低壓輔機變頻器低電壓穿越技改實例分析

周 勇

低壓輔機變頻器低電壓穿越技改實例分析

周 勇

（國家能源集團諫壁發電廠，江蘇鎮江 212006）

本文從變頻器運行原理方面分析了電力生產變頻器運行中存在問題，提出了該變頻器低電壓穿越技改策略。結合某發電廠輔機變頻器高、低壓穿越技改方案及數據驗證進行了敘述，對其出現的問題及解決方案進行了相關說明。

變頻器 高低電壓穿越技改

0 引言

國家電力公司“二十五項反措”要求：爐側重要輔機變頻器設備應采取措施實現過、低電壓穿越能力，防止因系統故障或電壓波動導致鍋爐滅火；變頻器低、過電壓保護定值原則上應保證輔機正常工作底線，同時，嚴禁取消變頻器低、過電壓保護。故大多數電廠對相關輔機變頻器進行了高、低電壓穿越技改。本文結合某發電廠實際項目，研究給煤機變頻器低壓穿越能力技改措施。

1 變頻器的運行原理

通用型變頻器包括整流與逆變兩部分。整流部分由二極管整流回路構成，將三相交流電轉換為直流電，并將儲存在直流母線支撐電容中，逆變環節通常為三相逆變橋，由可控器件構成，將直流母線存儲的直流電轉換為電壓、頻率均為變化的交流電驅動電機運行。

通用型變頻器的控制電源是從其直流母線取電，直流母線電壓跌落也將影響變頻器的正常工作，也會導致變頻器的停機。

從上述分析可以看出，變頻器低電壓跳機的誘因是交流母線電壓降低，直接原因是直流母線電壓降低，因此只需在交流系統電壓跌落時，通過某種方式維持直流母線電壓恒定，就可確保變頻器的連續穩定運行。

2 輔機變頻器低電壓穿越概述

火電機組輔機低電壓穿越包括：動力回路低電壓穿越及控制回路低電壓穿越。

2.1 控制電源解決方案

可以由廠用電源改接到電廠UPS電源上，當電廠發生低電壓穿越或電廠內部廠用故障時，變頻器的控制部分可以不受到影響正常工作。

2.2 動力回路解決方案原理

利用火電廠輔機變頻器交直交原理，實現交、直流冗余供電方式。當廠用電正常時，變頻器由廠用電供電，短時中斷或短時降壓時，由低電壓穿越系統提供直流電，繼續供給變頻器轉換成負載所需的PWM交流電，保證變頻器輸出的頻率、功率、轉速、轉矩不發生任何變化，不影響終端電動機的正常運行；當廠用電再次恢復正常供電時，變頻器轉由廠用電供電。低電壓穿越系統需停機維護或MFT動作時，低電壓穿越系統與廠用電及負載完全隔離。

3 輔機變頻器高、低電壓穿越技改分析

某1000 MW燃煤發電機組，共布置有6臺磨煤機及其給煤機，給煤機變頻器使用ABB ACS510。為提高給煤機變頻器高、低電壓穿越能力，保證機組安全穩定運行，在6臺給煤機變頻器加裝了6套低電壓穿越裝置（隔離型電壓暫降保護器），形成一對一的回路配置。其裝置是一種用于直流負載的電壓暫降保護器，輸入電源為220 V直流電，直流電源通過全橋PWM電路逆變為高頻交流、經高頻變壓器隔離變換后，通過高頻整流濾波成為直流電（即DC/DC變換），最后經反接保護輸出，額定輸出電壓為500 V。輸入與輸出端相互隔離，不論哪一端出現故障，都不會對另一端以及另一端所接的設備造成影響。

采用直流電源供電時，蓄電池組提供的直流電直接與RTM模塊中直流輸入端相連，直流電源供電模式下，通常要求直流電源的輸入電壓要低于RTM的輸出電壓，通過RTM模塊來實現升壓作用，其輸出為穩定的高壓直流電，當變頻器的交流輸入電壓正常時，RTM處于待機狀態，當交流電出現電壓暫降或短時間停電時，變頻的直流母線電壓就會下降，RTM輸出的高壓直流電就會送到變頻器的直流母線端，為其提供電壓支撐，保證了變頻器不會因交流電壓的下降而停機，RTM模塊起到了對變頻器的支撐作用。當交流電壓恢復正常后，RTM自動退出支撐，處于待機狀態，為下次支撐做好準備。

按照DL/T 1648-2016《發電廠及變電站輔機變頻器高低電壓穿越技術規范》等要求[1]：

1）給煤機變頻器在電壓跌落(電壓值跌落至額定電壓的90%、60%/5 s、20%/0.5 s)、電壓暫升(電壓值暫升至額定電壓的110%、130%/0.5 s)，變頻器仍能正常運行。

2）低電壓穿越裝置對給煤機變頻器的正常運行和啟停控制沒有影響，變頻器因故障停止運行以及MFT動作時低電壓穿越裝置應能自動退出。

3.1 相應的驗證項目[2]

在輸入交流電壓正常時，給煤機變頻器的輸入電壓、直流電壓均正常，給煤機變頻器與給煤機正常運轉，低電壓穿越裝置處于熱備用狀態；低電壓穿越裝置退出后，不影響給煤機變頻器與給煤機的正常運行和操作。加裝的裝置在投入工作的同時不應產生較大電流對廠用系統形成沖擊。

當給煤機變頻器的輸入電壓低于正常電壓值時，低電壓穿越裝置自動投入，保證了給煤機變頻器的主功率回路正常，給煤機正常運轉，持續時間大于技術規范要求的時間；給煤機變頻器輸入電壓恢復正常后，低電壓穿越裝置自動退出，給煤機變頻器直流電壓和控制電源電壓正常，變頻器的工作頻率穩定，給煤機正常運轉。

從測試電壓暫降至額定電壓的90%測試的數據分析：

通過電壓暫降發生儀將變頻器輸入電壓暫降至額定電壓的90%，持續60 s，60 s后電壓恢復正常，從試驗錄制波形圖中可以看出，在變頻器輸入電壓降低至90%額定電壓期間，變頻器直流母線電壓略有降低，此時低電壓穿越裝置未向給煤機變頻器主功率回路提供能量，由于電壓在變頻器正常輸入電壓區間內，變頻器保持正常運行。如圖1:

圖1 輔機變頻器電壓突降試驗波形

測試電壓暫降至額定電壓的60%測試的數據分析：通過電壓暫降發生儀將變頻器輸入電壓暫降至額定電壓的60%，持續6 s，6 s后電壓恢復正常，從試驗錄制波形圖中可以看出，在變頻器輸入電壓降低至60%額定電壓期間，變頻器直流母線電壓略有降低，通過低電壓穿越裝置向給煤機變頻器主功率回路提供能量，變頻器保持正常運行。

測試電壓暫降至額定電壓的20%測試的數據分析：通過電壓暫降發生儀將變頻器輸入電壓暫降至額定電壓的20%，持續0.6 s，0.6 s后電壓恢復正常，從試驗錄制波形圖中可以分析，在變頻器輸入電壓降低至20%額定電壓期間，變頻器直流母線電壓略有降低，通過低電壓穿越裝置向給煤機變頻器主功率回路提供能量，變頻器保持正常運行。

當給煤機變頻器的輸入電壓高于正常電壓值時，給煤機變頻器與給煤機正常運轉，持續時間滿足技術規范要求的時間。針對ABB ACS510變頻器，本身就可以高壓運行，在電壓暫升至130%時，能滿足正常運行0.5 s。

測試電壓升至額定電壓的130%測試的數據分析：通過電壓暫降發生儀將變頻器輸入電壓升至額定電壓的130%，持續0.5 s，0.5 s后電壓恢復正常，試驗錄制波形圖中可以分析，在變頻器輸入電壓暫升至130%額定電壓期間，變頻器輸出電壓略升高，變頻器保持正常運行。

低電壓穿越裝置與變頻器運行信號、MFT信號聯鎖功能測試。

1）由DCS及就地發出給煤機啟動指令后，低電壓穿越裝置處于熱備用狀態；由DCS及就地發出給煤機停止運行指令后，低電壓穿越裝置退出運行。

2）變頻器運行信號丟失或廠內MFT信號給出后低電壓穿越裝置退出運行。

3.2 驗證過程中發現問題及解決方案

六臺給煤機低電壓穿越裝置電源取自同一母線段。解決方案：每三臺裝置取自一路直流電源，即：A～～C給煤機變頻器穿越裝置電源取同一電源，D～～F給煤機變頻器穿越裝置電源取同一電源，兩電源取自不同段直流母線，若只配置了一段220 V直流母線，可考慮機組間交差引接，或同機組220 V直流母線的不同間隔，保證供電可靠性。而操作回路方面：給煤機變頻器控制電源則取自熱控220 V交流電源分配柜內，其電源柜帶自動切換裝置，兩路電源則由機組UPS A、B柜引接。

在給煤機低電壓裝置柜內無輸入電源開關。解決方案：柜內增設輸入電源開關，以方便隔離。

給煤機低電壓裝置柜工作或異常時，機組DCS中無相關提示信息。解決方案：在DCS中增設“給煤機高低壓穿越裝置報警及動作”信號,在裝置柜內增設相應中間繼電器，使相關動作信號外送至機組DCS中，以便監視及處理。

停送電操作方法。解決方案：規范操作方法，杜絕操作隱患。在裝置停送電過程中，要按照順序進行操作，否則可能會對變頻器濾波制動回路有損傷，嚴重會損壞變頻器，故送停電時，要確保低電壓穿越系統先合輸入斷路器，確認給煤機側帶電或啟動后，再合直流饋出開關。對于控制電源：一般遵循上電先控后主，停電先主后控。

給煤機停電情況下，最好把直流饋出斷掉，防止模塊因為一些特殊原因啟動對變頻器加電，造成沖擊。低壓穿越柜正常運行時，對應6臺給煤機的6只模塊的輸入開關都要送上去，任何一只不送，DCS都要報警，開關不送的話就相當于模塊檢測到失電，是要報警的，模塊輸出開關可以根據給煤機投運情況選擇性送上。對給煤機停送電過程中，先送給煤機變頻器自身交流電源，再送低電壓穿越裝置的輸入開關，最后送低電壓穿越裝置的輸出開關。

原裝置中配有投入電阻裝置是在系統電壓升高時投入,以限制電壓保證變頻器正常運行。但在現場實際運行中發現，其電壓要高達到160%時才有部分電阻接入，效果不顯著，況且系統一般不會出現高達到160%的過電壓，變頻器本身也具有過電壓保護，故在實際投用時，將其投入裝置拆除。

4 總結

通過此次給煤機變頻器低電壓穿越技改實例分析，我們在現場進行設備技改時，要結合現場實際運行情況，有針對性地進行分析研究，保證安全并經濟性等指標，經過綜合對比和論證，用現場測試的方法發現問題解決問題，以便更好地服務于生產工作，使相關單位有普遍借鑒意義。和論證，用現場測試的方法發現問題解決問題，以便更好地服務于生產工作，使相關單位有普遍借鑒意義。

[1] 國家能源局. 《發電廠及變電站輔機變頻器高低電壓穿越技術規范》: DL/T 1648-2016[S]. 2016.

[2] 劉耀中, 苗英俊, 張學謙, 王祥濱. 《火電廠輔機變頻器低電壓火電廠輔機變頻器低電壓穿越改造設計》[J]. 艦船防化, 2014, (1): 42-47.

[3] 孟帥, 王旻. 《給煤機變頻器低電壓穿越技術探討與應用》[J]. 中國設備工程, 2020, (24): 26-28.

[4] 裴麗秋. 《輔機變頻器低電壓穿越技術研究》[J]. 電工技術, 2019.

[5] 徐在德, 范瑞祥, 潘建真. 《火電廠低壓輔機變頻器低電壓穿越測試裝置研究與應用》[J]. 電力系統保護與控制, 2018.

Example Analysis of Technical Transformation Measures for Low Voltage Ride through Capability of a Low Voltage Inverter

Zhou Yong

（CHN Energy Jianbi Power Plant, Zhengjiang 212006, Jiangsu, China）

TM461

A

1003-4862（2021）08-0018-04