火電廠給煤機低電壓技術研究與應用

鐘振坤，駱華志，王犖犖

（廣東珠海金灣發電有限公司，廣東 珠海 519050）

0 引 言

給煤機是火電廠的重要輔機設備。該設備采用變頻器裝置后，由于變頻器本身的保護特性，對電壓波動比較敏感，要求輸入電壓具有一定穩定性。實際運行中，由于電廠內部故障和外部故障等，導致電壓波動或者跌落時發生給煤機跳閘事件，嚴重時會導致機組跳閘[1]。為提高機組安全性，需優化和改造給煤機變頻器調速裝置。

1 給煤機低電壓穿越技術

輔機低電壓穿越是指由于外部故障等原因導致輔機變頻器輸入電壓瞬間發生變化或者短時間內降低，超過了變頻器規定的額定電壓范圍，變頻器需采用可穩定運行的方式，保證設備正常運行。具體地，依據《發電廠及變電站輔機變頻器高低電壓穿越技術規范》DL/T-2016的要求，給煤機低電壓穿越區如圖1所示。

圖1 發電廠及變電站輔機變頻器低電壓穿越區

低電壓穿越主要分為三個區域，分別是進線電壓跌落到額定電壓20%時，可在不小于0.5 s的時間內穩定運行；進線電壓跌落到額定電壓60%時，可在不小于5 s的時間內穩定運行；進線電壓跌落到額定電壓90%時，能持續穩定運行[2]。

2 故障原因分析

當外部電源故障引起電壓瞬間降低時，給煤機變頻器會因輸入電壓的瞬間降低，觸發低電壓閉鎖保護信號驅動電機停止運行。當電壓低的故障信號消除后，由于變頻器自身設計和熱工邏輯規劃，給煤機不能自行恢復運行。當同段上多臺設備出現故障時，很可能會觸發熱工保護信號“缺失全部燃料”，導致鍋爐MFT。具體原因如下。

（1）變頻器不具有低電壓穿越能力

變頻器工作原理是通過整流橋將輸入的交流電轉換成直流電，然后經過濾波電容濾波穩壓，在由IGBT構成的逆變橋逆變為交流電輸出至給煤機，其中變頻器的控制系統通過改變導通角的開斷來達到變頻功能[3]。因此，當變頻器的輸入電壓跌落時，無法維持穩定的輸出電壓。

（2）給煤機控制裝置電源不合理

給煤機動力電源經過降壓后供給于給煤機控制器，當給煤機的輸入電壓瞬間失去或者跌落超過限值時，控制器就會發生電壓故障而造成給煤機停運。當所有給煤機全部停運時，會觸發熱工信號“失去全部燃料”，導致機組跳機。

（3）熱工邏輯缺陷

現在大部分電廠，包括該電廠所用制粉系統中磨煤機和下料粉管都可儲存燃煤。即使給煤機短暫停轉，只要控制器不會發出跳閘信號，電壓恢復后繼續運行仍可保證制粉系統的正常工作。

3 給煤機低電壓穿越改造方案

分析原因，可通過兩方面的改造來解決給煤機低電壓故障。第一，將控制電源改為由UPS供給；第二，為變頻器加裝低電壓穿越裝置。

3.1 具體改造方案和原理

3.1.1 控制器電源改造

將給煤機控制電源接在電廠UPS系統輸出，該廠UPS系統輸入電源由保安段A、保安段B以及直流系統三路供給。其中，直流系統是備用電源，有蓄電池組作為電源保障，可保證控制器電源穩定工作。

3.1.2 變頻器加裝低電壓穿越裝置

為每臺給煤機變頻器加裝壁掛式低電壓穿越裝置。該裝置電源由給煤機的動力電源提供，經整流橋后輸送到變頻器的逆變橋前母線。同時，該裝置具有執行單元和監控單元。執行單元的作用是防止電源反向送電；監控單元的作用是監視電壓情況，并進行邏輯判斷[4]。

3.2 改造后給煤機整體系統情況

具體改造后，整體系統如圖2所示。

圖2 改造后給煤機低電壓系統示意圖

給煤機控制電源接在UPS，保證控制電源的穩定性。晶閘管和直流控制系統檢測和調控系統的輸出母線，正常情況與變頻調速裝置隔離開。

當電壓在額定值的90%以上時，該系統不參與工作，處于熱備用狀態。當電壓短時下降到額定電壓值的20%～90%時，該系統會瞬時（小于200 μs）進入工作狀態，通過內部電路可維持給煤機變頻器的直流母線電壓DC500 V左右。具體可維持正常輸出的時間能通過裝置設定，通常默認為60 s。當外部給煤機輸入電壓恢復到正常值時，低電壓裝置會自動退出工作，然后切換為熱備用狀態，給煤機變頻器的輸入電源切換到母線。當鍋爐MFT動作或給煤機變頻器停機時，該系統會同時退出，并保持為熱備用狀態。

4 低電壓穿越改造后運行結果

通過改造后，大大提升了系統對電壓跌落的抵抗力。為檢驗實際給煤機系統抵御低電壓的能力，運行人員、熱工檢修人員及電氣檢修人員對該系統進行了模擬低電壓故障檢測。

圖3為檢測結果波形圖。其中，線1是給煤機動力電壓，線2為變頻器直流母線電壓，線3為變頻器輸出電壓。由圖3可知，給煤機的動力電源在跌落到95%、70%及20%時，變頻器的直流母線電壓和輸出電壓都能保持穩定在正常電壓范圍。模擬測試結果表明，改造方案能提升給煤機低電壓穿越能力。

5 結 論

本文分析了給煤機在電壓跌落時故障停運的原因，提出了具體改造方案，并對改造結果進行了測試和檢驗。檢測結果表明，改造后的系統具有一定低電壓穿越能力。改造方案的實施，保障了機組的安全性，為電廠帶來了經濟效益。

圖3 低電壓穿越改造后系統運行效果