周寬寬

（國能（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)行的過程中廣泛實(shí)現(xiàn)了對變頻技術(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，有必要對其進(jìn)行深入探究。

1 低電壓穿越問題的產(chǎn)生

如果電源電壓出現(xiàn)跌落問題，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)的問題，也有可能會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。筆者對近年來的相關(guān)案例進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，我國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。從目前來看，我國絕大部分的火電機(jī)組給煤機(jī)都會(huì)使用變頻器來保證給煤機(jī)的軟啟動(dòng)、電動(dòng)機(jī)的無極調(diào)速以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等功能的使用，但對現(xiàn)如今大部分的火電廠機(jī)組來說，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有低電壓穿越能力。例如在2013年我國某火電廠便因?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，給火電廠帶來了嚴(yán)重的損失。基于此，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)通過變頻器呈現(xiàn)，因?yàn)榛痣姀S在日常運(yùn)行的過程中往往處在一個(gè)相對較為復(fù)雜的環(huán)境條件下，并且需要長期連續(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)的控制相對來說比較復(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題時(shí)，會(huì)在產(chǎn)生電壓波動(dòng)的過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

可以通過變頻器低壓穿越裝置對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)問題所在，并針對其展開自動(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。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，這無論是在操作還是在安裝方面都具有較高的簡便性，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。基于此，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)全面系統(tǒng)地了解現(xiàn)場用電的實(shí)際情況，還需要針對用電電壓的波形質(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)際情況來看，負(fù)載的性能曲線本身對變頻器的實(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題出現(xiàn)的可能性，并且能夠在一定程度上緩解噪聲問題。當(dāng)設(shè)備有做老化測試的需求時(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)、過載保護(hù)以及過電流保護(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)和過電壓保護(hù)2種類型。之所以會(huì)出現(xiàn)過電壓，主要是因?yàn)殡娫催^電壓在降速的過程中難以及時(shí)釋放反饋能力，進(jìn)而生成再生過電壓。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)相對較大的脈沖電壓。該脈沖電壓同直流電壓疊壓起來便會(huì)成為脈沖電壓并具有較強(qiáng)的破壞作用。具體應(yīng)當(dāng)采用脈沖過電壓保護(hù)、防止跳閘功能以及預(yù)防電源過電壓等防護(hù)措施。而欠電壓的存在主要受到電源缺相、電源電壓過低或者是電路和電源方面出現(xiàn)問題等原因的影響。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)揮出其本身的過載保護(hù)功能，并針對元器件進(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，接下來再通過電控開關(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自身交流通路進(jìn)行送電[3]。

在現(xiàn)場改造施工的過程中選擇對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，同時(shí)將三相交流電壓穿越裝置整流升壓到490V，該穿越過程總共有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，在該過程中需要針對給煤機(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，并通過示波器對給煤機(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。