硬手操型事故油泵控制装置及方法与流程

本发明涉及热力发电系统中事故油泵的控制，具体为硬手操型事故油泵控制装置及方法。

背景技术：

随着国内热力发电系统运行要求的不断提高和电力电子技术的不断发展，对热力发电系统的直流润滑控制的可靠性、设计工艺、技术革新等要求越来越高，目前，国内热力发电系统中应用的直流油泵控制多数均采用传统式的控制设计，利用直流接触器切换电阻方式，即在直流电机的电枢回路中串入大功率电阻，当电机启动时，通过电阻降压来限制电动机的起动电流，使之电流或转速达到额定值的一定百分比时，通过直流接触器将电阻旁路。通过这种方式来启动直流电动机常常会造成直流系统的电压瞬间跌落，影响继电保护正常工作，直流接触器经常发生触点粘连和碳化，缩短直流电动机使用寿命等现象，很难达到热力发电系统运行工艺的要求。并且传统启动方式的电能利用率低，电能损耗大和热量产生多；长期启动时对直流电网系统造成影响或污染、电动机换向器大电流状态下换向缩短使用寿命、造成共网工作的其它在线装置误动作。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种硬手操型事故油泵控制装置及方法，能够实现直流电动机的平滑启动，且启动电流不突变，不影响其它直流系统工作，同时，可实现真正意义上的硬手操作，以便应急控制或特殊工艺控制。

本发明是通过以下技术方案来实现：

硬手操型事故油泵控制装置，包括并联在油泵直流电机上的硬手操控制装置和智能控制装置，以及硬手操控制装置和智能控制装置公用的旁路单元；

所述的硬手操控制装置，接收热工操作台的应急指令，用于在应急情况下对直流电机进行降压限流应急起动控制；

所述的智能控制装置，接收电力控制系统的控制指令，用于在正常情况下对直流电机进行起动控制；

在执行直流电机控制时，高权限的硬手操控制装置闭锁低权限的智能控制装置；当直流电机的启动电流或转速达到额定值的设定百分比时，硬手操控制装置或智能控制装置控制旁路单元接通动力电源正极输入端x1和直流电机的电枢线圈正极端x3。

优选的，所述的智能控制装置包括pwm处理模块、igbt和电流互感器ct；igbt的漏极连接动力电源正极输入端x1，射极连接直流电机的电枢线圈正极端x3，基极连接pwm处理模块的pwm脉冲；电流互感器ct用于采集动力电源的输入电流；pwm处理模块用于根据电流互感器ct的采集信号控制igbt输出导通，通过电压负反馈闭环线性调节，对直流电压进行高频斩波处理，起动直流电机。

优选的，智能控制装置还包括设置在直流电机励磁通路上的第一励磁接触器kms；第一励磁接触器kms由pwm处理模块控制。

优选的，所述的硬手操控制装置包括硬手操控制单元和定值功率电阻器；定值功率电阻器连接在动力电源正极输入端x1和直流电机的电枢线圈正极端x3之间；硬手操控制单元用于闭锁智能控制装置，通过控制定值功率电阻器起动直流电机。

优选的，硬手操控制装置还包括设置在直流电机励磁通路上的第二励磁接触器km3；第二励磁接触器km3由硬手操控制单元控制。

优选的，直流电机上由智能控制装置控制的起动通路上设置闭锁接触器km；直流电机上由硬手操控制装置控制的起动通路上设置主电源投切控制接触器km1；闭锁接触器km和主电源投切控制接触器km1均由硬手操控制装置控制；

当正常工作时，闭锁接触器km常闭，主电源投切控制接触器km1常开；

当在应急情况下时，闭锁接触器km常开，主电源投切控制接触器km1常闭。

硬手操型事故油泵控制方法，，基于本发明提供的任意一项的硬手操型事故油泵控制装置，包括如下步骤，

步骤1，直流电机需要起动时，判断是否启动硬手操，若是则执行步骤2，否则判断是否启动智能操作，如果是则执行步骤3，如果不是则所述的硬手操型事故油泵控制装置待机，重复执行步骤1；

步骤2，硬手操控制装置投入，闭合主电源投切控制接触器km1，接通主电源，通过定值功率电阻器降压限流，起动直流电机，直至启动成功后投入旁路单元短接定值功率电阻器；完成直流电机的硬手操启动；

步骤3，智能控制装置投入，闭合闭锁接触器km，接通主电源，通过pwm处理模块控制igbt输出导通，对直流电压进行高频斩波处理，起动直流电机，直至启动成功后投入旁路单元短接igbt；完成直流电机的智能启动。

优选的，步骤2中，硬手操控制装置投入时，硬手操控制装置控制打开闭锁接触器km，闭锁智能控制装置。

优选的，步骤2和步骤3中，接通主电源前，硬手操控制装置和智能控制装置分别通过闭合第二励磁接触器km3和第一励磁接触器kms，接通直流电机励磁电压。

优选的，步骤1中，通过检测是否收到来自热工操作台的应急指令判断是否启动硬手操；通过检测是否收到来自电力控制系统的控制指令判断是否启动智能控制操作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明集现代电力电子器件igbt、pwm技术、与电枢起初电压定值限定方式结合技术于一体。通过将两种启动控制并联实现综合设计，对直流电机共同控制，公用旁路单元，从而使得直流电机能够得以充分保障，实现安全可靠运行。直流油泵在系统出现故障时，事故油泵通过硬手操控制装置可靠的与电力控制系统(dcs系统)联动。正常状态下，智能启动控制采用pwm新型脉宽调制技术，控制电力电子主控器件大功率半导体igbt的导通与关断，通过电压负反馈闭环线性调节，对直流电压进行高频斩波处理，因而可线性调控直流电压的大小，达到线性控制电流的大小，由此，可以使电动机启动时没有冲击电流，达到平滑启动效果。同时由于并联控制，设备运行中远方或就地操作可任意选择，不影响当前负载运行状态，实现远方或就地相互投入和相互控制。并且智能控制运行过程中可直接投切硬手操，无冲击电流，不影响当前负载运行状态。

附图说明

图1为本发明实例中所述控制装置的原理结构框图。

图2为本发明实例中所述控制方法的流程框图。

图3为本发明实例中所述智能控制装置的主控电路连接图。

图4为本发明实例中所述智能控制装置的控制原理框图。

图5为本发明实例中所述智能控制装置控制下直流电机启动电流特性示意图。

图6为本发明实例中所述硬手操控制装置的主控电路连接图。

图7为本发明实例中所述硬手操控制装置的控制原理框图。

图8为本发明实例中所述硬手操控制装置控制下直流电机启动电流特性示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明采用双路联动控制模式，一路作为正常使用，通过智能控制装置控制，采用pwm脉宽调制技术，对直流电压高频斩波处理，控制电力电子功率器件igbt导通与关断，通过电压负反馈闭环线性调节，实现平滑起动事故油泵的智能控制。另一路作为应急使用，通过硬手操控制装置控制，采用电磁控制以电枢起初电压定值限定方式，实现降压限流应急起动控制。正常工作时，主要以智能控制为主。

本发明硬手操型事故油泵控制装置由两个不同控制结构方式合并而成，其设计为即有智能控制功能又有硬手操控制功能，两者间高权限控制闭锁低权限控制，如图1原理框图，两者均有独立的就地和远方操作指令输入，以及独立的远传接点信号输出，共享同一个就地显示运行状态。

其中，智能控制装置为正常运行时启用的控制模式，其远方操作指令来自主控电力控制系统(dcs系统)发出，就地操作指令为控制装置本体上设置的智能操作按钮发出，两个操作指令由人为选择操作，智能控制装置自动连接旁路单元，为低权限控制；硬手操控制为应急或特殊试验时启用的控制模式，其远方操作指令来自热工主控操作台应急指令按钮发出，就地操作指令为控制装置本体设置的硬手操按钮发出，两个操作指令为平等互控，不受智能控制装置和人为选择操作控制，且自动闭锁智能控制装置，其自动连接旁路单元，为高权限控制。

硬手操型事故油泵控制装置由两个不同控制结构方式合并而成，其设计为即有智能控制功能又有硬手操控制功能，两者间高权限控制闭锁低权限控制，如图2控制流程框图，开始就判断输入启动指令类别，始终以硬手操判断为优先，有硬手操控制立刻投入，降压限流开始工作，同时旁路延时10s自动投入，降压限流限时3s自动完成启动；无硬手操时再判断智能控制启动，有智能控制立刻投入，直流斩波开始工作，同时旁路随启动情况，即启动成功后自动延时3s投入，两路控制输出拖动电动机无需人为切换操作。

当智能控制装置投入，进行控制时，如图3和图4所示，其动力电源输入端为x1(+)和x2(-)，当接受到启动指令后，闭锁接触器km、第二励磁接触器kms即刻吸合动作，同时滞后100ms调制控制脉冲pwm发出，直流电源送至igbt，通过控制igbt的导通大小，实现直流斩波，控制直流电压由低到高的线性变化，也就限制了电动机启动电流由低到高的线性变化，达到电动机无冲击启动效果；由电流/电压采集反馈使智能控制及时调整其控制输出和保护、测量，实现闭环控制，运行情况由状态显示实现人机信息提示。控制输出由x3接至直流电动机电枢线圈正极，一次给定励磁电压由x5输出至直流电动机的励磁线圈正极，电动机两个线圈负极均直接与电源负极相连。正常状态下，直接启动直流电动机时，启动电流约大于额定电流10倍以上，使直流电动机换向器产生很大的热量和损耗，如频繁启动会加剧直流电动机换向器的热量和损耗，降低电动机的使用寿命；通过智能控制装置的运行，降低了电动机的启动电流，也就降低了直流电动机换向器上的热量和损耗，延长了电动机的使用寿命。

智能控制启动电流时的特性如图5所示，直接启动直流电动机时，启动电流约大于额定电流10倍以上，使直流电动机换向器产生很大的热量和损耗，如频繁启动会加剧直流电动机换向器的热量和损耗，降低电动机的使用寿命，对直流电网容易造成污染，电源容量、敷设电缆等均要放大好多倍，增加没必要的浪费成本。使用智能启动控制，完全可杜绝上述问题的产生，智能控制采用pwm脉宽调制技术，控制电力电子主控器件大功率半导体igbt的导通与关断，通过电压负反馈闭环线性调节，对直流电压进行高频斩波处理，因而可线性调控直流电压的大小，达到线性控制电流的大小，由此，可以使电动机启动时没有冲击电流，达到平滑启动效果。设计降低了电动机的启动电流，也就降低了直流电动机换向器上的热量和损耗，延长了电动机的使用寿命等。

总的来说，智能控制装置，通过pwm处理模块控制pwm脉宽发射进行调制，控制电力电子主控器件大功率半导体igbt的导通与关断；通过电压负反馈闭环线性调节，对直流电压高频斩波处理；根据比例积分调节实现无静差调速作用，实现直流电机可靠的软启动效果；达到平滑起动事故油泵的智能控制目的。

正常工作时，主要以智能控制为主，其启动电流可控在额定电流的1.5倍，启动过程结束后延时10s自动投入旁路，智能控制启动装置自动转入在线热备状态；在本发明中，如智能控制出现异常时，可就地或远方启动硬手操控制，其操作为第一权限，不受智能控制闭锁，其启动瞬间电流可控在额定电流的2.5-3倍。两种控制操作和远传状态信号为独立设计，均具有就地和远方启停操作，实现真正意义上的主备配合运行，确保现场使用的安全、可靠运行要求。

其中，智能控制的基本原理是pwm按一个固定频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内接通和断开的时间比(占空比)来改变直流电机电枢上电压的"占空比"，从而改变平均电压，控制电机的转速。在脉宽调速系统中，当电机通电时其速度增加，电机断电时其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可控制电机转速。而且采用pwm技术构成的无级调速系统.启停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。

大功率半导体器件igbt具有工作开关频率高，饱和压降低，泄漏电流小，输入阻抗高，电压驱动等特点。在调速系统中，采用由控制放大器控制直流电动机的电枢电源。

电枢电压的平均值为：

uav＝ton/t.us＝ρus,其中ρ＝ton/t称为占空比。

由公式可知，当改变占空比时，就可以得到不同的电机平均速度vd和电枢上的平均电压uav，从而达到调速控制的目的。在直流电机驱动控制电路中，pwm信号由pwm处理模块中的plc控制电路提供，并经其中的高速光电隔离pwm处理电路、电机驱动逻辑与放大电路后，驱动功率器件igbt的开关来改变直流电机电枢上平均电压，从而控制电机的转速，实现直流电机pwm调速启动。

电路中km以软投控制设计，实现上电无冲击投入，避免送电瞬间冲击对上级控制开关的工作影响，可靠投入动力电源。智能控制接收到启动指令后，kms立即全压一次给定，保障励磁建立，根据逻辑判断和管理分析，产生pwm调制信号，经过pwm处理模块输出驱动电力电子大功率器件igbt，pwm调制信号以定频调比控制输出，根据电动机启动特性区间，采取不同启动控制方式，达到电动机平滑无冲击启动运行，使直流电动机的固有机械特性和人为机械特性、电枢反应对机械特性的影响、电力拖动系统稳定运行等保持良好曲线工作。待启动任务结束后，智能控制自动输出旁路运行信号，由外部旁路控制延时投入，负载工作电流由旁路提供运行，智能控制处于在线热备状态，完成智能控制启动控制。

本优选实例中，功率器件igbt开关频率fs＝20khz，vces最小电压为工作电源电压3倍，vges不大于20v，ic最小电流如下计算：

其中，pd为电机标称功率，φ为直流电动机效率。

当硬手操控制装置投入时，如图6和图7所示，采用电磁主控器件对直流电动机电枢起初电压定值限定方式起动，根据其启动电压或时间自动投切旁路运行，实现降压限流快速起动控制效果，达到应急起动事故油泵的硬手操控制目的。具体的，通过定值功率电阻降压限制负载电流的控制方法实现应急控制或试验运行的操作，根据电动机功率计算出不同定值电阻和执行主器件，从而改变电动机启动电压，控制电机的转速。当电机通电速度增加一定时或10s时，硬手操控制自动输出旁路信号，智能控制自动输出旁路运行信号，由外部旁路单元控制投入，负载工作电流由旁路单元提供运行，硬手操启动控制自动退出，完成硬手操启动控制。硬手操控制启动电流时的特性如图8所示。

本发明中，智能控制旁路与硬手操控制旁路为一个公用旁路单元，相互间独立运行不受任何影响，两个控制输出可直接并联接入直流电动机，无需再加切换控制。

在以上叙述的基础上，本发明能够实现如下功能。

1.锁定操作指示：锁定任意操作指令，使运行人员明确指令来源。

2.故障自诊断：控制装置在运行前或启动运行中可自行诊断当前能否正常工作，及时指示和远传状态信息，确保设备安全运行。

3.闭锁投切：智能控制正常运行过程中可直接投切硬手操，此时无冲击电流产生，同时智能控制自动闭锁停止，闭锁仅限于硬手操闭锁智能控制。

4.硬手操作：主要应用于应急启动，智能控制异常或正常运行时，其不受远方或就地位置限制直接操作，实现真正意义上的硬手操。

5.模拟量输出：通过ct实现负载电机电枢线圈启动运行电流值的标准模拟量输出，4-20ma，可接入dcs系统。

6.电源监视：控制装置能够对动力电源和控制电源的实时监视，及时警示就地和远方直流电源的正常与否，同时就地设计显示电源电压和运行电流监测值。

7.过热告警：电子启动或常时间运行时，装置内部功率器件温度超过65-75℃时，立刻报警，但不自动停止当前运行，需人为硬手操。

8.状态显示：在控制柜门设计状态指示显示当前工作状态为停止运行、启动运行、故障保护以及远方或就地工作等状态显示。

9.同步遥信输出：停机、保护、运行、运行模式选择，均为无源接点输出，接点容量为ac250v/5a。

10.远方控制输入：dcs系统开停机控制、硬手操开停机控制、母管压力开机控制，均为瞬时接点信号。

11.母管压力控制：当出现母管压力过低时，可自动连锁启动控制，其控制不受“远方”或“就地”状态限制。

12.远方或就地状态在线设置：如在“就地”状态启动运行正常后，可随意将状态设置为“远方”，设备保持正常工作不受影响；如在“远方”状态启动运行正常后，可随意将状态设置为“就地”，设备保持正常工作不受影响。