火电机组辅机变频器低电压穿越能力的检测

摘要：为摸清发电企业火电机组一类辅机低电压穿越能力情况，检测机组是否具备完备、可靠的低电压穿越能力，拟对火电机组一类辅机特别是给煤机及空气预热器变频器的低电压穿越能力进行测试，并根据测试结果进行技术整改。

关键词：变频器 低电压穿越 火电机组辅机

近年来，随着国家倡导节能减排和电子技术的创新，变频技术作为一种新兴的节能技术被广泛应用于各行各业并取得了良好的效果。由于变频器在系统应用中呈现优良的控制性，可以实现软起动和无级调速，进行优良的加减速控制，利于实现生产过程的自动化，发电公司和设计单位在许多火电厂辅机的设计上都越来越倾向于采取变频器技术。给煤机变频器是火电厂重要的辅机设备，但是，多数变频器低电压穿越能力差，甚至根本不具备这种能力，可以说，火电厂辅机不具备低电压穿越能力的问题在全国范围内普遍存在，随着全网电源建设速度明显超过负荷增长速度，发电供大于求的局面日益凸显，火电机组利用小时数下降明显，变频器在实际应用和维护检修中暴露出的一些问题越来越引起重视：变频器会在电网低电压时闭锁输出，引起全炉膛灭火保护（MFT）动作跳机；如果火电厂因雷击、电气设备短路、接地等引起电网和电厂厂用电短时电压降低，造成变频器动力电源低电压和变频器控制电源低电压，这时变频器低电压闭锁保护会动作，安装有变频器的辅机（电动机）也会停止运行，造成停炉、停机事故，导致局部电网失去稳定，对电网产生重大影响。

检测原则

变频器的高、低电压穿越能力应根据电厂主设备及一类辅机设备能力、电网安全运行要求、变频器安全经济能效比等因素统筹兼顾来确定。变频器的高、低电压穿越能力不应超越主设备和供电对象的能力，也不应束缚主设备和供电对象的能力，应在适当考虑变频器安全经济能效比的条件下，充分发挥变频器对电网安全的支撑能力。根据上述原则，变频器高压穿越性能应与主机过电压性能相配合。变频器低压穿越性能应与主机低压性能相配合，宜与电厂一类辅机的低电压保护定值相配合。

下面为现场测试某热电厂运行机组给煤机及空气预热器的检测说明：检测期间要求强化现场安全责任，确保有关管理规程、规定和反措要求得到有效落实，保证电网安全可靠运行。

试验仪器

1、功率记录分析仪

2、数字万用表

3、电压暂降发生仪

低电压穿越限值要求

当外部故障或扰动引起的变频器进线电压跌落幅值和持续时间在低电压穿越区内时（如表1 或图4 所示），变频器应能够保障供电对象的安全运行。

表1 大型汽轮发电机组一类辅机变频器低电压穿越区

电压跌落幅度 ≥20%额定电压 ≥60%额定电压 ≥90%额定电压

低电压持续时间 ≤0.5s >0.5s， ≤5s >5s

电压暂降发生仪：模拟电力系统的电压暂降，可以模拟380V厂用母线电压暂降到额定电压的20%，在设定的时间到达后电压重新恢复到380V，试验时串接在给煤机变频器的动力电源输入回路。

Q1：电压暂降发生仪的交流输入断路器

Q2：电压暂降发生仪的交流输出断路器

Q3：给煤机变频器输出断路器

试验步骤

（1）准备阶段：

a.按照接线图连接好所有试验设备，确认所有开关均处于断开状态；

b.合上Q1，检查电压暂降发生仪工作状态；

c.待正常后，合上Q2；

d.然后合上Q3，启动变频器，检查变频器是否正常运行；

e.断开所有断路器。

（2）试验阶段：

a.合上Q1，将电压暂降发生仪输出电压设置为380V；

b.合上Q2；

c.然后合上Q3，启动给煤机变频器；

d.设置电压暂降发生仪电压暂降持续时间，启动电压暂降发生仪，模拟380V厂用母线电压的跌落过程；

e.使用HIOKI 3390功率计采集该时间段内的变频器主电路的输入交流电压、电流及功率，输出交流电压、电流及功率；

f.观察给煤机变频器运行情况；

g.记录结果。

试验结果

1、某热电厂

注：Urms1，Urms2为变频器输入电压，Urms3，Urms4为变频器输出电压。

由图可见，此热电厂给煤机变频器不能满足试验要求的低电压穿越能力。在电网发生故障时，机组不具备抗低电压穿越能力。变频器在低压穿越区内，如不采取措施，电动机输出转矩大大降低，电动机趋于停车，影响安全运行。在电源恢复期间，变频器与电动机不再同步，电压跌到一定程度（60%和20%）时，变频器将停止工作，引发MFT跳闸，导致锅炉灭火，会损伤设备，对电厂造成巨大损失。所以应对给煤机变频器进行低电压改造，按照提高变频器自身性能为主，附加外部电源为辅的原则， 选择安全经济的方法进行防治，使其具备抗低电压穿越能力。

技术措施

1.短时断电后转速跟踪再启动

在低电压穿越区内，变频器可短时中断输出保护自身设备，在电源恢复之后，当电动机仍在运转时，机组仍在运行时，可以跟踪电动机转速再启动。这种方法应有速度传感器，应将变频器的控制电源接到UPS 电源。设计参数包括要承受的最长扰动持续时间、从电源恢复到电动机返回原有转速的时间。转速的减慢与负载转矩、被传动设备和电动机的惯量、负载以及扰动的持续时间相关。

2. 采用降转速恒磁通v/f 控制方式

如允许降低转速，则用本方法可使传动设备在三相电压较大幅度暂态跌落期间继续运行。采用这种方法时必须考虑三相电压暂态跌落的最大幅值、扰动最长持续时间、生产过程中允许的转速降低的程度和负载特性。

3. 外加串联交流不间断电源UPS

采用这种方法可做到无干扰运行， 但是受限于UPS 的容量。

4. 外加并联直流电源

在变频器直流母线上外加一路直流电源（可以是防电压跌落旁路直流电源、蓄电池电源或电厂保安电源），当外部扰动引起常用电源短时中断或短时电压降落时，外加直流电源继续供给变频器，不影响终端电动机的正常运行；当工频电源再度恢复正常供电时，变频器改为工频电源供电。

结论：

大型汽轮发电机组一类辅机的变频器应具备低电压穿越能力，以保障变频器及供电对象设备外部故障或扰动引起的暂态、动态或长时间电源进线电压升高或降低到规定的高、低电压穿越区内时，能够可靠供电。电厂通过型式试验、入网检测试验或安装现场验证试验来确认变频器具备规定的低电压穿越能力，及时修正火电机组辅机的设计方案，进行抗低电压穿越设备的改造，满足火电机组辅机对电网故障的适应性，对电网的安全运行具有非常重大的意义。

参考文献：

【1】满永奎.通用变频器及其应用[M] .北京：机械工业出版社.2002

【2】张东明.含低电压穿越电源的火电厂辅机变频器的研究【J】.华东电力 2013

【3】许阳盛.火电厂辅机状态检修关键技术及应用特点研究【J】.能源与节能 2012