[發(fā)明專利]一種用于汽輪發(fā)電機組的廣義變頻系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號: CN105703676A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮偉忠
• 申請（專利權(quán)）人: 馮偉忠
• 主分類號: H02P9/04
• 分類號: H02P9/04;H02P9/06;H02P101/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽輪發(fā)電機組領(lǐng)域，尤其涉及一種用于汽輪發(fā)電機組的廣義變頻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，水在鍋爐中受熱變成蒸汽，然后利用蒸汽推動汽輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將燃料的化學(xué)能最終轉(zhuǎn)換成電能。在發(fā)電的過程中，發(fā)電廠配備的大量泵與風(fēng)機等旋轉(zhuǎn)輔機需要消耗大量電能。目前的一般做法是通過廠用變壓器，將所發(fā)的電引出一部分供廠用輔機使用。

發(fā)電廠在工程設(shè)計時，一般按最大需求并加上一定的余量來選取輔機的容量，因而在實際運行中的輔機會有較大的裕量。而當(dāng)定速運行的輔機不在滿負荷下運行、特別是在低負荷運行時，其工作效率會急劇下降，這造成電能的嚴重浪費。如果采用變頻調(diào)速技術(shù)，則可使輔機的工作點盡可能靠近高效區(qū)，并最大限度的降低風(fēng)機擋板、閥門的節(jié)流損失，大大降低設(shè)備運行時的能耗，延長設(shè)備的使用壽命。以離心風(fēng)機為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低時，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，變速運行的節(jié)能效果非常可觀。

變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)能減排、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種重要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能、高效率、高功率因素和節(jié)電效果等優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。目前電廠主要是通過加裝變頻器以達到改變水泵或者風(fēng)機電機頻率，從而改變水泵或者風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，提高其運行效率，達到節(jié)能減排目的。

現(xiàn)在變頻方式主要有可控硅變頻、液力耦合變頻和磁力耦合變頻。在這三種變頻方式中，液力耦合變頻功率大，可靠性低、成本低，其效率與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，調(diào)節(jié)精度低。磁力耦合變頻可靠性高，成本最高，其效率與轉(zhuǎn)速的平方成正比，在轉(zhuǎn)速低的時候，效率低，另外安裝磁力耦合裝置需要改變電機或者是設(shè)備的安裝位置，拆除原先的土建基礎(chǔ)。可控硅變頻效率最高，而且其效率不受負載變化的影響，響應(yīng)最快，調(diào)節(jié)精度最高。在這三種變頻方法中，可控硅變頻成本居中。從成本和效率的角度考慮，發(fā)電廠較多的采用可控硅變頻技術(shù)。

由于發(fā)電廠對設(shè)備可靠性要求較高，所采用的轉(zhuǎn)動設(shè)備，如循環(huán)水泵、送風(fēng)機等設(shè)備功率大，電壓等級高，因而對用于發(fā)電廠的變頻器要求也極高。目前電廠中所采用變頻設(shè)備主要采用可控硅技術(shù)，而可控硅變頻技術(shù)的最大缺點是電壓等級越高，其設(shè)備可靠性越低，而且變頻設(shè)備占地面積大，其變頻諧波對電網(wǎng)以及電機都有影響。因此，在發(fā)電廠中可控硅變頻技術(shù)推廣應(yīng)用比較緩慢。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前已有部分產(chǎn)品能夠較好地解決上述問題，但由于這些產(chǎn)品價格高昂，阻礙了其進一步推廣。

為此，專利“ZL201210006442.8”提出了一種用于火力發(fā)電廠的變頻總電源系統(tǒng)，利用單獨設(shè)置的工作轉(zhuǎn)速可調(diào)的小汽輪機推動一個發(fā)電機，通過改變小汽輪機的工作轉(zhuǎn)速，從而改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率，該發(fā)明實現(xiàn)了不須借用變頻器就可以獲得所需頻率的交流電，從而達到節(jié)能目的。但是不足之處需額外再配置一個小汽輪機和一個發(fā)電機，此外，還需配套相應(yīng)的諸如凝汽器、油系統(tǒng)等輔助設(shè)備以及控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等。

因此，專利“ZL201420245755.3”又進一步提出了一種用于火力發(fā)電廠的新型變頻系統(tǒng)，即給水泵汽輪機直接連接給水泵，并通過齒輪箱間接連接發(fā)電機，通過給水泵汽輪機在驅(qū)動給水泵同時，也驅(qū)動發(fā)電機，同樣實現(xiàn)了不須采用其他型式的變頻器就可獲得所需頻率的交流電，并將所有輔助配套系統(tǒng)合二為一。但是不足之處在于，隨著目前機組容量不斷增加，給水泵容量本身就較大，若進一步驅(qū)動發(fā)電機，功率就相對更大，以1000MW機組為例，給水泵設(shè)計功率約38MW，轉(zhuǎn)速一般在4500～5300rpm，加上發(fā)電機所帶輔機功率，給水泵汽輪機的功率就至少53MW，而目前給水泵汽輪機的制造工藝能力，受制于汽缸結(jié)構(gòu)、葉片強度等因素，尤其是受制于高速旋轉(zhuǎn)下，高離心力導(dǎo)致的長葉片根部的高應(yīng)力，末級葉片的長度及汽輪機的排汽面積受到限制，給水泵汽輪機在額定工況下的排汽壓力就會很高，這樣，不僅經(jīng)濟性差，甚至難以與給水泵轉(zhuǎn)速進行匹配。

因此，本發(fā)明致力于開發(fā)一種成本低、高可靠性、高效率、簡單易行的廣義變頻系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種成本低、高可靠性、高效率、簡單易行的廣義變頻系統(tǒng)。