低电压穿越在火电厂的应用

低电压穿越技术在火电厂中的应用摘要：本文根据火电厂用电压下降引起的电力系统故障，有可能导致火电厂给煤机停止机组跳闸的安全隐患，提出了一种低电压穿越火力发电厂600MW机组通过应用转化。

通过现场试验结果表明，采用低电压穿越改造设计方案是可行的，具有普遍适用性，适用于其在低电压下的火电厂燃煤发电机组的改造，具有一定的理论意义和指导价值。

关键词: 低电压穿越;变频技术;火电厂
给煤机是火电厂重要的辅助设备。

由于变频器电压闭锁保护意识不足，许多发电厂没有意识到变频器会在电网低电压时闭锁输出，导致局部电网失去稳定，对电网产生重大影响。

其主要原因是大部分火电厂的辅助设备采用变频技术不能满足低电压穿越能力。

1存在问题
通过对故障电厂给煤机的测试发现，当电压从380V降低到310V时，某公司生产的给煤机控制器发出给煤机停止信号。

当全部给煤机瞬问停止运行后，触发锅炉保护的“全炉膛燃料丧失”引起机组跳闸。

当给煤机变频器电压降至210V时，给煤机变频器发生低电压跳闸并报警，从实际测试看，当给煤机电压降低到给煤机控制装置允许电压后，将发出给煤机跳闸信号，从而使给煤机停止运行;给煤机电源再降低时，将直接触发给煤机变频器跳闸。

所以，对给煤机稳
定运行有影响的需要改进以下两个方面内容:①确保给煤机控制器交流工作电源稳定;②电网电压降低时为了保证给煤机变频器正常运行，需在变频器直流母线端子并接一个稳定的直流动力电源。

2解决方案
根据电网公司对火电厂辅机低电压穿越改造提出明确的技术要求:①当外部故障或扰动引起的变频器进线电压跌落幅值在额定电压85%，变频器应能持续正常运行;电压跌落幅值在额定电压20%,应能连续运行1s。

②择优选择解决方案，力求方案简化。

加装的设备在工作时不应产生较大的电流，对厂用电系统造成较大冲击;不能因加装的设备发生故障导致辅机变频器停机。

③加装的设备安全可靠，不应给电网或原有设备带来新的安全隐患。

变频器通过检测其直流母线电压是否在正常范围之内，判断工作电压是否满足运行要求。

因此，常规的抗低电压措施均采用在变频器直流母线端子加装一个稳定的直流源，来确保交流输入电源降低时，变频器直流母线电压维持不变，进而维持变频器的正常运行。

目前，针对变频器低电压穿越问题国内主要采用以下2种方案。

2.1给煤机变频器直流母线加装蓄电池组
ABB ACS510系列变频器正常运行时直流母线电压一般在500V左右，需要每台机组至少安装一组电压为500V的蓄电池组，将蓄电池直流输出电压并接至给煤机变频器直流母线端子。

为了保证蓄电池的正常充电，需单独配备蓄电池组充电屏。

该方案技术理论简单、成熟，但安装蓄电池组和充电屏占地
面积较大，需要新建配电室，现场实施难度较大。

另外，变频器欠压保护监测的是直流母线电压，为了节省投资一台机组若只上一组蓄电池，作为多台给煤机变频器直流母线电压的备用电源，若蓄电池发生短路等故障，存在多台给煤机同时跳闸的隐患。

从安全稳定运行的角度考虑，不建议采取第一种方案。

2.2给煤机变频器加装低电压穿越装置
按电网公司要求，首选给煤机变频器分别加装低电压穿越装置的方案，同时由低电压穿越装置单独提供一路给煤机控制器工作电源。

此方法能彻底解决因系统电源波动，导致瞬问低电压时给煤机跳闸问题，而且低电压穿越装置若发生故障，不会影响到给煤机运行。

该方案在现场改造施工中，变频器低电压穿越装置串接在三相380V 电源与变频器直流母线之问，无需对变频器的配置、设置做任何改动，实施难度较小。

2.2.1装置构成
目前国内电力市场上，主要有北京四方、南瑞北京监控、南京国臣几家的产品在火电厂应用较多，实现抗低电压穿越的理论基本一致，均是采用直流升压技术来实现的。

低电压穿越电源主要由不控整流桥、电源变换器等部分构成。

2.2.2工作原理
交流输入电源经过不控整流桥整流为直流电形式，再经过电源变换器输出直流接至变频器直流母线端子。

电源电压正常时，通过交流输入电源直接送入变频器，低电压穿越装置处于热备用状态。

电源电压异常降低时，低电压穿越装置监测到交流输入电压降低，通过电源变换器来实现电源电压降低时的升压功能，确保变频器直流母线上加载的电压可满足正常运行。

3低电压穿越装置的现场应用
某公司2台600MW机组，每台机组配置7台功率3kW给煤机，每台给煤机配置一台低电压穿越装置。

现场改造完毕后，分别进行了给煤机低电压穿越装置空载和带载试验。

下面为模拟电压跌落，单台给煤机低电压穿越装置带载负荷为3kW时的试验内容和数据。

3.1带负荷试验波形
3.1.1电网电压跌落到304V（80%)时试验波形
黄色CH1:电网电压;绿色CH2:升压前直流电压;红色CH3:升压后直流电压(与变频器直流母线电压连接);蓝色CH4:升压前端直流电流。

图1 电压跌落到304V（80%）时实验波形
3.1.2电网电压跌落到270V（71%)时试验波形
波形分析:从波形可以看出，当电网电压跌落到270V(有效值)时，直流母线在缓慢的下降，当直流电压下降到485V（启动电
压阀值)时，穿越装置开始进行升压功能控制，在调压的瞬间直流电流峰值约为22A,直流母线电压可以达到536V，变频器运行正常，给煤机转速恒定，皮带运转平稳，没有抖动等现象。

图2 电网低电压跌落到270V（71%）时试验波形
3.1.3电网电压跌落到93V（2
4.5%）时试验波形
图3电网低电压跌落到93V（24.5%）时试验波形波形分析:从波形可以看出，当电网电压跌落到93V(有效值)时，直流母线在缓慢的卜降，当直流电压下降到485V（启动电压阀值)时，穿越装置开始进行升压功能控制，在调压的瞬问直流电流峰值约为20A，直流母线电压可以达到536V，变频器运行正常，给煤机转速恒定，皮带运转平稳，没有抖动等现象。

3.2试验数据记录表
试验期间，对低电压穿越装置输出直流电压进行记录，具体数据见表1。

表1 低电压穿越装置输出直流电压记录
3.3试验结论
从变频器低电压穿越电源装置的满载实验可以看出，穿越装置在监测到电网电压跌落和直流母线下降到启动阀值时，可以很好地完成调压控制功能，输出稳定的直流电压，进而保证变频器具有稳定的直流电压源。

在电网电压出现跌落时可以维持变频器的正常工作，维持给煤机的转矩和恒定转速，传送带运转平稳，没有抖动现象。

电网电压恢复正常之后，穿越装置自动退出，处于热备用状态。

参考文献：
[1]刘耀中，苗英俊，等.火电厂辅机变频器低电压穿越改造设计[J].舰船防化，2014,(1):42~47.。