、第一自动调节阀 ，2、第一手动阀， 3、第二温度传感器，4、第一流量传感器，5、压力变送器 ，6、冷却器，7、冷却管路，9、第三温度传感器，12、第二自动调节阀，13、第二流量传感器，14、旁路管线，15、第二手动阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，其中图1中的箭头方向为冷却介质的流动方向，一种水轮发电机组智能冷却系统，用于水轮发电机组，包括：监测单元；调控单元以及管路单元；管路单元包括：冷却管路7；设置在冷却管路7上的流量调节装置及设置在流量调节装置下游的冷却管路7上的冷却器6；需要说明的是管路单元根据不同机组的设计要求，选择对应管径的流量调节装置和管件组成，是冷媒介质的传输管路。
冷却器6用于对发热零部件进行冷却，冷却器6的冷媒端与冷却管路7连通，冷却器6的热媒端与发热零部件侧的冷却结构连通，通过冷媒和热媒能量交换，实现发热零部件降温。具体的，本实施例中的冷媒介质为水，热媒介质为油或空气。冷却器6可以为油冷却器或空气冷却器。需要说明的是发热零部件是处于一个油槽或空腔中，充满热媒介（油）或空气，冷却器6的盘管处于热媒介中，盘管内通过冷媒介（水），进行热交换，起到冷却的目的。发热零部件可以是水轮发电机组中的推力轴承、导轴承或定子。其中推力轴承和导轴承多采用油冷却器，定子多采用空气冷却器。
监测单元包括：设置在发热零部件上的第一温度传感器以及设置在所述流量调节装置的上游冷却管路上的第一流量传感器4。
调控单元包括控制器，用于接收所述第一温度传感器以及第一流量传感器4所发出的信号，根据预定的逻辑程序对上述的两种信号进行判断，并发出控制信号至所述流量调整装置，控制所述流量调整装置的阀门开度。
控制器为可编程逻辑控制器（PLC），其通过扩展模块（模拟量输入模块）实时采集所述冷却管路中冷媒介质的流量（第一流量传感器4）和第一温度传感器的信息，采集流量调节装置的阀门位置反馈；基于可编程控制器环境编写的流量调节装置动作的逻辑程序，通过扩展模块（模拟量输出模块）输出信号，自动控制流量调节装置按逻辑程序动作，改变所述冷却管路中冷媒介质的流量、压力，实现自动调节的目的。
本实施例中的控制器包括串联设置的第一PID控制模块和第二PID控制模块；第一PID控制模块的输入端接入设定温度信号，所述第一温度传感器的输出端连接第一PID控制模块的反馈输入端，第一PID控制模块的输出端连接第二PID控制模块的输入端，第一流量传感器4的输出端连接第二PID控制模块的反馈输入端，第二PID控制模块的输出端连接所述流量调整装置的控制端。
需要说明的是本实施例的逻辑程序是将第一温度传感器的温度与设定温度实时比对，通过双PID程序块串联控制流量调节装置按运算结果打开或关闭，保持实时温度与设定温度趋于一致。
本实施例流量调节装置包括并联设置在冷却管路7上的第一自动调节阀1和第二自动调节阀12；第一自动调节阀1和/或第二自动调节阀12根据控制器发出的控制信号控制其各自的开度。本实施例的第一自动调节阀1、第二自动调节阀12可以为电动调节阀或气动调节阀。第一自动调节阀1、第二自动调节阀12均带有位置反馈功能。需要说明的是，本实施例中的当第一自动调节阀1为主控制阀，第二自动调节阀12为副控制阀，当第一自动调节阀1出现故障时可以启用第二自动调节阀12。
监测单元还包括设置在第二自动调节阀12的上游管路上的第二流量传感器13，第二流量传感器13用于监测第二自动调节阀12所在的管路上的流量，并向控制器发送信号，控制器将该信号与预定值进行比较，然后发出控制信号控制第二自动调节阀12。
如图2所示，本实施例的控制方法为，以设定温度作为第一PID控制模块的输入，以第一温度传感器作为第一PID控制模块的反馈，第一PID控制模块的输出结果作为第二PID控制模块的输入，以第一流量传感器4作为第二PID控制模块的反馈，第二PID控制模块的输出结果控制流量调节装置的第一自动调节阀1和/或第二自动调节阀12的开度，进而控制副对象（冷媒介质的流量），最终控制主对象（输出温度即使发热零部件想要达到的温度）。本实施例利用第二PID控制模块的闭环反应快速的特点，作为第一PID控制模块的输入，解决第一PID控制模块闭环大时延的特性，解决温度反应滞后的难题。
本实施例还包括两个第一手动阀2，分别设置在流量调节装置上游和下游的冷却管路上，用于调节冷却管路上的流量以及隔离流量调节装置。
本实施例还包括与两个第一手动阀2并联于冷却管路7上的旁路管线14，旁路管线14上设置有第二手动阀15。旁路管线14及第二手动阀15的设置起到便于隔离的作用。
本实施例监测单元还包括：设置在所述流量调节装置与所述冷却器6装置之间的冷却管路上的压力变送器5；设置在所述流量调节装置上游冷却管路上的第二温度传感器3以及设置在所述冷却器6的冷却介质出口冷却管路上的第三温度传感器9；压力变送器5、第二温度传感器3以及第三温度传感器9向控制器发送信号，控制器接收第二温度传感器3和第三温度传感器9发出的信号，通过计算第二温度传感器3与第三温度传感器9的差值来获得冷却系统的冷却能力并根据冷却系统的冷却能力匹配不同的控制参数。控制器接收压力变送器5的信号调控系统压力。
需要说明的是，工作时，监测单元通过信号采集模块（如西门子AI和RTD模块）采集推力轴承、导轴承或定子的实时温度（即第一温度传感器的温度）、冷却水管路的流量、压力和温度、自动调节阀的开度反馈信号。
需要说明的是，本实施例中的第一温度传感器、第二温度传感器3及第三温度传感器9均为热电偶温传感器。第一流量传感器4与第二流量传感器13的型号为+GF+ 3-2551；压力变送器5的型号为QBE2103-P25。
本实施例的工作原理：
初始启动时，控制器根据设定压力信号，比对压力变送器5数值，符合预设值时，启动第二自动调节阀12，通过双PID（第一PID控制模块和第二PID控制模块）闭环反馈控制，使得第二自动调节阀12达到一定开度，初始化完成并保证冷却水达到常规使用流量；延时一定时间后，启动第一自动调节阀1，同时关闭第二自动调节阀12，此时，对比设定温度和实际温度（第一温度传感器测得的温度）反馈，如果实际高于设定温度，则增加第一自动调节阀1开度，保证温度下降到设定温度附近，反之则减小第一自动调节阀1开度，以此保证温度恒定在设定范围内。
需要说明的是，初始化完成后进行第一自动调节阀1与第二自动调节阀12相互切换时，控制器通过接收第一流量传感器4和第二流量传感器13的信号控制第一自动调节阀1与第二自动调节阀12的开度，从而实现平稳的转换。
本实施例与现有技术相比的有益效果是：
本实施例通过实时监测发热零部件的温度并自动实时的调整冷却管路7上的流量调节阀的开度，从而实现实时、自动的调节冷却器6的冷却能力，进而实现发热零部件保持在预定温度范围内。
在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种水轮发电机组智能冷却系统，其特征在于：包括：监测单元；调控单元以及管路单元；
所述管路单元包括：冷却管路；设置在所述冷却管路上的流量调节装置以及设置在所述流量调节装置下游的冷却管路上的冷却器；
所述监测单元包括：设置在发热零部件上的第一温度传感器以及设置在所述流量调节装置的上游冷却管路上的第一流量传感器；
所述调控单元包括控制器，用于接收所述第一温度传感器以及所述第一流量传感器所发出的信号，根据预定的逻辑程序对所述信号进行判断，并发出控制信号至所述流量调整装置，控制所述流量调整装置的开度。
2.根据权利要求1所述的一种水轮发电机组智能冷却系统，其特征在于：所述逻辑程序是将第一温度传感器的温度与设定温度实时比对，通过双PID程序块串联控制流量调节装置按运算结果打开或关闭，保持实时温度与设定温度趋于一致。
3.根据权利要求1所述的一种水轮发电机组智能冷却系统，其特征在于：所述流量调节装置包括并联设置在所述冷却管路上的第一自动调节阀和第二自动调节阀；所述第一自动调节阀和\或第二自动调节阀根据所述控制器发出的控制信号控制其各自的开度。
4.根据权利要求3所述的一种水轮发电机组智能冷却系统，其特征在于：所述监测单元还包括设置在所述第二自动调节阀的上游管路上的第二流量传感器。
5.根据权利要求1所述的一种水轮发电机组智能冷却系统，其特征在于：还包括两个第一手动阀，分别设置在所述流量调节装置上游和下游的冷却管路上。
6.根据权利要求5所述的一种水轮发电机组智能冷却系统，其特征在于：还包括与两个所述第一手动阀并联于所述冷却管路上的旁路管线，所述旁路管线上设置有第二手动阀。
7.根据权利要求1所述的一种水轮发电机组智能冷却系统，其特征在于：所述监测单元还包括：设置在所述流量调节装置与所述冷却器装置之间的冷却管路上的压力变送器；设置在所述流量调节装置上游冷却管路上的第二温度传感器以及设置在所述冷却器的冷却介质出口冷却管路上的第三温度传感器。
8.根据权利要求1所述的一种水轮发电机组智能冷却系统，其特征在于：所述冷却器用于对发热零部件进行冷却，冷却器的冷媒端与冷却管路连通，冷却器的热媒端与发热零部件侧连通，通过冷媒和热媒能量交换，实现发热零部件降温。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种水轮发电机组智能冷却系统，其特征在于：所述控制器包括串联设置的第一PID控制模块和第二PID控制模块；第一PID控制模块的输入端接入设定温度信号，所述第一温度传感器的输出端连接第一PID控制模块的反馈输入端，第一PID控制模块的输出端连接第二PID控制模块的输入端，所述第一流量传感器的输出端连接第二PID控制模块的反馈输入端，第二PID控制模块的输出端连接所述流量调整装置的控制端。
10.根据权利要求9所述的一种水轮发电机组智能冷却系统的控制方法，其特征在于：以设定温度作为所述第一PID控制模块的输入，以所述第一温度传感器作为所述第一PID控制模块的反馈，所述第一PID控制模块的输出结果作为所述第二PID控制模块的输入，以所述第一流量传感器作为所述第二PID控制模块的反馈，所述第二PID控制模块的输出结果控制所述流量调节装置的阀门的开度。
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