低压辅机变频器低电压穿越技改实例分析

周 勇

低压辅机变频器低电压穿越技改实例分析

周 勇

（国家能源集团谏壁发电厂，江苏镇江 212006）

本文从变频器运行原理方面分析了电力生产变频器运行中存在问题，提出了该变频器低电压穿越技改策略。结合某发电厂辅机变频器高、低压穿越技改方案及数据验证进行了叙述，对其出现的问题及解决方案进行了相关说明。

变频器 高低电压穿越技改

0 引言

国家电力公司“二十五项反措”要求：炉侧重要辅机变频器设备应采取措施实现过、低电压穿越能力，防止因系统故障或电压波动导致锅炉灭火；变频器低、过电压保护定值原则上应保证辅机正常工作底线，同时，严禁取消变频器低、过电压保护。故大多数电厂对相关辅机变频器进行了高、低电压穿越技改。本文结合某发电厂实际项目，研究给煤机变频器低压穿越能力技改措施。

1 变频器的运行原理

通用型变频器包括整流与逆变两部分。整流部分由二极管整流回路构成，将三相交流电转换为直流电，并将储存在直流母线支撑电容中，逆变环节通常为三相逆变桥，由可控器件构成，将直流母线存储的直流电转换为电压、频率均为变化的交流电驱动电机运行。

通用型变频器的控制电源是从其直流母线取电，直流母线电压跌落也将影响变频器的正常工作，也会导致变频器的停机。

从上述分析可以看出，变频器低电压跳机的诱因是交流母线电压降低，直接原因是直流母线电压降低，因此只需在交流系统电压跌落时，通过某种方式维持直流母线电压恒定，就可确保变频器的连续稳定运行。

2 辅机变频器低电压穿越概述

火电机组辅机低电压穿越包括：动力回路低电压穿越及控制回路低电压穿越。

2.1 控制电源解决方案

可以由厂用电源改接到电厂UPS电源上，当电厂发生低电压穿越或电厂内部厂用故障时，变频器的控制部分可以不受到影响正常工作。

2.2 动力回路解决方案原理

利用火电厂辅机变频器交直交原理，实现交、直流冗余供电方式。当厂用电正常时，变频器由厂用电供电，短时中断或短时降压时，由低电压穿越系统提供直流电，继续供给变频器转换成负载所需的PWM交流电，保证变频器输出的频率、功率、转速、转矩不发生任何变化，不影响终端电动机的正常运行；当厂用电再次恢复正常供电时，变频器转由厂用电供电。低电压穿越系统需停机维护或MFT动作时，低电压穿越系统与厂用电及负载完全隔离。

3 辅机变频器高、低电压穿越技改分析

某1000 MW燃煤发电机组，共布置有6台磨煤机及其给煤机，给煤机变频器使用ABB ACS510。为提高给煤机变频器高、低电压穿越能力，保证机组安全稳定运行，在6台给煤机变频器加装了6套低电压穿越装置（隔离型电压暂降保护器），形成一对一的回路配置。其装置是一种用于直流负载的电压暂降保护器，输入电源为220 V直流电，直流电源通过全桥PWM电路逆变为高频交流、经高频变压器隔离变换后，通过高频整流滤波成为直流电（即DC/DC变换），最后经反接保护输出，额定输出电压为500 V。输入与输出端相互隔离，不论哪一端出现故障，都不会对另一端以及另一端所接的设备造成影响。

采用直流电源供电时，蓄电池组提供的直流电直接与RTM模块中直流输入端相连，直流电源供电模式下，通常要求直流电源的输入电压要低于RTM的输出电压，通过RTM模块来实现升压作用，其输出为稳定的高压直流电，当变频器的交流输入电压正常时，RTM处于待机状态，当交流电出现电压暂降或短时间停电时，变频的直流母线电压就会下降，RTM输出的高压直流电就会送到变频器的直流母线端，为其提供电压支撑，保证了变频器不会因交流电压的下降而停机，RTM模块起到了对变频器的支撑作用。当交流电压恢复正常后，RTM自动退出支撑，处于待机状态，为下次支撑做好准备。

按照DL/T 1648-2016《发电厂及变电站辅机变频器高低电压穿越技术规范》等要求[1]：

1）给煤机变频器在电压跌落(电压值跌落至额定电压的90%、60%/5 s、20%/0.5 s)、电压暂升(电压值暂升至额定电压的110%、130%/0.5 s)，变频器仍能正常运行。

2）低电压穿越装置对给煤机变频器的正常运行和启停控制没有影响，变频器因故障停止运行以及MFT动作时低电压穿越装置应能自动退出。

3.1 相应的验证项目[2]

在输入交流电压正常时，给煤机变频器的输入电压、直流电压均正常，给煤机变频器与给煤机正常运转，低电压穿越装置处于热备用状态；低电压穿越装置退出后，不影响给煤机变频器与给煤机的正常运行和操作。加装的装置在投入工作的同时不应产生较大电流对厂用系统形成冲击。

当给煤机变频器的输入电压低于正常电压值时，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正常，给煤机正常运转，持续时间大于技术规范要求的时间；给煤机变频器输入电压恢复正常后，低电压穿越装置自动退出，给煤机变频器直流电压和控制电源电压正常，变频器的工作频率稳定，给煤机正常运转。

从测试电压暂降至额定电压的90%测试的数据分析：

通过电压暂降发生仪将变频器输入电压暂降至额定电压的90%，持续60 s，60 s后电压恢复正常，从试验录制波形图中可以看出，在变频器输入电压降低至90%额定电压期间，变频器直流母线电压略有降低，此时低电压穿越装置未向给煤机变频器主功率回路提供能量，由于电压在变频器正常输入电压区间内，变频器保持正常运行。如图1:

图1 辅机变频器电压突降试验波形

测试电压暂降至额定电压的60%测试的数据分析：通过电压暂降发生仪将变频器输入电压暂降至额定电压的60%，持续6 s，6 s后电压恢复正常，从试验录制波形图中可以看出，在变频器输入电压降低至60%额定电压期间，变频器直流母线电压略有降低，通过低电压穿越装置向给煤机变频器主功率回路提供能量，变频器保持正常运行。

测试电压暂降至额定电压的20%测试的数据分析：通过电压暂降发生仪将变频器输入电压暂降至额定电压的20%，持续0.6 s，0.6 s后电压恢复正常，从试验录制波形图中可以分析，在变频器输入电压降低至20%额定电压期间，变频器直流母线电压略有降低，通过低电压穿越装置向给煤机变频器主功率回路提供能量，变频器保持正常运行。

当给煤机变频器的输入电压高于正常电压值时，给煤机变频器与给煤机正常运转，持续时间满足技术规范要求的时间。针对ABB ACS510变频器，本身就可以高压运行，在电压暂升至130%时，能满足正常运行0.5 s。

测试电压升至额定电压的130%测试的数据分析：通过电压暂降发生仪将变频器输入电压升至额定电压的130%，持续0.5 s，0.5 s后电压恢复正常，试验录制波形图中可以分析，在变频器输入电压暂升至130%额定电压期间，变频器输出电压略升高，变频器保持正常运行。

低电压穿越装置与变频器运行信号、MFT信号联锁功能测试。

1）由DCS及就地发出给煤机启动指令后，低电压穿越装置处于热备用状态；由DCS及就地发出给煤机停止运行指令后，低电压穿越装置退出运行。

2）变频器运行信号丢失或厂内MFT信号给出后低电压穿越装置退出运行。

3.2 验证过程中发现问题及解决方案

六台给煤机低电压穿越装置电源取自同一母线段。解决方案：每三台装置取自一路直流电源，即：A～～C给煤机变频器穿越装置电源取同一电源，D～～F给煤机变频器穿越装置电源取同一电源，两电源取自不同段直流母线，若只配置了一段220 V直流母线，可考虑机组间交差引接，或同机组220 V直流母线的不同间隔，保证供电可靠性。而操作回路方面：给煤机变频器控制电源则取自热控220 V交流电源分配柜内，其电源柜带自动切换装置，两路电源则由机组UPS A、B柜引接。

在给煤机低电压装置柜内无输入电源开关。解决方案：柜内增设输入电源开关，以方便隔离。

给煤机低电压装置柜工作或异常时，机组DCS中无相关提示信息。解决方案：在DCS中增设“给煤机高低压穿越装置报警及动作”信号,在装置柜内增设相应中间继电器，使相关动作信号外送至机组DCS中，以便监视及处理。

停送电操作方法。解决方案：规范操作方法，杜绝操作隐患。在装置停送电过程中，要按照顺序进行操作，否则可能会对变频器滤波制动回路有损伤，严重会损坏变频器，故送停电时，要确保低电压穿越系统先合输入断路器，确认给煤机侧带电或启动后，再合直流馈出开关。对于控制电源：一般遵循上电先控后主，停电先主后控。

给煤机停电情况下，最好把直流馈出断掉，防止模块因为一些特殊原因启动对变频器加电，造成冲击。低压穿越柜正常运行时，对应6台给煤机的6只模块的输入开关都要送上去，任何一只不送，DCS都要报警，开关不送的话就相当于模块检测到失电，是要报警的，模块输出开关可以根据给煤机投运情况选择性送上。对给煤机停送电过程中，先送给煤机变频器自身交流电源，再送低电压穿越装置的输入开关，最后送低电压穿越装置的输出开关。

原装置中配有投入电阻装置是在系统电压升高时投入,以限制电压保证变频器正常运行。但在现场实际运行中发现，其电压要高达到160%时才有部分电阻接入，效果不显著，况且系统一般不会出现高达到160%的过电压，变频器本身也具有过电压保护，故在实际投用时，将其投入装置拆除。

4 总结

通过此次给煤机变频器低电压穿越技改实例分析，我们在现场进行设备技改时，要结合现场实际运行情况，有针对性地进行分析研究，保证安全并经济性等指标，经过综合对比和论证，用现场测试的方法发现问题解决问题，以便更好地服务于生产工作，使相关单位有普遍借鉴意义。和论证，用现场测试的方法发现问题解决问题，以便更好地服务于生产工作，使相关单位有普遍借鉴意义。

[1] 国家能源局. 《发电厂及变电站辅机变频器高低电压穿越技术规范》: DL/T 1648-2016[S]. 2016.

[2] 刘耀中, 苗英俊, 张学谦, 王祥滨. 《火电厂辅机变频器低电压火电厂辅机变频器低电压穿越改造设计》[J]. 舰船防化, 2014, (1): 42-47.

[3] 孟帅, 王旻. 《给煤机变频器低电压穿越技术探讨与应用》[J]. 中国设备工程, 2020, (24): 26-28.

[4] 裴丽秋. 《辅机变频器低电压穿越技术研究》[J]. 电工技术, 2019.

[5] 徐在德, 范瑞祥, 潘建真. 《火电厂低压辅机变频器低电压穿越测试装置研究与应用》[J]. 电力系统保护与控制, 2018.

Example Analysis of Technical Transformation Measures for Low Voltage Ride through Capability of a Low Voltage Inverter

Zhou Yong

（CHN Energy Jianbi Power Plant, Zhengjiang 212006, Jiangsu, China）

TM461

A

1003-4862（2021）08-0018-04