低壓穿越技術在給煤機變頻器中的應用

王蓓蓓

（浙江浙能樂清發電有限責任公司 浙江樂清 325600）

低壓穿越技術在給煤機變頻器中的應用

王蓓蓓

（浙江浙能樂清發電有限責任公司 浙江樂清 325600）

隨著電力技術的發展，變頻器在電廠中的應用更加廣泛，在給煤機、空預器、真空皮帶機等多處設備都有應用，但由于有些時候電網電壓不穩定，導致了變頻器在使用中產生了新的問題-欠電壓保護動作、過電壓保護動作等問題。對于空預器、真空皮帶機等設備的變頻器停運，可在短時間內搶起，而給煤機變頻器的故障停運可導致給煤機直接跳閘，給煤機停止運行最終導致鍋爐MFT。

低壓穿越；變頻器；UPS；直流

1 低壓穿越技術的必要性

目前，火電機組的輔機大量采用了變頻器，而此類變頻器抗低電壓穿越能力差，有的甚至不具備低電壓穿越能力。近年來，我國的一些火電廠陸續發生了電力系統故障造成火電機組停機的事件，造成事故的主要原因是電網電壓短時跌落或中斷時，鍋爐給煤機（給粉機）變頻器跳閘退出運行，造成爐膛主燃料切斷而導致停機。汽輪發電機組輔機這種不具備抗低電壓穿越能力在我國是普遍存在的。

所以，給煤機變頻器合理利用低壓穿越技術對電廠安全運行具有重大的研究意義。

2 低壓穿越技術簡介

對于整臺給煤機來說主要分為兩方面電源：控制電源和動力電源。由于給煤機內儀表的控制電源取自UPS（220VAC），所以控制電源基本不會出現欠電壓情況。給煤機動力電源取自MCC段380V動力電源。電網短時低電壓情況的發生對于UPS無任何影響，但是對于MCC段動力電源影響較大。

如何避免380V動力電源欠電壓引起給煤機停、機組跳閘。目前，針對給煤機低電壓跳閘主要有以下幾種解決方法：

（1）用蓄電池電源做為變頻器的備用電源。將給煤機的主、備用電源通過開關分別接入變頻器交流輸入端和直流母線上，正常工作時兩路電源同時投入，正常工作時交流電源提供變頻器驅動電機的能量，同時為直流電源的蓄電池充電。一旦交流電源電壓降低或中斷，直流電源蓄電池將會給變頻器直流母線供電，維持變頻器的正常運行，供電時間的長短取決于蓄電池的容量和電機的負載，在變頻器故障或者收到其它相關保護信號時快速斷開直流電源，確保系統安全可靠運行。

（2）為變頻器接入在線UPS。變頻器的電源采用UPS供電，但采用大型UPS為變頻器供電目前應用不多，動力用UPS電源容量大、轉換效率低、投資成本高、維護成本高等缺點。

（3）為給煤機全停設置一定延時，給煤機變頻器設置自啟動，在延時時間內自啟動成功則認為系統正常，否則給煤機跳閘。延時有兩種增加方法：①在DCS邏輯中增加延時判斷給煤機停運；②在就地設備中增加延時。這種方式通過FSSS給粉機全停邏輯延時來處理這個矛盾，大都認為：通過延時，會帶來FSSS安全級別降低使用，存在爆爐隱患；沒有延時，因為給粉跳閘引起停爐，給生產帶來巨大經濟損失。該種方式暫時不宜用于給煤機變頻器的改造中。

3 低壓穿越技術在給煤機中的應用

多家電網公司對發電廠重要運行輔機低電壓穿越能力提出了具體的要求：要求給煤機等重要輔機的變頻拖動系統，在系統電壓跌落至20%且持續10s的情況下，具備完備可靠的低電壓穿越能力，確保系統故障時發電機組不因低電壓穿越能力不足而跳閘或出力波動。

（1）給煤機低壓穿越裝置的設計原理

裝置采用在變頻器直流環節配置蓄電池的方法，蓄電池的充電由外置充電器完成，充電器容量根據蓄電池的容量配置。正常時，設置蓄電池的浮充電壓低于變頻器整流輸出電壓，蓄電池只作備用；一旦出現交流電壓降低時，直流環節電壓降低，蓄電池電壓高于變頻器整流輸出電壓，蓄電池給逆變器供電，最終確保了逆變器工作的連續和穩定（如圖1）。

（2）給煤機低壓穿越裝置的改造

由于蓄電池支撐方案中，為保證蓄電池的壽命，需對蓄電池進行定期的全沖放維護，此維護過程耗時較長。同時，常規蓄電池方案不具備自檢及故障自診斷功能，應用蓄電池方案時為了達到系統要求的額定直流電壓和電流，會將電池大量的串并聯，在充放電過程中因為一致性不同會造成電池的不均衡性放大，以及內部環流問題都會加速降低電池的使用壽命，單體電池發生欠壓或者過壓等故障時都無法上傳故障報警信息，非常不利于現場故障的及時發現和排查。故目前電廠給煤機采用的都是經過全新改造的低壓穿越裝置——用電廠發電機組保安220V直流系統取代原裝置中的蓄電池組。

圖1

電網電壓正常情況下，變頻器通過原自身交流輸入電能來維持變頻器正常工作，低穿裝置處于旁路待機狀態，實時監測電網狀態。當電網電壓發生短時跌落，低電壓穿越裝置DC/DC升壓電路迅速投入運行，將電網跌落后不控整流出來的較低電壓直流電抬升到變頻器額定的穩定的直流電壓，為變頻器提供穩定的電壓源，保證變頻器及其拖動電機系統的轉速、功率、轉矩不變，進而保障鍋爐及發電機組的穩定運行。待電網電壓恢復之后，低電壓穿越裝置退出到旁路狀態，變頻器仍然由自身交流通路送電。

4 總結

電網電壓波動、雷擊、大設備啟動等原因都會引起電源電壓波動，從而導致給煤機變頻器因交流電源失去而停止工作，鍋爐因給煤機全停引起MFT，造成不必要的經濟損失。低壓穿越技術的應用有效解決了給煤機變頻器電壓穿越能力不足的缺點，無論在經濟性還是穩定性都取得了重大的突破。

TM621

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1004-7344（2016）11-0061-01

2016-3-26