一種用于汽輪發(fā)電機組的廣義變頻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]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)電廠配備的大量栗與風(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。
[0003]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?？捎^。
[0004]變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(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栗或者風(fēng)機電機頻率，從而改變水栗或者風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，提高其運行效率，達到節(jié)能減排目的。
[0005]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)?？煽毓枳冾l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)。
[0006]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)水栗、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。
[0007]為此，專利“ZL2012 I 0006442.8”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。
[0008]因此，專利“ZL2014 2 0245755.3”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)，即給水栗汽輪機直接連接給水栗，并通過齒輪箱間接連接發(fā)電機，通過給水栗汽輪機在驅(qū)動給水栗同時，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，給水栗容量本身就較大，若進一步驅(qū)動發(fā)電機，功率就相對更大，以1000MW機組為例，給水栗設(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，給水栗汽輪機的功率就至少53MW，而目前給水栗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，給水栗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，甚至難以與給水栗轉(zhuǎn)速進行匹配。
[0009]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】

[0010]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)。
[0011]本發(fā)明提供的一種用于汽輪發(fā)電機組的廣義變頻系統(tǒng)，它至少包括轉(zhuǎn)速可調(diào)的汽輪機、給水栗、發(fā)電機和增速齒輪箱、變頻母線以及與其相連的輔機;其特征在于，所述汽輪機通過所述增速齒輪箱與所述給水栗連接，驅(qū)動所述給水栗;所述汽輪機與所述發(fā)電機連接，拖動所述發(fā)電機發(fā)電;所述發(fā)電機通過所述變頻母線與所述輔機的電動機相連。
[0012]進一步地，其特征在于，還包括工頻電源，所述輔機的電動機通過所述工頻母線與所述工頻電源相連。
[0013]可選地，其特征在于，還包括離合器系統(tǒng)，所述離合器系統(tǒng)設(shè)置在所述汽輪機與所述發(fā)電機之間。
[0014]進一步地，其特征在于，所述離合器系統(tǒng)，可為單獨的安全聯(lián)軸器，或單獨的離合器，或安全聯(lián)軸器與離合器相結(jié)合的方式。
[0015]可選地，其特征在于，還包括相應(yīng)的變壓器，所述變壓器設(shè)置在發(fā)電機輸出端后。
[0016]可選地，其特征在于，所述輔機的電動機通過開關(guān)與所述變頻母線相連;所述輔機的電動機通過開關(guān)與所述工頻母線相連。
[0017]可選地，其特征在于，所述輔機至少為I個。
[0018]本發(fā)明提供的一種廣義變頻系統(tǒng)，其基本原理為:利用轉(zhuǎn)速可調(diào)的汽輪機(稱之為“變頻汽輪機”)，連接增速齒輪箱驅(qū)動給水栗，同時，推動發(fā)電機，根據(jù)機組負荷變化，相應(yīng)調(diào)節(jié)(改變)進入該變頻汽輪機的蒸汽參數(shù)及蒸汽量，使其轉(zhuǎn)速相應(yīng)改變，從而改變發(fā)電機輸出的交流電的頻率，通過變頻母線進而改變連接在其上的所有輔機電動機的電源頻率，最終改變輔機轉(zhuǎn)動機械的轉(zhuǎn)速。
[0019]其中連接在變頻母線上的輔機還可連接至工頻母線，工頻與變頻互為切換作為備用。當該汽輪機或發(fā)電機故障或其他特殊工況時，連接變頻母線的輔機可迅速切換至工頻，從而保證機組安全運行。
[0020]亦可進一步在變頻汽輪機與發(fā)電機之間設(shè)置離合器系統(tǒng)，如出現(xiàn)變頻發(fā)電機或者其電氣設(shè)備故障等而要求發(fā)電機必須停運的情況，可直接通過離合器系統(tǒng)斷開變頻發(fā)電機，確保給水栗正常運行，從而確保主汽輪發(fā)電機組運行的安全性。離合器系統(tǒng)可以是單獨的安全聯(lián)軸器，或者單獨的離合器，或者安全聯(lián)軸器與離合器組合的方式。
[0021]此外，還可在發(fā)電機輸出端后設(shè)置相應(yīng)的變壓器，使發(fā)電機輸出電壓經(jīng)過變壓后，可滿足不同電壓等級的各個輔機電動機的要求。
[0022]隨著機組負荷變化，該變頻系統(tǒng)為連接在其上的所有輔機提供了一個頻率初步調(diào)整的調(diào)頻電源，各輔機上的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)諸如閥門、擋板或動葉可調(diào)式軸流風(fēng)機的動葉等可再進一步微調(diào)，以保證滿足生產(chǎn)要求。例如，以滿足調(diào)節(jié)開度最大的輔機的調(diào)節(jié)機構(gòu)開度的95%的電源頻率作為調(diào)頻電源頻率。
[0023]本發(fā)明的變頻汽輪機，其工作汽源取之于主汽輪機的抽汽。此外，可在本發(fā)明的變頻汽輪機前進一步設(shè)置進汽調(diào)門，這樣在隨機組負荷變化同時，還可進一步通過該調(diào)門來精確控制該變頻汽輪機的轉(zhuǎn)速。
[0024]本發(fā)明提供的一種廣義變頻系統(tǒng)主要具有如下優(yōu)點:
1、本發(fā)明的廣義變頻系統(tǒng)，不須采用其他型式的變頻器就可獲得所需頻率的交流電，從而使得連接變頻母線上的輔機功耗大幅降低。2、本發(fā)明根據(jù)給水栗以及變頻汽輪機轉(zhuǎn)速隨機組負荷同步變化的特點，采用的變頻汽輪機既驅(qū)動給水栗又拖動發(fā)電機，因此，相對專利“ZL 2012 I 0006442.8”的方案來說，給水栗汽輪機與單獨設(shè)置的變頻汽輪機合二為一，相應(yīng)設(shè)置的輔機系統(tǒng)亦都合二為一，大大簡化了系統(tǒng)及降低投資，此外，合二為一的汽輪機容量相對增加，內(nèi)效率也會因此得到提升。3、本發(fā)明的變頻汽輪機通過增速齒輪箱與給水栗連接，因此相對專利“ZL 2014 2 0245755.3”的方案來說，一方面，給水栗轉(zhuǎn)速可設(shè)計更高，栗的直徑變小，從而給水栗的制造成本可降低;栗殼變薄，啟動及變負荷適應(yīng)性強；另一方面，變頻汽輪機轉(zhuǎn)速相對較低，可與現(xiàn)有工頻汽輪機實現(xiàn)一定程度的兼容，克服了變頻汽輪機與給水栗之間轉(zhuǎn)速較難匹配的問題；同時，變頻汽輪機低轉(zhuǎn)速下的排汽余速損失也要相對要低，因此相對可獲得更高的內(nèi)效率;此外，由于變頻汽輪機低轉(zhuǎn)速下可采用更長的末級葉片，取得較充裕的排汽面積，因而其排汽壓力也可做到相對更低，即汽輪機運行中的實際總焓降相對要大，經(jīng)濟效益也會更好。
[0025]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0026]
圖1、圖2、圖3、圖4、圖5是本發(fā)明的具體實施例的系統(tǒng)示意圖；
圖中標記:
T:汽輪機；G:發(fā)電機;BFP:給水栗;GB:齒輪箱;C:離合器系統(tǒng);Tr:雙繞組變壓器;Tr’:三繞組變壓器；
a:變頻母線;b:工頻母線； C:變頻母線;d:工頻母線；
Ia，2a，3a......，na:輔機與變頻母線間的開關(guān)；
Ib，2b，3b......，nb:輔機與工頻母線間的開關(guān)；
Ic，2c，3c