火电厂给煤机低电压技术研究与应用

钟振坤，骆华志，王荦荦

（广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519050）

0 引 言

给煤机是火电厂的重要辅机设备。该设备采用变频器装置后，由于变频器本身的保护特性，对电压波动比较敏感，要求输入电压具有一定稳定性。实际运行中，由于电厂内部故障和外部故障等，导致电压波动或者跌落时发生给煤机跳闸事件，严重时会导致机组跳闸[1]。为提高机组安全性，需优化和改造给煤机变频器调速装置。

1 给煤机低电压穿越技术

辅机低电压穿越是指由于外部故障等原因导致辅机变频器输入电压瞬间发生变化或者短时间内降低，超过了变频器规定的额定电压范围，变频器需采用可稳定运行的方式，保证设备正常运行。具体地，依据《发电厂及变电站辅机变频器高低电压穿越技术规范》DL/T-2016的要求，给煤机低电压穿越区如图1所示。

图1 发电厂及变电站辅机变频器低电压穿越区

低电压穿越主要分为三个区域，分别是进线电压跌落到额定电压20%时，可在不小于0.5 s的时间内稳定运行；进线电压跌落到额定电压60%时，可在不小于5 s的时间内稳定运行；进线电压跌落到额定电压90%时，能持续稳定运行[2]。

2 故障原因分析

当外部电源故障引起电压瞬间降低时，给煤机变频器会因输入电压的瞬间降低，触发低电压闭锁保护信号驱动电机停止运行。当电压低的故障信号消除后，由于变频器自身设计和热工逻辑规划，给煤机不能自行恢复运行。当同段上多台设备出现故障时，很可能会触发热工保护信号“缺失全部燃料”，导致锅炉MFT。具体原因如下。

（1）变频器不具有低电压穿越能力

变频器工作原理是通过整流桥将输入的交流电转换成直流电，然后经过滤波电容滤波稳压，在由IGBT构成的逆变桥逆变为交流电输出至给煤机，其中变频器的控制系统通过改变导通角的开断来达到变频功能[3]。因此，当变频器的输入电压跌落时，无法维持稳定的输出电压。

（2）给煤机控制装置电源不合理

给煤机动力电源经过降压后供给于给煤机控制器，当给煤机的输入电压瞬间失去或者跌落超过限值时，控制器就会发生电压故障而造成给煤机停运。当所有给煤机全部停运时，会触发热工信号“失去全部燃料”，导致机组跳机。

（3）热工逻辑缺陷

现在大部分电厂，包括该电厂所用制粉系统中磨煤机和下料粉管都可储存燃煤。即使给煤机短暂停转，只要控制器不会发出跳闸信号，电压恢复后继续运行仍可保证制粉系统的正常工作。

3 给煤机低电压穿越改造方案

分析原因，可通过两方面的改造来解决给煤机低电压故障。第一，将控制电源改为由UPS供给；第二，为变频器加装低电压穿越装置。

3.1 具体改造方案和原理

3.1.1 控制器电源改造

将给煤机控制电源接在电厂UPS系统输出，该厂UPS系统输入电源由保安段A、保安段B以及直流系统三路供给。其中，直流系统是备用电源，有蓄电池组作为电源保障，可保证控制器电源稳定工作。

3.1.2 变频器加装低电压穿越装置

为每台给煤机变频器加装壁挂式低电压穿越装置。该装置电源由给煤机的动力电源提供，经整流桥后输送到变频器的逆变桥前母线。同时，该装置具有执行单元和监控单元。执行单元的作用是防止电源反向送电；监控单元的作用是监视电压情况，并进行逻辑判断[4]。

3.2 改造后给煤机整体系统情况

具体改造后，整体系统如图2所示。

图2 改造后给煤机低电压系统示意图

给煤机控制电源接在UPS，保证控制电源的稳定性。晶闸管和直流控制系统检测和调控系统的输出母线，正常情况与变频调速装置隔离开。

当电压在额定值的90%以上时，该系统不参与工作，处于热备用状态。当电压短时下降到额定电压值的20%～90%时，该系统会瞬时（小于200 μs）进入工作状态，通过内部电路可维持给煤机变频器的直流母线电压DC500 V左右。具体可维持正常输出的时间能通过装置设定，通常默认为60 s。当外部给煤机输入电压恢复到正常值时，低电压装置会自动退出工作，然后切换为热备用状态，给煤机变频器的输入电源切换到母线。当锅炉MFT动作或给煤机变频器停机时，该系统会同时退出，并保持为热备用状态。

4 低电压穿越改造后运行结果

通过改造后，大大提升了系统对电压跌落的抵抗力。为检验实际给煤机系统抵御低电压的能力，运行人员、热工检修人员及电气检修人员对该系统进行了模拟低电压故障检测。

图3为检测结果波形图。其中，线1是给煤机动力电压，线2为变频器直流母线电压，线3为变频器输出电压。由图3可知，给煤机的动力电源在跌落到95%、70%及20%时，变频器的直流母线电压和输出电压都能保持稳定在正常电压范围。模拟测试结果表明，改造方案能提升给煤机低电压穿越能力。

5 结 论

本文分析了给煤机在电压跌落时故障停运的原因，提出了具体改造方案，并对改造结果进行了测试和检验。检测结果表明，改造后的系统具有一定低电压穿越能力。改造方案的实施，保障了机组的安全性，为电厂带来了经济效益。

图3 低电压穿越改造后系统运行效果