火電廠防止變頻器低電壓穿越的舉措及應(yīng)用

張永龍

摘 要：近年來，火電廠發(fā)生多起由于系統(tǒng)低電壓引起重要輔機(jī)設(shè)備退出，進(jìn)而導(dǎo)致運(yùn)行機(jī)組跳閘事件，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了保證火電廠機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，提高輔機(jī)設(shè)備變頻器低電壓穿越能力，提出了防范舉措，闡述了低電壓裝置在火電廠的工作原理和實(shí)際應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：輔機(jī)設(shè)備;變頻器;低電壓穿越;低電壓穿越裝置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.088

1 引言

隨著火電廠節(jié)能增效改造的不斷實(shí)施，變頻器廣泛應(yīng)用于火電廠的重要輔機(jī)設(shè)備，而電網(wǎng)電壓的短時(shí)跌落，會(huì)引起變頻器的低電壓保護(hù)動(dòng)作，從而變頻器輸出閉鎖，造成輔機(jī)設(shè)備停運(yùn)，最終導(dǎo)致會(huì)發(fā)電廠運(yùn)行機(jī)組的跳機(jī)，電網(wǎng)大幅度減負(fù)荷現(xiàn)象。此類事故的發(fā)生，一方面影響發(fā)電廠發(fā)電連續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性，并造成電廠發(fā)電設(shè)備損壞，另一方面對(duì)電力系統(tǒng)造成了沖擊，加劇系統(tǒng)故障程度，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了確保系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)電機(jī)組不因低電壓穿越能力不足而跳閘，提高輔機(jī)設(shè)備變頻器低電壓穿越能力越來越重要。

2 防止變頻器低電壓穿越的舉措

（1）采用將轉(zhuǎn)速恒磁通V/f控制方法，變頻器在電源電壓瞬時(shí)和短時(shí)大幅度跌落期間可持續(xù)運(yùn)行，但在實(shí)際運(yùn)用中，要考慮當(dāng)電源三相電壓瞬時(shí)跌落最大幅值、跌落最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間、生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)速降低程度和負(fù)載特性，可運(yùn)用于給煤機(jī)、給粉機(jī)等小慣性重負(fù)載輔機(jī)變頻器，同時(shí)根據(jù)負(fù)載率要降低變頻器低壓保護(hù)值。（2）外加串聯(lián)交流不間斷電源（UPS）為變頻器提供旁路電源，由于UPS容量的限制，這種方法很少應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。（3）為變頻器外加并聯(lián)直流電源。在變頻器直流母線端子外加一路直流電源，直流電源可以為防電壓跌落旁路直流電源、蓄電池電源或電廠直流保安電源，當(dāng)外部擾動(dòng)引起變頻器工作電源短時(shí)電壓中斷或電壓跌落時(shí)，變頻器由外加直流電源向其供電，保證輔機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行，當(dāng)正常電源恢復(fù)時(shí)，變頻器切回常用工作電源供電，這種方法可靠性高，可廣泛應(yīng)用于火電廠輔機(jī)設(shè)備。（4）發(fā)生瞬時(shí)低電壓時(shí)，降低變頻器運(yùn)行頻率。當(dāng)變頻器低頻率運(yùn)行在瞬時(shí)低電壓區(qū)，雖然即防止了變頻器損壞，又不會(huì)導(dǎo)致輔機(jī)設(shè)備因低電壓而停止運(yùn)行，但需要考慮輔機(jī)設(shè)備低頻率運(yùn)行階段對(duì)發(fā)電機(jī)組的主設(shè)備的影響，不能因?yàn)檩o機(jī)設(shè)備低頻率造成主設(shè)備損壞或跳閘停運(yùn)。由于發(fā)電廠工況的不同，所以此方法在實(shí)際運(yùn)用中需要做大量試驗(yàn)，以確保主設(shè)備與輔機(jī)設(shè)備能在低電壓階段穩(wěn)定運(yùn)行。

3 低電壓穿越裝置的工作原理

為了使變頻器在低電壓階段能安全可靠運(yùn)行，滿足火電廠重要輔機(jī)設(shè)備的運(yùn)行要求，通?？梢圆捎米冾l器外加并聯(lián)直流電源的方法實(shí)現(xiàn)，但由于發(fā)電企業(yè)直流電源電壓等級(jí)的局限性，所以加裝變頻器低電壓穿越裝置為變頻器提供外加直流電源，同時(shí)將變頻器的控制電源改為UPS系統(tǒng)提供，保證在系統(tǒng)電壓跌落時(shí)保證變頻器及其拖動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩不變，確保發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。其工作原理如下：

在變頻器工作電壓正常的狀態(tài)下，變頻器母線電壓正常且正常工作，電源通過交流送電回路送入變頻器交流輸入端子，滿足裝置備用條件，低電壓裝置中的中央控制單元向斷路器、電動(dòng)開關(guān)等執(zhí)行單元發(fā)出合閘命令，此時(shí)直流回路處于備份狀態(tài)，不參與變頻器運(yùn)行。

在系統(tǒng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，裝置內(nèi)置的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到此電壓跌落趨勢(shì)，當(dāng)下降至低于要求的額定電壓，裝置瞬時(shí)投入運(yùn)行，在A、B、C三相電壓跌落期間，通過升壓回路將跌落的交流電壓提升到500V直流電壓，通過變頻器的直流母線對(duì)變頻器供電，使其維持到可保證變頻器輸出功率、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速均不變的電壓水平。

在系統(tǒng)電壓跌落結(jié)束，系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常后，裝置停止運(yùn)行，升壓回路退出工作狀態(tài)，恢復(fù)到備用狀態(tài)，變頻器的供電仍由三相交流送電回路提供。低電壓裝置中，交流送電通道與直流送電通道的切換由電力電子器件（IGBT）完成無(wú)縫切換，切換動(dòng)作時(shí)間小于1us，對(duì)變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行不會(huì)造成沖擊。

4 低電壓穿越裝置的應(yīng)用

給煤機(jī)系統(tǒng)是火電廠中重要的輔機(jī)設(shè)備，當(dāng)給煤機(jī)系統(tǒng)故障后，嚴(yán)重影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，給煤機(jī)變頻器加裝低電壓穿越裝置，提高低電壓穿越能力至關(guān)重要。

對(duì)加裝低電壓穿越裝置的給煤機(jī)變頻器分別進(jìn)行電源電壓跌落到90%額定電壓、60%額定電壓、20%額定電壓（0.5s）、20%額定電壓（30s）試驗(yàn)，錄波圖如下：

試驗(yàn)證明：電源正常時(shí)，低穿裝置無(wú)輸出，當(dāng)試驗(yàn)電源電壓跌落至90%、60%、20%、20%額定值時(shí)，分別保持時(shí)間30s、5s、0.5s、30s時(shí)，低電壓穿越裝置輸出正常，給煤機(jī)正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，確保火電機(jī)組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，輔機(jī)設(shè)備系統(tǒng)的可靠運(yùn)行的至關(guān)重要。為了提高這些重要輔機(jī)設(shè)備穩(wěn)定性，變頻器低電壓穿越裝置得到了廣泛的運(yùn)用。變頻器低電壓穿越裝置保證了輔機(jī)設(shè)備在系統(tǒng)低電壓時(shí)能夠快速、平穩(wěn)的完成切換運(yùn)行，因此，低電壓穿越裝置應(yīng)用必將在發(fā)電廠中發(fā)揮越來越重要的作用。