一种循泵变频器工频及变频的切换系统及方法与流程

1.本发明属于电气技术领域，具体涉及一种循泵变频器工频及变频的切换系统及方法。


背景技术：

2.各类电厂中的循环水泵(以下简称：循泵)主要用于向常规岛凝汽器提供冷却汽轮机中做功后的乏汽所需的循环冷却水，保证机组的正常热力循环。目前国内已有核电厂对大功率循泵首次采用了先进的变频调速技术实现了对循环水流量在线平稳调节，为保证系统运行可靠性，循泵电机配置方式为“变频器 工频旁路”，可以在冬季降低循泵转速以减少循环水量，循泵可以在变频器故障或变频运行不具有经济性时切换至工频旁路继续运行。但在变频器的实际应用中，暴露出了一系列问题，包括：
3.1.对于“变频器 工频旁路”配置的循泵，变频、工频两种运行方式不能在线自动切换，手动切换时必须停运循泵，机组需要大幅度降功率；
4.2.为保证机组功率稳定，全年均使用变频器带循泵的运行方式，夏季变频器运行在50hz时比工频(旁路)多消耗了伴随变频器运行的强制通风冷却系统运行电功率，降低了经济性，同时还增加了变频器本身的损耗，减少变频器的使用寿命；
5.针对现有循泵变频运行模式所存在的不足，提供了一种循环水泵在线“变频”及“工频”运行模式互相切换的装置及控制方法，可以实现在夏季海水温度升高导致循泵变频器稳定运行在50hz不具有经济性时可在线切换为工频运行模式，冬季海水温度温度降低，防止凝结水过冷时切换为变频模式运行。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，提供一种循泵变频器工频及变频的切换装置及方法，能够根据工艺系统需求，实现大功率循泵电机电源的在线无扰切换。
7.本发明采用的技术方案：
8.一种循泵变频器工频及变频的切换系统，包括循泵变频器、切换装置、循泵电机、电压互感器、断路器以及供电母线；其中，循泵变频器一端依次通过循泵变频器进线断路器、循泵上游断路器连接至供电母线上，另一端通过循泵变频器出线断路器与循泵电机连接；循泵变频器进线断路器与循泵变频器出线断路器通过另一旁通线路连接，其上设有切换装置；循泵变频器旁路断路器一端连接在循泵变频器进线断路器、循泵上游断路器之间的通路上，另一端连接在循泵变频器出线断路器、循泵电机之间的通路上。
9.所述供电母线上设有供电母线侧电压互感器，循泵变频器与循泵变频器出线断路器之间设有循泵变频器出线侧电压互感器。
10.所述切换装置包括电源模块、i/o模块、逻辑处理模块、同期检定模块、人机交互模块、状态指示模块；电源模块分别与i/o模块、逻辑处理模块、同期检定模块、人机交互模块、状态指示模块连接，为各模块提供工作电源；i/o模块与逻辑处理模块相互传递信号；i/o模
块分别向状态指示模块、人机交互模块、同期检定模块传递信号。
11.所述i/o模块采集以下开关量信号并送至逻辑处理模块：循泵变频器进线断路器断路器状态信号、循泵变频器出线断路器断路器状态信号、循泵变频器旁路断路器断路器状态信号、变频带载开入信号、旁路带载开入信号、供电母线侧电压互感器断线信号、循泵变频器出线侧电压互感器断线信号、循泵上游断路器保护闭锁信号；所述i/o模块输出来自逻辑处理模块的频率调节模拟量信号。
12.所述i/o模块采集以下模拟量信号并送至同期检定模块：供电母线侧电压互感器电压u1、循泵变频器出线侧电压互感器电压u2。
13.所述i/o模块输出以下来自逻辑处理模块的指令及报警信号：循泵变频器进线断路器断路器分合闸及拒动信号、循泵变频器出线断路器断路器分合闸及拒动信号、循泵变频器旁路断路器断路器分合闸及拒动信号。
14.所述逻辑处理模块用于接收来自同期检定模块及i/o模块的信号，执行初始状态、闭锁条件及切换逻辑的判断，判断输出信号送至人机交互模块及i/o模块。
15.一种循泵变频器工频及变频的切换方法，包括如下步骤：
16.步骤一：构建循泵变频器工频及变频的切换系统，对初始条件进行判断，如初始工况条件成立，则进入步骤二，否则结束；
17.步骤二：判断闭锁条件，如切换闭锁成立，则立即闭锁切换启动的判断，如不成立则进入步骤三或步骤四；
18.步骤三：由变频运行模式切换至工频旁路运行模式；
19.步骤四：由工频旁路运行模式切换至变频运行模式。
20.所述步骤一中，当循泵处于工频运行或变频运行状态时，供电母线段电压正常，旁路带载和变频带载输入全部为零，经过10s延时后，初始状态满足。
21.所述步骤二中，当循泵变频器进线断路器、循泵变频器出线断路器和循泵变频器旁路断路器三个断路器辅助触点均正常反馈，循泵上游断路器无保护闭锁，供电母线侧电压互感器及变频器出线侧电压互感器无断线故障，切换装置硬件无异常后，判断无闭锁，进入切换启动逻辑。
22.所述步骤三采用同期切换，具体的，循泵变频器出线断路器和循泵变频器进线断路器在合闸状态，循泵变频器带循泵电机在50hz运行；
23.切换装置接收到切换命令，变频器调整输出；
24.切换装置确认变频器输出和供电母线电压的频差、相位差以及电压差满足要求，合循泵变频器旁路断路器，由于这时变频器输出和供电母线的各项参数均满足切换条件，合循泵变频器旁路断路器时对电机和供电母线没有冲击，电机由循泵变频器和循泵变频器旁路断路器共同供电，电机的负载由变频器部分转移到循泵变频器旁路断路器；
25.切换装置发出断开循泵变频器出线断路器和循泵变频器进线断路器指令，循泵电机负载全部由循泵变频器旁路断路器承担，电机由变频运行模式切换至工频运行模式无扰切换完毕。
26.所述步骤四采用飞车切换，具体的，
27.循泵变频器出线断路器和循泵变频器进线断路器在分闸状态，循泵变频器旁路断路器带循泵电机运行；
28.切换装置接收到切换命令，循泵变频器进线断路器合闸，变频器进入待机状态；
29.断开循泵变频器旁路断路器，后立即合闸循泵变频器出线断路器；
30.接收到循泵变频器出线断路器合闸信号后，变频器高速扫描电机剩磁电压，变频器飞车启动，循泵电机负载由变频器承担，整个切换过程可在200ms内完成，电机几乎没有失速，对工艺系统不会造成任何扰动，电机由工频运行模式切换至变频运行模式无扰切换完毕。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
32.(1)本发明提供一种循泵变频器工频及变频的切换系统及方法，填补了目前国内核电站变频设备切换装置的空白。
33.(2)本发明提供一种循泵变频器工频及变频的切换系统及方法，解决了当需要变频拖动与旁路拖动交换运行方式时，需要电机完全停运，然后通过手动设置断路器状态再启动设备，从而改变设备运行模式、切换过程中机组需大幅度降功率的现状。
34.(3)本发明提供一种循泵变频器工频及变频的切换系统及方法，解决了循泵变频器稳定运行在50hz时不具有经济性问题。
35.(4)本发明提供一种循泵变频器工频及变频的切换系统及方法，解决了延时有扰切换可能存在的水锤效应问题。
36.(5)本发明提供一种循泵变频器工频及变频的切换系统及方法，解决了旁路切换至变频启动加载时间过长问题。
37.(6)本发明提供一种循泵变频器工频及变频的切换系统及方法，提出了切换启动及闭锁条件，可有效避免外部回路或硬件故障导致切换失败的发生。
附图说明
38.图1为本发明提供的一种循泵变频器工频及变频的切换系统电气连接示意图；
39.图2为切换装置结构示意图；
40.图3为切换初始工况判断图；
41.图4为切换闭锁条件判断图；
42.图5为同期切换启动条件判断图；
43.图6为同期切换流程图；
44.图7为飞车切换启动条件判断图；
45.图8为飞车切换流程图；
46.图中：1-循泵上游断路器；2-循泵变频器进线断路器；3-循泵变频器出线断路器；4-循泵变频器旁路断路器；5-循泵变频器；6-切换装置；7-供电母线侧电压互感器；8-循泵变频器出线侧电压互感器；9-循泵电机；601-电源模块；602-状态指示模块；603-人机交互模块；604-逻辑处理模块；605-同期检定模块；606-i/o模块
具体实施方式
47.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
48.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。
49.在本发明的描述中，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。
50.如图1所示，本发明提供的一种循泵变频器工频及变频的切换系统，包括循泵变频器5、切换装置6、循泵电机9、电压互感器、断路器以及供电母线；其中，循泵变频器5一端依次通过循泵变频器进线断路器2、循泵上游断路器1连接至供电母线上，另一端通过循泵变频器出线断路器3与循泵电机9连接；循泵变频器进线断路器2与循泵变频器出线断路器3通过另一旁通线路连接，其上设有切换装置6；循泵变频器旁路断路器4一端连接在循泵变频器进线断路器2、循泵上游断路器1之间的通路上，另一端连接在循泵变频器出线断路器3、循泵电机9之间的通路上；供电母线上设有供电母线侧电压互感器7，循泵变频器5与循泵变频器出线断路器3之间设有循泵变频器出线侧电压互感器8。
51.如图2所示，切换装置6包括电源模块601、i/o模块606、逻辑处理模块604、同期检定模块605、人机交互模块603、状态指示模块602。
52.所述的电源模块601用于将控制电源转换为各类模块所需等级的电源，为各模块提供工作电源。
53.所述的i/o模块606用于采集断路器状态信号、各类闭锁信号、dcs指令信号并输出各类调节及报警信号。i/o模块606采集以下开关量信号并送至逻辑处理模块604：2断路器状态信号(分/合/工作位)、3断路器状态信号(分/合/工作位)、4断路器状态信号(分/合/工作位)、变频带载开入信号、旁路带载开入信号、7断线信号、8断线信号、1断路器保护闭锁信号。i/o模块606采集以下模拟量信号并送至同期检定模块605：7电压u1、8电压u2。i/o模块606输出以下来自逻辑处理模块604的指令及报警信号：2断路器分合闸及拒动(拒合/拒分)信号、3断路器分合闸及拒动(拒合/拒分)信号、4断路器分合闸及拒动(拒合/拒分)信号。i/o模块输出来自逻辑处理模块的频率调节模拟量信号。
54.所述的逻辑处理模块604用于接收来自同期检定模块605及i/o模块606的信号，执行初始状态、闭锁条件及切换逻辑的判断，模块内判断流程见附图3-附图8，判断输出信号送至人机交互模块603及i/o模块606。
55.所述的同期检定模块605用于接收来自i/o模块606的电压参数，检测变频器输出电压参数与供电母线电压参数，并向逻辑处理模块604反馈变频器的输出频率调节信息。
56.所述的人机交互模块603用于接收逻辑处理模块604及i/o模块606的各类信息，供操作人员查看及复归各类参数和信号。
57.所述的状态指示模块602用于接收i/o模块606的报警及指示信息，指示当前设备
运行状态和装置运行工况。
58.本发明提供的一种循泵变频器工频及变频的切换方法，包括如下步骤：
59.步骤一：循泵变频回路接线图如附图1所示。为防止设备状态不满足要求导致切换失败的发生，首先对初始条件进行判断，判断逻辑见附图3。如“初始工况”条件成立，则进入步骤二，否则结束；
60.步骤二：判断闭锁条件，判断逻辑见附图4。如“切换闭锁”成立，则立即闭锁切换启动的判断，如不成立则进入步骤三或步骤四；
61.步骤三：由“变频”运行模式切换至“工频”(旁路)运行模式；
62.步骤四：由“工频”(旁路)运行模式切换至“变频”运行模式。
63.所述的步骤三采用同期切换，切换流程如附图5所示，具体包括以下步骤：
64.如附图1，循泵变频器出线断路器3和循泵变频器进线断路器2在合闸状态，循泵变频器带循泵电机在50hz运行。
65.①
切换装置接收到切换命令，变频器调整输出；
66.②
切换装置确认变频器输出和供电母线电压的频差、相位差以及电压差满足要求，合循泵变频器旁路断路器4，由于这时变频器输出和供电母线的各项参数均满足切换条件，合循泵变频器旁路断路器4时对电机和供电母线没有冲击，电机由变频器和旁路断路器4共同供电，电机的负载由变频器部分转移到旁路断路器4；
67.③
切换装置发出断开3和2指令，循泵电机负载全部由旁路断路器4承担，电机由“变频”运行模式切换至“工频”运行模式无扰切换完毕。
68.所述的步骤四采用飞车切换，切换流程如附图7所示，具体包括以下步骤：
69.如附图1，循泵变频器出线断路器3和循泵变频器进线断路器2在分闸状态，循泵变频器旁路断路器4带循泵电机运行。
70.①
切换装置接收到切换命令，2合闸，变频器进入待机状态；
71.②
断开4，后立即合闸3；
72.③
接收到3合闸信号后，变频器高速扫描电机剩磁电压，变频器飞车启动，循泵电机负载由变频器承担，整个切换过程可在200ms内完成，电机几乎没有失速，对工艺系统不会造成任何扰动，电机由“工频”运行模式切换至“变频”运行模式无扰切换完毕。
73.具体的：
74.步骤1：如图3，当循泵处于工频运行或变频运行状态时，供电母线段电压正常，旁路带载和变频带载输入全部为零，经过10s延时后，初始状态满足；
75.步骤2：如图4，当循泵变频器进线断路器2、循泵变频器出线断路器3和循泵变频器旁路断路器4三个断路器辅助触点均正常反馈，循泵上游断路器1无保护闭锁，供电母线侧电压互感器7及变频器出线侧电压互感器8无断线故障，切换装置6硬件无异常后，判断无闭锁，进入切换启动逻辑；
76.步骤3：如图5，若开入为旁路带载，则同期切换启动；
77.步骤4：如图6，同期切换装置收到切换命令后，对变频器输出电压进行调整，使变频器输出电压和供电母线电压满足同期合闸条件；切换装置检测到变频器输出电压和电网电压同频同相后，发出同期合闸指令；循泵变频器旁路断路器4接收到合闸指令后进行合闸，这时电机由循泵变频器5和4共同供电；切换装置6发出3、2分闸指令；3、2接收到分闸指
令后进行分闸，这时电机由4进行供电；循泵旁路带载切换完成；
78.步骤5：如图7，若开入为变频带载，则飞车切换启动；
79.步骤6：如图8，合上循泵变频器进线断路器2进入待机状态；此时判断循泵变频器5状态，若无故障报警信号，则发出循泵变频器旁路断路器4分闸指令；4接收到分闸指令后进行分闸；4分闸后立即发出循泵变频器出线断路器3合闸命令；3接收到合闸指令后进行合闸，这时变频器快速检测电机剩磁电压，并迅速输出对电机进行飞车启动，完成循泵由变频器带载；循泵变频带载切换完成。
80.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
81.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。