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摘要：本文分析了低电压穿越故障对机组安全运行的危害、影响，分析给煤机变频器低电压穿越的原因以及提升给煤机变频器低电压穿越能力的具体改造实例和效果。
关键词：给煤机；变频器；低电压穿越；壁挂式
0 引言
随着电力电子技术的发展和应用，变频技术以其调速精准、操作简单、可靠性高等优点而得到广泛应用，特别是近年来国家对节能降耗指标要求的提升，使各电厂在辅机设备上广泛应用变频技术。而变频器对电压波动是非常敏感，在电网发生故障导致低电压穿越时，相关辅机设备可能会应为变频器低电压穿越能力不足而导致停运。低电压过程通常都是短暂的，主要是因为电网晃电、负荷不平衡、短时故障重合、备自投装置切换时间较长以及大型设备启动和线路过载等问题引起。当出现低电压穿越时，存在导致变频器停运，给煤机跳闸的风险，多台同时跳闸时可导致锅炉MFT动作，这给电厂安全生产带来极大威胁，同时也带来很大的经济损失。
1 给煤机带变频调速典型设计
我厂2*330MW机组，采用单元接线，锅炉采用中速磨煤机正压冷一次风直吹式制粉系统。每台炉5 台沈阳施道克电力有限公司生产的（EG2490）电子称重皮带式给煤机，控制器型号DT-9，动力电源使用ABB公司生产的ACS510系列变频器。为降低干扰，变频器与给煤机控制器分别设柜布置。5台给煤机动力电源分别取自厂用400V A段和B段，其中A、C给煤机动力电源取自厂用400V A段，B、D、E给煤机动力电源取自厂用400V B段，符合电源配置设计原则。在出现低电压穿越问题时，可能导致给煤机控制器和给煤机变频器电源下降，引起控制器或者变频器误发停止信号而跳闸，甚至引发锅炉MFT动作。
2016年发布最新标准：DL/T-2016 《发电厂及变电站辅机变频器高低电压穿越技术规范》，具体要求：1.变频器在进线电源电压跌落到不小于20%额定电压，持续时间不大于0.5s 的区域内,能够可靠供电，保障供电对象的安全运行；2.变频器在进线电源电压跌落到不小于60%额定电压，持续时间不大于5s的区域内,能够可靠供电，保障供电对象的安全运行；3.变频器在进线电源电压不小于90%额定电压时能够长期可靠供电，保障供电对象的安全运行。
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2 给煤机变频器低电压穿越问题分析
2.1给煤机控制器电源不合理。每台给煤机控制器电源来自厂用400V 母线，给煤机控制器电源取自对应给煤机的动力电源，使用降压变压器降压成110V后使用。当给煤机400V输入电源瞬间失去或电压过低（280V左右）时，将造成给煤机停运，当全部给煤机停止运行时，将会发出“全炉膛燃料丧失”跳闸信号将机组跳闸。如图所示：
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2.2 给煤机变频器不具备低电压穿越能力。ABB公司ACS510系列变频器在三相交流输入电源下降至210V附近时，变频器发停运信号，并停止运行。变频器正常工作流程为，整流环节将工频380V交流电整流成520V左右直流电，逆变环节再将稳态直流电逆变成正、余弦波形的三相交流电供给后端负载使用，并通过控制调节逆变环节前端的直流电压等手段，达到变频、调压、调速的目的。变频器可分为变频器功率回路（变频器动力部分）和控制电源（控制部分）。
1、动力部分，变频器的进线三相电源经过不可控整流到直流母线DC，在经过逆变到交流输出至电机，实现频率变换。当低电压发生时，进线电源电压变低，直流母线电压随之降低，无法提供逆变模块所需要的额能量，触发变频器保护，变频器停运。
2、控制部分，在变频系统中，变频器内有相应的控制电路板、采样板、继电器和接触器等，这些部件均需要稳定的控制电源供电。电力系统发生低电压故障时，控制电源也回发生跌落。而造成控制系统与继电器系统的瘫痪，同样导致变频器停止运行。
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3 给煤机变频器低电压穿越能力改造实例
根据现场的实际情况，改造可分为两个部分：
3.1 改造给煤机控制器电源，每台给煤机控制器电源从厂内对应机组UPS电源单独接入，UPS电源属于不间断电源系统，不受电网电压波动的影响，为柜内的各类控制元器件提供可靠的控制电源。
3.2 给煤机变频器低电压穿越能力改造，在每台给煤机变频器直流母线上加装壁挂式低电压穿越装置（国电南瑞NV-A07606060B），此装置输入电源取给煤机动力电源，经过整流后接入变频器直流母线，并设置执行单元，防止反送电，确保只有在变频器输入电源下降时启动低电压穿越装置来支撑变频器运行。
壁挂式低电压穿越电源工作原理,如下图所示。直流输入电压Ui经过BOOST电路升压。当开关Q1闭合，输入电源向电感L1供应能量,电感L1储能，D1反偏截止，负载由电容提供能量。当Q1断开，二极管D1导通，输出电容和负载吸收来至电感和输入端电源的能量。
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变频器低电压穿越装置当电网电压正常时装置待机，电能通过交流旁路向变频器送电，BOOST升压回路处于旁路状态，不参与装置运行。当电网电压发生跌落时，BOOST升压电路以BOOST工作状态启动，保证到负载稳定的直流电压。
两部分整体改造后的接线图如下：
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4 带负荷动态试验及效果
4.1 试验目的
1、验证改造完成的给煤机变频器在电网电压跌落时(由 380V 的额定值跌落至 90%、60%、20%)，能持续运行时间 10 秒，且出力波动不大于 10%。
2、验证低电压穿越电源是否参与给煤机变频器控制，是否影响给煤机变频器正常启停，变频器停止运行时低电压穿越电源是否能自动退出。
4.2 带负荷动态试验内容
通过电压暂降发生仪模拟晃电，将电压压降到 90%，维持 10s，10s 后电压恢复正常交流 380V电压。整个过程给煤机正常运行，试验完成。
通过电压暂降发生仪模拟晃电，将电压压降到 60%，维持 10s，10s 后电压恢复正常交流 380V电压。晃电过程中通过低电压穿越电源给给煤机供电，整个过程给煤机正常运行，试验完成。
通过电压暂降发生仪模拟晃电，将电压压降到 20%，维持 10s，10s 后电压恢复正常交流 380V电压。晃电过程中通过低电压穿越电源给给煤机供电，整个过程给煤机正常运行，试验完成。
通过电压暂降发生仪模拟晃电，将电压压降到 20%，测试低电压穿越电源能否在对给煤机变频器供电 10s 后退出，使给煤机停止运行。
4.3 带负荷动态试验波形
波形图中1通道（黄色）曲线：变频器输入电压，2通道（蓝色）曲线：变频器直流母线电压，3通道（粉色）曲线：变频器输出电压。
4.3.1 电压暂降至输入电压的90%试验
从变频器低电压穿越装置的带负荷试验可以看出，给煤机控制器电源不受电网电压波动的影响，另外当给煤机变频器的输入电压低于正常电压值时，抗低电压穿越装置自动投入，保证了给煤机变频器的主功率回路和控制电源都在正常值，给煤机正常运转，持续时间为10s；在给煤机变频器的输入电压恢复正常后，低电压穿越装置自动退出，给煤机变频器切换为正常交流供电，输出电压、直流母线电压和控制电源电压保持正常，变频器的工作频率显示稳定，给煤机正常运转。
5 结束语
本文结合火电厂给煤机变频器结构和控制器电源情况分析了火电厂给煤机变频器低电压穿越问题的原因以及对机组运行的影响，通过实例提出了改进给煤机低电压穿越能力的改造方案和动态试验检验效果， 通过对给煤机控制器电源改造和加装壁挂式低电压穿越装置，可保证在发生低电压穿越时给煤机正常，进而确保机组及电网的安全稳定运行。本改造方案投资小，施工周期短，可靠性强，分布式独立配置方案，提高了系统整体可利用效率，对其他火电厂同类改造都值得借鉴和推广。
参考文献：
[1] 《火电发电建设工程启动试运及验收规程》【DL/T 5437-2009】
[2] 《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》【GB 50150-2006】
[3] 岳建华 毕春海 岳涛《火电厂给煤机低电压穿越探讨》中国电力2014年02期
[4] 余伟权 马智行 《提升给煤机低电压穿越能力的研究及应用》发电设备2014年02月
论文作者:胡文
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
标签：变频器论文; 电压论文; 给煤机论文; 电源论文; 低电压论文; 控制器论文; 母线论文; 《电力设备》2018年第21期论文;