專利名稱：發(fā)電廠直流油泵軟啟動控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種發(fā)電廠潤滑油泵系統(tǒng)直流油泵啟動器，特別是一種用于控制 發(fā)電廠直流油泵系統(tǒng)雙備份中后備直流電機油泵的軟啟動控制器。
背景技術(shù)：
發(fā)電廠潤滑油泵系統(tǒng)用于汽輪機軸承的潤滑和密封，通常，潤滑油泵采用雙備份 的方式，即平時采用交流電機驅(qū)動油泵，而在交流電機由于電源故障停機時，啟動另外一套 后備直流電機油泵。由于直流油泵電機在啟停時會產(chǎn)生很大的沖擊電流，不僅對電動機的 電樞繞組造成危害，嚴(yán)重時會造成繼電保護和自動裝置誤動作，釀成事故。例如油泵出現(xiàn)故 障，會造成發(fā)電機軸承“燒瓦”事故的發(fā)生。還可能引起直流電瓶的保護裝置動作，結(jié)果使 直流油泵不能正常啟動。發(fā)電廠直流油泵起動控制裝置目前絕大多數(shù)都采用機械開關(guān)(接 觸器)投切起動電阻的方式。盡管傳統(tǒng)的方法是采用接觸器觸頭開關(guān)分段切除起動限流電 阻來限制起動電流，但是這種方法很容易使接觸器觸頭被燒毀粘結(jié)，存在著開關(guān)壽命低，維 護工作量大，裝置損耗大，起動速度慢等問題。解決這個問題的有效方法之一是不用機械開關(guān)，而采用先進的電力電子半導(dǎo)體器 件和高頻斬波技術(shù)實現(xiàn)對電機的“軟起動”。由于半導(dǎo)體器件沒有機械觸頭，也不存在燃弧 的問題，因此其壽命很長。而通過高頻斬波則可實現(xiàn)對電動機電樞電壓的連續(xù)控制；另外， 通過斬波控制還能實現(xiàn)對電動機最大電流的限制。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種發(fā)電廠直流油泵軟啟動控制器，在交流電機由于電 源故障停機時，能夠保證油泵系統(tǒng)的可靠運行。其接觸器觸頭不存在燃弧被燒毀粘結(jié)現(xiàn)象， 開關(guān)壽命長，維護工作量小，起動速度快。本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。發(fā)電廠直流油泵軟啟動控制器，包括與DCS系統(tǒng)連接的DCS控制系統(tǒng)接口端子，及 與該DCS控制系統(tǒng)接口端子連接的繼電保護單元，其特征在于繼電保護單元通過三路信 號與主控制單元連接，主控制單元與降壓斬波主電路單元連接，降壓斬波主電路單元的輸 入端和輸出端分別通過隔離開關(guān)和電流分流器與直流電源及油泵電機接口端子連接，直流 電源及油泵電機接口端子與繼電保護單元連接，從而實現(xiàn)電機勵磁電壓的控制。本實用新型的進一步特征在于所述主控制單元包括與繼電保護單元相連接的繼電保護接口，繼電保護接口與時 序發(fā)生器連接，時序發(fā)生器與積分電路連接，積分電路與脈寬調(diào)制器相連，脈寬調(diào)制器通過 隔離光耦電路與驅(qū)動保護電路連接，驅(qū)動保護電路再通過隔離光耦電路與報警故障和限流 保護電路相連，報警故障和限流保護電路與脈寬調(diào)制器連接。所述降壓斬波主電路單元包括單模塊主電路和雙模塊主電路，所述單模塊主電路 由IGBT模塊Gl和FRD快恢復(fù)二極管Dl模塊以及一個LC濾波器連接構(gòu)成；所述雙模塊主電路為在單模塊主電路IGBT模塊Gl和FRD快恢復(fù)二極管Dl模塊輸入端及LC濾波器的Ll 的輸出端并聯(lián)另一組IGBT模塊G2和FRD快恢復(fù)二極管D3模塊及LC濾波器L2。所述降壓斬波主電路單元設(shè)置在軟啟動控制器箱體的風(fēng)扇和散熱器上。所述直流電源及油泵電機接口端子設(shè)有勵磁繞組端子、直流母線正負(fù)端子、電樞 繞組正極端子及電樞繞組公共端；所述降壓斬波主電路單元輸入端通過隔離開關(guān)分別與直 流電源及油泵電機接口端子的直流母線正負(fù)端子連接；且直流母線正端和勵磁繞組端子與 繼電保護單元相連，直流母線的負(fù)端與電樞繞組的公共端短接。所述降壓斬波主電路單元輸出端上連接兩個電流分流器，該兩個電流分流器分別 與繼電保護單元和主控制單元相連。本實用新型適用于直流油泵電機他勵直流電機的啟動，電樞電流將由電樞電壓和 很小的電樞電阻來決定。如果電樞電壓比較高，那么啟動電流將非常大，結(jié)果對電機繞組和 電源造成沖擊。本實用新型設(shè)法控制電動機的電樞電壓來限制起動電流。由于直流油泵電機直接連接直流電源，為了改變電機的電樞電壓，必須設(shè)法將恒 定的220V直流電源變換成受控電壓源。因此采用全控型IGBT模塊和快恢復(fù)二極管FRD構(gòu) 成降壓斬波電路，并采用高頻脈寬調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)這種變換。采用降壓斬波技術(shù)實現(xiàn)電機軟 起動控制，通過控制IGBT的占空比從0 100%變化，則斬波電路的輸出給M的電壓從零開 始逐漸上升到最大值，即可實現(xiàn)電機的“軟起動”。另外，在控制中需要檢測并反饋電機的電 樞電流，進而通過對輸出電壓的控制限制電機電樞電流的最大值。本實用新型特點在于1)用先進的電力半導(dǎo)體器件IGBT(降壓斬波主電路單元)來替換傳統(tǒng)的機械開 關(guān)，將之應(yīng)用于發(fā)電機直流油泵電機控制中，解決了傳統(tǒng)方式在開關(guān)過程中發(fā)生的燃弧燒 損機械觸頭的問題，提高了裝置的可靠性，基本上實現(xiàn)了免維護。2)采用電力電子高頻斬波技術(shù)(主控制單元與降壓斬波主電路單元)代替機械開 關(guān)投切電阻的控制方式，實現(xiàn)油泵電機電樞電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)，避免了分級切換對發(fā)電機的 沖擊，電機啟動更平穩(wěn)，同時也避免了傳統(tǒng)方式由于串聯(lián)電阻造成的電機起動轉(zhuǎn)矩較低的 問題，從而可以實現(xiàn)快速啟動。3)采用雙模塊并聯(lián)均流、最大電流限制以及勵磁電源控制等措施，可以大大提高 了控制器承受較大過載電流的能力。

圖1為直流油泵軟起動控制器結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2為軟起動控制器主控制單元結(jié)構(gòu)示意框圖；圖3為單模塊斬波電路構(gòu)造原理圖；圖4為雙模塊斬波電路構(gòu)造原理圖。圖中1、繼電保護單元；2、主控制單元；3、風(fēng)扇和散熱器；4、降壓斬波主電路單 元；5、電流分流器；6、隔離開關(guān)；7、直流電源及油泵電機接口端子；8、DCS控制系統(tǒng)接口端 子；9、繼電保護接口 ；10、積分電路；11、脈寬調(diào)制(PWM)器；12、驅(qū)動保護電路；13、隔離光 耦電路；14、報警故障和限流保護電路；15、時序發(fā)生器。DC——200V直流電源；M——油泵直流電機；G(G1，G2)——IGBT ；D(D1、D2、D3、D4、)--決恢復(fù)二極管；L——電感；C——電容。
具體實施方式
如圖1所示，該發(fā)電廠直流泵軟啟動控制器，包括與DCS系統(tǒng)連接的DCS控制系統(tǒng) 接口端子8，及與該DCS控制系統(tǒng)接口端子8連接的繼電保護單元1，DCS控制系統(tǒng)接口端 子8是電廠主控制室DCS系統(tǒng)與直流油泵軟啟動控制器的連接端子，通過DCS控制系統(tǒng)接 口端子8將繼電保護單元1與DCS系統(tǒng)連接起來。連接信號包括DCS系統(tǒng)送給軟啟動器的 兩路信號——起動信號或停止信號，以及軟啟動器反饋給DCS系統(tǒng)的六路信號——當(dāng)前工 作狀態(tài)(合間狀態(tài)、電壓值、電流值、報警狀態(tài)、電機狀態(tài)、電源狀態(tài))。其中繼電保護單元1通過三路信號與主控制單元2連接，主控制單元2與降壓斬 波主電路單元4連接，降壓斬波主電路單元4設(shè)置在軟啟動控制器箱體的風(fēng)扇和散熱器3 上。降壓斬波主電路單元4的輸入端和輸出端分別通過隔離開關(guān)6和電流分流器5與直流 電源及油泵電機接口端子7連接，直流電源及油泵電機接口端子7與繼電保護單元1連接。本啟動控制器的繼電保護單元1采取常規(guī)的繼電保護單元。包括有啟動和停止控 制電路、就地和軟操控制電路、工作狀態(tài)指示裝置、報警控制電路、電源和風(fēng)扇控制電路和 勵磁控制電路。直流電源及油泵電機接口端子7設(shè)有勵磁繞組端子、直流母線正負(fù)端子、電樞繞 組正端及電樞繞組公共端；所述降壓斬波主電路單元4輸入端通過隔離開關(guān)6分別與直流 電源及油泵電機接口端子7的直流母線正負(fù)端子連接；且直流母線正端和勵磁繞組端子與 繼電保護單元1相連，直流母線的負(fù)端與電樞繞組的公共端短接。降壓斬波主電路單元4輸出端上連接兩個電流分流器5，該兩個電流分流器5分別 與繼電保護單元1和主控制單元2相連。如圖2所示，主控制單元2包括與繼電保護單元1相連接的繼電保護接口 9，繼電 保護接口 9與時序發(fā)生器15連接，時序發(fā)生器15與積分電路10連接，積分電路10與脈寬 調(diào)制器11相連，脈寬調(diào)制器11通過隔離光耦電路13與驅(qū)動保護電路12連接，驅(qū)動保護電 路12再通過隔離光耦電路13與報警故障和限流保護電路14相連，報警故障和限流保護電 路14與脈寬調(diào)制器11連接。 工作時，首先是繼電保護接口 9接收來自繼電保護單元1的起動或停止信號，然后 將該信號送給油泵電機起停時序發(fā)生器15，油泵電機起停時序發(fā)生器15對輸入信號進行 處理以后將輸出信號送給積分電路10，積分電路10的輸出作為脈寬調(diào)制器11的輸入給定， 脈寬調(diào)制器11的核心是一個SG3525脈寬發(fā)生器，脈寬調(diào)制器11的輸出就是PWM波。PWM 信號通過隔離光耦電路13送給驅(qū)動保護電路12，驅(qū)動保護電路12再將接收到的PWM信號 轉(zhuǎn)化為可以控制IGBT的驅(qū)動信號輸出到降壓斬波主電路單元4模塊。另外，驅(qū)動保護電路 12還檢測斬波電路中IGBT兩端的電壓，據(jù)此發(fā)出一個電壓報警信號通過隔離光耦電路13 送給故障報警和限流保護電路14。故障報警和限流保護電路14接收來自隔離光耦電路13 的電壓報警信號和來自電流分流器5反饋的電樞電流值，與給定限定電流值進行比較，據(jù) 此得到控制信號送給脈寬調(diào)制器11和繼電保護單元1中的報警控制電路。 如圖3、圖4所示，降壓斬波主電路單元4包括單模塊主電路和雙模塊主電路，所述 單模塊主電路由IGBT模塊Gl和FRD快恢復(fù)二極管Dl模塊以及一個LC濾波器構(gòu)成；所述雙模塊主電路為在單模塊主電路IGBT模塊Gl和FRD快恢復(fù)二極管Dl模塊輸入端及LC濾 波器的Ll的輸出端并聯(lián)另一組IGBT模塊G2和FRD快恢復(fù)二極管D3模塊及LC濾波器的 L2。在小容量時采用單模塊結(jié)構(gòu)，在大容量時采用雙模塊并聯(lián)結(jié)構(gòu)。本實用新型的工作原理是電廠主控制室(DCS操作系統(tǒng))向繼電保護單元1發(fā)出油泵直流電機啟動或停止 命令，繼電保護單元1再將該命令傳輸給主控制單元2，主控制單元2中電機起停時的控 制時序發(fā)生器15接收來自繼電保護單元1的控制信號(電機啟動或停止)。時序發(fā)生器 15在電機起動初期，給軟起動積分電路10輸出一個初始控制電壓，并維持一段時間，以適 應(yīng)油泵從靜止?fàn)顟B(tài)開始起動的工況。由于油泵起動初期的負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大，所以一個階躍的 控制電壓會使得電機電樞內(nèi)瞬時產(chǎn)生一個沖擊電流(當(dāng)然，最大沖擊電流會被限流電路限 制)，從而產(chǎn)生一個較大的起動轉(zhuǎn)矩，使電機快速帶載起動。隨著轉(zhuǎn)速的升高，沖擊電流迅速 下降，積分電路10轉(zhuǎn)入線性升壓階段。在積分電路10工作末端，時序發(fā)生器15還保證通 過脈寬調(diào)制器11產(chǎn)生的PWM信號總是100%占空比，以確保IGBT完全導(dǎo)通，油泵電機全壓 運行。積分電路10實現(xiàn)控制電壓從低到高的線性變化，該變化通過脈寬調(diào)制器11產(chǎn)生 寬度連續(xù)變化的PWM信號，進而控制降壓斬波電路單元4中IGBT的占空比，進而使輸出端 產(chǎn)生連續(xù)升高的平均電壓施加到電機的電樞端，控制電機軟起動。同樣的原理，通過積分電 路10實現(xiàn)控制電壓從高到低的線性變化，則可以實現(xiàn)電機的軟停機。IGBT的隔離驅(qū)動保護電路12控制降壓斬波電路單元4中IGBT開關(guān)管的開通和 關(guān)斷并對IGBT通態(tài)管壓降進行監(jiān)測，當(dāng)管壓降升高到某個限定值，說明IGBT內(nèi)流過短路電 流，此時保護電路會立刻軟關(guān)斷IGBT，對其實施保護。當(dāng)IGBT關(guān)斷一段時間后，保護電路會 對IGBT進行重啟，如果IGBT導(dǎo)通后再次發(fā)生短路過流，則保護電路再次對IGBT進行關(guān)斷， 之后又延時重啟，周而復(fù)始。如果IGBT過流狀況消失，則延時重啟后IGBT重新工作。在故 障期間，驅(qū)動電路通過光耦隔離電路向故障報警限流模塊14發(fā)送信號，進而將會向限流繼 電保護單元1發(fā)出報警信號。故障報警和限流控制電路14通過電流分流器5檢測和反饋電機實際的電樞電流， 對其進行采樣，比較控制。當(dāng)該電流超過預(yù)設(shè)的最大限定值時，控制輸入脈寬調(diào)制器11的 電壓下降，從而減小IGBT的占空比，降低電樞電壓，使得電機轉(zhuǎn)入恒流運行模式。對于電機 發(fā)生堵轉(zhuǎn)或短路等故障，這個功能能夠最大程度的保護電機和控制器不會損壞，是整個控 制器的關(guān)鍵保護之一。當(dāng)發(fā)生過流，則故障報警和限流控制電路14會向繼電保護單元1發(fā) 出報警信號。
權(quán)利要求1.發(fā)電廠直流油泵軟啟動控制器，包括與DCS系統(tǒng)連接的DCS控制系統(tǒng)接口端子(8)， 及與該DCS控制系統(tǒng)接口端子(8)連接的繼電保護單元(1)，其特征在于繼電保護單元 ⑴通過三路信號與主控制單元(2)連接，主控制單元(2)與降壓斬波主電路單元⑷連 接，降壓斬波主電路單元的輸入端和輸出端分別通過隔離開關(guān)(6)和電流分流器(5) 與直流電源及油泵電機的接口端子(7)連接，直流電源及油泵電機接口端子(7)與繼電保 護單元⑴連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)電廠直流油泵軟啟動控制器，其特征在于所述主控 制單元⑵包括與繼電保護單元⑴相連接的繼電保護接口(9)，繼電保護接口(9)與時 序發(fā)生器(1 連接，時序發(fā)生器(1 與積分電路(10)連接，積分電路(10)與脈寬調(diào)制器 (11)相連，脈寬調(diào)制器(11)通過隔離光耦電路(13)與驅(qū)動保護電路(12)連接，驅(qū)動保護 電路(12)再通過隔離光耦電路(13)與報警故障和限流保護電路(14)相連，報警故障和限 流保護電路(14)與脈寬調(diào)制器(11)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)電廠直流油泵軟啟動控制器，其特征在于所述降壓 斬波主電路單元⑷包括單模塊主電路和雙模塊主電路，所述單模塊主電路由IGBT模塊Gl 和FRD快恢復(fù)二極管Dl模塊以及一個LC濾波器連接構(gòu)成；所述雙模塊主電路為在單模塊 主電路IGBT模塊Gl和FRD快恢復(fù)二極管Dl模塊輸入端及LC濾波器的Ll的輸出端并聯(lián) 另一組IGBT模塊G2和FRD快恢復(fù)二極管D3模塊及LC濾波器L2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)電廠直流油泵軟啟動控制器，其特征在于所述降壓 斬波主電路單元(4)設(shè)置在軟啟動控制器箱體的風(fēng)扇和散熱器C3)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)電廠直流油泵軟啟動控制器，其特征在于所述直流 電源及油泵電機接口端子(7)設(shè)有勵磁繞組端子、直流母線正負(fù)端子、電樞繞組正極端子 及電樞繞組公共端；所述降壓斬波主電路單元(4)輸入端通過隔離開關(guān)(6)分別與直流電 源及油泵電機接口端子(7)的直流母線正負(fù)端子連接；且直流母線正端和勵磁繞組端子與 繼電保護單元(1)相連，直流母線的負(fù)端與電樞繞組的公共端短接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)電廠直流油泵軟啟動控制器，其特征在于所述降壓 斬波主電路單元(4)輸出端上連接兩個電流分流器(5)，該兩個電流分流器( 分別與繼電 保護單元(1)和主控制單元( 相連。
專利摘要本實用新型公開了一種發(fā)電廠直流油泵軟啟動控制器，包括與DCS系統(tǒng)連接的DCS控制系統(tǒng)接口端子，及與該DCS控制系統(tǒng)接口端子連接的繼電保護單元，其特征在于繼電保護單元通過三路信號與主控制單元連接，主控制單元與降壓斬波主電路單元連接，降壓斬波主電路單元的輸入端和輸出端分別通過隔離開關(guān)和電流分流器與直流電源及油泵電機的接口端子連接，直流電源及油泵電機的接口端子與繼電保護單元連接。該基于先進電力半導(dǎo)體器件IGBT和高頻斬波技術(shù)為特征的新型直流油泵軟起動控制器，用以替換傳統(tǒng)的機械開關(guān)投切電阻式起動裝置，以提高直流油泵控制系統(tǒng)的可靠性，降低故障率和維護工作量，為電廠發(fā)電機的安全運行提供保障。
文檔編號H02P1/18GK201878065SQ201020609359
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者曾翔君, 申忠如, 申淼, 陳繼明, 駱一萍 申請人:西安交通大學(xué)