給煤機(jī)變頻器低電壓穿越裝置的實(shí)踐應(yīng)用

肖鵬娟　芮莉

【摘 要】針對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或廠用電電壓瞬時(shí)或短時(shí)低于變頻器低電壓保護(hù)整定值時(shí)，給煤機(jī)變頻器低壓保護(hù)動(dòng)作，變頻器閉鎖輸出，給煤機(jī)停運(yùn)，引起MFT動(dòng)作。本文分析了VRT-380A變頻器低電壓穿越裝置在火電廠的應(yīng)用，它采用升壓技術(shù)將電網(wǎng)殘壓整流后進(jìn)行升壓調(diào)制，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與實(shí)際應(yīng)用表明變頻器具備低電壓穿越能力。

【關(guān)鍵詞】給煤機(jī)變頻器；低電壓穿越裝置

0 概述

寧夏華能大壩發(fā)電有限責(zé)任公司3、4號(hào)機(jī)組共10臺(tái)給煤機(jī)，每臺(tái)給煤機(jī)配備ABB公司生產(chǎn)的ACS800-01-0009型變頻器，額定電壓380V，額定電流13A，低壓跳閘值為247V（0.65U1min），適配電機(jī)額定功率4kW。在實(shí)際使用過程中，因?yàn)殡娋W(wǎng)發(fā)生低電壓穿越或備自投切換時(shí)，廠用電電壓瞬時(shí)或短時(shí)低于變頻器低電壓保護(hù)整定值，造成給煤機(jī)變頻器低壓保護(hù)動(dòng)作，變頻器閉鎖輸出，所有給煤機(jī)停運(yùn)，引起MFT動(dòng)作，給電網(wǎng)和機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患。

根據(jù)《大型發(fā)電機(jī)組涉網(wǎng)保護(hù)技術(shù)管理規(guī)定》Q/GDW1773-2013標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求“電網(wǎng)發(fā)生事故引起發(fā)電廠高壓母線電壓、頻率等異常時(shí)，電廠重要的輔機(jī)保護(hù)不應(yīng)先于主機(jī)保護(hù)動(dòng)作，以免切除輔機(jī)造成發(fā)電機(jī)組停運(yùn)”，同時(shí)為了滿足西北網(wǎng)調(diào)關(guān)于《大型汽輪發(fā)電機(jī)組一類輔機(jī)變頻器高、低電壓穿越技術(shù)規(guī)范》中對(duì)一類輔機(jī)變頻器低電壓穿越能力的要求，對(duì)3、4號(hào)爐A-E給煤機(jī)安裝了VRT-380A型低電壓穿越裝置。

1 設(shè)備現(xiàn)狀

給煤機(jī)變頻器跳閘主要有兩個(gè)原因：變頻器功率回路（變頻器動(dòng)力部分）和控制回路（控制部分）。變頻器的功率回路均由整流模塊、直流環(huán)節(jié)、逆變模塊組成。

在變頻系統(tǒng)中，變頻器并非獨(dú)立運(yùn)行，有相應(yīng)的控制電路板、采樣反饋系統(tǒng)、繼電器和接觸器與其配合工作，這些部件均需穩(wěn)定的控制電源供電。電力系統(tǒng)發(fā)生低電壓故障時(shí)，控制電源也會(huì)發(fā)生跌落，進(jìn)而造成控制系統(tǒng)與繼電器系統(tǒng)的癱瘓，變頻器同樣無法正常運(yùn)行，導(dǎo)致給煤機(jī)變頻停止運(yùn)行[1]。

2 改造方案

2.1 低電壓穿越裝置VRT-380A工作原理介紹

變頻器低電壓穿越裝置（VRT-380A）的控制目標(biāo)為在系統(tǒng)電壓跌落時(shí)保證變頻器及其拖動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩不變。

在系統(tǒng)電壓正常的狀態(tài)下，變頻器母線電壓正常且變頻器正常工作，電能通過交流送電回路送入變頻器交流輸入端子，滿足裝置備用條件，VRT-380A裝置中的中央控制單元向斷路器、電動(dòng)開關(guān)等執(zhí)行單元發(fā)出合閘命令，此時(shí)直流回路處于備份狀態(tài)，不參與變頻器運(yùn)行。

在系統(tǒng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，裝置內(nèi)置的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到此電壓跌落趨勢(shì)，當(dāng)下降至低于要求的額定電壓，裝置瞬時(shí)投入運(yùn)行，在A/B/C三相電壓跌落期間，通過BOOST升壓回路將跌落的交流電壓提升到500V直流電壓。通過變頻器的直流母線對(duì)變頻器供電，使其維持到可保證變頻器輸出功率、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速均不變的電壓水平。

在系統(tǒng)電壓跌落結(jié)束，系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常后，裝置停止運(yùn)行，升壓回路退出工作狀態(tài)，恢復(fù)到備用狀態(tài)，變頻器的供電仍由三相交流送電回路提供。

VRT-380A裝置中，交流送電通道與直流送電通道的切換由電力電子器件（IGBT）完成無縫切換，切換動(dòng)作時(shí)間小于1μs，對(duì)變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行不會(huì)造成沖擊。

2.2 動(dòng)力回路改造原理

變頻器動(dòng)力單元的電壓變化過程可以簡(jiǎn)化為：交—直—交模型，變頻器低電壓穿越裝置的工作原理就是給變頻器的直流環(huán)節(jié)提供一套后備式的直流能量。

圖1 動(dòng)力回路改造原理圖

電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，裝置內(nèi)置的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到此電壓跌落趨勢(shì)，裝置瞬時(shí)投入運(yùn)行，通過BOOST升壓回路將跌落的交流電壓提升到500V直流電壓，通過變頻器的直流母線對(duì)變頻器供電，在系統(tǒng)電壓跌落結(jié)束，系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常后，裝置停止運(yùn)行，升壓回路退出工作狀態(tài)，恢復(fù)到備用狀態(tài)，變頻器的供電仍由三相交流送電回路提供。

2.3 控制回路改造原理

圖2 控制回路改造原理圖

變頻器控制單元供電取自變頻器的交流進(jìn)線端，通過變壓器達(dá)到控制單元所需電壓等級(jí)后接入控制單元進(jìn)線側(cè)，一旦電網(wǎng)電壓波動(dòng)，控制單元工作電壓隨即丟失，做為變頻器重要組成部分的控制單元宕機(jī)，變頻器勢(shì)必引發(fā)故障報(bào)警。線性負(fù)載的低壓保護(hù)方面，UPS效果顯著，故變頻器低電壓穿越裝置的控制電源與給煤機(jī)控制回路電源取自廠用UPS電源，以保證在發(fā)生電壓跌落事故時(shí)控制電源正常。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)使用的主要測(cè)試儀器：WFLC-VI型便攜式電量記錄分析儀，TSGC2調(diào)壓器，VDG-380電壓跌落試驗(yàn)儀。

將380V三相交流電源接至電壓跌落測(cè)試儀VDG380交流輸入端，將電壓跌落測(cè)試儀輸出端接至變頻器輸入端和低電壓穿越裝置交流輸入端。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

分別對(duì)給煤機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，采用WFLC-VI進(jìn)行試驗(yàn)錄波，其中5號(hào)爐D給煤機(jī)試驗(yàn)條件為25t/h煤量，電機(jī)382rpm運(yùn)行：

（1）電源電壓跌落到90%額定電壓試驗(yàn)錄波：

圖3 D給煤機(jī)系統(tǒng)90%電壓跌落低穿試驗(yàn)錄波

試驗(yàn)過程中給煤機(jī)運(yùn)行正常，未出現(xiàn)異常。

（2）電源電壓跌落到60%額定電壓試驗(yàn)錄波：

圖4 D給煤機(jī)系統(tǒng)60%電壓跌落低穿試驗(yàn)錄波

試驗(yàn)過程中給煤機(jī)運(yùn)行正常，未出現(xiàn)異常。

（3）電源電壓跌落到20%額定電壓試驗(yàn)錄波：

圖5 D給煤機(jī)系統(tǒng)20%電壓跌落低穿試驗(yàn)錄波

試驗(yàn)過程中給煤機(jī)運(yùn)行正常，未出現(xiàn)異常。

4 結(jié)論

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器以其調(diào)速精確，使用簡(jiǎn)單，保護(hù)齊全等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于電廠輔機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中。由于電力電子器件的應(yīng)用，變頻器均帶有低電壓跳閘保護(hù)，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)往往會(huì)帶來變頻器的退出運(yùn)行，從而造成事故的擴(kuò)大。此類故障期間的非計(jì)劃停運(yùn)，一方面影響發(fā)電廠發(fā)電連續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性，另一方面會(huì)進(jìn)一步對(duì)電力系統(tǒng)造成沖擊，加劇系統(tǒng)故障程度，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[2]。通過變頻器低電壓穿越裝置改造，能夠解決火電廠輔機(jī)變頻器低電壓穿越的難題，提高電源、電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。因此，火電廠變頻器低電壓穿越裝置改造是必要的，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]師迎新，胡坤，陳文波.基于電網(wǎng)安全的火電廠輔機(jī)低電壓穿越裝置應(yīng)用[J].河南電力，2013（2）：12-13.

[2]龐勝漢，江偉.防低電壓穿越裝置在給煤機(jī)變頻器上的應(yīng)用[J].電氣技術(shù)，2013（3）：7-9.