周寬寬

（國(guó)能（天津）大港發(fā)電廠有限公司，天津 300272）

0 引言

現(xiàn)如今在火電廠輔機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中廣泛實(shí)現(xiàn)了對(duì)變頻技術(shù)的應(yīng)用，合理進(jìn)行變頻改造能夠有效降低廠用電率，以達(dá)到節(jié)能降耗的效果，但變頻器本身在電壓波動(dòng)方面有較高的敏感性，一旦輸入電壓比保護(hù)定值低，便會(huì)自動(dòng)切斷變頻器的輸出?，F(xiàn)如今我國(guó)在低電壓穿越技術(shù)的應(yīng)用方面仍存在一定不足，有必要對(duì)其進(jìn)行深入探究。

1 低電壓穿越問(wèn)題的產(chǎn)生

如果電源電壓出現(xiàn)跌落問(wèn)題，變頻器的各個(gè)部分會(huì)不同程度地受到低電壓的影響，由于其跌落的范圍以及具體的持續(xù)時(shí)間存在一定差異性，所以變頻器既有可能出現(xiàn)閉鎖停機(jī)的問(wèn)題，也有可能會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。筆者對(duì)近年來(lái)的相關(guān)案例進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的很多火電廠中出現(xiàn)了由于給煤機(jī)低壓跳閘所造成的停爐事故，嚴(yán)重影響了火電廠的正常運(yùn)行。從目前來(lái)看，我國(guó)絕大部分的火電機(jī)組給煤機(jī)都會(huì)使用變頻器來(lái)保證給煤機(jī)的軟啟動(dòng)、電動(dòng)機(jī)的無(wú)極調(diào)速以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等功能的使用，但對(duì)現(xiàn)如今大部分的火電廠機(jī)組來(lái)說(shuō)，其所具有的低壓輔機(jī)變頻器本身并不具備較高的低電壓穿越能力，甚至還有部分變頻器根本沒(méi)有低電壓穿越能力。例如在2013年我國(guó)某火電廠便因?yàn)槠涓邏鹤冾l器并未達(dá)到應(yīng)有的低電壓穿越能力要求，所以出現(xiàn)了變頻器跳閘事故，給火電廠帶來(lái)了嚴(yán)重的損失?；诖?，若想真正為火電機(jī)組的安全穩(wěn)定供電提供保障，必須確?；痣姀S給煤機(jī)本身具有良好的低電壓穿越能力。

從實(shí)際情況著手進(jìn)行分析，低電壓穿越基本上會(huì)通過(guò)變頻器呈現(xiàn)，因?yàn)榛痣姀S在日常運(yùn)行的過(guò)程中往往處在一個(gè)相對(duì)較為復(fù)雜的環(huán)境條件下，并且需要長(zhǎng)期連續(xù)的運(yùn)行，所以一旦產(chǎn)生瞬時(shí)掉電事故或者是電網(wǎng)電壓跌落事故都會(huì)嚴(yán)重影響關(guān)鍵設(shè)備以及相關(guān)裝置的正常運(yùn)用，與此同時(shí)，其分散控制系統(tǒng)（DCS）內(nèi)的控制相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，如果某個(gè)變頻器控制的給煤機(jī)在產(chǎn)生掉閘問(wèn)題，則會(huì)在極大程度上制約機(jī)組整體運(yùn)行效率的提升。電網(wǎng)在運(yùn)行中不可避免地會(huì)產(chǎn)生電壓波動(dòng)以及廠用電系統(tǒng)內(nèi)部故障等問(wèn)題，具體指的是當(dāng)出現(xiàn)大設(shè)備啟動(dòng)、電氣設(shè)備短路以及接地等問(wèn)題時(shí)，會(huì)在產(chǎn)生電壓波動(dòng)的過(guò)程中造成變頻器的跳閘。其危害主要有以下2點(diǎn)。一方面，其會(huì)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)電廠發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性和連續(xù)性造成影響，并且導(dǎo)致電廠發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生損壞。另一方面，則會(huì)在一定程度上沖擊電力系統(tǒng)，進(jìn)而增加系統(tǒng)故障的嚴(yán)重性，不利于電力系統(tǒng)整體的持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行[1]。

2 變頻器低壓穿越電源的特點(diǎn)

2.1 安全可靠性

良好的變頻器低電壓穿越可以更有效地為原有送電線路或者是通過(guò)旁路開關(guān)的設(shè)置實(shí)現(xiàn)旁路電路，與此同時(shí)，在系統(tǒng)電壓持續(xù)平穩(wěn)時(shí)，變頻器則主要是由電力直流進(jìn)行供電，而電源變換模塊則并不會(huì)參與到實(shí)際運(yùn)行中，由此可見，其能夠在極大程度上為變頻性能的可靠性以及安全性提供保障，進(jìn)而最大限度降低故障出現(xiàn)的可能性。

2.2 定期自檢和故障診斷

可以通過(guò)變頻器低壓穿越裝置對(duì)電流電壓所具有的瞬時(shí)跌落情況展開實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控工作，這樣一來(lái)便能夠有效保證變頻器低壓穿越電源自身的實(shí)際效果。與此同時(shí)，應(yīng)用變頻器低壓穿越裝置的過(guò)程中不會(huì)涉及人工的操作以及維護(hù)，其能夠定期開展相應(yīng)的自檢和故障診斷工作，進(jìn)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，并針對(duì)其展開自動(dòng)的處理工作，由此可見其在變頻器穿越裝置故障處理方面具有實(shí)效性。這種自動(dòng)化設(shè)計(jì)可以有效沖破以往變頻器低壓穿越裝置在運(yùn)行過(guò)程中所遭遇的阻礙，進(jìn)而從根本上提高運(yùn)行效率，與此同時(shí)，受到寬溫度范圍的影響，該文所述的變頻器低壓穿越裝置的運(yùn)行壽命比較長(zhǎng)。具體可以結(jié)合變頻器型號(hào)的不同開展定制化生產(chǎn)工作，這無(wú)論是在操作還是在安裝方面都具有較高的簡(jiǎn)便性，此外，靈活使用分布式供電解決方案，同樣可以提升變頻器低壓穿越裝置實(shí)際的利用成效。

3 變頻器的選擇與維護(hù)

3.1 選擇

變頻器的選擇直接影響其運(yùn)行的實(shí)效性，所以應(yīng)當(dāng)綜合考慮轉(zhuǎn)矩匹配、電流匹配以及電壓匹配等多方面內(nèi)容進(jìn)而科學(xué)展開相應(yīng)的選型工作?；诖?，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)全面系統(tǒng)地了解現(xiàn)場(chǎng)用電的實(shí)際情況，還需要針對(duì)用電電壓的波形質(zhì)量以及等級(jí)等相關(guān)內(nèi)容展開進(jìn)一步明確，進(jìn)而為變頻器后續(xù)的正常使用創(chuàng)造良好的條件。與此同時(shí)，相關(guān)工作人員還應(yīng)當(dāng)詳細(xì)了解負(fù)載的相關(guān)內(nèi)容，從實(shí)際情況來(lái)看，負(fù)載的性能曲線本身對(duì)變頻器的實(shí)際使用方法有一定的決定性作用，普通的離心泵變頻器所具有的特定電流能夠同電機(jī)的額定電流相適應(yīng)，而深水泵變頻器對(duì)電流則有更高的要求。

結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，其實(shí)際所應(yīng)用的電機(jī)功率大小直接影響著其所使用的變頻器的功率大小，通常情況下，為了能夠盡可能留出余量，工作人員一般會(huì)選擇規(guī)格稍大的變頻器。如果其現(xiàn)場(chǎng)所使用的電機(jī)有頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)的要求，便應(yīng)當(dāng)安裝制動(dòng)電阻，同時(shí)綜合考慮功率的大小選定合適的制動(dòng)電阻。如果工廠本身的環(huán)境條件具有局限性，有較大的粉塵并且不利于散熱，工作人員便可以結(jié)合實(shí)際情況盡量選用水冷式的變頻器，此舉能夠有效降低模塊炸裂問(wèn)題出現(xiàn)的可能性，并且能夠在一定程度上緩解噪聲問(wèn)題。當(dāng)設(shè)備有做老化測(cè)試的需求時(shí)，相關(guān)工作人員可以立足于實(shí)際要求，選用四象限的產(chǎn)品，可以達(dá)到降低功率損耗的效果，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)存在單獨(dú)直流電時(shí)則可以僅采用純逆變模組，以起到節(jié)約投入的作用[2]。

3.2 維護(hù)

變頻器本身具有電壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)以及過(guò)電流保護(hù)等多種功能。其中電壓保護(hù)主要可以劃分成欠電壓保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)2種類型。之所以會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓，主要是因?yàn)殡娫催^(guò)電壓在降速的過(guò)程中難以及時(shí)釋放反饋能力，進(jìn)而生成再生過(guò)電壓。因?yàn)殡娐繁旧戆ň€路電感以及繞組電感，所以在每個(gè)脈沖上升以及下降時(shí)，峰值有可能會(huì)出現(xiàn)相對(duì)較大的脈沖電壓。該脈沖電壓同直流電壓疊壓起來(lái)便會(huì)成為脈沖電壓并具有較強(qiáng)的破壞作用。具體應(yīng)當(dāng)采用脈沖過(guò)電壓保護(hù)、防止跳閘功能以及預(yù)防電源過(guò)電壓等防護(hù)措施。而欠電壓的存在主要受到電源缺相、電源電壓過(guò)低或者是電路和電源方面出現(xiàn)問(wèn)題等原因的影響。欠電壓的出現(xiàn)將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降，而當(dāng)前所使用的新型的變頻器本身都自帶一定的補(bǔ)償功能，可以為電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行提供支持。除此以外，欠電壓還會(huì)增加電動(dòng)機(jī)的電流，而變頻器則能夠有效發(fā)揮出其本身的過(guò)載保護(hù)功能，并針對(duì)元器件進(jìn)行及時(shí)監(jiān)察。

4 低電壓穿越技術(shù)在火電廠給煤機(jī)變頻器中的應(yīng)用

4.1 改造方案

該改造工作主要是針對(duì)大港電廠#4機(jī)組8臺(tái)給煤機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的給煤機(jī)變頻器低壓穿越設(shè)備改造工作，該火電廠所采用的是GLA-20系列變頻器低電壓穿越電源產(chǎn)品。GLT-20A在主功率輸入為三相交流電源，而主功率輸出則屬于直流電源。三相交流電可以通過(guò)斷路器QF1進(jìn)入二極管整流橋TM1-3所形成的整流回路，接下來(lái)再通過(guò)電控開關(guān)KM1使其轉(zhuǎn)換成為直流電能，并實(shí)現(xiàn)在電容C1以及C2中的儲(chǔ)存。當(dāng)電網(wǎng)電壓處在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，變頻器能夠利用自身交流側(cè)電能支撐變頻器的有效運(yùn)行，升壓電路處在旁路狀態(tài)，并不會(huì)直接參與到裝置運(yùn)行的過(guò)程中。一旦電網(wǎng)電壓產(chǎn)生短時(shí)跌落，便會(huì)迅速運(yùn)行升壓電路，并持續(xù)穩(wěn)定地輸出直流電壓，為變頻器提供充足的電壓源，以達(dá)到維持變頻電機(jī)轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速恒定的效果。等到電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，升壓電路便會(huì)自動(dòng)退出，而變頻器則仍能夠通過(guò)自身交流通路進(jìn)行送電[3]。

在現(xiàn)場(chǎng)改造施工的過(guò)程中選擇對(duì)變頻器原交流供電線路進(jìn)行保留，變頻器低壓穿越電源實(shí)現(xiàn)同三相380V電源和變頻器直流端子之間的串接，具體不需要對(duì)變頻器的設(shè)置以及配置采取任何的改動(dòng)措施，同時(shí)還能夠應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)行鋪設(shè)的電纜。在開展改造工作時(shí)，主要是采用了給煤機(jī)變頻器一拖一的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行動(dòng)力電源的改造，可以為10臺(tái)變頻器進(jìn)行10套一拖一變頻器低壓穿越裝置的培養(yǎng)，針對(duì)機(jī)組的給煤機(jī)變頻器控制電源展開相應(yīng)的改造工作，進(jìn)而有效落實(shí)380VAC段電源同廠用UPS的有效切換。在該改造工作中，如果給煤機(jī)能夠處在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，通電壓便會(huì)出現(xiàn)一定程度的晃動(dòng)，所以電壓將會(huì)在380V時(shí)進(jìn)行三相交流電壓的檢測(cè)，同時(shí)將三相交流電壓穿越裝置整流升壓到490V，該穿越過(guò)程總共有200ms的持續(xù)時(shí)間。一拖二裝置電源可以在給煤機(jī)總電源之間進(jìn)行有效切換，并從原本的4mm2增加到6mm2。

4.2 試驗(yàn)分析

在該試驗(yàn)中主要采用了電壓暫降的方式對(duì)火電廠的廠用母線電壓進(jìn)行模擬，使其由原本的正常值分別降至60%以及90%。常用母線維持在60%以及90%的時(shí)間為10s，接下來(lái)廠用母線電壓則會(huì)恢復(fù)為額定電壓。綜合上述各種模擬條件，判斷當(dāng)廠用母線電壓處在正常狀態(tài)下、電壓暫降時(shí)和在電壓恢復(fù)之后，給煤機(jī)變頻器主功率回路能否得到持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。

當(dāng)給煤機(jī)變頻器交流輸入電壓會(huì)下降為原本屬于電壓的90%，而電壓暫降的時(shí)間則會(huì)持續(xù)10s，在該過(guò)程中需要針對(duì)給煤機(jī)以及給煤機(jī)變頻器的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行詳細(xì)觀察，并通過(guò)示波器對(duì)給煤機(jī)變頻器的交流輸出電壓、直流母線電壓、交流輸入電壓以及電壓暫降90%時(shí)的維持時(shí)間進(jìn)行記錄。如圖1所示。

結(jié)合圖1，通道1波形區(qū)段主要代表的是，當(dāng)給煤機(jī)變頻器的直流輸入電壓暫降到90%的情況下其所具有的電壓波形，其有效值是356V。而通道2波形區(qū)段則代表了當(dāng)電壓暫降至正常電壓90%時(shí)的直流母線電壓波形，其數(shù)值是DC520V，則主要是通過(guò)使用低電壓穿越裝置實(shí)現(xiàn)的。通道3波形區(qū)段所代表的是電壓在暫降為90%的情況下變頻器的輸出電壓波形，其具體的有效值是交流350V，該圖片中的a和b所代表的為電壓暫降的時(shí)間為10s。結(jié)合上述內(nèi)容能夠表明，廠用母線電壓能夠暫降為原本電壓的90%，與此同時(shí)，該低電壓值能夠有效維持10s。此時(shí)給煤機(jī)變頻器所具有的主輸入電源電壓將會(huì)下降至356V，該過(guò)程中靈活應(yīng)用抗低電壓穿越裝置，能夠保證給煤機(jī)變頻器主功率回路的正常使用，確保變頻器的直流母線電壓可以保持在520V狀態(tài)下。當(dāng)給煤機(jī)變頻器的輸出交流電壓保持在350V狀態(tài)下時(shí)給煤機(jī)和給煤機(jī)變頻器都可以實(shí)現(xiàn)正常應(yīng)用，科學(xué)地應(yīng)用低電壓穿越裝置能夠使電壓暫降時(shí)，給煤機(jī)變頻器仍可以穩(wěn)定運(yùn)行，并切實(shí)提升其輸出電壓以及工作頻率的持續(xù)性和穩(wěn)定性[4]。

圖1 電壓暫降時(shí)間

廠用母線電壓暫降為原有電壓的60%主要指的是給煤機(jī)變頻器的交流輸入電源下降為原本正常輸入電壓的60%，其電壓的暫降時(shí)間基本上會(huì)維持在10s，此時(shí)工作人員需要針對(duì)給煤機(jī)以及給煤機(jī)變頻器的具體運(yùn)行情況進(jìn)行詳細(xì)觀察，同時(shí)還要使用示波器針對(duì)給煤機(jī)變頻器的交流輸出電壓、直流母線電壓以及交流輸電電壓暫降為60%情況下的維持時(shí)間進(jìn)行記錄，具體如圖2所示。

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，圖2中的1通道波形區(qū)段代表的是交流輸入電壓暫降為60%時(shí)所具有的電壓波形，其實(shí)際的有效值是231V，而2通道波形則指的是直流母線電壓在暫降到60%狀態(tài)下所具有的電壓波形，其數(shù)值是DC520V，其都是由低壓穿越裝置進(jìn)行提供的。3通道波形區(qū)段則是變頻器所具有的輸出電壓波形，有效值是交流350V，該圖片中的a和b之間所代表的是電壓暫降時(shí)間為10s。綜合上述試驗(yàn)可以明確，廠用母線電壓能夠暫降為原有電壓的60%，與此同時(shí)，該地電壓值能夠維持在10s，此時(shí)其主輸入電源電壓將會(huì)從原本的電壓下降至228V。在該工程中，科學(xué)采用低電壓穿越裝置可以穩(wěn)定提供能量助力給煤機(jī)變頻器主功率回路的正常運(yùn)行，并確保變頻器所具有的直流母線電壓能夠保證在520V的狀態(tài)下。低電壓穿越裝置的合理應(yīng)用能夠確保給煤機(jī)變頻器即便是面臨電壓暫降時(shí)也可以正常使用，并切實(shí)提升輸出電壓以及工作頻率的科學(xué)性以及穩(wěn)定性[5]。

圖2 電壓暫降時(shí)間

5 結(jié)論

綜上所述，科學(xué)應(yīng)用低電壓穿越改造技術(shù)能夠有效提升火電廠給煤機(jī)變頻器的運(yùn)行效果，對(duì)給煤機(jī)的持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行有積極的促進(jìn)作用。因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)其的重視，繼而形成更加具有經(jīng)濟(jì)性和安全性的配置方案。