電廠變頻器低電壓穿越改造方案

1、*電廠給煤機(jī)/空氣預(yù)熱器變頻器低電壓穿越改造方案 表96.1低電壓保護(hù)盤(pán)定值電動(dòng)機(jī)分類(lèi)電壓整定值定電壓的百分眼）高壓電動(dòng)機(jī)低壓電動(dòng)機(jī)I類(lèi)電動(dòng)機(jī)45-5040-45口、小類(lèi)電動(dòng)機(jī)65-7060-70（三）廠用負(fù)荷變頻器低穿能力要求原則變頻器的低電壓穿越能力應(yīng)根據(jù)電廠主設(shè)備及一類(lèi)輔機(jī)設(shè)備能力、電網(wǎng)安全運(yùn)行要求、變頻器安全經(jīng)濟(jì)能效比等因素統(tǒng)籌兼顧來(lái)確定。變頻器的低電壓穿越能力不應(yīng)超越主設(shè)備和供電對(duì)象的能力，也不應(yīng)束縛主設(shè)備和供電對(duì)象的能力，應(yīng)在適當(dāng)考慮變頻器安全經(jīng)濟(jì)能效比的條件下，充分發(fā)揮變頻器對(duì)電網(wǎng)安全的支撐能力。根據(jù)上述原則，變頻器低壓穿越性能應(yīng)與主機(jī)低壓性能相配合，宜與電廠一類(lèi)輔機(jī)的低電壓保護(hù)

2、定值相配合。（四）低電壓對(duì)現(xiàn)有廠用負(fù)荷的影響分析.廠用繼電保護(hù)反應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有的火電廠廠用電繼電保護(hù)特性，在國(guó)網(wǎng)公司的大型汽輪發(fā)電機(jī)組一類(lèi)輔機(jī)變頻器高、低電壓穿越技術(shù)規(guī)范文件中提到的“暫態(tài)低電壓穿越區(qū)”、“動(dòng)態(tài)低電壓穿越區(qū)”的維持時(shí)間（0.5S、5S）小于繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)限（9S-10S），一類(lèi)負(fù)荷的繼電保護(hù)均不會(huì)動(dòng)作跳閘。.二類(lèi)、三類(lèi)負(fù)荷火電廠中廠用電的二類(lèi)、三類(lèi)負(fù)荷不對(duì)機(jī)組并網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成直接威脅，不涉及低電壓穿越問(wèn)題，在此不做討論。.無(wú)變頻器一類(lèi)負(fù)荷電動(dòng)機(jī)類(lèi)負(fù)荷，低電壓過(guò)程中出現(xiàn)微小波動(dòng)，可以正常過(guò)度，實(shí)現(xiàn)低電壓穿越。（1）風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)大慣性負(fù)荷在低電壓穿越區(qū)內(nèi)，變頻器可短時(shí)中斷輸出保護(hù)自

3、身設(shè)備，在電源恢復(fù)之后，當(dāng)電動(dòng)機(jī)仍在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)組仍在運(yùn)行時(shí)，可以跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速再啟動(dòng)（即所謂飛車(chē)啟動(dòng)功能）。從調(diào)研情況來(lái)看，高壓變頻器基本均帶有此功能。（2）給煤機(jī)、給粉機(jī)類(lèi)負(fù)荷在低電壓穿越區(qū)內(nèi)，會(huì)觸發(fā)變頻器保護(hù)閉鎖，電機(jī)拖動(dòng)皮帶，慣性很小，電機(jī)瞬時(shí)停轉(zhuǎn)，造成機(jī)組停機(jī)。如采用強(qiáng)制再啟動(dòng)，也會(huì)造成鍋爐風(fēng)煤配比失調(diào)，爐膛壓力劇烈波動(dòng)，存在爆爐風(fēng)險(xiǎn)。四、技術(shù)改造方案參照國(guó)網(wǎng)公司的大型汽輪發(fā)電機(jī)組一類(lèi)輔機(jī)變頻器高、低電壓穿越技術(shù)規(guī)范技術(shù)條件，從應(yīng)用角度對(duì)電廠用的變頻器提出改造措施。（一）大慣性類(lèi)負(fù)荷變頻器電廠中應(yīng)用的輔機(jī)變頻器絕大部分屬于此類(lèi)，空氣預(yù)熱器、增壓風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵、空冷島冷卻風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、送

4、風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、給水泵、凝結(jié)水泵等設(shè)備的變頻器均可以采用失壓重啟方法或降轉(zhuǎn)速恒磁通方法v/f控制方法。.失壓重啟方法對(duì)于大慣性負(fù)載，可采用動(dòng)力電源部分采用失壓重啟方法，同時(shí)將變頻器的控制電源接到UPS電源。當(dāng)?shù)碗妷喊l(fā)生時(shí)，變頻器可短時(shí)中斷輸出，對(duì)自身進(jìn)行保護(hù)；在電源恢復(fù)之后，電動(dòng)機(jī)仍在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)組仍在運(yùn)行時(shí)，可以跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速再啟動(dòng)。.降轉(zhuǎn)速恒磁通v/f控制方式對(duì)于允許短時(shí)負(fù)載波動(dòng)的應(yīng)用，此類(lèi)負(fù)載所使用的變頻器，可以采用降轉(zhuǎn)速恒磁通v/f控制方式如允許降低轉(zhuǎn)速，則用本方法可使傳動(dòng)設(shè)備在三相電壓較大幅度暫態(tài)跌落期間繼續(xù)運(yùn)行。采用這種方法時(shí)必須考慮三相電壓暫態(tài)跌落的最大幅值、擾動(dòng)最長(zhǎng)持續(xù)

5、時(shí)間、生產(chǎn)過(guò)程中允許的轉(zhuǎn)速降低的程度和負(fù)載特性。（二）給煤機(jī)、給粉機(jī)類(lèi)負(fù)荷變頻器給煤機(jī)、給粉機(jī)的變頻器可以采用在變頻器前端串聯(lián)交流不間斷電源（UPS）方法或外加并聯(lián)直流電源方法。.在變頻器前端串聯(lián)交流不間斷電源（UPS）方法外加串聯(lián)交流不間斷電源UPS采用這種方法可做到無(wú)干擾運(yùn)行，但是受限于UPS的容量。.外加直流端外加電容或電池方法外加變頻器直流母線的電容或電池，增加對(duì)變頻器內(nèi)部直流母線的儲(chǔ)能能力，提高變頻器內(nèi)部承受低電壓的能力。.外加并聯(lián)直流電源方法在變頻器直流母線上外加一路直流電源（直流穩(wěn)壓電源、蓄電池電源、電廠保安電源等），當(dāng)外部擾動(dòng)引起常用電源短時(shí)中斷或短時(shí)電壓降落時(shí)，外加直流電源繼

6、續(xù)供給變頻器，不影響終端電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行；當(dāng)工頻電源再度恢復(fù)正常供電時(shí)，變頻器改為工頻電源供電。.增設(shè)穩(wěn)壓電源方案通過(guò)設(shè)置變頻器低電壓穿越電源裝置，使其在系統(tǒng)低電壓故障期間有效動(dòng)作，保障變頻器拖動(dòng)系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而確保生產(chǎn)安全。1）變頻器低電壓穿越電源裝置構(gòu)成變頻器低電壓穿越電源拓?fù)淙缦聢D所示。圖系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D該設(shè)備的主功率輸入為系統(tǒng)三相交流電源，主功率輸出一路或多路直流電源。交流三相電源分為兩路為變頻器進(jìn)行供電:一路為交流供電通路，可通過(guò)原有送電線路或設(shè)置旁路開(kāi)關(guān)，將三相交流電直接送入變頻器A/B/Cm相交流輸入端子；另一路為直流供電通路，三相交流電能經(jīng)手動(dòng)斷路器QF1送入二極管整流橋

7、TM1-3構(gòu)成的整流回路，再經(jīng)過(guò)電控開(kāi)關(guān)KM1變換為直流電能并儲(chǔ)存于電容C1和C2。電感L1與IGBT構(gòu)成BOOST型式的升壓斬波電路，可將C1/C2上的直流電能變換為電壓等級(jí)更高的直流電能儲(chǔ)存于電容C3/C4,并經(jīng)二極管防反回路和熔斷器后，送入變頻器的直流輸入端子。電動(dòng)開(kāi)關(guān)KM1與電阻YR1構(gòu)成預(yù)充電回路，當(dāng)預(yù)充電結(jié)束之后閉合KM1,實(shí)現(xiàn)在裝置初始上電時(shí)為電容C1/C2/C3/C4的平穩(wěn)充電功能。在現(xiàn)場(chǎng)改造施工中，變頻器低電壓穿越電源并接在系統(tǒng)三相380V電源與變頻器之間，無(wú)需對(duì)變頻器的配置、設(shè)置做任何改動(dòng)，并可利用現(xiàn)場(chǎng)已鋪設(shè)的電纜，無(wú)需新增任何電力線纜。2）變頻器低電壓穿越電源工作原理變頻

8、器低電壓穿越電源裝置的控制目標(biāo)為在系統(tǒng)電壓跌落時(shí)保證變頻器及其拖動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩不變。其工作原理介紹如下。裝置掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，斷路器QF1與電動(dòng)開(kāi)關(guān)KM1均處于閉合狀態(tài)。在系統(tǒng)電壓正常的狀態(tài)下，電能通過(guò)交流送電回路送入變頻器交流輸入端子，裝置中的電力電子器件均處于旁路狀態(tài)，不參與裝置運(yùn)行。在系統(tǒng)電壓發(fā)生跌落，進(jìn)而造成腎2上整流得到的直流電壓跌落時(shí)，裝置內(nèi)置的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到此電壓跌落趨勢(shì)，將電感L1與IGBT構(gòu)成的BOOST斬波升壓回路快速投入運(yùn)行，保證在A/B/Cm相電壓跌落期間，C3/C4上的直流電壓被舉高，維持到可保證變頻器輸出功率、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速均不變的電壓水平。在系統(tǒng)電

9、壓跌落結(jié)束，系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常后，IGBT停止運(yùn)行，BOOST回路退出工作狀態(tài)，變頻器的供電仍由三相交流送電回路提供。裝置中，交流送電通道與直流送電通道的切換由電力電子器件（SCR）完成，切換動(dòng)作時(shí)間小于1ms,為無(wú)縫切換，對(duì)變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行不會(huì)造成沖擊。3）改造工程實(shí)施方案根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需要，采取兩部分措施。措施一，直流動(dòng)力電源改造。在變頻器直流母線上，加設(shè)大功率變頻器低電壓穿越電源裝置。維持原有變頻器供電線路不變，為變頻器低電壓穿越電源裝置引入AC380V的交流動(dòng)力電源。將變頻器低電壓穿越電源裝置的直流輸出接入變頻器的直流母線。線路連接如下圖所示，圖中紅色部分為工程接線部分，黑色為原線路予以保

10、留。圖動(dòng)力電源改造示意圖圖動(dòng)力電源改造示意圖措施二，控制電源改造。將廠內(nèi)備用UPS電源引入變頻器控制柜，為控制柜中的控制器、接觸器、繼電器等器件提供控制電源。線路連接如下圖所示。圖控制電源改造示意圖.失壓重啟及降速恒磁V/F此類(lèi)方法最大的優(yōu)點(diǎn)是不用添加額外的硬件設(shè)備，只需在軟件配置上適當(dāng)調(diào)整即可（需要原變頻器廠的配合）。但此兩種方法使用只適用于大慣性負(fù)載的情況，對(duì)于給煤、給粉機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)合不適用。.加裝UPS方案在變頻器前端串聯(lián)交流不間斷電源（UPS）方法可做到無(wú)干擾運(yùn)行，但是受限于UPS的容量。如采用工業(yè)級(jí)大UPS,工程布線工作量將很大，而且需要為UPS建造空調(diào)房，工程量大；如采用商用級(jí)小UP

11、S,可靠性將遠(yuǎn)不如工業(yè)級(jí)大UPS。.連接直流保安電源方案電廠的直流保安電源一般電壓等級(jí)為DC110V或DC220V,而變頻器的直流環(huán)節(jié)是DC540V,依然需要外加裝置進(jìn)行電壓變化。另外，電廠直流保安電源上連接都是電廠里的關(guān)鍵負(fù)荷，一旦低穿裝置本身的輸入短路或電源與裝置的連接線路發(fā)生故障，將直接導(dǎo)致直流電源系統(tǒng)崩潰。多臺(tái)低穿裝置連接在直流保安電源上，一旦發(fā)生低電壓，多臺(tái)變頻器總?cè)萘繉?duì)應(yīng)的負(fù)荷會(huì)在瞬間切換到電池上，對(duì)直流電源造成巨大沖擊，風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大。.加裝蓄電池組、電容組方案在變頻器直流環(huán)節(jié)上加裝蓄電池組、電容組等儲(chǔ)能器件也可以實(shí)現(xiàn)變頻器的低電壓穿越。該方案的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)包括以下方面：需配備

12、安全要求極高的蓄電池室蓄電池直流支撐解決方案的核心部件為蓄電池組，由于蓄電池對(duì)溫度的敏感性，需配備溫度可控的密閉蓄電池室安放蓄電池組。蓄電池組由大量蓄電池串聯(lián)而成,蓄電池在充電或放電過(guò)程中會(huì)析出相當(dāng)數(shù)量的氫氣,同時(shí)產(chǎn)生一定的熱量。氫氣和空氣混合能形成爆炸混合物,且其爆炸的上、下限范圍較大,因此蓄電池室具有較大的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性。對(duì)于存放蓄電池的房間，通風(fēng)、控溫要求極高，同時(shí)必須達(dá)到很高的防火、防爆安全等級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)施工量大蓄電池直流支撐解決方案為集中供電式方案，蓄電池組及其電力電子設(shè)備配備安放在獨(dú)立的蓄電池室中，由1臺(tái)蓄電池直流支撐裝置為多臺(tái)給煤機(jī)變頻器同時(shí)供電?，F(xiàn)場(chǎng)改造時(shí)，需在蓄電池組與變頻器間

13、鋪設(shè)長(zhǎng)距離輸電線纜和線纜橋架。用戶除蓄電池裝置費(fèi)用，需承擔(dān)線纜費(fèi)用、橋架費(fèi)用、施工費(fèi)用，整體改造工程成本大幅提高。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工量較大，工期較長(zhǎng)。3)整體式供電解決方案，全系統(tǒng)癱瘓概率高蓄電池直流支撐解決方案為集中供電式方案，這種方式下，任意一臺(tái)給煤機(jī)變頻器發(fā)生故障、任意連接線纜發(fā)生破皮短路、蓄電池充電系統(tǒng)故障或蓄電池管理系統(tǒng)故障，都有可能觸發(fā)蓄電池組的相關(guān)保護(hù)，引發(fā)蓄電池直流支撐裝置退出運(yùn)行，進(jìn)而造成所有給煤機(jī)變頻器集體喪失低電壓穿越功能。在此情況下，若發(fā)生電力系統(tǒng)低電壓故障，將會(huì)引發(fā)發(fā)電機(jī)組跳機(jī)的惡劣結(jié)果。）受運(yùn)行溫度限制大，運(yùn)行壽命短，電池串聯(lián)風(fēng)險(xiǎn)高蓄電池直流支撐解決方案中，解決方案中的核

14、心部件為蓄電池，其對(duì)于運(yùn)行環(huán)境溫度極為敏感。一方面，在低溫環(huán)境下蓄電池會(huì)出現(xiàn)容量下降現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)整機(jī)失效；另一方面過(guò)高的環(huán)境溫度會(huì)造成蓄電池整體壽命的下降。理論上環(huán)境溫度每提高10，電池的使用壽命將減小50%。通常情況下，蓄電池標(biāo)稱(chēng)的使用壽命均為25情況下評(píng)估得到的，而給煤機(jī)系統(tǒng)臨近鍋爐，其常態(tài)環(huán)境溫度有可能達(dá)到50以上，以55計(jì)算，蓄電池的壽命將僅為理想情況的12.5%，通常小于一年，電池更換頻率將極高。同時(shí)，蓄電池直流支撐方案中，需240節(jié)以上蓄電池進(jìn)行直接串聯(lián)，遠(yuǎn)多于普通電廠內(nèi)常備電源中蓄電池的串聯(lián)個(gè)數(shù)。如此多的電池串聯(lián)，將造成電池單體間電壓的極度不均衡，進(jìn)而體現(xiàn)為電池串的整體壽命

15、和可靠性大幅度下降。5）裝置本體安全可靠性低蓄電池直流支撐解決方案中，蓄電池平時(shí)多處于浮充狀態(tài)，即其配備的充電機(jī)經(jīng)常處于工作狀態(tài)。充電機(jī)為電力電子裝置，電力電子裝置的運(yùn)行故障率比電動(dòng)機(jī)本體運(yùn)行故障率高很多。蓄電池解決方案中的充電機(jī)的使用，將極大增加給煤機(jī)系統(tǒng)的故障率。6）運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜蓄電池直流支撐解決方案中，為保證蓄電池的壽命，需對(duì)蓄電池進(jìn)行定期（通常3個(gè)月）的全充全放維護(hù)。此維護(hù)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，維護(hù)中需對(duì)給煤機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行人為切換電源，極易觸發(fā)變頻器的停機(jī)故障，給系統(tǒng)安全連續(xù)運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，常規(guī)蓄電池支撐解決方案，不具備自檢和故障自診斷功能，一旦發(fā)生故障，無(wú)法有效的上送故障報(bào)警信息，不利于現(xiàn)場(chǎng)

16、故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與排查。.穩(wěn)壓電源方案更高的安全可靠性保留原有送電線路或設(shè)置旁路開(kāi)關(guān)作為旁路電路，在系統(tǒng)電壓正常的情況下，裝置工作于旁路模式，變頻器由電力系統(tǒng)直接供電，電源變換模塊部分處于休眠狀態(tài)，不參與裝置運(yùn)行。由此降低裝置中電力電子器件投入使用的工作時(shí)間，從而降低故障概率。高效的定期自檢與故障自診斷，免維護(hù)應(yīng)用裝置采用免維護(hù)設(shè)計(jì)，其使用過(guò)程中無(wú)需工作人員對(duì)其進(jìn)行任何操作和維護(hù)。該裝置集成定期自檢功能，對(duì)于自檢中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，具備強(qiáng)大的故障自診斷功能，并可將故障診斷結(jié)果通過(guò)硬接點(diǎn)、通訊等多種方式上送至后臺(tái)管理系統(tǒng)，方便故障的統(tǒng)計(jì)與記錄。寬溫度范圍，長(zhǎng)運(yùn)行壽命核心部件為目前世界上最先進(jìn)的第五代IGBT,其結(jié)溫耐受能力達(dá)到150以上。裝置整機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行溫度范圍可達(dá)到-20+55?？蓪?shí)現(xiàn)各種惡劣工況下的長(zhǎng)壽命運(yùn)行。4）分布式供電解決方案，提高系統(tǒng)整體可利用效