抽水蓄能電站發(fā)電電動機多功能控制保護裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可用于抽水蓄能電站發(fā)電電動機多功能控制保護裝置，屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】。它能在發(fā)電電動機水泵工況起動時實現(xiàn)無沖擊軟起動、在發(fā)電工況并網(wǎng)時實現(xiàn)無沖擊自同期并網(wǎng)、發(fā)電機轉(zhuǎn)速過高抑制、停機電氣制動時實現(xiàn)電流可控，從而使起動和并網(wǎng)更加快速安全，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定；同時提高了主開關(guān)的使用壽命、節(jié)省維修費用。
【專利說明】抽水蓄能電站發(fā)電電動機多功能控制保護裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可用于抽水蓄能電站發(fā)電電動機水泵工況起動、發(fā)電工況并網(wǎng)、發(fā)電機轉(zhuǎn)速過高制動、停機電氣制動以及主開關(guān)長壽保護的多功能控制保護裝置，它屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]抽水蓄能電站發(fā)電電動機水泵工況的起動方式有多種，15麗以上的大型發(fā)電電動機水泵工況起動當前主要采用大功率變頻器起動。變頻起動時間長，不利于電網(wǎng)的應(yīng)急調(diào)整；變頻起動電機轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速需要投入電網(wǎng)時，存在變頻電源與電網(wǎng)同步的問題，有時會產(chǎn)生沖擊；變頻器價格高、可靠性差、維修費用高。
[0003]抽水蓄能電站發(fā)電電動機發(fā)電工況的并網(wǎng)當前主要選擇自動準同期并網(wǎng)，自動準同期并網(wǎng)很難實現(xiàn)理想的并網(wǎng)條件，因此電流和電磁力矩沖擊總是存在的，過去就發(fā)生過因非同期并網(wǎng)而使發(fā)電機定子繞組絕緣破壞而短路的嚴重事故。
[0004]發(fā)電電動機發(fā)電工況帶局域電網(wǎng)時，會因大負荷切除而引起發(fā)電機轉(zhuǎn)速突升、電壓增高的情況，影響安全供電，需要投入制動電阻來穩(wěn)定發(fā)電機轉(zhuǎn)速。過去制動電阻的投切使用機械開關(guān)，投切速度慢，電網(wǎng)供電質(zhì)量不高。
[0005]發(fā)電電動機停機電氣制動當前采用的多是機械開關(guān)投切，制動電流對開關(guān)觸頭的傷害很大，開關(guān)壽命低。
[0006]高壓斷路器在電路中起接通和斷開負荷的重要作用，其工作的可靠性直接影響著供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定、工廠企業(yè)的效益，因此人們對高壓斷路器的質(zhì)量和使用壽命十分關(guān)注。但是高壓斷路器作為一種電氣器件也是有一定壽命的，電壓越高、電流越大其壽命越低。當由于維修不及時或質(zhì)量缺陷而發(fā)生故障時，必定會造成很大的損失。據(jù)有關(guān)資料介紹，抽水蓄能電站發(fā)電電動機的主斷路器平均每年要開合1000次以上，平均3?4年就要更換觸頭大修一次，條件差的情況一年就要大修一次，每次大修要40萬元以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種由開關(guān)變壓器模塊構(gòu)成的可用于抽水蓄能電站發(fā)電電動機水泵工況起動、發(fā)電工況并網(wǎng)、發(fā)電機高速抑制、停機電氣制動以及主開關(guān)長壽保護的多功能控制保護裝置，以克服上述各項不足。
[0008]開關(guān)變壓器模塊把變壓器技術(shù)和晶閘管技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成了一個可以承受任意高電壓、任意大電流的電力電子開關(guān)模塊組件。開關(guān)變壓器模塊是對晶閘管串聯(lián)技術(shù)的改進(摒棄)，同時又具有可以直接并用的優(yōu)點，因而它極大地提高了由開關(guān)變壓器模塊構(gòu)成的電力電子裝置的容量和可靠性，使該類電力電子裝置可以更廣泛地應(yīng)用在各種工業(yè)領(lǐng)域。
[0009]本發(fā)明提供一種由開關(guān)變壓器模塊構(gòu)成的發(fā)電電動機多功能控制保護裝置，包括主開關(guān)QF1、換相開關(guān)K1、K2，其特征在于還包括開關(guān)變壓器TK、晶閘管SCR、輔助開關(guān)QF2、隔離開關(guān)K3、K4、K5、K6、制動電阻R6 ;主電路中各器件的連接順序為:500KV母線——升壓變壓器T——換相開關(guān)K1、K2——主開關(guān)QFl——電流傳感器CT——發(fā)電電動機FD ；所述開關(guān)變壓器TK原邊(初級)繞組的上端經(jīng)隔離開關(guān)K3接主開關(guān)QFl的上端，開關(guān)變壓器TK原邊(初級)繞組的下端經(jīng)隔離開關(guān)K4接主開關(guān)QFl的下端，開關(guān)變壓器TK付邊(次級)繞組的兩端接正反并聯(lián)的晶閘管SCR，保護電路RC和壓敏電阻YM是用于對晶閘管SCR提供保護；隔離開關(guān)K5的上端接輔助開關(guān)QF2的上端，隔離開關(guān)K5的下端三相短接；制動電阻R6經(jīng)隔離開關(guān)K6接開關(guān)變壓器TK的下端。
[0010]開關(guān)變壓器的原邊繞組按被控的交流電壓要求繞制，開關(guān)變壓器付邊繞組按單只電力電子器件的耐壓要求繞制，由于變壓器原邊繞組的電壓可以任意高，因此被控電壓可以做到任意高；這樣一只器件就可以替代許多只器件的串聯(lián)，解決了元器件串聯(lián)的低可靠性問題。當所需調(diào)節(jié)電流較大時，可以采取增加付邊繞組(多副繞組)的方法來解決；也可以采取模塊并用的方法來解決。當電力電子器件采用半控器件(例如SCR)時，可以得到高電壓大電流半控模塊，其控制方法可以是相位控制。當電力電子器件采用全控器件(例如VM0S、IGCT等)時，可以得到高電壓大電流全控模塊，其控制方法可以是脈寬調(diào)制PWM控制。
[0011]主控單元可由計算機系統(tǒng)構(gòu)成，例如可編程序控制器PLC、工控計算機COM、單片機；觸發(fā)單元則根據(jù)所用電力電子器件選擇；傳感器單元一般為電壓互感器PT和電流互感器CT，它為計算機系統(tǒng)提供電壓信號和電流信號，從而構(gòu)成以電壓或電流為控制量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]結(jié)合附圖可清楚地了解本發(fā)明的特點及其對當前電力系統(tǒng)的意義。
[0013]圖1是由開關(guān)變壓器模塊構(gòu)成的發(fā)電電動多功能控制保護裝置的基本電路。
[0014]圖2是由適用于大功率控制的多副繞組開關(guān)變壓器模塊并用構(gòu)成的發(fā)電電動機多功能控制保護裝置的基本電路。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0016]圖1是由開關(guān)變壓器模塊構(gòu)成的發(fā)電電動機多功能控制保護裝置的基本電路。其中主電路由升壓變壓器T、換相隔離開關(guān)K1、K2、主開關(guān)QF1、電流傳感器CT、發(fā)電電動機FD構(gòu)成。主開關(guān)長壽保護、發(fā)電電動機水泵工況起動和發(fā)電工況并網(wǎng)電路由輔助開關(guān)QF2、隔離開關(guān)Κ3、Κ4、電壓傳感器ΡΤ1、ΡΤ2、電流傳感器CTl和開關(guān)變壓器TK構(gòu)成。電氣制動電路由輔助開關(guān)QF2、隔離開關(guān)Κ5、Κ4和開關(guān)變壓器TK構(gòu)成。發(fā)電機高轉(zhuǎn)速抑制電路由隔離開關(guān)Κ3、Κ6、電流傳感器CT2、制動電阻R6和開關(guān)變壓器TK構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)由可編程序控制器PLC或工控計算機COM和電壓傳感器、電流傳感器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0017]要執(zhí)行水泵工況起動時，首先使隔尚開關(guān)Κ2、Κ5、Κ6斷開，隔尚開關(guān)KU Κ3、Κ4閉合，主開關(guān)QFl和輔助開關(guān)QF2斷開；當控制器PLC接到起動命令時，首先閉合輔助開關(guān)QF2，開關(guān)變壓器TK接入，因晶閘管SCR尚未導(dǎo)通，電機端電壓很小，然后開始調(diào)節(jié)晶閘管SCR的導(dǎo)通角，當晶閘管的導(dǎo)通角由小到大連續(xù)變化時，電動機FD的端電壓亦由小到大連續(xù)變化，電機被不斷加速，當起動電流下降到小于額定電流時閉合主開關(guān)QFl即實現(xiàn)了電動機的軟起動。[0018]由于開關(guān)變壓器可靠性高、起動功率大，使軟起動的成功率高、起動無沖擊、起動時間短(I分鐘以內(nèi))，有利于電網(wǎng)穩(wěn)定。
[0019]要執(zhí)行發(fā)電工況并網(wǎng)時,首先使隔尚開關(guān)Kl、K5、K6斷開，隔尚開關(guān)K2、K3、K4閉合，主開關(guān)QFl和輔助開關(guān)QF2斷開；當控制器PLC檢測到發(fā)電機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速、發(fā)電機電壓小于并接近額定電壓、發(fā)電機電壓與電網(wǎng)電壓的相角差小于設(shè)定值時閉合輔助開關(guān)QF2，這時因晶閘管SCR未導(dǎo)通，電壓差加到開關(guān)變壓器TK兩端，然后開始調(diào)節(jié)晶閘管SCR的導(dǎo)通角并控制其中電流為設(shè)定值，當晶閘管的導(dǎo)通角由小到大連續(xù)變化時，電動機FD在電網(wǎng)電壓的電動力作用下加速轉(zhuǎn)動(其它轉(zhuǎn)矩依舊)，當晶閘管SCR完全導(dǎo)通時發(fā)電機電壓即與電網(wǎng)電壓同期，這時再閉合主開關(guān)QFl完成并網(wǎng)操作。
[0020]該功能并網(wǎng)無沖擊、易于實現(xiàn)自動化、并網(wǎng)時間短，并且大型發(fā)電機也可在電網(wǎng)故障情況下并網(wǎng)，使電網(wǎng)盡快恢復(fù)，非常有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定。
[0021]在上述兩項操作中，主開關(guān)QFl合閘時兩端的電壓均為開關(guān)變壓器TK的短路電壓，該電壓很小因而弧光小，主開關(guān)QFl的觸頭得到了保護。當在任何一種情況下需要停機時，可先把開關(guān)變壓器TK投入再斷開主開關(guān)QFl，此時主開關(guān)QFl兩端的電壓均為開關(guān)變壓器TK的短路電壓，該電壓很小因而弧光小，主開關(guān)QFl的觸頭得到了保護，然后再調(diào)節(jié)晶閘管SCR的導(dǎo)通角直至到零，開關(guān)變壓器TK接入電路中，這時開斷輔助開關(guān)QF2因電流很小其觸頭亦得到了保護。
[0022]要執(zhí)行發(fā)電機高轉(zhuǎn)速抑制工況時，首先使隔離開關(guān)Kl、K5、K4斷開，隔離開關(guān)K2、K3、K6閉合，主開關(guān)QFl閉合，輔助開關(guān)QF2斷開；當控制器PLC檢測到發(fā)電機轉(zhuǎn)速過高時閉合輔助開關(guān)QF2，制動電阻R6接入，同時調(diào)節(jié)晶閘管SCR的導(dǎo)通角并控制其中電流為設(shè)定值，這時發(fā)電機轉(zhuǎn)速降低。當發(fā)電機轉(zhuǎn)速降回額定轉(zhuǎn)速附近時斷開輔助開關(guān)QF2，該工況結(jié)束。
[0023]要執(zhí)行電氣制動時，首先斷開隔離開關(guān)Kl、K2、K3、K6、主開關(guān)QF1，閉合隔離開關(guān)K4、K5，斷開晶閘管SCR的觸發(fā)脈沖。當控制器PLC檢測到符合制動條件時，首先閉合輔助開關(guān)QF2，開關(guān)變壓器TK接入，因晶閘管SCR尚未導(dǎo)通，電機電流很小，然后開始調(diào)節(jié)晶閘管SCR的導(dǎo)通角同時施加勵磁，當晶閘管的導(dǎo)通角由小到大連續(xù)變化時，電動機FD的制動電流由小到大連續(xù)變化，電機被不斷制動減速。
[0024]在上述兩項功能中，動作的快速性非常有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定，其電流可控更有利于提高設(shè)備壽命。另外也可以把制動電阻R6接入則電氣制動電路中(通過增加切換開)，使制動能量大部份消耗在制動電阻R6中，提高電機壽命。
[0025]當電機功率較大、現(xiàn)有的晶閘管的允許電流受限時，可采用圖2所示的多副繞組開關(guān)變壓器模塊方式，實現(xiàn)晶閘管并用以解決電流受限問題；也可采用多副繞組開關(guān)變壓器模塊并用以解決開關(guān)變壓器結(jié)構(gòu)受限問題。
[0026]該用于抽水蓄能電站發(fā)電電動機水泵工況起動、發(fā)電工況并網(wǎng)、發(fā)電機高速抑制、停機電氣制動以及主開關(guān)長壽保護的多功能控制保護裝置，當去掉某些開關(guān)時可以減少某項功能，以適應(yīng)不同的需求。
[0027]上述描述的只是該發(fā)明的幾種【具體實施方式】，各種舉例說明不對發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后對前述的【具體實施方式】所做的修改或變形，都不背離發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種由開關(guān)變壓器模塊構(gòu)成的發(fā)電電動機多功能控制保護裝置，包括主開關(guān)QF1、換相開關(guān)Kl、K2，其特征在于還包括:開關(guān)變壓器TK和晶閘管SCR、輔助開關(guān)QF2、隔離開關(guān)K3、K4、K5、K6、制動電阻R ;主電路中各器件的連接順序為:500KV母線——升壓變壓器T換相開關(guān)K1、K2主開關(guān)QFl電流傳感器CT 發(fā)電電動機FD ;所述開關(guān)變壓器TK原邊(初級)繞組的上端經(jīng)隔離開關(guān)K3接主開關(guān)QFl的上端，開關(guān)變壓器TK原邊(初級)繞組的下端經(jīng)隔離開關(guān)K4接主開關(guān)QFl的下端，開關(guān)變壓器TK付邊(次級)繞組的兩端接正反并聯(lián)的晶閘管SCR，保護電路RC和壓敏電阻YM是用于對晶閘管SCR提供保護；隔離開關(guān)K5的上端接輔助開關(guān)QF2的上端，隔離開關(guān)K5的下端三相短接；制動電阻R經(jīng)隔離開關(guān)K6接于開關(guān)變壓器TK原邊(初級)繞組的下端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種由開關(guān)變壓器模塊構(gòu)成的發(fā)電電動機多功能控制保護裝置，其特征還包括:主控單元由計算機系統(tǒng)構(gòu)成，例如可編程序控制器PLC、工控計算機COM、單片機；觸發(fā)單元則根據(jù)所用電力電子器件選擇；傳感器單元一般為電壓互感器PT和電流互感器CT，它為計算機系統(tǒng)提供電壓信號和電流信號，從而構(gòu)成以電壓或電流為控制量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種由開關(guān)變壓器模塊構(gòu)成的發(fā)電電動機多功能控制保護裝置，其特征還包括:當所需調(diào)節(jié)的電流較大時，可以采取多副繞組開關(guān)變壓器模塊的方法來解決，還可以采取開關(guān)變壓器模塊并用的方法來解決。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種由開關(guān)變壓器模塊構(gòu)成的發(fā)電電動機多功能控制保護裝置，其特征還包括:當電力電子器件采用全控器件(IGCT)時，可以得到高電壓大電流全控調(diào)節(jié)，其控制方法可以是脈寬調(diào)制(PWM)控制；當電力電子器件采用半控器件晶閘管(SCR)時，可以得到高電壓大電流半控調(diào)節(jié)，其控制方法可以是相位控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種由開關(guān)變壓器模塊構(gòu)成的發(fā)電電動機多功能控制保護裝置，其特征還包括:當去掉某些開關(guān)時可以減少某項功能，以適應(yīng)不同的需求。
【文檔編號】H02J3/38GK103684109SQ201210353490
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】潘政春, 王宇 申請人:哈爾濱帕特爾科技股份有限公司