給煤機變頻器低電壓穿越裝置的實踐應用

肖鵬娟　芮莉

【摘 要】針對電網電壓波動或廠用電電壓瞬時或短時低于變頻器低電壓保護整定值時，給煤機變頻器低壓保護動作，變頻器閉鎖輸出，給煤機停運，引起MFT動作。本文分析了VRT-380A變頻器低電壓穿越裝置在火電廠的應用，它采用升壓技術將電網殘壓整流后進行升壓調制，通過現場試驗與實際應用表明變頻器具備低電壓穿越能力。

【關鍵詞】給煤機變頻器；低電壓穿越裝置

0 概述

寧夏華能大壩發電有限責任公司3、4號機組共10臺給煤機，每臺給煤機配備ABB公司生產的ACS800-01-0009型變頻器，額定電壓380V，額定電流13A，低壓跳閘值為247V（0.65U1min），適配電機額定功率4kW。在實際使用過程中，因為電網發生低電壓穿越或備自投切換時，廠用電電壓瞬時或短時低于變頻器低電壓保護整定值，造成給煤機變頻器低壓保護動作，變頻器閉鎖輸出，所有給煤機停運，引起MFT動作，給電網和機組安全穩定運行帶來隱患。

根據《大型發電機組涉網保護技術管理規定》Q/GDW1773-2013標準規定要求“電網發生事故引起發電廠高壓母線電壓、頻率等異常時，電廠重要的輔機保護不應先于主機保護動作，以免切除輔機造成發電機組停運”，同時為了滿足西北網調關于《大型汽輪發電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越技術規范》中對一類輔機變頻器低電壓穿越能力的要求，對3、4號爐A-E給煤機安裝了VRT-380A型低電壓穿越裝置。

1 設備現狀

給煤機變頻器跳閘主要有兩個原因：變頻器功率回路（變頻器動力部分）和控制回路（控制部分）。變頻器的功率回路均由整流模塊、直流環節、逆變模塊組成。

在變頻系統中，變頻器并非獨立運行，有相應的控制電路板、采樣反饋系統、繼電器和接觸器與其配合工作，這些部件均需穩定的控制電源供電。電力系統發生低電壓故障時，控制電源也會發生跌落，進而造成控制系統與繼電器系統的癱瘓，變頻器同樣無法正常運行，導致給煤機變頻停止運行[1]。

2 改造方案

2.1 低電壓穿越裝置VRT-380A工作原理介紹

變頻器低電壓穿越裝置（VRT-380A）的控制目標為在系統電壓跌落時保證變頻器及其拖動電機系統的轉速、功率、轉矩不變。

在系統電壓正常的狀態下，變頻器母線電壓正常且變頻器正常工作，電能通過交流送電回路送入變頻器交流輸入端子，滿足裝置備用條件，VRT-380A裝置中的中央控制單元向斷路器、電動開關等執行單元發出合閘命令，此時直流回路處于備份狀態，不參與變頻器運行。

在系統電壓發生跌落時，裝置內置的控制系統實時監測到此電壓跌落趨勢，當下降至低于要求的額定電壓，裝置瞬時投入運行，在A/B/C三相電壓跌落期間，通過BOOST升壓回路將跌落的交流電壓提升到500V直流電壓。通過變頻器的直流母線對變頻器供電，使其維持到可保證變頻器輸出功率、電機轉矩、電機轉速均不變的電壓水平。

在系統電壓跌落結束，系統電壓恢復正常后，裝置停止運行，升壓回路退出工作狀態，恢復到備用狀態，變頻器的供電仍由三相交流送電回路提供。

VRT-380A裝置中，交流送電通道與直流送電通道的切換由電力電子器件（IGBT）完成無縫切換，切換動作時間小于1μs，對變頻器的穩定運行不會造成沖擊。

2.2 動力回路改造原理

變頻器動力單元的電壓變化過程可以簡化為：交—直—交模型，變頻器低電壓穿越裝置的工作原理就是給變頻器的直流環節提供一套后備式的直流能量。

圖1 動力回路改造原理圖

電網電壓波動時，裝置內置的控制系統實時監測到此電壓跌落趨勢，裝置瞬時投入運行，通過BOOST升壓回路將跌落的交流電壓提升到500V直流電壓，通過變頻器的直流母線對變頻器供電，在系統電壓跌落結束，系統電壓恢復正常后，裝置停止運行，升壓回路退出工作狀態，恢復到備用狀態，變頻器的供電仍由三相交流送電回路提供。

2.3 控制回路改造原理

圖2 控制回路改造原理圖

變頻器控制單元供電取自變頻器的交流進線端，通過變壓器達到控制單元所需電壓等級后接入控制單元進線側，一旦電網電壓波動，控制單元工作電壓隨即丟失，做為變頻器重要組成部分的控制單元宕機，變頻器勢必引發故障報警。線性負載的低壓保護方面，UPS效果顯著，故變頻器低電壓穿越裝置的控制電源與給煤機控制回路電源取自廠用UPS電源，以保證在發生電壓跌落事故時控制電源正常。

3 試驗結果

3.1 試驗方法

試驗使用的主要測試儀器：WFLC-VI型便攜式電量記錄分析儀，TSGC2調壓器，VDG-380電壓跌落試驗儀。

將380V三相交流電源接至電壓跌落測試儀VDG380交流輸入端，將電壓跌落測試儀輸出端接至變頻器輸入端和低電壓穿越裝置交流輸入端。

3.2 試驗結果

分別對給煤機進行試驗，采用WFLC-VI進行試驗錄波，其中5號爐D給煤機試驗條件為25t/h煤量，電機382rpm運行：

（1）電源電壓跌落到90%額定電壓試驗錄波：

圖3 D給煤機系統90%電壓跌落低穿試驗錄波

試驗過程中給煤機運行正常，未出現異常。

（2）電源電壓跌落到60%額定電壓試驗錄波：

圖4 D給煤機系統60%電壓跌落低穿試驗錄波

試驗過程中給煤機運行正常，未出現異常。

（3）電源電壓跌落到20%額定電壓試驗錄波：

圖5 D給煤機系統20%電壓跌落低穿試驗錄波

試驗過程中給煤機運行正常，未出現異常。

4 結論

隨著電力電子技術的發展，變頻器以其調速精確，使用簡單，保護齊全等特點廣泛應用于電廠輔機調速控制系統中。由于電力電子器件的應用，變頻器均帶有低電壓跳閘保護，電網電壓的波動往往會帶來變頻器的退出運行，從而造成事故的擴大。此類故障期間的非計劃停運，一方面影響發電廠發電連續性和經濟性，另一方面會進一步對電力系統造成沖擊，加劇系統故障程度，嚴重影響電力系統的安全穩定運行[2]。通過變頻器低電壓穿越裝置改造，能夠解決火電廠輔機變頻器低電壓穿越的難題，提高電源、電網運行的可靠性和穩定性。因此，火電廠變頻器低電壓穿越裝置改造是必要的，具有較好的經濟效益和社會效益。

【參考文獻】

[1]師迎新，胡坤，陳文波.基于電網安全的火電廠輔機低電壓穿越裝置應用[J].河南電力，2013（2）：12-13.

[2]龐勝漢，江偉.防低電壓穿越裝置在給煤機變頻器上的應用[J].電氣技術，2013（3）：7-9.