CN203146291U - 双模调速型给水泵组的节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双模调速型给水泵组的节能控制系统。该节能控制系统包括：远程监控单元；至少一个节能量计量系统，所述节能量计量系统包括：至少一个电能量采集装置，所述电能量采集装置与所述给水泵组的主驱动电机相对应且实时地采集所述主驱动电机的电学参数；工控机，所述工控机与所述电能量采集装置相连且基于所述电学参数计算所述给水泵组的节能能量，并将与所述节能能量相关联的信号发送至所述远程监控单元。根据本实用新型实施例的节能控制系统，不仅具有节能量计量准确、实时、高度可靠的特点，而且仅通过单独的远程监控单元即达到实时对现场给水泵的运行状态、运行数据等信息全面监控的目的。

Description

双模调速型给水泵组的节能控制系统

技术领域

本实用新型涉及给水泵技术领域，尤其是涉及一种改进的双模调速型给水泵组的节能控制系统。

背景技术

现有技术中，发电厂电动机通过液力耦合器驱动给水泵。给水泵作为发电厂的大功率耗电设备，对其实施变频调速改造，可得到显著的节电效果和效益。给水泵的消耗电能，随发电负荷、季节、燃煤热值的变化而变化，电厂的发电负荷根据电网调度随时调整，各时间段的发电负荷与历史同时间段没有可比性，因而改造后用固定的节电率计算节电量偏差较大。要相对准确、合理的计量节能量难度较大。在实际实施合同能源管理改造项目时，往往缺少一种双方认可的节能量计量工具，造成项目无法顺利进行。

同时，给水泵现场往往距离较远，调试和维护费用高，给维护和监控带来较大的困难。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种双模调速型给水泵组的节能控制系统，该节能控制系统尤其适于改造后的节能量准确计量，同时可以远程地对现场的给水泵组进行全面监控。

根据本实用新型的一个实施例，提供了一种双模调速型给水泵组的节能控制系统，包括：远程监控单元；至少一个节能量计量系统，所述节能量计量系统包括：至少一个电能量采集装置，所述电能量采集装置与所述给水泵组的主驱动电机相对应且实时地采集所述主驱动电机的电学参数；工控机，所述工控机与所述电能量采集装置相连且基于所述电学参数计算所述给水泵组的节能能量，并将与所述节能能量相关联的信号发送至所述远程监控单元。

根据本实用新型的用于双模调速型给水泵组的节能控制系统，针对火电厂给水泵驱动电机高压、大功率特点，同时充分考虑了电厂给水泵当前经常调峰运行，给水泵出力需要经常调节的这一特点，通过实时采集主驱动电机的电学参数，从而计量准确、实时、高度可靠。此外，仅通过单独的远程监控单元，即可达到实时对现场给水泵的运行状态、运行数据等信息全面监控的目的。综上，本系统是双模调速型给水泵组实施高压变频调速合同能源管理改造的最佳计量工具，具有良好的推广价值。

根据本实用新型的一个实施例，所述电学参数为所述驱动电机的电压、电流和功率因素。

根据本实用新型的一个实施例，该给水泵组可以包括：变频器，所述变频器通过断路器连接至高压电源；变频差动保护器，所述变频差动保护器与所述主电动机电连接并对所述电动机进行变频差动保护；主电动机，所述主电动机与所述变频器电连接；液力耦合器，所述液力耦合器分别与所述主电动机和所述给水泵相连，并在所述主电动机的操作下驱动所述给水泵转动；以及独立液压油供给单元，所述液压油供给单元将液压油供给至所述液力耦合器。

根据本实用新型的一个实施例，所述工控机进一步包括：节能量计算模块，所述节能量计算模块中存储有预定电学参数，且所述节能量计算模块基于所述电学参数和所述预定电学参数计算在预定时间内的所述节能能量。

根据本实用新型的一个实施例，所述节能控制系统进一步包括：油温监控模块，所述油温监控模块与所述工控机相连并监测所述双模调速型给水泵组的独立供油单元的润滑油和工作油的油温；以及工频和变频信号处理模块，所述工频和变频信号处理模块与所述工控机相连并在接收到来自所述双模调速型给水泵组的变频器的变频信号时启动所述节能量计算模块的计量。

根据本实用新型的一个实施例，所述节能控制系统进一步包括：多值传感器模块，所述多值传感器模块与所述工控机相连，并监测所述变频器内的温度、湿度和气压。

根据本实用新型的一个实施例，所述多值传感器模块通过设置在所述变频器内的多值温度传感器探头、多值湿度传感器探头、气压传感器分别检测所述变频器内的所述温度、所述湿度和所述气压。

根据本实用新型的一个实施例，所述节能控制系统进一步包括：辅助油泵监控模块，所述辅助油泵监控模块与所述工控机相连并监控供给至所述给水泵组的辅助电机的润滑油和工作油温度，所述润滑油和工作油通过所述独立供油单元供给。

根据本实用新型的一个实施例，所述节能控制系统进一步包括：无线收发器，所述无线收发器用于与所述远程监控模块通信；以及恒流电源，所述恒流电源用于向所述工控机、所述无线收发器、所述电能量采集装置、所述节能量计算模块、所述油温监控模块、所述工频和变频信号处理模块以及所述多值传感器模块中的至少一个供电。

根据本实用新型的一个实施例，所述工控机与所述远程监控单元通过GPRS无线网络或者互联网相连。通过公用无线数据网络，远程监控系统的监控网络可以覆盖全国任意地点的给水泵所在地，提供可靠的监控。远程监控功能的使用，大大降低了设备的维护成本。

根据本实用新型的一个实施例，所述节能量计量系统与所述远程监控单元之间的通信通过加密进行。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型的一个实施例的双模调速型给水泵组的节能控制系统的结构示意图；

图2为图1中的双模调速型给水泵组的节能控制系统的节能量计量系统的结构示意图；以及

图3为根据本实用新型的一个实施例的双模调速型给水泵组的节能控制系统中的给水泵组的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

节能计算原理

在技术改造之前，例如给水泵电机的平均电流为I_前，功率因数为并按下列公式进行计算，计算出技术改造前的给水泵电机耗电功率：

同理，技术改造后的给水泵电机耗电功率为：

注：技术改造后的给水泵电机耗电功率(P_后)由计量系统从用户的电能计量装置中直接读取。

实际节能量：W＝(P_前-P_后)·T                (3)

其中，T为用户给水泵电机变频运行时间(单位：小时)。

双模调速型给水泵组的节能控制系统

下面将结合附图来详细描述根据本实用新型的一个实施例的双模调速型给水泵组的节能控制系统，其中图1显示了该节能控制系统的结构示意图，图2显示了该节能控制系统中的节能量计量系统的结构示意图。需要说明的是，双模调速型给水泵组指即可在变频调速模式下运行，又可在液力耦合调速模式下运行的给水泵组。

如图1中所示，该双模调速型给水泵组的节能控制系统包括远程监控单元100和至少一个节能量计量系统200。下面将对节能量计量系统200的结构进行详细描述。

需要说明的是，在下述中，节能量计量系统即可以用软件来实现，也可以用硬件的方式来实现或者二者结合的方式来实现，这对普通技术人员在阅读了本实用新型的技术方案之后是显而易见的。下面将对节能量计量系统200中的一个的构造进行描述。图2中显示了2个给水泵组400。

如图3中所示，根据本实用新型的一个实施例，该给水泵组400可以包括变频器FT、主电动机M、变频差动保护器DP、液力耦合器HC、给水泵PF、独立液压油供给单元。但是，需要说明的是，下面对该给水泵组的结构描述只是出于示例的目的，而不是为了限制本实用新型的保护范围。根据本实用新型的双模调速型给水泵组的节能控制系统可以对任何具有主电动机、辅助电动机、变频器的给水泵组进行节能计量和监控。

如图3中所示，所述变频器FT通过断路器K1连接至高压电源1，根据本实用新型的一个实施例，该高压电源1可以是工业用高压电源。主电动机M与变频器FT电连接。由于在高压电源1和主电动机M之间设置了变频器FT，从而可以通过变频操作来降低给水泵PF的功耗，提高整个给水泵组400的用电效率。根据本实用新型的一个实施例，该变频器FT可以为中压变频器。

如图3中所示，液力耦合器HC分别与所述主电动机M和所述给水泵PF相连，并在所述主电动机M的操作下驱动所述给水泵PF转动。根据本实用新型的一个实施例，如上所述，该给水泵组400还包括独立液压油供给单元，所述液压油供给单元将液压油供给至液力耦合器HC。与传统的设计不同，该液压供给单元独立于主电动机的拖动，而单独地对液力耦合器HC供给液压油，从而克服了传统的、在主电动机M速度发生变化时所拖动的液力耦合器HC的原配主油泵PO供油不足或者不连续的情况。根据本实用新型的一个实施例，如图3中所示，该独立液压油供给单元包括：第一主油泵PO1，所述第一主油泵PO1由第一电动机M1拖动并向所述液力耦合器HC供给所述液压油；以及备用主油泵PO2，所述备用主油泵PO2由第二电动机M2拖动并在第一主油泵PO1发生故障时向所述液力耦合器HC供给所述液压油。需要说明的是，该独立液压油供给单元还可以包括更多个备用主油泵和分别驱动其的电动机。

由此，通过改造现有的液力耦合器的供油系统，从而可以降低因为引入变频器FT所导致的液压油供给动力不足的现象。此外，通过一用一备的方式，提高了整个给水泵组运行的安全性和工作的连续性。

根据本实用新型的一个实施例，变频差动保护器DP与主电动机M连接并对所述主电动机M进行变频差动保护。在现有的电动机中，特别是对高压电动机当容量在2000kW及以上，或容量虽小于2000kw的电动机需要差动保护，但现有的电动机中的差动保护机构仅对工频有效，当频率改变时，现有的电动机中的差动保护机构不能有效的工作。

如图2中所示，节能量计量系统200包括：至少一个电能量采集装置1，所述电能量采集装置1与给水泵组400的主驱动电机M相对应且实时地采集所述主驱动电机M的电学参数；工控机12，所述工控机12与所述电能量采集装置1相连且基于所述电学参数计算所述给水泵组400的节能能量，并将与所述节能能量400相关联的信号发送至所述远程监控单元100。根据本实用新型的一个实施例，该电能量采集装置1可以为高速电能量采集装置，获得双模调速型给水泵组的主驱动电机M的例如实时电压、电流、功率因数、实时功率、实时电量等电学参数。由此，高速电能量采集装置保证了给水泵在变工况下，实时功率和电量的准确获得，实现高速度、高精度的计量。

在本实用新型的实施例中，针对给水泵高压、出力频繁调节的特点，采取了高速采样的设计，通过RS485总线，分别从电能量采集装置读取电能量完成节能量计算、计量、统计分析功能。如图2中所示，高速电能量采集装置通道专用RS485转232模块18来实现RS485总线和工控机12之间的数据转换。高速电能量采集装置1保证了给水泵在变工况下，实时功率和电量的准确获得，从而实现高速度、高精度的计量。相似地，智能模块共用RS485转232模块19来实现工控机12和多值传感器模块5等之间的数据转换。

此外，如图1中所示，根据本实用新型的一个实施例，工控机12与远程监控单元通过GPRS无线网络400或者互联网300相连。通过公用无线数据网络，远程监控系统的监控网络可以覆盖全国任意地点的给水泵所在地，提供可靠的监控。远程监控功能的使用，大大降低了设备的维护成本。

根据本实用新型的用于双模调速型给水泵组的节能控制系统，针对火电厂给水泵驱动电机高压、大功率特点，同时充分考虑了电厂给水泵当前经常调峰运行，给水泵出力需要经常调节的这一特点，通过实时采集主驱动电机的电学参数，从而计量准确、实时、高度可靠。此外，仅通过单独的远程监控单元，即可达到实时对现场给水泵的运行状态、运行数据等信息全面监控的目的。综上，本系统是双模调速型给水泵组实施高压变频调速合同能源管理改造的最佳计量工具，具有良好的推广价值。

根据本实用新型的一个实施例，所述工控机进一步包括：节能量计算模块(未示出)，所述节能量计算模块中可以存储有预定电学参数，且所述节能量计算模块基于所述电学参数和所述预定电学参数计算在预定时间内的所述节能能量。根据本实用新型的一个实施例，所述预定电学参数可以为例如该给水泵组400改造之前的电压、电流或者功率因数。从而可以通过例如上述公式(3)计算获得预定时间内该节能能量的大小。节能量计量系统200可对给水泵组400内的给水泵的变频调速运行和工频液力耦合调速运行两种状态下的给水泵电机的实时电压、电流、功率因数、实时功率、运行时间、本期用电量、本期节电量、累计用电量、累计节电量等参数实施实时监控和计算，从而分别获得工频和变频下的节能能量。节能量计量系统200可对给水泵组400的变频调速运行和工频液力耦合调速运行两种状态下的给水泵电机的实时电压、电流、功率因数、实时功率、运行时间、本期用电量、本期节电量、累计用电量、累计节电量等参数实施实时监控和计算。而

根据本实用新型的一个实施例，节能控制系统进一步包括油温监控模块3和工频和变频信号处理模块4。油温监控模块3与工控机12相连并监测给水泵组400的独立供油单元的润滑油和工作油的油温，油温的检测可以通过设置在独立供油单元中的油温检测传感器8来执行。工频和变频信号处理模块4与工控机12相连并在接收到来自双模调速型给水泵组400的变频器FT的变频信号或者旁路柜(未示出)的工频信号24时启动节能量计算模块的计量。例如，根据本实用新型的一个实施例，工频和变频信号处理模块4与给水泵变频调速系统中的自动开关柜(或手动开关柜)连接，通过开关柜内开关的辅助触点，获取给水泵当前的变频调速运行或工频液力耦合调速运行状态，智能判断出设备当前状态，以有效决策控制节能量计算模块的计量的启动或者停止。自动开关柜(或手动开关柜)的旁路结构使得系统的可靠性得到提高。本实用新型的节能量计量系统将设备运行状态科学地划分为设备尚未安装、设备停止、设备调试、变频调速、工频液力耦合调速、通讯故障等设备状态，仅当给水泵处于变频调速运行状态时，计量系统才进行本期节能量、本期用电量等本期数据、累计节能量、累计用电量等累计数据的实时计量，其余状态下不计量，保证了设备节能量的准确计量。

节能量计量系统200可对给水泵组400内的独立供油单元的润滑油和工作油进行实时监控，从而提高了整个给水泵组400的运行可靠性和稳定性。

根据本实用新型的一个实施例，节能控制系统进一步包括：多值传感器模块5，多值传感器模块5与工控机12相连，并监测变频器FT内的温度、湿度和气压。且进一步地，多值传感器模块5通过设置在变频器FT内的多值温度传感器探头9、多值湿度传感器探头10、气压传感器11分别检测变频器FT内的温度、湿度和气压。通过该节能量计量系统200中的多值传感器模块，通过对室内温度、湿度、柜内外压差的实时监测，能够提前对变频器FT故障发出预警。

根据本实用新型的一个实施例，节能控制系统可以进一步包括：辅助油泵监控模块2，辅助油泵监控模块2与工控机12相连并监控供给至给水泵组400的辅助电机21的润滑油和工作油温度，该润滑油和工作油通过该给水泵组400中的独立供油单元供给。

根据本实用新型的一个实施例，节能控制系统进一步包括：无线收发器6和恒流电源14。无线收发器6用于与远程监控单元100通信，并将工控机12所获得或者收集到的节能量或者监控信息发送至远程监控单元100。根据本实用新型的一个实施例，恒流电源14用于向工控机12、无线收发器6、电能量采集装置1、节能量计算模块、油温监控模块3、工频和变频信号处理模块4以及多值传感器模块5中的至少一个供电。根据本实用新型的一个实施例，该节能量计量系统200可以进一步包括电源滤波器13，以对恒流电源14进行充电。且如图2中进一步所示，还可以进一步包括24V变送器供电电源16、24V模块供电电源15，以对该节能量计量系统200中单独的部件进行供电。节能量计量系统100通过该恒流电源14，从而具有掉电保护设计，在上电后自动进入计量状态。掉电时，保证前次累计数据不丢失，上电后自动接续累计。例如，该无线收发器6可以为具有天线7的无线DTU通讯模块6。天线7可以选用增强型通讯天线，其中DTU通道专用RS485转232模块17用于实现DTU通讯模块6和工控机12之间的数据转换。

此外，在如图1所示的节能控制系统中，远程监控单元100可以控制所需要进行监控的节能量计量系统200，以分别对其运行情况进行实时监控。例如，辅助电机21的工况、变频器FT的工况等。根据本实用新型的一个实施例，远程监控单元100通过所述该节能量计量系统200中的工控机12的IP地址来进行定位和控制。此外，用户可以通过本地或者通过远程登录该远程监控单元100来进行操作。

根据本实用新型的一个实施例，远程监控单元100与节能量计量系统200之间的数据传输采取加密方式进行，这保证了数据传输的安全性。在本实用新型的节能控制系统中，双模调速型给水泵组节能量计量系统内所有的本地监控数据和功能，均可在远程监控中心系统同等完成。远程监控单元100可以单独设置，例如设置为一个，即可对多个双模调速型给水泵组现场实施实时全面高可靠监控，节约监控设备投入成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种双模调速型给水泵组的节能控制系统，其特征在于，包括：

远程监控单元；

至少一个节能量计量系统，所述节能量计量系统包括：

至少一个电能量采集装置，所述电能量采集装置与所述给水泵组的主驱动电机相对应且实时地采集所述主驱动电机的电学参数；

工控机，所述工控机与所述电能量采集装置相连且基于所述电学参数计算所述给水泵组的节能能量，并将与所述节能能量相关联的信号发送至所述远程监控单元。

2.根据权利要求1所述的双模调速型给水泵组的节能控制系统，其特征在于，所述电学参数为所述驱动电机的电压、电流和功率因素。

3.根据权利要求2所述的双模调速型给水泵组的节能控制系统，其特征在于，所述工控机进一步包括：

节能量计算模块，所述节能量计算模块中存储有预定电学参数，且所述节能量计算模块基于所述电学参数和所述预定电学参数计算在预定时间内的所述节能能量。

4.根据权利要求3所述的双模调速型给水泵组的节能控制系统，其特征在于，进一步包括：

油温监控模块，所述油温监控模块与所述工控机相连并监测所述双模调速型给水泵组的独立供油单元的润滑油和工作油的油温；以及

工频和变频信号处理模块，所述工频和变频信号处理模块与所述工控机相连并在接收到来自所述双模调速型给水泵组的变频器的变频信号时启动所述节能量计算模块的计量。

5.根据权利要求4所述的双模调速型给水泵组的节能控制系统，其特征在于，进一步包括：

多值传感器模块，所述多值传感器模块与所述工控机相连，并监测所述变频器内的温度、湿度和气压。

6.根据权利要求5所述的双模调速型给水泵组的节能控制系统，其特征在于，所述多值传感器模块通过设置在所述变频器内的多值温度传感器探头、多值湿度传感器探头、气压传感器分别检测所述变频器内的所述温度、所述湿度和所述气压。

7.根据权利要求5所述的双模调速型给水泵组的节能控制系统，其特征在于，进一步包括：

辅助油泵监控模块，所述辅助油泵监控模块与所述工控机相连并监控供给至所述给水泵组的辅助电机的润滑油和工作油温度，所述润滑油和工作油通过所述独立供油单元供给。

8.根据权利要求7所述的双模调速型给水泵组的节能控制系统，其特征在于，进一步包括：

无线收发器，所述无线收发器用于与所述远程监控模块通信；以及

恒流电源，所述恒流电源用于向所述工控机、所述无线收发器、所述电能量采集装置、所述节能量计算模块、所述油温监控模块、所述工频和变频信号处理模块以及所述多值传感器模块中的至少一个供电。

9.根据权利要求1所述的双模调速型给水泵组的节能控制系统，其特征在于，所述工控机与所述远程监控单元通过GPRS无线网络或者互联网相连。

10.根据权利要求9所述的双模调速型给水泵组的节能控制系统，其特征在于，所述节能量计量系统与所述远程监控单元之间的通信通过加密进行。

11.根据权利要求1所述的双模调速型给水泵组的节能控制系统，其特征在于，所述给水泵组包括：

变频器，所述变频器通过断路器连接至高压电源；

变频差动保护器，所述变频差动保护器与所述主电动机电连接并对所述电动机进行变频差动保护；

主电动机，所述主电动机与所述变频器电连接；

液力耦合器，所述液力耦合器分别与所述主电动机和所述给水泵相连，并在所述主电动机的操作下驱动所述给水泵转动；以及

独立液压油供给单元，所述液压油供给单元将液压油供给至所述液力耦合器。

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