周 勇

低壓輔機變頻器低電壓穿越技改實例分析

周 勇

（國家能源集團諫壁發(fā)電廠，江蘇鎮(zhèn)江 212006）

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

變頻器 高低電壓穿越技改

0 引言

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

1 變頻器的運行原理

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，將直流母線存儲的直流電轉(zhuǎn)換為電壓、頻率均為變化的交流電驅(qū)動電機運行。

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，也會導(dǎo)致變頻器的停機。

從上述分析可以看出，變頻器低電壓跳機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，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)定運行。

2 輔機變頻器低電壓穿越概述

火電機組輔機低電壓穿越包括：動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，變頻器的控制部分可以不受到影響正常工作。

2.2 動力回路解決方案原理

利用火電廠輔機變頻器交直交原理，實現(xiàn)交、直流冗余供電方式。當(dāng)廠用電正常時，變頻器由廠用電供電，短時中斷或短時降壓時，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，不影響終端電動機的正常運行；當(dāng)廠用電再次恢復(fù)正常供電時，變頻器轉(zhuǎn)由廠用電供電。低電壓穿越系統(tǒng)需停機維護或MFT動作時，低電壓穿越系統(tǒng)與廠用電及負(fù)載完全隔離。

3 輔機變頻器高、低電壓穿越技改分析

某1000 MW燃煤發(fā)電機組，共布置有6臺磨煤機及其給煤機，給煤機變頻器使用ABB ACS510。為提高給煤機變頻器高、低電壓穿越能力，保證機組安全穩(wěn)定運行，在6臺給煤機變頻器加裝了6套低電壓穿越裝置（隔離型電壓暫降保護器），形成一對一的回路配置。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，都不會對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，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，RTM處于待機狀態(tài)，當(dāng)交流電出現(xiàn)電壓暫降或短時間停電時，變頻的直流母線電壓就會下降，RTM輸出的高壓直流電就會送到變頻器的直流母線端，為其提供電壓支撐，保證了變頻器不會因交流電壓的下降而停機，RTM模塊起到了對變頻器的支撐作用。當(dāng)交流電壓恢復(fù)正常后，RTM自動退出支撐，處于待機狀態(tài)，為下次支撐做好準(zhǔn)備。

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

1）給煤機變頻器在電壓跌落(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)，變頻器仍能正常運行。

2）低電壓穿越裝置對給煤機變頻器的正常運行和啟?？刂茮]有影響，變頻器因故障停止運行以及MFT動作時低電壓穿越裝置應(yīng)能自動退出。

3.1 相應(yīng)的驗證項目[2]

在輸入交流電壓正常時，給煤機變頻器的輸入電壓、直流電壓均正常，給煤機變頻器與給煤機正常運轉(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，不影響給煤機變頻器與給煤機的正常運行和操作。加裝的裝置在投入工作的同時不應(yīng)產(chǎn)生較大電流對廠用系統(tǒng)形成沖擊。

當(dāng)給煤機變頻器的輸入電壓低于正常電壓值時，低電壓穿越裝置自動投入，保證了給煤機變頻器的主功率回路正常，給煤機正常運轉(zhuǎn)，持續(xù)時間大于技術(shù)規(guī)范要求的時間；給煤機變頻器輸入電壓恢復(fù)正常后，低電壓穿越裝置自動退出，給煤機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，給煤機正常運轉(zhuǎn)。

從測試電壓暫降至額定電壓的90%測試的數(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，此時低電壓穿越裝置未向給煤機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)，變頻器保持正常運行。如圖1:

圖1 輔機變頻器電壓突降試驗波形

測試電壓暫降至額定電壓的60%測試的數(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變頻器主功率回路提供能量，變頻器保持正常運行。

測試電壓暫降至額定電壓的20%測試的數(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變頻器主功率回路提供能量，變頻器保持正常運行。

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

測試電壓升至額定電壓的130%測試的數(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，變頻器保持正常運行。

低電壓穿越裝置與變頻器運行信號、MFT信號聯(lián)鎖功能測試。

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

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

3.2 驗證過程中發(fā)現(xiàn)問題及解決方案

六臺給煤機低電壓穿越裝置電源取自同一母線段。解決方案：每三臺裝置取自一路直流電源，即：A～～C給煤機變頻器穿越裝置電源取同一電源，D～～F給煤機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，可考慮機組間交差引接，或同機組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)，其電源柜帶自動切換裝置，兩路電源則由機組UPS A、B柜引接。

在給煤機低電壓裝置柜內(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。

給煤機低電壓裝置柜工作或異常時，機組DCS中無相關(guān)提示信息。解決方案：在DCS中增設(shè)“給煤機高低壓穿越裝置報警及動作”信號,在裝置柜內(nèi)增設(shè)相應(yīng)中間繼電器，使相關(guān)動作信號外送至機組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，要按照順序進行操作，否則可能會對變頻器濾波制動回路有損傷，嚴(yán)重會損壞變頻器，故送停電時，要確保低電壓穿越系統(tǒng)先合輸入斷路器，確認(rèn)給煤機側(cè)帶電或啟動后，再合直流饋出開關(guān)。對于控制電源：一般遵循上電先控后主，停電先主后控。

給煤機停電情況下，最好把直流饋出斷掉，防止模塊因為一些特殊原因啟動對變頻器加電，造成沖擊。低壓穿越柜正常運行時，對應(yīng)6臺給煤機的6只模塊的輸入開關(guān)都要送上去，任何一只不送，DCS都要報警，開關(guān)不送的話就相當(dāng)于模塊檢測到失電，是要報警的，模塊輸出開關(guān)可以根據(jù)給煤機投運情況選擇性送上。對給煤機停送電過程中，先送給煤機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)電壓升高時投入,以限制電壓保證變頻器正常運行。但在現(xiàn)場實際運行中發(fā)現(xiàn)，其電壓要高達到160%時才有部分電阻接入，效果不顯著，況且系統(tǒng)一般不會出現(xiàn)高達到160%的過電壓，變頻器本身也具有過電壓保護，故在實際投用時，將其投入裝置拆除。

4 總結(jié)

通過此次給煤機變頻器低電壓穿越技改實例分析，我們在現(xiàn)場進行設(shè)備技改時，要結(jié)合現(xiàn)場實際運行情況，有針對性地進行分析研究，保證安全并經(jīng)濟性等指標(biāo)，經(jīng)過綜合對比和論證，用現(xiàn)場測試的方法發(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)場測試的方法發(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] 國家能源局. 《發(fā)電廠及變電站輔機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. 《火電廠輔機變頻器低電壓火電廠輔機變頻器低電壓穿越改造設(shè)計》[J]. 艦船防化, 2014, (1): 42-47.

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

[4] 裴麗秋. 《輔機變頻器低電壓穿越技術(shù)研究》[J]. 電工技術(shù), 2019.

[5] 徐在德, 范瑞祥, 潘建真. 《火電廠低壓輔機變頻器低電壓穿越測試裝置研究與應(yīng)用》[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2018.

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