關(guān)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(jī)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(shí)不參與給煤電動機(jī)運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)行暫態(tài)故障，電壓出現(xiàn)晃動時(shí)才參與運(yùn)行，維持給煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）利用380V動力電源，在給煤機(jī)變頻器直流母線上加裝低穿裝置（即AC/DC或DC/DC）,進(jìn)行直流變換，當(dāng)系統(tǒng)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(jī)變頻器直流母線供電，保證給煤機(jī)變頻器輸出穩(wěn)定，使變頻器帶電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)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(tǒng)電壓正常時(shí)，給煤機(jī)電機(jī)由變頻器供電運(yùn)行。檢查中發(fā)現(xiàn)，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(dāng)于給煤機(jī)電機(jī)運(yùn)行是由給煤電機(jī)變頻器和低穿裝置同時(shí)供電，需解決這個(gè)問題。

2 變頻器、低穿裝置AC/DC變換回路簡圖

變頻器內(nèi)部主接線如圖1，接入變頻器的三相交流電源UR、US、UT經(jīng)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(nèi)部接線如圖2，接入低穿裝置的三相交流電源UR1、US1、UT1經(jīng)AC/DC變換后直流電壓從p1（+）、N1（-）兩點(diǎn)測量。

圖2

當(dāng)系統(tǒng)電壓正常時(shí)，p1（+）、N1（-）兩端的電壓經(jīng)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(dāng)系統(tǒng)電壓瞬間跌落時(shí)，低穿裝置升壓回路啟動，將跌落的系統(tǒng)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(nèi)，防止變頻器直流母線電壓過低而跳閘，以維持給煤電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。

3 低穿裝置有異常電流輸出原因分析

根據(jù)現(xiàn)場變頻器三相電源及低穿裝置的三相電源電壓的測量，發(fā)現(xiàn)兩者交流電壓存在偏差，比如，1#爐1#給煤機(jī)變頻器在滿負(fù)荷時(shí)交流電源UR、US、UT三相線電壓為392V，此時(shí)，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(jī)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(jī)旁，距離電源比較遠(yuǎn)，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(nèi)，距離電源非常近(近似系統(tǒng)電壓397.5V)。根據(jù)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(jī)變頻器滿負(fù)荷時(shí)，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(jī)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(jī)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(dá)4.9V，經(jīng)AC/DC變換后,使兩者的直流輸出產(chǎn)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(dāng)系統(tǒng)電壓沒有跌落時(shí)，硅二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)，低穿裝置無直流電流輸出。當(dāng)系統(tǒng)電壓下降至低于要求的額定電壓時(shí)，低穿裝置升壓回路將跌落的系統(tǒng)電壓提升，硅二極管導(dǎo)通，向變頻器的直流母線供電，維持給煤電動機(jī)短時(shí)間運(yùn)行。

硅二極管選用ZP200A，1600V，閾值電壓0.7V,帶散熱片（自帶風(fēng)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(biāo)注單位mm，二極管數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整)，在中部設(shè)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(gè)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(dǎo)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(jīng)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(guān)，一般為0.5～0.7V。

通過本次改造，當(dāng)系統(tǒng)電壓正常時(shí)，1#給煤電動機(jī)由變頻器供電，低穿裝置無直流輸出。當(dāng)系統(tǒng)電壓跌落時(shí)，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(jī)在短時(shí)間內(nèi)輸出功率不變。經(jīng)試驗(yàn)，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(jī)變頻器，接于低穿裝置電纜共計(jì)7200m已敷設(shè)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(jīng)統(tǒng)計(jì)移位低穿裝置柜需重新采購電纜4050m，電纜敷設(shè)需搭設(shè)腳手架等，電纜采購及敷設(shè)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(fèi)用為2萬元，節(jié)省改造費(fèi)用。

5 結(jié)語

利用AC/DC轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)抗低電壓擾動的低穿裝置盡可能安裝在給煤機(jī)變頻器柜附近，若受現(xiàn)場條件限制，低穿裝置距給煤機(jī)變頻器柜比較遠(yuǎn)，變頻器三相電源電纜銅芯截面應(yīng)稍大一些，以降低電源電纜壓降,減少串聯(lián)硅二極管支數(shù)。