关于低电压穿越装置异常电流输出的处理方法

吴长波

（神华国能宝清煤电化有限公司，黑龙江 双鸭山 155600）

低电压穿越装置即抗低电压扰动装置，以下简称“低穿装置”。在火电厂，380V给煤机变频器抗低电压扰动主要有两种方式：（1）在变频器直流母线加装蓄电池，蓄电池平时不参与给煤电动机运行，当系统发行暂态故障，电压出现晃动时才参与运行，维持给煤机运转。（2）利用380V动力电源，在给煤机变频器直流母线上加装低穿装置（即AC/DC或DC/DC）,进行直流变换，当系统输入电压低于额定电压90%、60%、20%，低穿装置升压回路启动，向给煤机变频器直流母线供电，保证给煤机变频器输出稳定，使变频器带电动机运转一段时间。本文介绍了AC/DC低穿装置异常输出的原因及处理方法。

1 存在的问题

AC/DC低穿装置在系统电压正常时，给煤机电机由变频器供电运行。检查中发现，接于变频器直流母线上的低穿装置总是有3A左右的直流电流流入到变频器直流母线，这相当于给煤机电机运行是由给煤电机变频器和低穿装置同时供电，需解决这个问题。

2 变频器、低穿装置AC/DC变换回路简图

变频器内部主接线如图1，接入变频器的三相交流电源UR、US、UT经AC/DC变换成直流电压，其中p（+）、N（-）为变频器直流母线。低穿装置的直流输出直接接在p（+）、N（-）端。

图1

低穿装置内部接线如图2，接入低穿装置的三相交流电源UR1、US1、UT1经AC/DC变换后直流电压从p1（+）、N1（-）两点测量。

图2

当系统电压正常时，p1（+）、N1（-）两端的电压经低穿装置的旁路直接输出到变频器直流母线上，变频器直流母线电压高于低穿装置的输出电压，所以低穿装置没有直流电流输出给变频器。只有当系统电压瞬间跌落时，低穿装置升压回路启动，将跌落的系统电压提升，使变频器直流母线p（+）、N（-）的电压保持在正常工作范围内，防止变频器直流母线电压过低而跳闸，以维持给煤电机继续运行一段时间。

3 低穿装置有异常电流输出原因分析

根据现场变频器三相电源及低穿装置的三相电源电压的测量，发现两者交流电压存在偏差，比如，1#炉1#给煤机变频器在满负荷时交流电源UR、US、UT三相线电压为392V，此时，低穿装置三相交流电源UR1、US1、UT1三相线电压为397.5V。查工程施工资料，给煤机变频器及低穿装置三相交流电源均从锅炉PC段配电间引接，变频器柜安装在给煤机旁，距离电源比较远，电源电缆采用ZRC-YJY 4×6长度140m；而低穿装置安装在锅炉PC配电间内，距离电源非常近(近似系统电压397.5V)。根据交流电流在电缆中的电压降ΔU

式中，I为电缆中的电流(给煤机变频器满负荷时，变频器交流电源电缆电流为12A)；P为铜电阻率0.0175；L为电缆长度(m)；S为电缆线芯截面积(mm2)。

因电缆压降，接于给煤机变频器交流电压为397.5-4.9=392.6V。低穿装置距电源比较近，三相交流电缆压降可以忽略，接于低穿装置的交流电源电压为397.5V。

式中，VD为AC/DC变换输出的直流电压；VS为交流电源的相电压；V1为交流电源的线电压。

给煤机变频器其直流母线P（+）、N（-）两端电压为VD=1.35×392.6=530V；

低穿装置输出P1（+）、N1（-）两端直流电压为VD1=1.35×392.6≈536V。

由于变频器与低穿装置三相交流电源电压偏差达4.9V，经AC/DC变换后,使两者的直流输出产生Δu=6.6V的直流电压偏差，变频器直流母线电压低于低穿装置的输出电压，低穿装置输出端就会有直流电流流向变频器直流母线，即上面提到的异常电流输出。

4 处理方法

通过在低穿装置的输出回路串接硅二极管，利用二极管的阈值电压特性，使低穿装置输出端直流电压小于变频器直流母线电压，当系统电压没有跌落时，硅二极管处于截止状态，此时，低穿装置无直流电流输出。当系统电压下降至低于要求的额定电压时，低穿装置升压回路将跌落的系统电压提升，硅二极管导通，向变频器的直流母线供电，维持给煤电动机短时间运行。

硅二极管选用ZP200A，1600V，阈值电压0.7V,带散热片（自带风扇），将N支串接固定在绝缘板上，二极管绝缘板见图3(尺寸标注单位mm，二极管数量可根据实际需要调整)，在中部设有绝缘隔板。二极管绝缘板安装在低穿装置柜上部，在每台低穿装置柜上部各钻一个φ20mm的圆孔，用绝缘套套在圆孔上，二极管绝缘板的+、-极用绝缘导线从圆孔穿过接到低穿装置输出回路中，二极管绝缘板的+极接到低穿装置输出的+极，二极管绝缘板的-极经原有的电缆接到变频器的P（+）端。固定二极管的螺栓帽用绝缘漆涂抹，防止与低穿装置柜外壳相碰，避免接地。

图3

阈值电压大小与硅二极管材料有关，一般为0.5～0.7V。

通过本次改造，当系统电压正常时，1#给煤电动机由变频器供电，低穿装置无直流输出。当系统电压跌落时，低穿装置的升压回路给变频器直流母线供电，有直流电流输出，使给煤机在短时间内输出功率不变。经试验，这种方法是可行的。

若将低穿装置柜移到变频器柜旁边，三相交流电源电压相等，也可解决两者直流输出存在电压偏差问题。因1#、2#炉共16台给煤机变频器，接于低穿装置电缆共计7200m已敷设完，槽盒盖板已封闭，电缆防火封堵已完成，若变更低穿装置的安装位置会使原有的部分电缆长度不足。经统计移位低穿装置柜需重新采购电缆4050m，电缆敷设需搭设脚手架等，电缆采购及敷设施工概算31万元。通过增加串接硅二极管方法解决低穿装置异常电流输出，总费用为2万元，节省改造费用。

5 结语

利用AC/DC转换实现抗低电压扰动的低穿装置尽可能安装在给煤机变频器柜附近，若受现场条件限制，低穿装置距给煤机变频器柜比较远，变频器三相电源电缆铜芯截面应稍大一些，以降低电源电缆压降,减少串联硅二极管支数。