關于低電壓穿越裝置異常電流輸出的處理方法

吳長波

（神華國能寶清煤電化有限公司，黑龍江 雙鴨山 155600）

低電壓穿越裝置即抗低電壓擾動裝置，以下簡稱“低穿裝置”。在火電廠，380V給煤機變頻器抗低電壓擾動主要有兩種方式：（1）在變頻器直流母線加裝蓄電池，蓄電池平時不參與給煤電動機運行，當系統發行暫態故障，電壓出現晃動時才參與運行，維持給煤機運轉。（2）利用380V動力電源，在給煤機變頻器直流母線上加裝低穿裝置（即AC/DC或DC/DC）,進行直流變換，當系統輸入電壓低于額定電壓90%、60%、20%，低穿裝置升壓回路啟動，向給煤機變頻器直流母線供電，保證給煤機變頻器輸出穩定，使變頻器帶電動機運轉一段時間。本文介紹了AC/DC低穿裝置異常輸出的原因及處理方法。

1 存在的問題

AC/DC低穿裝置在系統電壓正常時，給煤機電機由變頻器供電運行。檢查中發現，接于變頻器直流母線上的低穿裝置總是有3A左右的直流電流流入到變頻器直流母線，這相當于給煤機電機運行是由給煤電機變頻器和低穿裝置同時供電，需解決這個問題。

2 變頻器、低穿裝置AC/DC變換回路簡圖

變頻器內部主接線如圖1，接入變頻器的三相交流電源UR、US、UT經AC/DC變換成直流電壓，其中p（+）、N（-）為變頻器直流母線。低穿裝置的直流輸出直接接在p（+）、N（-）端。

圖1

低穿裝置內部接線如圖2，接入低穿裝置的三相交流電源UR1、US1、UT1經AC/DC變換后直流電壓從p1（+）、N1（-）兩點測量。

圖2

當系統電壓正常時，p1（+）、N1（-）兩端的電壓經低穿裝置的旁路直接輸出到變頻器直流母線上，變頻器直流母線電壓高于低穿裝置的輸出電壓，所以低穿裝置沒有直流電流輸出給變頻器。只有當系統電壓瞬間跌落時，低穿裝置升壓回路啟動，將跌落的系統電壓提升，使變頻器直流母線p（+）、N（-）的電壓保持在正常工作范圍內，防止變頻器直流母線電壓過低而跳閘，以維持給煤電機繼續運行一段時間。

3 低穿裝置有異常電流輸出原因分析

根據現場變頻器三相電源及低穿裝置的三相電源電壓的測量，發現兩者交流電壓存在偏差，比如，1#爐1#給煤機變頻器在滿負荷時交流電源UR、US、UT三相線電壓為392V，此時，低穿裝置三相交流電源UR1、US1、UT1三相線電壓為397.5V。查工程施工資料，給煤機變頻器及低穿裝置三相交流電源均從鍋爐PC段配電間引接，變頻器柜安裝在給煤機旁，距離電源比較遠，電源電纜采用ZRC-YJY 4×6長度140m；而低穿裝置安裝在鍋爐PC配電間內，距離電源非常近(近似系統電壓397.5V)。根據交流電流在電纜中的電壓降ΔU

式中，I為電纜中的電流(給煤機變頻器滿負荷時，變頻器交流電源電纜電流為12A)；P為銅電阻率0.0175；L為電纜長度(m)；S為電纜線芯截面積(mm2)。

因電纜壓降，接于給煤機變頻器交流電壓為397.5-4.9=392.6V。低穿裝置距電源比較近，三相交流電纜壓降可以忽略，接于低穿裝置的交流電源電壓為397.5V。

式中，VD為AC/DC變換輸出的直流電壓；VS為交流電源的相電壓；V1為交流電源的線電壓。

給煤機變頻器其直流母線P（+）、N（-）兩端電壓為VD=1.35×392.6=530V；

低穿裝置輸出P1（+）、N1（-）兩端直流電壓為VD1=1.35×392.6≈536V。

由于變頻器與低穿裝置三相交流電源電壓偏差達4.9V，經AC/DC變換后,使兩者的直流輸出產生Δu=6.6V的直流電壓偏差，變頻器直流母線電壓低于低穿裝置的輸出電壓，低穿裝置輸出端就會有直流電流流向變頻器直流母線，即上面提到的異常電流輸出。

4 處理方法

通過在低穿裝置的輸出回路串接硅二極管，利用二極管的閾值電壓特性，使低穿裝置輸出端直流電壓小于變頻器直流母線電壓，當系統電壓沒有跌落時，硅二極管處于截止狀態，此時，低穿裝置無直流電流輸出。當系統電壓下降至低于要求的額定電壓時，低穿裝置升壓回路將跌落的系統電壓提升，硅二極管導通，向變頻器的直流母線供電，維持給煤電動機短時間運行。

硅二極管選用ZP200A，1600V，閾值電壓0.7V,帶散熱片（自帶風扇），將N支串接固定在絕緣板上，二極管絕緣板見圖3(尺寸標注單位mm，二極管數量可根據實際需要調整)，在中部設有絕緣隔板。二極管絕緣板安裝在低穿裝置柜上部，在每臺低穿裝置柜上部各鉆一個φ20mm的圓孔，用絕緣套套在圓孔上，二極管絕緣板的+、-極用絕緣導線從圓孔穿過接到低穿裝置輸出回路中，二極管絕緣板的+極接到低穿裝置輸出的+極，二極管絕緣板的-極經原有的電纜接到變頻器的P（+）端。固定二極管的螺栓帽用絕緣漆涂抹，防止與低穿裝置柜外殼相碰，避免接地。

圖3

閾值電壓大小與硅二極管材料有關，一般為0.5～0.7V。

通過本次改造，當系統電壓正常時，1#給煤電動機由變頻器供電，低穿裝置無直流輸出。當系統電壓跌落時，低穿裝置的升壓回路給變頻器直流母線供電，有直流電流輸出，使給煤機在短時間內輸出功率不變。經試驗，這種方法是可行的。

若將低穿裝置柜移到變頻器柜旁邊，三相交流電源電壓相等，也可解決兩者直流輸出存在電壓偏差問題。因1#、2#爐共16臺給煤機變頻器，接于低穿裝置電纜共計7200m已敷設完，槽盒蓋板已封閉，電纜防火封堵已完成，若變更低穿裝置的安裝位置會使原有的部分電纜長度不足。經統計移位低穿裝置柜需重新采購電纜4050m，電纜敷設需搭設腳手架等，電纜采購及敷設施工概算31萬元。通過增加串接硅二極管方法解決低穿裝置異常電流輸出，總費用為2萬元，節省改造費用。

5 結語

利用AC/DC轉換實現抗低電壓擾動的低穿裝置盡可能安裝在給煤機變頻器柜附近，若受現場條件限制，低穿裝置距給煤機變頻器柜比較遠，變頻器三相電源電纜銅芯截面應稍大一些，以降低電源電纜壓降,減少串聯硅二極管支數。