火電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越能力測試研究

馬一鳴

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司 電力科學(xué)研究院，銀川 750011）

0 引言

近年來，隨著電網(wǎng)規(guī)模迅速擴大，火電廠輔機系統(tǒng)多采用變頻器技術(shù)以達(dá)到精細(xì)化調(diào)節(jié)和節(jié)能降耗的目的[1]，重要輔機變頻調(diào)速系統(tǒng)的電壓暫降性能直接關(guān)系到火電機組及電網(wǎng)的安全運行和電能質(zhì)量[2]。但多數(shù)輔機變頻調(diào)速系統(tǒng)高、低電壓穿越能力差，有的甚至不具備這種能力[3]，導(dǎo)致變頻器會在電網(wǎng)低電壓時閉鎖輸出，引起全爐膛滅火保護(hù)動作跳機，導(dǎo)致局部電網(wǎng)失去穩(wěn)定[4,5]。因此，開展火電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越能力測試研究對機組安全運行和支撐網(wǎng)源協(xié)調(diào)具有重要意義。

目前，重要輔機變頻調(diào)速系統(tǒng)的高、低電壓穿越的仿真特性和實測試驗存在較大差異，本文提出了利用電壓暫降發(fā)生器對火電機組輔機變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行高、低電壓穿越能力實際測試，為變頻調(diào)速系統(tǒng)實測試驗提供參考。

1 火電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越能力技術(shù)指標(biāo)

國家電網(wǎng)公司編制了《大型汽輪發(fā)電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）》規(guī)定了火電廠輔機變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該具備的高、低電壓穿越能力指標(biāo)。當(dāng)外部故障或擾動引起的變頻器進(jìn)線電壓幅值變化和持續(xù)時間在高電壓穿越區(qū)內(nèi)時（如表1、圖1所示），變頻器應(yīng)能夠保障供電對象的安全運行。

表1 大型汽輪發(fā)電機組一類輔機變頻器高電壓穿越區(qū)Table 1 High voltage crossing zone of a class of auxiliary inverter for large turbogenerator sets

圖1 大型汽輪發(fā)電機組一類輔機變頻器高電壓穿越區(qū)Fig.1 High voltage crossing zone for a class of auxiliary inverter with a large turbogenerator set

當(dāng)外部故障或擾動引起的變頻器進(jìn)線電壓跌落幅值和持續(xù)時間在低電壓穿越區(qū)內(nèi)時（如表2、圖2所示），變頻器應(yīng)能夠保障供電對象的安全運行。

2 輔機變頻器高、低電壓穿越測試原理

利用電壓暫降發(fā)生儀模擬廠用母線電壓暫降到額定電壓的90%、60%、20%或暫升到額定電壓的130%，在設(shè)定的時間到達(dá)后電壓重新恢復(fù)，測試時串接在輔機變頻器的動力電源輸入回路中。

利用電力電子技術(shù)，在檢測到輔機變頻器交流額定電壓降低或者升高的信號后，將低電壓穿越裝置的輸出電壓隔離轉(zhuǎn)換成高壓直流電給變頻器直流環(huán)節(jié)供電（DC500V±5%），在檢測到輔機變頻器交流額定電壓升高的信號后，通過泄放電阻分壓，確保變頻器在輸入交流電出現(xiàn)電壓降低或升高時，輸出電壓能夠維持設(shè)備正常工作，同時保證變頻器控制電源正常。

DC+、DC-：輔機變頻器的直流母線正、負(fù)接線端子。

Q1：電壓暫降發(fā)生儀的交流輸入斷路器。

Q2：低電壓穿越裝置直流輸出斷路器。

Q3：輔機變頻器輸出斷路器。

現(xiàn)場測試接線圖如圖3所示。

表2 大型汽輪發(fā)電機組一類輔機變頻器低電壓穿越區(qū)Table 2 Low voltage crossing zone of a class of auxiliary inverter for large turbogenerator sets

圖2 大型汽輪發(fā)電機組一類輔機變頻器低電壓穿越區(qū)Fig.2 Low voltage crossing zone for a class of auxiliary inverter with large turbogenerator sets

圖3 測試接線圖Fig.3 Test wiring diagram

3 測試案例分析

以某電廠給煤機變頻器和空預(yù)器變頻器高、低電壓穿越能力測試為例，該廠為ABB變頻器-ACS510。

3.1 給煤機變頻器空載測試

實際測試時，母線電壓峰值1070V，圖4～圖7分別是給煤機變頻器電壓暫升至130%持續(xù)0.5s、暫降至90%持續(xù)30s、暫降至60%持續(xù)5s和暫降至20%持續(xù)0.5s的波形。

3.2 給煤機變頻器帶載測試

實際測試時，母線電壓峰值1070V，圖8～圖11分別是給煤機變頻器電壓暫升至130%持續(xù)0.5s、暫降至90%持續(xù)30s、暫降至60%持續(xù)5s和暫降至20%持續(xù)0.5s的波形。

圖4 給煤機變頻器空載電壓暫升至130%Fig.4 The no-load voltage of the inverter of the coal feeder is temporarily raised to 130%

圖5 給煤機變頻器空載電壓暫降至90%Fig.5 Coal generator inverter no-load voltage temporarily reduced to 90%

圖6 給煤機變頻器空載電壓暫降至60%Fig.6 Coal generator inverter no-load voltage temporarily reduced to 60%

圖7 給煤機變頻器空載電壓暫降至20%Fig.7 Coal generator inverter no-load voltage temporarily reduced to 20%

圖8 給煤機變頻器帶載電壓暫升至130%Fig.8 The load voltage of the inverter with coal feeder is temporarily raised to 130%

圖9 給煤機變頻器帶載電壓暫降至60%Fig.9 The load voltage of the inverter with coal feeder drops to 60%

圖10 給煤機變頻器帶載電壓暫降至60%Fig.10 The load voltage of the inverter with coal feeder drops to 60%

圖11 給煤機變頻器帶載電壓暫降至20%Fig.11 The load voltage of the inverter with coal feeder drops to 20%

由圖4～圖11實測數(shù)據(jù)分析得出，輔機變頻器高、低電壓穿越測試原理能夠在現(xiàn)場實施測試，且該廠給煤機變頻器空載測試及帶載測試時，在模擬交流輸入電壓暫升或暫降到正常電壓130%、90%、60% 和20%過程中，變頻器的主功率回路和控制電源都在正常值，給煤機變頻器正常運轉(zhuǎn)；在模擬輸入交流電壓由130%、90%、60% 和20%恢復(fù)到正常電壓后，給煤機變頻器的輸入電壓均恢復(fù)正常，輸出電壓和控制電源電壓仍然正常，給煤機變頻器正常運轉(zhuǎn)。該廠給煤機變頻器滿足《大型汽輪發(fā)電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）》中的高、低電壓穿越能力指標(biāo)規(guī)定的要求。

4 結(jié)束語

本文針對某火電機組一類輔機中的給煤機變頻器的高、低電壓穿越測試進(jìn)行了研究分析，并在現(xiàn)場驗證測試原理，為火電機組一類輔機變頻器的高、低電壓穿越能力空載和帶載實測試驗提供參考。