低电压穿越装置在给煤机上的应用

低电压穿越装置在给煤机上的应用

彭浩

（湖南火电建设有限公司运检分公司湖南长沙410004）

摘要：本文主要针对某电厂在给煤机上采用的低电压穿越装置进行分析，特别是在变频器的供电电压降低时，通过低电压穿越装置的运行满足变频器连续运行的要求。

关键词：给煤机、调速、电压跌落、稳定运行、跳闸

火力发电厂给煤机的调速大多采用变频器，与以往的滑差控制方式比较，变频器具有调速精确、使用简单、保护功能齐全等优点，不仅降低了能耗，还提高了设备的自动化程度。但是，由于电力电子器件的应用，变频器均带有低电压跳闸保护，厂用电电压的波动，特别是大功率辅机启动时造成的电压波动往往会使变频器退出运行，可能造成机组减负荷或机组跳机的事故。如有火电厂因内部或外部故障（雷击、电气设备短路、接地、大功率设备启动等），引起变频器供电电压短时跌落，当跌落幅度达到20%或以上，持续时间不长，此类故障的发生原本不应引起辅机的退出，但因为变频器不具备低电压功能，使得变频器闭锁输出、辅机停机，最终导致机组的非停。由此，使得低电压穿越装置在火电厂得到应用，特别是在给煤机上得到广泛采用。

应用在给煤机的低电压穿越装置的要求，在供电电压跌落20%且持续5s的情况下，具备可靠的低电压穿越能力，确保系统故障时发电机组不因低电压穿越能力不足而导致机组非停。

一、工作原理

低电压穿越装置的控制目标为在系统电压跌落时保证变频器及其拖动的电机的转速、功率、转矩不变。其工作原理如下：在系统电压正常时，变频器直流母线电压正常且变频器能正常工作，电能通过交流回路送入变频器交流输入端子，满足装置备用条件。在系统电压发生跌落时，装置内部的控制系统实时检测到电压跌落趋势，当下降至特定的额定电压时，低电压穿越装置自动运行，在三相电压跌落期间，通过升压回路将跌落的直流母线电压提升到500V，通过变频器的直流母线对变频器供电，使其维持到可保证变频器输出功率、电机转矩、电机转速均不变的电压水平。

在系统电压跌落结束后，系统电压恢复正常，穿越装置停止运行，升压回路退出工作状态，恢复到备用状态，变频器的供电仍由原三相交流回路供电。其基本原理如下：

二、工作方式

2.1接线方式

给煤机变频器的动力电源，一般设有空气开关，在增加低电压穿越装置后，应单独为低电压穿越装置引入一路电源和单独的空气开关。

2.2工作状态

低电压穿越装置在运行过程中可能会出现以下四种工作状态：自检状态、运行状态、故障状态、停机状态。

2.2.1自检状态分为上电自检和手动自检。上电自检主要针对控制电路板的各项控制功能，若功能正常则自动进入运行状态；手动自检则是在伺服工作模式下执行直流升压程序，如果在设定的时间内达到了期望的电压值则自检正常。

2.2.2运行状态

低电压装置在运行状态下有两种工作模式：升压工作模式、伺服工作模式。“升压工作模式”是指装置在电网电源发生跌落时，装置可以提供给变频器直流母线稳定的直流电压，维持变频器正常工作；“伺服工作模式”是指在电网电源正常时或者从异常状态恢复正常时，装置不为变频器输出直流电源，电能由电厂内供电交流母线直接提供给变频器交流输入。

2.2.3故障状态

故障状态是指低电压装置发生故障时，系统自动进入自我保护的一种状态，此时将闭锁直流输出，不会对变频器正常工作产生影响。装置发生故障时，系统会执行如下控制逻辑指令：封锁功率器件触发脉冲、跳主回路交流接触器、点亮故障灯、输出故障信号，系统进入故障报警状态。

2.2.4停机状态

停机状态是指装置处于停止输出，不再监视、追踪电网及负载状态的状态。如下情况系统会进入到停机状态：

（1）无三相输入交流电源；当外接三相输入交流380V电源掉电时，或者未接电源状况下，系统自动判定不具备工作条件，将进入到停机状态；

（2）当初次上电，系统在自检前进入的一种状态；

（3）按下紧急按钮开关时，VRT-380A装置会自动执行封锁功率转换单元脉冲、跳交流接触器，点亮停机指示灯，系统进入停机状态。

2.3自保护机制

低电压穿越装置配置有完善的保护功能，保护范围交叉重叠，没有死区，能确保在各种故障情况下的系统安全，详细的保护类型包括：

2.3.1装置本体保护

装置本体保护包括IGBT模块故障保护、内部直流母线过压保护、三相输入交流电源短路保护、三相输入交流电源过压保护、直流输出电源短路保护；当装置检测到这些紧急故障后，将封锁功率转换单元脉冲、断开交流接触器，点亮故障灯、开出故障信号。

2.3.2系统保护

装置设有保护动作定值，为系统检测到紧急故障时动作出口，断开交流接触器，点亮故障灯、停机灯，故障清除后装置自动恢复运行。

系统保护功能具体配置为：过功率保护、直流过流保护、直流过压保护、交流欠压保护。

三、技术指标

3.1性能指标

（1）最大输出功率：15kW；

（2）最大穿越深度：当供电电压跌落至20%时仍能保证直流输出电压不低于380V；

（3）穿越极限时间：5秒；

3.2绝缘性能

（1）绝缘强度：电源的直流侧、交流侧电路对地可承受2.5KV历时1min的工频耐压试验；

（2）绝缘电阻：一次回路中直流侧、交流侧对地的绝缘电阻为500MΩ；二次回路中所有带电回路之间的绝缘电阻不小于5MΩ；

冲击电压：电源的直流侧、交流侧电路对地均可承受±5kV的冲击电压。

3.3电磁兼容性能

3.3.1辐射电磁场抗扰度

装置能承受GB/T14598.9-2002中第4章规定的试验严酷等级的辐射电磁场骚扰试验。

3.3.2快速瞬变抗扰度

装置能承受GB/T14598.10-1996中4.1规定的严酷等级为Ⅳ级的快速瞬变干扰试验。

3.3.3脉冲群抗扰度

装置能承受GB/T14598.13-1998中3.1.1规定的严酷等级为Ⅲ级的1MHz和100kHz的脉冲群干扰试验。

3.3.4静电放电抗扰度

装置能承受GB/T14598.14-1998中4.2规定的严酷等级为Ⅳ级的静电放电试验。

结束语

经现场试验，低电压穿越装置可在系统电压跌落至20%时，保证给煤机变频器及其连接电机的转速、转矩、功率均不变，实现给煤机系统稳定、无扰动运行。特别是在实际的机组运行中，未发生因供电电压低导致的给煤机跳闸事件。

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）.

[2]姚骏，廖勇，李辉.采用串联网侧变换器的DFIG风电系统低电压穿越控制[J].电力系统自动化,2010,06.

[3]赵璐璐，谢桦，乔颖.风场低电压穿越能力优化设计[J].可再生能源,2011,03.

作者简介：姓名（彭浩）姓别（男）出生年（1970-）籍贯到市（湖南省娄底市）民族（汉）职称（助理工程师）学历（大专）研究方向（自动化控制）单位名称（湖南火电建设有限公司）单位所在省市（湖南省长沙市）单位邮编（410004）