低壓輔機(jī)變頻器低電壓穿越技改實(shí)例分析

周 勇

低壓輔機(jī)變頻器低電壓穿越技改實(shí)例分析

周 勇

（國(guó)家能源集團(tuán)諫壁發(fā)電廠，江蘇鎮(zhèn)江 212006）

本文從變頻器運(yùn)行原理方面分析了電力生產(chǎn)變頻器運(yùn)行中存在問題，提出了該變頻器低電壓穿越技改策略。結(jié)合某發(fā)電廠輔機(jī)變頻器高、低壓穿越技改方案及數(shù)據(jù)驗(yàn)證進(jìn)行了敘述，對(duì)其出現(xiàn)的問題及解決方案進(jìn)行了相關(guān)說明。

變頻器 高低電壓穿越技改

0 引言

國(guó)家電力公司“二十五項(xiàng)反措”要求：爐側(cè)重要輔機(jī)變頻器設(shè)備應(yīng)采取措施實(shí)現(xiàn)過、低電壓穿越能力，防止因系統(tǒng)故障或電壓波動(dòng)導(dǎo)致鍋爐滅火；變頻器低、過電壓保護(hù)定值原則上應(yīng)保證輔機(jī)正常工作底線，同時(shí)，嚴(yán)禁取消變頻器低、過電壓保護(hù)。故大多數(shù)電廠對(duì)相關(guān)輔機(jī)變頻器進(jìn)行了高、低電壓穿越技改。本文結(jié)合某發(fā)電廠實(shí)際項(xiàng)目，研究給煤機(jī)變頻器低壓穿越能力技改措施。

1 變頻器的運(yùn)行原理

通用型變頻器包括整流與逆變兩部分。整流部分由二極管整流回路構(gòu)成，將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并將儲(chǔ)存在直流母線支撐電容中，逆變環(huán)節(jié)通常為三相逆變橋，由可控器件構(gòu)成，將直流母線存儲(chǔ)的直流電轉(zhuǎn)換為電壓、頻率均為變化的交流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。

通用型變頻器的控制電源是從其直流母線取電，直流母線電壓跌落也將影響變頻器的正常工作，也會(huì)導(dǎo)致變頻器的停機(jī)。

從上述分析可以看出，變頻器低電壓跳機(jī)的誘因是交流母線電壓降低，直接原因是直流母線電壓降低，因此只需在交流系統(tǒng)電壓跌落時(shí)，通過某種方式維持直流母線電壓恒定，就可確保變頻器的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 輔機(jī)變頻器低電壓穿越概述

火電機(jī)組輔機(jī)低電壓穿越包括：動(dòng)力回路低電壓穿越及控制回路低電壓穿越。

2.1 控制電源解決方案

可以由廠用電源改接到電廠UPS電源上，當(dāng)電廠發(fā)生低電壓穿越或電廠內(nèi)部廠用故障時(shí)，變頻器的控制部分可以不受到影響正常工作。

2.2 動(dòng)力回路解決方案原理

利用火電廠輔機(jī)變頻器交直交原理，實(shí)現(xiàn)交、直流冗余供電方式。當(dāng)廠用電正常時(shí)，變頻器由廠用電供電，短時(shí)中斷或短時(shí)降壓時(shí)，由低電壓穿越系統(tǒng)提供直流電，繼續(xù)供給變頻器轉(zhuǎn)換成負(fù)載所需的PWM交流電，保證變頻器輸出的頻率、功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩不發(fā)生任何變化，不影響終端電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行；當(dāng)廠用電再次恢復(fù)正常供電時(shí)，變頻器轉(zhuǎn)由廠用電供電。低電壓穿越系統(tǒng)需停機(jī)維護(hù)或MFT動(dòng)作時(shí)，低電壓穿越系統(tǒng)與廠用電及負(fù)載完全隔離。

3 輔機(jī)變頻器高、低電壓穿越技改分析

某1000 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，共布置有6臺(tái)磨煤機(jī)及其給煤機(jī)，給煤機(jī)變頻器使用ABB ACS510。為提高給煤機(jī)變頻器高、低電壓穿越能力，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，在6臺(tái)給煤機(jī)變頻器加裝了6套低電壓穿越裝置（隔離型電壓暫降保護(hù)器），形成一對(duì)一的回路配置。其裝置是一種用于直流負(fù)載的電壓暫降保護(hù)器，輸入電源為220 V直流電，直流電源通過全橋PWM電路逆變?yōu)楦哳l交流、經(jīng)高頻變壓器隔離變換后，通過高頻整流濾波成為直流電（即DC/DC變換），最后經(jīng)反接保護(hù)輸出，額定輸出電壓為500 V。輸入與輸出端相互隔離，不論哪一端出現(xiàn)故障，都不會(huì)對(duì)另一端以及另一端所接的設(shè)備造成影響。

采用直流電源供電時(shí)，蓄電池組提供的直流電直接與RTM模塊中直流輸入端相連，直流電源供電模式下，通常要求直流電源的輸入電壓要低于RTM的輸出電壓，通過RTM模塊來實(shí)現(xiàn)升壓作用，其輸出為穩(wěn)定的高壓直流電，當(dāng)變頻器的交流輸入電壓正常時(shí)，RTM處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)交流電出現(xiàn)電壓暫降或短時(shí)間停電時(shí)，變頻的直流母線電壓就會(huì)下降，RTM輸出的高壓直流電就會(huì)送到變頻器的直流母線端，為其提供電壓支撐，保證了變頻器不會(huì)因交流電壓的下降而停機(jī)，RTM模塊起到了對(duì)變頻器的支撐作用。當(dāng)交流電壓恢復(fù)正常后，RTM自動(dòng)退出支撐，處于待機(jī)狀態(tài)，為下次支撐做好準(zhǔn)備。

按照DL/T 1648-2016《發(fā)電廠及變電站輔機(jī)變頻器高低電壓穿越技術(shù)規(guī)范》等要求[1]：

1）給煤機(jī)變頻器在電壓跌落(電壓值跌落至額定電壓的90%、60%/5 s、20%/0.5 s)、電壓暫升(電壓值暫升至額定電壓的110%、130%/0.5 s)，變頻器仍能正常運(yùn)行。

2）低電壓穿越裝置對(duì)給煤機(jī)變頻器的正常運(yùn)行和啟停控制沒有影響，變頻器因故障停止運(yùn)行以及MFT動(dòng)作時(shí)低電壓穿越裝置應(yīng)能自動(dòng)退出。

3.1 相應(yīng)的驗(yàn)證項(xiàng)目[2]

在輸入交流電壓正常時(shí)，給煤機(jī)變頻器的輸入電壓、直流電壓均正常，給煤機(jī)變頻器與給煤機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，低電壓穿越裝置處于熱備用狀態(tài)；低電壓穿越裝置退出后，不影響給煤機(jī)變頻器與給煤機(jī)的正常運(yùn)行和操作。加裝的裝置在投入工作的同時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生較大電流對(duì)廠用系統(tǒng)形成沖擊。

當(dāng)給煤機(jī)變頻器的輸入電壓低于正常電壓值時(shí)，低電壓穿越裝置自動(dòng)投入，保證了給煤機(jī)變頻器的主功率回路正常，給煤機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，持續(xù)時(shí)間大于技術(shù)規(guī)范要求的時(shí)間；給煤機(jī)變頻器輸入電壓恢復(fù)正常后，低電壓穿越裝置自動(dòng)退出，給煤機(jī)變頻器直流電壓和控制電源電壓正常，變頻器的工作頻率穩(wěn)定，給煤機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

從測(cè)試電壓暫降至額定電壓的90%測(cè)試的數(shù)據(jù)分析：

通過電壓暫降發(fā)生儀將變頻器輸入電壓暫降至額定電壓的90%，持續(xù)60 s，60 s后電壓恢復(fù)正常，從試驗(yàn)錄制波形圖中可以看出，在變頻器輸入電壓降低至90%額定電壓期間，變頻器直流母線電壓略有降低，此時(shí)低電壓穿越裝置未向給煤機(jī)變頻器主功率回路提供能量，由于電壓在變頻器正常輸入電壓區(qū)間內(nèi)，變頻器保持正常運(yùn)行。如圖1:

圖1 輔機(jī)變頻器電壓突降試驗(yàn)波形

測(cè)試電壓暫降至額定電壓的60%測(cè)試的數(shù)據(jù)分析：通過電壓暫降發(fā)生儀將變頻器輸入電壓暫降至額定電壓的60%，持續(xù)6 s，6 s后電壓恢復(fù)正常，從試驗(yàn)錄制波形圖中可以看出，在變頻器輸入電壓降低至60%額定電壓期間，變頻器直流母線電壓略有降低，通過低電壓穿越裝置向給煤機(jī)變頻器主功率回路提供能量，變頻器保持正常運(yùn)行。

測(cè)試電壓暫降至額定電壓的20%測(cè)試的數(shù)據(jù)分析：通過電壓暫降發(fā)生儀將變頻器輸入電壓暫降至額定電壓的20%，持續(xù)0.6 s，0.6 s后電壓恢復(fù)正常，從試驗(yàn)錄制波形圖中可以分析，在變頻器輸入電壓降低至20%額定電壓期間，變頻器直流母線電壓略有降低，通過低電壓穿越裝置向給煤機(jī)變頻器主功率回路提供能量，變頻器保持正常運(yùn)行。

當(dāng)給煤機(jī)變頻器的輸入電壓高于正常電壓值時(shí)，給煤機(jī)變頻器與給煤機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，持續(xù)時(shí)間滿足技術(shù)規(guī)范要求的時(shí)間。針對(duì)ABB ACS510變頻器，本身就可以高壓運(yùn)行，在電壓暫升至130%時(shí)，能滿足正常運(yùn)行0.5 s。

測(cè)試電壓升至額定電壓的130%測(cè)試的數(shù)據(jù)分析：通過電壓暫降發(fā)生儀將變頻器輸入電壓升至額定電壓的130%，持續(xù)0.5 s，0.5 s后電壓恢復(fù)正常，試驗(yàn)錄制波形圖中可以分析，在變頻器輸入電壓暫升至130%額定電壓期間，變頻器輸出電壓略升高，變頻器保持正常運(yùn)行。

低電壓穿越裝置與變頻器運(yùn)行信號(hào)、MFT信號(hào)聯(lián)鎖功能測(cè)試。

1）由DCS及就地發(fā)出給煤機(jī)啟動(dòng)指令后，低電壓穿越裝置處于熱備用狀態(tài)；由DCS及就地發(fā)出給煤機(jī)停止運(yùn)行指令后，低電壓穿越裝置退出運(yùn)行。

2）變頻器運(yùn)行信號(hào)丟失或廠內(nèi)MFT信號(hào)給出后低電壓穿越裝置退出運(yùn)行。

3.2 驗(yàn)證過程中發(fā)現(xiàn)問題及解決方案

六臺(tái)給煤機(jī)低電壓穿越裝置電源取自同一母線段。解決方案：每三臺(tái)裝置取自一路直流電源，即：A～～C給煤機(jī)變頻器穿越裝置電源取同一電源，D～～F給煤機(jī)變頻器穿越裝置電源取同一電源，兩電源取自不同段直流母線，若只配置了一段220 V直流母線，可考慮機(jī)組間交差引接，或同機(jī)組220 V直流母線的不同間隔，保證供電可靠性。而操作回路方面：給煤機(jī)變頻器控制電源則取自熱控220 V交流電源分配柜內(nèi)，其電源柜帶自動(dòng)切換裝置，兩路電源則由機(jī)組UPS A、B柜引接。

在給煤機(jī)低電壓裝置柜內(nèi)無輸入電源開關(guān)。解決方案：柜內(nèi)增設(shè)輸入電源開關(guān)，以方便隔離。

給煤機(jī)低電壓裝置柜工作或異常時(shí)，機(jī)組DCS中無相關(guān)提示信息。解決方案：在DCS中增設(shè)“給煤機(jī)高低壓穿越裝置報(bào)警及動(dòng)作”信號(hào),在裝置柜內(nèi)增設(shè)相應(yīng)中間繼電器，使相關(guān)動(dòng)作信號(hào)外送至機(jī)組DCS中，以便監(jiān)視及處理。

停送電操作方法。解決方案：規(guī)范操作方法，杜絕操作隱患。在裝置停送電過程中，要按照順序進(jìn)行操作，否則可能會(huì)對(duì)變頻器濾波制動(dòng)回路有損傷，嚴(yán)重會(huì)損壞變頻器，故送停電時(shí)，要確保低電壓穿越系統(tǒng)先合輸入斷路器，確認(rèn)給煤機(jī)側(cè)帶電或啟動(dòng)后，再合直流饋出開關(guān)。對(duì)于控制電源：一般遵循上電先控后主，停電先主后控。

給煤機(jī)停電情況下，最好把直流饋出斷掉，防止模塊因?yàn)橐恍┨厥庠騿?dòng)對(duì)變頻器加電，造成沖擊。低壓穿越柜正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)6臺(tái)給煤機(jī)的6只模塊的輸入開關(guān)都要送上去，任何一只不送，DCS都要報(bào)警，開關(guān)不送的話就相當(dāng)于模塊檢測(cè)到失電，是要報(bào)警的，模塊輸出開關(guān)可以根據(jù)給煤機(jī)投運(yùn)情況選擇性送上。對(duì)給煤機(jī)停送電過程中，先送給煤機(jī)變頻器自身交流電源，再送低電壓穿越裝置的輸入開關(guān)，最后送低電壓穿越裝置的輸出開關(guān)。

原裝置中配有投入電阻裝置是在系統(tǒng)電壓升高時(shí)投入,以限制電壓保證變頻器正常運(yùn)行。但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，其電壓要高達(dá)到160%時(shí)才有部分電阻接入，效果不顯著，況且系統(tǒng)一般不會(huì)出現(xiàn)高達(dá)到160%的過電壓，變頻器本身也具有過電壓保護(hù)，故在實(shí)際投用時(shí)，將其投入裝置拆除。

4 總結(jié)

通過此次給煤機(jī)變頻器低電壓穿越技改實(shí)例分析，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備技改時(shí)，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，有針對(duì)性地進(jìn)行分析研究，保證安全并經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)，經(jīng)過綜合對(duì)比和論證，用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法發(fā)現(xiàn)問題解決問題，以便更好地服務(wù)于生產(chǎn)工作，使相關(guān)單位有普遍借鑒意義。和論證，用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法發(fā)現(xiàn)問題解決問題，以便更好地服務(wù)于生產(chǎn)工作，使相關(guān)單位有普遍借鑒意義。

[1] 國(guó)家能源局. 《發(fā)電廠及變電站輔機(jī)變頻器高低電壓穿越技術(shù)規(guī)范》: DL/T 1648-2016[S]. 2016.

[2] 劉耀中, 苗英俊, 張學(xué)謙, 王祥濱. 《火電廠輔機(jī)變頻器低電壓火電廠輔機(jī)變頻器低電壓穿越改造設(shè)計(jì)》[J]. 艦船防化, 2014, (1): 42-47.

[3] 孟帥, 王旻. 《給煤機(jī)變頻器低電壓穿越技術(shù)探討與應(yīng)用》[J]. 中國(guó)設(shè)備工程, 2020, (24): 26-28.

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Example Analysis of Technical Transformation Measures for Low Voltage Ride through Capability of a Low Voltage Inverter

Zhou Yong

（CHN Energy Jianbi Power Plant, Zhengjiang 212006, Jiangsu, China）

TM461

A

1003-4862（2021）08-0018-04