给煤机变频器低电压穿越装置的实践应用

肖鹏娟　芮莉

【摘 要】针对电网电压波动或厂用电电压瞬时或短时低于变频器低电压保护整定值时，给煤机变频器低压保护动作，变频器闭锁输出，给煤机停运，引起MFT动作。本文分析了VRT-380A变频器低电压穿越装置在火电厂的应用，它采用升压技术将电网残压整流后进行升压调制，通过现场试验与实际应用表明变频器具备低电压穿越能力。

【关键词】给煤机变频器；低电压穿越装置

0 概述

宁夏华能大坝发电有限责任公司3、4号机组共10台给煤机，每台给煤机配备ABB公司生产的ACS800-01-0009型变频器，额定电压380V，额定电流13A，低压跳闸值为247V（0.65U1min），适配电机额定功率4kW。在实际使用过程中，因为电网发生低电压穿越或备自投切换时，厂用电电压瞬时或短时低于变频器低电压保护整定值，造成给煤机变频器低压保护动作，变频器闭锁输出，所有给煤机停运，引起MFT动作，给电网和机组安全稳定运行带来隐患。

根据《大型发电机组涉网保护技术管理规定》Q/GDW1773-2013标准规定要求“电网发生事故引起发电厂高压母线电压、频率等异常时，电厂重要的辅机保护不应先于主机保护动作，以免切除辅机造成发电机组停运”，同时为了满足西北网调关于《大型汽轮发电机组一类辅机变频器高、低电压穿越技术规范》中对一类辅机变频器低电压穿越能力的要求，对3、4号炉A-E给煤机安装了VRT-380A型低电压穿越装置。

1 设备现状

给煤机变频器跳闸主要有两个原因：变频器功率回路（变频器动力部分）和控制回路（控制部分）。变频器的功率回路均由整流模块、直流环节、逆变模块组成。

在变频系统中，变频器并非独立运行，有相应的控制电路板、采样反馈系统、继电器和接触器与其配合工作，这些部件均需稳定的控制电源供电。电力系统发生低电压故障时，控制电源也会发生跌落，进而造成控制系统与继电器系统的瘫痪，变频器同样无法正常运行，导致给煤机变频停止运行[1]。

2 改造方案

2.1 低电压穿越装置VRT-380A工作原理介绍

变频器低电压穿越装置（VRT-380A）的控制目标为在系统电压跌落时保证变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变。

在系统电压正常的状态下，变频器母线电压正常且变频器正常工作，电能通过交流送电回路送入变频器交流输入端子，满足装置备用条件，VRT-380A装置中的中央控制单元向断路器、电动开关等执行单元发出合闸命令，此时直流回路处于备份状态，不参与变频器运行。

在系统电压发生跌落时，装置内置的控制系统实时监测到此电压跌落趋势，当下降至低于要求的额定电压，装置瞬时投入运行，在A/B/C三相电压跌落期间，通过BOOST升压回路将跌落的交流电压提升到500V直流电压。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，系统电压恢复正常后，装置停止运行，升压回路退出工作状态，恢复到备用状态，变频器的供电仍由三相交流送电回路提供。

VRT-380A装置中，交流送电通道与直流送电通道的切换由电力电子器件（IGBT）完成无缝切换，切换动作时间小于1μs，对变频器的稳定运行不会造成冲击。

2.2 动力回路改造原理

变频器动力单元的电压变化过程可以简化为：交—直—交模型，变频器低电压穿越装置的工作原理就是给变频器的直流环节提供一套后备式的直流能量。

图1 动力回路改造原理图

电网电压波动时，装置内置的控制系统实时监测到此电压跌落趋势，装置瞬时投入运行，通过BOOST升压回路将跌落的交流电压提升到500V直流电压，通过变频器的直流母线对变频器供电，在系统电压跌落结束，系统电压恢复正常后，装置停止运行，升压回路退出工作状态，恢复到备用状态，变频器的供电仍由三相交流送电回路提供。

2.3 控制回路改造原理

图2 控制回路改造原理图

变频器控制单元供电取自变频器的交流进线端，通过变压器达到控制单元所需电压等级后接入控制单元进线侧，一旦电网电压波动，控制单元工作电压随即丢失，做为变频器重要组成部分的控制单元宕机，变频器势必引发故障报警。线性负载的低压保护方面，UPS效果显著，故变频器低电压穿越装置的控制电源与给煤机控制回路电源取自厂用UPS电源，以保证在发生电压跌落事故时控制电源正常。

3 试验结果

3.1 试验方法

试验使用的主要测试仪器：WFLC-VI型便携式电量记录分析仪，TSGC2调压器，VDG-380电压跌落试验仪。

将380V三相交流电源接至电压跌落测试仪VDG380交流输入端，将电压跌落测试仪输出端接至变频器输入端和低电压穿越装置交流输入端。

3.2 试验结果

分别对给煤机进行试验，采用WFLC-VI进行试验录波，其中5号炉D给煤机试验条件为25t/h煤量，电机382rpm运行：

（1）电源电压跌落到90%额定电压试验录波：

图3 D给煤机系统90%电压跌落低穿试验录波

试验过程中给煤机运行正常，未出现异常。

（2）电源电压跌落到60%额定电压试验录波：

图4 D给煤机系统60%电压跌落低穿试验录波

试验过程中给煤机运行正常，未出现异常。

（3）电源电压跌落到20%额定电压试验录波：

图5 D给煤机系统20%电压跌落低穿试验录波

试验过程中给煤机运行正常，未出现异常。

4 结论

随着电力电子技术的发展，变频器以其调速精确，使用简单，保护齐全等特点广泛应用于电厂辅机调速控制系统中。由于电力电子器件的应用，变频器均带有低电压跳闸保护，电网电压的波动往往会带来变频器的退出运行，从而造成事故的扩大。此类故障期间的非计划停运，一方面影响发电厂发电连续性和经济性，另一方面会进一步对电力系统造成冲击，加剧系统故障程度，严重影响电力系统的安全稳定运行[2]。通过变频器低电压穿越装置改造，能够解决火电厂辅机变频器低电压穿越的难题，提高电源、电网运行的可靠性和稳定性。因此，火电厂变频器低电压穿越装置改造是必要的，具有较好的经济效益和社会效益。

【参考文献】

[1]师迎新，胡坤，陈文波.基于电网安全的火电厂辅机低电压穿越装置应用[J].河南电力，2013（2）：12-13.

[2]庞胜汉，江伟.防低电压穿越装置在给煤机变频器上的应用[J].电气技术，2013（3）：7-9.