一种核电站大型水泵变频调速热备用电路的制作方法

文档序号:10538267阅读:423来源:国知局
一种核电站大型水泵变频调速热备用电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种核电站大型水泵变频调速热备用电路,所述电路包括:第一变频器、第二变频器、第三变频器、监测器,上述三个变频器均有一端连接所述监测器;其中,第一变频器连接监测器中的第一监控,第三变频器连接监测器中的第二监控,第二变频器连接监测器中的选择及控制器;第一变频器的另一端顺序连接串联的第一接触器、第一晶闸管和第二接触器的一端,第二变频器的另一端顺序连接串联的第三接触器、第二晶闸管和第四接触器的一端,第三变频器的另一端顺序连接串联的第五接触器、第三晶闸管和第六接触器的一端;选择及控制器控制所有机械及电力电子开关。本发明变频调速后的水泵流量变化不会发生突变,将对供水管道的冲击破坏影响很小。
【专利说明】
一种核电站大型水泵变频调速热备用电路
技术领域
[0001]本发明属于核电站设计技术,主要涉及大型水栗配套变频调速备用电路设计方法。
【背景技术】
[0002]在核电厂中有不少大型水栗用于各种用途。在这些场合中水栗的正常不间断运行关系到核电站的安全问题,所以供电设备的可靠性要求极高。但是在某些地区的冬季、夏季海水温差较大,导致不同季节所需要的水流量也有较大差别,有些流量的调节必须使用变频调速方能达到,这就要求变频调速电路极为可靠。本发明以循环水栗为例说明变频调速电路设计备用回路完成主备切换的设计方法。
[0003]由于循环水栗在汽机运行中重要性很高,其供电可靠程度直接影响整个核电机组的运行和整个核电站的并网发电能力(即经济效益),所以为了保证循环水栗电机变频器调速回路的高可靠性需要设计变频器备用回路,保证正常供电回路故障时能切换到备用供电回路供电。但是主备电压源型变频电源切换存在有几个技术难点:
[0004]1、现有电气主接线回路中断路器、接触器开断动作时间较长为几十至几百毫秒,不满足水栗工作的允许中断时间要求。
[0005]2、变频器现在市场主流设备为电压源型变频器,无法进行并联供电。
[0006]3、变频调速后的水栗流量变化不宜发生突变,否则将对供水管道产生水锤冲击破坏影响很大。
[0007]以上三个难点采用变频器传统回路供电方案很难解决,所以需要从主回路的结构中寻求改变以求解决方案。
[0008]技术方案的解决考虑三个问题。
[0009]第一部分是切换开关的速度问题:在电力电子器件的发展过程中正是由于机械开关的速度不能满足电路的快速开关要求,才出现半导体器件形式的开关器件。所以在需要开关切换的部分采用半导体开关器件辅以相应的控制要求的电路模块即可满足开关要求。
[0010]第二部分是解决电压源型变频器并联的问题:变频器输出侧并联其他任意电源后,变频器已运行时,还未将变频器完全停止就将另一路电源(三相电或其他变频器的输出)接到了该变频器的输出侧,由于变频器的输出侧电路相当于一个三相可逆整流桥,只不过正组桥是二极管不可控,因此只要由IGBT构成的反组桥有一个IGBT导通,就会导致电源经IGBT的共阳极组的一个管子与二极管共阴极组的一个管子短路(相当于直流可逆电路中的正反组切换失败),而变频器的输出侧一般都没有快熔,只能将IGBT烧坏,而在PffM控制方式下,IGBT的换向脉冲切换很快,因此,一旦出现这种情况,变频器的输出侧IGBT会瞬间损坏,输出侧电源短路时的电流流通路径如附图1所示。因此变频器及其并联电源之间要加隔断装置以防止此类问题的发生。但是由于切换时间的限制,隔断装置同样不能选用断路器、隔离开关之类设备,所以此处隔断装置可选用半导体器件加以解决,并辅以满足要求的控制电路控制通断。
[0011]第三部分是为实现变频器的变频持续供电,主电源进行无扰切换至备用变频电源的措施。由于电机需要保证转速持续运转,所以当主变频器故障时应快速切换至备用变频器,且应保证供电的频率状态和原来的电源一致,这就要求变频器控制的变频输出参数同时应输入到备用变频器,以便在备用变频器切换到循环水栗电机供电回路时可以实时输出电机所需要的电源。

【发明内容】

[0012]针对目前市场主流的电压源型变频器无法并联热备用的现状,以及变频器备用回路的切换只能切换到工频的情况,本发明的目的在于提供一种能够实现变频器供电的热备用变频回路,并且解决两台电压源型变频器的并联出现的问题,以实现大型循环水栗供电的可靠性要求以及在使用过程中的实时调节水量的要求。本发明里,中压主电路中取代常规机械开关的独立电力电子开关,电压源型变频器采用电力电子器件作为隔离器实现供电回路间的热备用。
[0013]本发明的技术方案如下:
[0014]—种核电站大型水栗变频调速热备用电路,所述电路包括:第一变频器、第二变频器、第三变频器、监测器,上述三个变频器均有一端连接所述监测器;
[0015]其中,第一变频器连接监测器中的第一监控,第三变频器连接监测器中的第二监控,第二变频器连接监测器中的选择及控制器;第一变频器的另一端顺序连接串联的第一接触器、第一晶闸管和第二接触器的一端,第二变频器的另一端顺序连接串联的第三接触器、第二晶闸管和第四接触器的一端,第三变频器的另一端顺序连接串联的第五接触器、第三晶闸管和第六接触器的一端;第二接触器的另一端和第四接触器的另一端之间连接串联的第四晶闸管和第七接触器;第四接触器的另一端和第六接触器的另一端之间连接串联的第八接触器和第五晶闸管。电压源型变频器采用电力电子器件作为隔离器实现供电回路间的热备用。
[0016]进一步地,如上所述的核电站大型水栗变频调速热备用电路,第二接触器的另一端和第六接触器的另一端还分别连接第一电机和第二电机。
[0017]进一步地,如上所述的核电站大型水栗变频调速热备用电路,所述三个变频器的所述一端还分别连接电源。控制器控制所有机械及电力电子开关。
[0018]本发明满足水栗工作的允许中断时间要求,可进行并联供电,变频调速后的水栗流量变化不会发生突变,将对供水管道的冲击破坏影响很小。
【附图说明】
[0019]图1为变频器的输出侧IGBT瞬间损坏后输出侧电源短路时的电流流通路径示意图。
[0020]图2为本发明具体的变频调速电路主接线及晶闸管开关的连接示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0022]如图2所示,本发明提供的一种核电站大型水栗变频调速备用电路,所述电路包括:第一变频器1、第二变频器2、第三变频器3、监测器4;上述三个变频器均有一端连接所述监测器,其中,第一变频器连接监测器中的第一监控5,第三变频器连接监测器中的第二监控7,第二变频器连接监测器中的选择及控制器6;第一变频器的另一端顺序连接串联的第一接触器8、第一晶闸管9和第二接触器10的一端,第二变频器的另一端顺序连接串联的第三接触器11、第二晶闸管12和第四接触器13的一端,第三变频器的另一端顺序连接串联的第五接触器14、第三晶闸管15和第六接触器16的一端;第二接触器的另一端和第四接触器的另一端之间连接串联的第四晶闸管19和第七接触器20;第四接触器的另一端和第六接触器的另一端之间连接串联的第八接触器21和第五晶闸管22;第二接触器的另一端和第六接触器的另一端还分别连接第一电机17和第二电机18。所述三个变频器的所述一端还分别连接电源23。
[0023]上述第一到第五晶闸管为开关速度为微秒级的晶闸管开关器件。电压源型变频器采用电力电子器件作为隔离器实现供电回路间的热备用。控制器控制所有机械及电力电子开关。
[0024]以某核电工程的循环水栗为例,循环水系统冬、夏季所需的海水流量分别为14m3/s和19.9m3/s,经计算栗的轴功率和转速后可以选择变频器直接调节水栗电机的转速以获得符合汽机冷却要求。设计中为了保证变频器对循环水栗供电的高可靠性,对两台循环水栗的变频器设置一台备用变频器以便有一台变频器故障时尽可能小的减少对汽机冷却回路的影响。根据对管道的估计0.3s是循环水栗管道可以接受的最大供水中断时间。在常规电气开关(断路器、接触器)切换检查时间不足以完成这几种任务的情况下,采用开关速度为几百微秒的晶闸管器件进行电源的切换管理。
[0025]变频器的电压等级以及供电的电流及其保护等各类参数选择完成后,要另外设计增加变频器2作为主回路变频器I和3的备用回路。由于变频器为电压源型变频器,所以根据上文所述考虑采用晶闸管来解决两台变频器切换时有可能产生的击穿另外一台变频器中的完好器件的问题。另外为了主回路的切换速度,又需要采用晶闸管类电力电子器件。所以在变频器I的连接主回路中,两个开关器件合并为一个,因为可以承载主回路中电流电压的电力电子器件必定可以胜任阻隔两台变频器间的电压击穿问题。对于两台变频器而言,只设计一个共同的备用回路已经可以满足变频回路的供电可靠性问题。
[0026]采用电力电子器件实现回路的通断,其主要目的一般来讲都为了精确到微秒级的电路通断控制精度。在加快开关了速度的同时,还要考虑控制结构如何实现变频器的变频备用问题。为实现这个目的,需要在变频器I和3中设计一套变频输出控制的监测系统,此系统应当能无延迟接受变频器I和3的控制输出信号以及故障检测信号,而在变频器2中要采用一套和变频器2控制策略相关的输入控制模块,并且采用或门的比较方式控制其输出频率和选择启动脉冲信号以及实时输出。
[0027]下面以变频器I为例说明供电回路工作情况:主回路中接触器全部闭合,在变频器I回路故障时,则变频器I的控制系统接收到自身的故障信号,同时传递给变频器I的监测器
4。此系统把变频器I的故障信号传递到变频器2中,同时传输给变频器2的还有变频器I的此时的控制脉冲信息。变频器2正常情况下应该是上电工作的,但是其出口处不输出电流处于热备用状态,只有接到变频器I或变频器3的信号,则根据传递的信息,第二晶闸管(SCR2)触发输出电流并根据变频器I传输过来的频率信息进行微调。
[0028]而此时控制系统根据故障情况发出第一晶闸管(SCRl)关断命令,触发SCR2的同时触发导通第四晶闸管(SCRll),并且利用SCR2的电流对SCRl进行加速反向截止。此时由备用变频器2对电机I供电。SCRl截止后,打开此回路的接触器,进行检修。变频器3故障时,晶闸管器件的开关动作同上。
[0029]显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种核电站大型水栗变频调速热备用电路,其特征在于: 所述电路包括:第一变频器、第二变频器、第三变频器、监测器,上述三个变频器均有一端连接所述监测器; 其中,第一变频器连接监测器中的第一监控,第三变频器连接监测器中的第二监控,第二变频器连接监测器中的选择及控制器;第一变频器的另一端顺序连接串联的第一接触器、第一晶闸管和第二接触器的一端,第二变频器的另一端顺序连接串联的第三接触器、第二晶闸管和第四接触器的一端,第三变频器的另一端顺序连接串联的第五接触器、第三晶闸管和第六接触器的一端;第二接触器的另一端和第四接触器的另一端之间连接串联的第四晶闸管和第七接触器;第四接触器的另一端和第六接触器的另一端之间连接串联的第八接触器和第五晶闸管。2.如权利要求1所述的核电站大型水栗变频调速热备用电路,其特征在于: 第二接触器的另一端和第六接触器的另一端还分别连接第一电机和第二电机。3.如权利要求1所述的核电站大型水栗变频调速热备用电路,其特征在于: 所述三个变频器的所述一端还分别连接电源。4.如权利要求1所述的核电站大型水栗变频调速热备用电路,其特征在于: 所述第一到第五晶闸管为开关速度为微秒级的晶闸管开关器件。5.如权利要求1所述的核电站大型水栗变频调速热备用电路,其特征在于: 所述选择及控制器控制所有机械及电力电子开关。
【文档编号】H02P29/028GK105897116SQ201610305671
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】吴震
【申请人】中国核电工程有限公司
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