低電壓穿越系統(tǒng)

張巖 大慶油田采油九廠

1 低壓穿越技術(shù)的提出

低壓穿越技術(shù)起源于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。低電壓穿越（LVRT）指在風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)候，風(fēng)機(jī)能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間。隨著低電壓穿越技術(shù)引入火力發(fā)電系統(tǒng)后，低電壓穿越被定義為發(fā)電系統(tǒng)在確定的時(shí)間內(nèi)承受一定限值的電網(wǎng)低電壓而不退出運(yùn)行的能力。

目前，采油廠還有很多自動(dòng)化程度低的薄弱環(huán)節(jié)，特別是變頻器低電壓保護(hù)跳閘問(wèn)題，對(duì)發(fā)電機(jī)影響尤為嚴(yán)重。在油田生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)殡娋W(wǎng)晃電或備自投切換時(shí)，電壓瞬時(shí)或短時(shí)低于變頻器低電壓保護(hù)整定值(根據(jù)變頻器型號(hào)不同該值也不同)時(shí)，會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失，也成為安全事故的高發(fā)區(qū)，只有很好地解決該問(wèn)題，才能保證生產(chǎn)安全，避免事故發(fā)生。

2 系統(tǒng)特性

（1）系統(tǒng)采用分布式供電，模塊化設(shè)計(jì)，方便安裝調(diào)試。

（2）完全后備式運(yùn)行方式，加裝該系統(tǒng)不影響原有系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（3）在發(fā)生低電壓穿越情況時(shí)，可由該系統(tǒng)保持變頻器在電網(wǎng)電壓跌落為零的情況下連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）系統(tǒng)最長(zhǎng)工作時(shí)間可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。

（5）可以設(shè)置系統(tǒng)實(shí)際工作時(shí)間。

（6）在發(fā)生低電壓穿越情況時(shí)，該系統(tǒng)由后備方式切換到在線工作方式的切換時(shí)間＜200μs，保證變頻連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

（7） 可以擴(kuò)展變頻的聯(lián)鎖控制，可提高供電方式安全性及鍋爐運(yùn)行安全性。

（8）可選用大屏幕觸摸屏顯示，可擴(kuò)展與DCS通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3 原理

系統(tǒng)直流輸出母線由晶閘管和直流壓差控制系統(tǒng)控制，正常運(yùn)行時(shí)與變頻器完全隔離。電網(wǎng)電壓跌落到90%以內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)不工作，處于熱備用狀態(tài)；當(dāng)電壓跌落到0~90%范圍內(nèi)系統(tǒng)瞬時(shí)（＜200μs）啟動(dòng)工作，維持變頻器直流母線電壓在DC 500 V左右，保證變頻器正常運(yùn)行；當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)退出工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)，變頻器自動(dòng)轉(zhuǎn)換由電網(wǎng)供電；當(dāng)MFT動(dòng)作或變頻器停止運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)退出，轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)。

4 系統(tǒng)組成

低電壓穿越系統(tǒng)由監(jiān)控及顯示單元、電壓暫降保護(hù)裝置、主監(jiān)控單元、電力監(jiān)測(cè)專用軟件、壓差控制系統(tǒng)、直流配電回路、控制回路不間斷電源、儲(chǔ)能及儲(chǔ)能管理系統(tǒng)等組成。

（1）監(jiān)控及顯示。顯示交流電源、直流輸出電流、運(yùn)行指示、故障指示、低電壓穿越SOE記錄、充電電壓、單只電池電壓等。

（2）電壓暫降保護(hù)裝置。廠用電整流后經(jīng)過(guò)DC/AC變換，將直流輸出電壓維持在DC 500 V左右，電壓暫降保護(hù)裝置不會(huì)對(duì)變頻器直流母線供電；當(dāng)用電電壓跌落到90%以下時(shí)，電壓暫降保護(hù)裝置瞬時(shí)輸出，保證負(fù)載正常運(yùn)行。

（3）主監(jiān)控（MASTER）。PLC的作用是監(jiān)控整個(gè)低電壓穿越系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)交流輸入電壓、直流輸出電流、低電壓穿越時(shí)間、充電系統(tǒng)運(yùn)行狀況、電池電壓狀況等?？膳cHMI觸摸屏或業(yè)主DCS進(jìn)行通信，顯示相關(guān)數(shù)據(jù)及報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)與業(yè)主MFT動(dòng)作聯(lián)鎖等，還可實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)的智能自檢功能。

（4）電力監(jiān)測(cè)專用軟件?？稍谟|摸屏上顯示所有系統(tǒng)的參數(shù)及對(duì)系統(tǒng)的具體參數(shù)值進(jìn)行設(shè)置。

（5）壓差控制系統(tǒng)。防止形成環(huán)流和阻止負(fù)載側(cè)的瞬間反向電壓對(duì)系統(tǒng)的沖擊。

（6）直流配電回路。包括熱磁脫扣過(guò)流保護(hù)斷路器、快熔、接觸器、隔離單元、放電檢測(cè)等。每個(gè)直流配電回路對(duì)應(yīng)一臺(tái)鍋爐輔機(jī)變頻器，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況配置多個(gè)直流輸出回路。

（7）儲(chǔ)能及儲(chǔ)能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)并確保電網(wǎng)完全失電時(shí)設(shè)備能正常工作。

5 應(yīng)用前景

如果因雷擊、電氣設(shè)備短路、接地等引起電網(wǎng)和生產(chǎn)用電短時(shí)電壓降低，造成變頻器動(dòng)力電源低電壓和變頻器控制電源低電壓，閉鎖保護(hù)會(huì)動(dòng)作，安裝有變頻器的設(shè)備會(huì)停止運(yùn)行，造成停爐、停機(jī)事故，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。此時(shí)可進(jìn)行低電壓穿越設(shè)備改造，從技術(shù)角度解決問(wèn)題是可行的。