一种燃气轮机转子冷却空气冷却器送风机变频系统的制作方法

1.本发明涉及转子冷却空气冷却器送风机技术领域，具体涉及一种燃气轮机转子冷却空气冷却器送风机变频系统。


背景技术：

2.三菱燃气轮机为防止燃气轮机热通道中的高温热部件受到损坏，通过燃气轮机冷却空气系统对高温热部件进行冷却。其中燃气轮机转子的冷却空气来自压气机末级排气；但由于压气机排气温度较高，需要对其进行冷却。其中“空冷式”转子冷却空气冷却器与燃料加热器上下重叠布置。部分压气机末级排气由燃气轮机本抽出，进入室外的转子冷却空气冷却器；燃气轮机的燃料供给以相反方向进入布置于转子冷却空气冷却器上部的燃料加热器内。通过布置于转子冷却空气冷却器底部的3台转子冷却空气冷却器送风机向上输送室外空气产生热对流，降低被抽出的部分压气机末级排气的温度，使之作为燃气轮机转子冷却空气再导入燃气轮机本体；与此同时对燃料进行加热；在保护热通道部件的同时，提高燃烧温度，降低能耗。
3.3台转子冷却空气送风机自空气进入方向分别命名为a、b、c送风机；现有3台送风机均为定频风机，通过逻辑控制3台风机的自动启动与停止。在机组稳定运行过程中仅有c送风机在极端工况下会触发自动停止条件，由于转子冷却空气温度与燃气轮机机组负荷及环境温度存在复杂逻辑关系，但上述两个参数均无法实现自主控制。c送风机仅在燃气轮机机组启动过程，转子冷却空气开始升温至转子冷却空气温度大于210℃时触发自启条件，增加热对流，降低转子冷却空气温度；当转子冷却空气温度小于155℃时触发自停条件，减少热对流以提高转子冷却空气温度，控制方式比较简单，无法做到转子冷却空气温度的精细控制。
4.由于风机的控制方式无法精细控制转子冷却空气的温度，还会引发燃气轮机运行指标超标。例如北方的同类机组，冬季低温的工况下，会出现2级轮盘间隙超温报警。(报警温度为＞460℃)，根据燃气轮机2级轮盘间隙测点处机械结构形式及运行参数得数据统计分析，可以得出2级轮盘间隙超温是由于转子冷却空气温度过低造成的，而转子冷却空气温度过低是由于转子冷却空气冷却器送风机的控制方式不足以应对各类工况提供适宜的参数。
5.如表1和附图4所示，根据19：00至24：00的运行参数图可见，2级轮盘间隙温度(2dct)和转子冷却空气(rca)的温度呈现负相关：随着气温下降，转子冷却空气逐步下降，2级轮盘间隙温度一直处于高位且逐步升高，且当转子冷却空气温度低于170℃开始，2级轮盘间隙温度开始异常上升；当转子冷却空气温度低于155℃时触发c送风机自停条件，热对流减小，转子冷却空气温度升高，2级轮盘间隙温度回归正常状态。当日2级轮盘间隙温度峰值已超出460℃报警值，而环境温度更低的工况下，2级轮盘间隙温度会长期处于有损设备的较高温度下，且极易频繁突破超温报警值。
6.表1送风机自停后燃机空气冷却系统参数对比表
7.时间19:0019:3020：0020:3021:0021:3022:0022:3023:0023:3024:002dct(℃)417.6419.3421.9421.8422.1424.8431.7454.9403.2393.1391.3rca(℃)173.4172.1170.9173173167.4168.2155205.3204.2203.7
8.综上所述，因此急需一种燃气轮机转子冷却空气冷却器送风机变频系统。


技术实现要素：

9.针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种燃气轮机转子冷却空气冷却器送风机变频系统。
10.本发明公开了一种燃气轮机转子冷却空气冷却器送风机变频系统，包括变频柜体，所述变频柜体内安装有变频器、工频接触器、变频隔离接触器和控制电路；
11.所述变频器的输入端通过电源进线开关与380v三相交流电源相连，所述变频器的输出端通过变频隔离接触器的常开触点与转子冷却空气冷却器中的一台送风机电机连接构成变频回路，所述送风机电机的输入端通过工频接触器的常开触点、电源进线开关连接至380v三相交流电源构成工频回路，所述工频接触器和所述变频隔离接触器电气互锁；
12.所述控制电路包括变频运行控制回路和工频运行控制回路，所述变频运行控制回路和工频运行控制回路通过工频/变频控制切换开关切换，以使所述送风机电机处于变频或工频运行；
13.所述变频运行控制回路和所述工频运行控制回路内均设有两个并联的就地控制支路和远程控制支路，所述就地控制支路和所述远程控制支路通过就地/远程控制切换开关切换；
14.所述变频器的模拟量输入通道与远程tcs系统的模拟量输出通道连接，所述远程tcs系统实时获取转子冷却空气冷却器中转子冷却空气的温度，所述远程tcs系统中的pid调节器用于计算转子冷却空气的温度与设定值的偏差，所述远程tcs系统通过所述pid调节器对所述变频器的频率实时调整。
15.作为本发明的进一步改进，所述工频回路还包括工频热继电器，所述工频热继电器串联在所述送风机电机的输入端与所述工频接触器的常开触点之间。
16.作为本发明的进一步改进，所述变频器为acs-510变频器，所述acs-510变频器的端子2、端子3与所述远程tcs系统的模拟量输出通道连接；
17.所述acs-510变频器的端子22和端子25短接后通过单极断路器与柜内火线连接，所述acs-510变频器的端子24与变频故障动作继电器的线圈一端连接，所述acs-510变频器的端子27与变频运转状态继电器的线圈一端连接，所述变频故障动作继电器的线圈和变频运转状态继电器的线圈的另一端均与柜内零线连接；
18.所述变频故障动作继电器的线圈的两端并联有变频故障指示灯，所述变频运转状态继电器的线圈的两端并联有变频运行指示灯。
19.作为本发明的进一步改进，所述远程tcs系统的do1通道与远程运转指令继电器的线圈一端连接，所述远程运转指令继电器的线圈的另一端通过所述单极断路器与柜内火线连接。
20.作为本发明的进一步改进，所述变频运行控制回路包括变频启动按钮、变频停止按钮、变频运转继电器；
21.所述变频故障动作继电器的一组常闭触点的一端与所述工频/变频控制切换开关的端子2连接，另一端分别与所述就地/远程控制切换开关的端子1、端子3连接；
22.所述就地/远程控制切换开关的端子2的出线依次与所述变频停止按钮、所述变频启动按钮串联；
23.所述就地/远程控制切换开关的端子4的出线端与所述远程运转指令继电器的常开触点串联，所述远程运转指令继电器的常开触点的出线端与所述变频启动按钮的出线端并联后与所述变频运转继电器的线圈一端连接，所述变频运转继电器的线圈的另一端与柜内零线连接；
24.所述变频运转继电器的一组常开触点的两端并联在所述变频启动按钮的两端。
25.作为本发明的进一步改进，所述变频运转继电器的另一组常开触点的两端分别与所述acs-510变频器的端子10和端子13连接。
26.作为本发明的进一步改进，所述工频运行控制回路包括工频启动按钮、工频停止按钮和工频运行指示灯；
27.工频热继电器的常闭触点的一端与所述工频/变频控制切换开关的端子4连接，另一端分别与所述就地/远程控制切换开关的端子5、端子7连接；
28.所述就地/远程控制切换开关的端子6的出线依次与所述工频停止按钮、所述工频启动按钮串联；
29.所述就地/远程控制切换开关的端子8的出线端与所述远程运转指令继电器的常开触点串联，所述远程运转指令继电器的常开触点的出线端与所述工频启动按钮的出线端并联后与所述变频隔离接触器的常闭触点、所述工频接触器的线圈一端串联，所述工频接触器的线圈另一端与柜内零线连接；
30.所述工频接触器的线圈两端还并联有所述工频运行指示灯，所述工频接触器的常开触点的两端并联在所述工频启动按钮的两端；
31.所述工频/变频控制切换开关的端子1、端子3均通过所述单极断路器与柜内火线连接。
32.作为本发明的进一步改进，还包括散热风扇、变频停止指示灯和工频停止指示灯；
33.所述散热风扇固定安装在所述变频柜体的柜顶，用于为所述变频器进行散热；
34.所述散热风扇的正极出线与所述变频运转继电器的一组常开触点串联后通过所述单极断路器与柜内火线连接，所述散热风扇的负极出线与柜内零线连接；
35.所述变频停止指示灯的正极出线与所述变频运转状态继电器的一组常闭触点串联后通过所述单极断路器与柜内火线连接，所述变频停止指示灯的负极出线与柜内零线连接；
36.所述工频停止指示灯的正极出线与所述工频接触器的一组常闭触点串联后通过所述单极断路器与柜内火线连接，所述工频停止指示灯的负极出线与柜内零线连接。
37.作为本发明的进一步改进，所述远程tcs系统中的转子冷却空气的温度设定值为200℃。
38.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
39.本发明通过转子冷却空气冷却器中的一台送风机电机与变频系统连接，通过变频运行控制回路和工频运行控制回路，实现送风机电机的变频或工频运行，通过在变频运行
控制回路和工频运行控制回路内均设置两个并联的就地控制支路和远程控制支路，从而可以实现送风机电机在变频或工频下的远程/就地控制，方便操作人员的操作，以实现对转子冷却空气冷却器送风机电机的变频控制，达到对于转子冷却空气温度的精确控制；
40.本发明通过将变频器的模拟量输入通道与远程tcs系统的模拟量输出通道连接，并将远程tcs系统的模拟量输入通道与转子冷却空气冷却器中的温度传感器连接，进而可通过远程tcs系统实时监控转子冷却空气冷却器中的空气温度，进而通过远程tcs系统内的pid调节器进行调节，将转子冷却控制在适宜温度，降低2级轮盘间隙温度，保护燃气轮机热部件保障燃气轮机安全稳定运行。
附图说明
41.图1为本发明一种实施例公开的燃气轮机转子冷却空气冷却器送风机变频系统的变频柜体内部电气系统接线示意图；
42.图2为本发明一种实施例公开的燃气轮机转子冷却空气冷却器送风机变频系统的变频柜体内部电气二次接线示意图；
43.图3为本发明一种实施例公开的燃气轮机转子冷却空气冷却器送风机变频系统的pid调节器调节原理图；
44.图4为现有技术中送风机电机自停后转子冷却空气温度和2级轮盘间隙温度对比曲线图；
45.图5为本发明一种实施例公开的燃气轮机转子冷却空气冷却器送风机变频系统的2级轮盘间隙温度统计图。
46.图中：
47.1、pid调节器；2、远程tcs系统；3、变频器。
具体实施方式
48.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
50.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
51.下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
52.如图1-2所示，本发明公开了一种燃气轮机转子冷却空气冷却器送风机变频系统，包括变频柜体，变频柜体内安装有变频器3、工频接触器km1、变频隔离接触器km2和控制电路；变频器3的输入端通过电源进线开关1qf与380v三相交流电源相连，变频器3的输出端通过变频隔离接触器km2的常开触点与转子冷却空气冷却器中的一台送风机电机m连接构成变频回路，送风机电机m的输入端通过工频接触器km1的常开触点、电源进线开关1qf连接至380v三相交流电源构成工频回路，工频接触器km1和变频隔离接触器km2电气互锁，本发明中的电源进线开关1qf可为塑壳断路器；
53.控制电路包括变频运行控制回路和工频运行控制回路，变频运行控制回路和工频运行控制回路通过工频/变频控制切换开关sa1切换，以使送风机电机处于变频或工频运行；
54.变频运行控制回路和工频运行控制回路内均设有两个并联的就地控制支路和远程控制支路，就地控制支路和远程控制支路通过就地/远程控制切换开关sa2切换；
55.变频器3的模拟量输入通道与远程tcs系统2的模拟量输出通道连接，远程tcs系统2实时获取转子冷却空气冷却器中转子冷却空气的温度，远程tcs系统2中的pid调节器1用于计算转子冷却空气的温度与设定值的偏差，远程tcs系统2通过所述pid调节器1对变频器3的频率实时调整。
56.进一步的，在实际连接时，变频器3的模拟量输入通道与远程tcs系统2的模拟量输出通道连接，远程tcs系统2的模拟量输入通道与转子冷却空气冷却器中的温度传感器连接，远程tcs系统2中的pid调节器1用于计算温度传感器的测量值与设定值的偏差，远程tcs系统2通过pid调节器1对变频器3的频率调整。
57.具体的：
58.如图1所示，本发明中的工频回路还包括工频热继电器fr1，工频热继电器fr1串联在送风机电机m的输入端与工频接触器km1的常开触点之间。
59.进一步的，本发明中的变频器3为acs-510变频器，acs-510变频器的端子2、端子3与远程tcs系统2的模拟量输出通道连接；acs-510变频器的端子22和端子25短接后通过单极断路器与柜内火线l连接，acs-510变频器的端子24与变频故障动作继电器ka1的线圈一端连接，acs-510变频器的端子27与变频运转状态继电器ka2的线圈一端连接，变频故障动作继电器ka1线圈和变频运转状态继电器ka2线圈的另一端均与柜内零线n连接；变频故障动作继电器ka1线圈的两端并联有变频故障指示灯hy1，变频运转状态继电器ka2线圈的两端并联有变频运行指示灯hr1。
60.进一步的，如图2-3所示，本发明中的acs-510变频器的端子2、端子3与远程tcs系统2的模拟量输出通道连接，远程tcs系统2的模拟量输入通道与转子冷却空气冷却器中的温度传感器连接，远程tcs系统2可以实时监测转子冷却空气的温度，即rca温度，通过远程tcs系统2内的pid调节器1计算温度传感器的测量值与设定值的偏差。当送风机电机m投入变频运行模式时，远程tcs系统2将rca的实时温度与设定值200℃进行偏差比较，测量值与给定值的偏差作为pid调节器的被调量，经pid调节器1计算后，转换成送风机电机m的频率指令，变频器3将根据远程tcs系统2的指令信号实时调节变频器3的频率输出；当送风机电机m投入工频运行模式，送风机电机m的频率指令切换至50hz，实现远程tcs系统2对转子冷却空气温度的精确控制。本发明中通过pid调节器实现对变频器3的频率实时调整为现有技
术，在此不做赘述。
61.进一步的，本发明中的远程tcs系统2的do1通道与远程运转指令继电器ka4的线圈一端连接，远程运转指令继电器ka4的线圈的另一端通过单极断路器与柜内火线l连接。变频运行控制回路包括变频启动按钮sb1、变频停止按钮sb2和变频运转继电器ka3；变频故障动作继电器ka1的一组常闭触点的一端与工频/变频控制切换开关sa1的端子2连接，另一端分别与就地/远程控制切换开关sa2的端子1、端子3连接，本发明中的远程tcs系统2为现有系统，在此不做赘述；
62.进一步的，本发明中的就地/远程控制切换开关sa2的端子2的出线依次与变频停止按钮sb2、变频启动按钮sb1串联；就地/远程控制切换开关sa2的端子4的出线端与远程运转指令继电器ka4的常开触点串联，远程运转指令继电器ka4的常开触点的出线端与变频启动按钮sb1的出线端并联后与变频运转继电器ka3的线圈一端连接，变频运转继电器ka3的线圈的另一端与柜内零线n连接；变频运转继电器ka3的一组常开触点的两端并联在变频启动按钮sb1的两端，以形成对变频启动按钮sb1的电气自锁。变频运转继电器ka3的另一组常开触点的两端分别与acs-510变频器的端子10和端子13连接，以实现通过变频运转继电器ka3的常开触点的吸合断开控制变频器3的启动和停止。
63.进一步的，本发明中的工频运行控制回路包括工频启动按钮sb3、工频停止按钮sb4和工频运行指示灯hr2；工频热继电器fr1的常闭触点的一端与工频/变频控制切换开关的端子4连接，另一端分别与就地/远程控制切换开关sa2的端子5、端子7连接；就地/远程控制切换开关sa2的端子6的出线依次与工频停止按钮sb4、工频启动按钮sb3串联；就地/远程控制切换开关sa2的端子8的出线端与远程运转指令继电器ka4的常开触点串联，远程运转指令继电器ka4的常开触点的出线端与工频启动按钮sb3的出线端并联后与变频隔离接触器km2的常闭触点、工频接触器km1的线圈一端串联，工频接触器km1的线圈另一端与柜内零线n连接；
64.进一步的，本发明中的工频接触器km1的线圈两端还并联有工频运行指示灯hr1，工频接触器km1的常开触点的两端并联在工频启动按钮sb3的两端,以实现对工频启动按钮sb3的电气自锁；工频/变频控制切换开关sa1的端子1、端子3均通过单极断路器与柜内火线l连接。
65.进一步的，本发明还包括散热风扇f、变频停止指示灯hg1和工频停止指示灯hg2；散热风扇f固定安装在变频柜体的柜顶，用于为变频器3进行散热；散热风扇f的正极出线与变频运转继电器ka3的一组常开触点串联后通过单极断路器与柜内火线l连接，散热风扇f的负极出线与柜内零线n连接；
66.变频停止指示灯hg1的正极出线与变频运转状态继电器ka2的一组常闭触点串联后通过单极断路器与柜内火线l连接，变频停止指示灯hg1的负极出线与柜内零线n连接；
67.工频停止指示灯hg2的正极出线与工频接触器km1的一组常闭触点串联后通过单极断路器与柜内火线l连接，工频停止指示灯hg2的负极出线与柜内零线n连接。
68.进一步的，本发明中可在变频柜体内安装控制面板，工频/变频控制切换开关sa1、就地/远程控制切换开关sa2、变频停止指示灯hg1、工频停止指示灯hg2、变频运行指示灯hr1、工频运行指示灯hr2、变频故障指示灯hy1、变频启动按钮sb1、变频停止按钮sb2、工频启动按钮sb3、工频停止按钮sb4均固定安装在控制面板上。
69.进一步的，本发明中还包括配电柜，配电柜用于为变频柜体内部提供380v三相交流电源，本发明中变频柜体内部的火线l和零线n可通过采用380v三相交流电源中的任意一相和零线构成，也可通过配电柜直接提供火线l和零线n至变频柜体内。
70.如图1-3所示，本发明的转子冷却空气冷却器送风机电机m的工作方法包括变频和工频两种运行状态，其中送风机电机m的变频运行方法包括：
71.1、拨动工频/变频控制切换开关sa1打至变频位置，确认变频器无故障报警，即变频故障指示灯hy1没有被点亮；
72.2、拨动就地/远程控制切换开关sa2打至就地位置后，按下变频启动按钮sb1，变频运转继电器ka3动作并自保持，启动变频器3，送风机电机m运行；
73.3、按下变频停止按钮sb2，变频运转继电器ka3复位，变频器3停止，送风机电机m停止；
74.4、拨动就地/远程控制切换开关sa2打至远程位置后，远程tcs系统2控制远程运转指令继电器ka4线圈得电，变频运转继电器ka3动作，启动变频器3，送风机电机m运行，此时远程tcs系统2实时获取rca温度，远程tcs系统2将rca的实时温度与设定值200℃进行偏差比较，测量值与给定值的偏差作为pid调节器1的被调量，经pid调节器1计算后，转换成送风机电机m的频率指令，变频器3将根据远程tcs系统2的指令信号实时调节变频器3的频率输出；
75.5、当远程tcs系统2不发启动命令时，此时远程运转指令继电器ka4断电，变频运转继电器ka3复位，送风机电机m停止。
76.进一步的，本发明的送风机电机m的工频运行方法，包括：
77.1、拨动工频/变频控制切换开关sa1打至工频位置，确认工频热继电器fr1未动作；
78.2、拨动就地/远程控制切换开关sa2打至就地位置后，按下工频启动按钮sb3，工频接触器km1动作并自保持，送风机电机m运行；按下工频停止按钮sb4，工频接触器km1复位，送风机电机m停止；
79.3、拨动就地/远程控制切换开关sa2打至远程位置后，远程tcs系统2控制远程运转指令继电器ka4线圈得电，工频接触器km1动作，送风机电机m开始以工频50hz运行；
80.4、当远程tcs系统2不发启动命令时，此时远程运转指令继电器ka4断电，工频接触器km1复位，送风机电机m停止；
81.5、当送风机电机m工频运行电流大于动作值，工频热继电器fr1动作，工频接触器km1复位，送风机电机m停止。
82.如图5所示，通过对转子冷却空气冷却器中的一台送风机电机m进行变频控制后，本发明可以实现转子冷却空气温度(rca)的精确控制，达到燃气轮机2级轮盘间隙(2dct)温度可控在控；可以使燃气轮机2级轮盘间隙(2dct)温度在整个供暖季均可稳定在430℃以下，远低于460℃的报警值。
83.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。