一种基于氢燃料电池的离岸式水电站起重机械系统的制作方法

本发明属于水利水电机电技术领域，更具体地说是一种基于氢燃料电池的离岸式水电站起重机械系统。

背景技术：

水电站内大量配置有各类型起重机械，如桥机、门机、及启闭机，用于重型设备、设施的起吊及运行操作。以某巨型水电站为例，其厂房顶配置了2台1300t/160t主桥机和1台160t+160t电动双梁双小车桥式起重机，用于水电站内水轮发电机转子的吊装。水轮发电机转子吊装具有如下特点：

(1)用电负荷大。1300t桥机最大工作电流1860a，尖峰电流2840a，单台电机负荷达到250kw。

(2)用电时间短。主要运行轨迹为安装场至机坑之间。

(3)用电频次低。除了建设期运行频次较高之外，电站投运后几乎不运行，仅每年桥机定期检修测试和机组涉及转子大修时运行。

(4)供电可靠性要求高。由于起吊重型设备，以上文提及的巨型水电站为例，其转子最大起吊重量大2085吨，一旦供电可靠性难以保障，起吊过程发生事故，将产生无法估量的巨大损失。

电站范围内其他的小型桥机、门机及启闭机，其用电均具有上述特点，其中启闭机及门机常用于大坝或溢流坝段的泄洪、进水口闸门的开启及关闭、尾水口闸门的开机及关闭等等。

基于上述情况，目前水电站内对于主厂房桥机等相关重要起重机械负荷，往往采用的供电方式为：设置专门的检修用电系统或检修用电回路，对于特别重要的桥机、启闭机回路往往配置双电源回路，用于保证其供电可靠性。以上文提及的巨型水电站厂房顶桥机为例，其配置了专门的10kv/0.4kv检修用电系统，从0.4kv检修主盘引出2回供电回路，经检修配电箱接入厂房顶桥机滑触线集电器。桥机本体从滑触线取电后经过整流/逆变回路，供桥机上各个电机用电，从而驱动桥机运行。

采用上述传统供电方式存在如下问题：

(1)投资较大，较为浪费。用于整套桥机系统供电包括一座10kv/0.4kv检修用电系统、桥机分电箱、滑触线、供电线缆等。

(2)供电可靠性一般。虽然采用了双回路供电等相关保障供电可靠性措施，但是整个供电回路设备多，保护整定复杂，可能发生意外中断供电。

(3)线缆敷设量大，美观性差。桥机供电电缆一般非常粗，转弯半径大，且直接敷设与主厂房墙壁上，局部难以处理，容易影响主厂房的装修效果。且电缆伸出主厂房后接入滑触线时，由于线缆半径太粗，对于大容量的桥机而言往往接线非常困难，限制条件多。导致现场安装方案出现反复调整。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种基于氢燃料电池的离岸式水电站起重机械系统，采用氢燃料电池作为供电电源，供电设备完全设置于水电站起重机械设备本体，不依靠外来供电设备，利用氢燃料的加注实现供电电力的持续。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于氢燃料电池的离岸式水电站起重机械系统，其特征在于，采用氢燃料电池系统为水电站起重机械供电。

进一步的，所述氢燃料电池系统设置在水电站起重机械的驱动电机设备旁边。

进一步的，所述水电站起重机械为桥机系统时，所述桥机系统包括三套氢燃料电池系统：大车运行机构附属氢燃料电池系统、主小车附属氢燃料电池系统、副小车氢燃料电池系统。

进一步的，所述水电站起重机械采用常规交流三相异步电动机驱动时，所述氢燃料电池系统输出电流/电压后，经dc/dc模块、逆变模块向交流电机供电。

进一步的，所述水电站起重机械采用直流电机驱动时，所述氢燃料电池系统输出电流/电压后，经dc/dc模块向直流电机供电。

进一步的，所述氢燃料电池系统包括可替换式储氢罐、氢燃料电池模块。

进一步的，所述氢燃料电池系统配置相应容量的锂电池，用于短期启动时间范围内的用电需求。

进一步的，所述氢燃料电池系统与能量管理模块连接，所述能量管理模块与电机控制器连接；

氢燃料电池系统开启后，向能量管理模块传递工作信号，能量管理模块在接收氢燃料电池系统及电机控制器传递的荷载信号后，控制氢燃料电池系统向电机控制器供电，电机控制器驱动电动机动作。

更进一步的，向所述氢燃料电池系统发出开启指令的方式包括远程无线遥控装置或司机室操控。

本发明的有益效果为：

其一，氢燃料电池系统供电方式简单，清洁绿色无污染，经济性好。

其二，氢燃料电池系统具有储能密度高、输出功率大的特点，实现水电站起重机械系统的可靠及便捷性供电。

其三，氢燃料电池系统设置在水电站起重机械的驱动电机设备边，不用大量敷设线缆，不占用厂房空间，美观性好。

附图说明

图1a为本发明实施例中的桥机设备俯视示意图。

图1b为本发明实施例中的桥机设备正视示意图。

图1c为本发明实施例中的桥机设备侧视示意图。

图2为水电站起重机械供电系统原理示意图。

图中：1-氢燃料电池系统；2-大车运行机构；3-主小车；4-副小车；5-司机室；6-检修吊笼；7-限位缓冲器；8-能量管理模块；9-电机控制器；10-电动机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

一种基于氢燃料电池的离岸式水电站起重机械系统，其特征在于，采用氢燃料电池系统为水电站起重机械供电。

本发明提出的起重机械不依靠厂内厂用电系统，取消常规起重机械需要的配电系统、电缆、滑触线等装置，直接将电源放置于驱动电机设备边，降低了线路压降，提升了供电质量。

如图1a～1c所示，提供一种2×1300t/160t桥机设备图，所述桥机包括：氢燃料电池系统1、大车运行机构2、主小车3、副小车4、司机室5、检修吊笼6、限位缓冲器7。

所述桥机包括三套氢燃料电池系统，分别为：大车运行机构2附属氢燃料电池系统；主小车3附属氢燃料电池系统；副小车4氢燃料电池系统。应当理解，在桥机系统内针对各个机型/电力传动装置是否单独配置氢燃料电池系统并不限定本发明的保护范围。

所述氢燃料电池系统1设置在水电站起重机械的驱动电机设备旁边。

本发明也可采用集中氢燃料电池系统的供电方式，将图中所示大车运行机构2、主小车3、副小车4的能量供应系统集成到一个氢燃料电池系统。

常规起重机械设备电动机一般采用三相交流异步电动机。本发明在此基础上提出了两种电动机驱动方案：1)常规交流三相异步电动机驱动；2)直流电机驱动。

采用常规交流三相异步电动机驱动时，氢燃料电池模块输出电流/电压后，经dc/dc模块、逆变模块向交流电机供电。逆变模块兼具变频功能，以保障启动过程降低启动尖峰电流。采用交流驱动具有电机结构简单，结构简单、坚固耐用、运行可靠、效率较高、维护方便、价格低廉；其缺点是功率因数较低、调速性能较差，启动转矩高。

采用直流电机驱动时，可采用有刷或无刷电机类型，励磁类型不限制，可根据实际工况灵活选择。氢燃料电池模块输出电流/电压后，经dc/dc模块向直流电机供电。能量管理模块兼具调压、调节电流作用。采用直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。而且起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。

氢燃料电池系统1采用可替换式储氢罐、氢燃料电池模块整体替换方式实现能量的持续供应。

由于水电站起重机械系统具有用电负荷大、用电时间短、用电频次低的特点。采用可替换式储氢罐、氢燃料电池模块整体替换方式可有效保障供电可靠性。当原有电池系统能量不足时，系统发出提示指令，运维人员上桥机梁架更换相应设备模块。

当需要运行其中设备时，通过向氢燃料电池系统发出开启指令，指令开启发出方式包括两种：(1)远程无线遥控装置；(2)司机室操控。

氢燃料电池系统接收开启指令后，系统运作，系统响应时间约3min。由于检修类桥机动作无时间响应要求，因此本实施例未配置锂电池等储能装置，用于电机立即动作响应；如有设备动作响应的时间要求，可配置相应容量的锂电池或其他储能系统，用于短期启动时间范围内的用电需求。应当理解，是否配置锂电池系统并不限制本发明的保护范围。

氢燃料电池系统动作后，向能量管理系统传递工作信号，能量管理系统在接收氢燃料电池系统及电机控制器系统传递的荷载信号后，控制氢燃料电池系统向电机控制器供电，电机控制器驱动电动机动作。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。