火電廠防止變頻器低電壓穿越的舉措及應用

張永龍

摘 要：近年來，火電廠發生多起由于系統低電壓引起重要輔機設備退出，進而導致運行機組跳閘事件，嚴重影響了電力系統的安全穩定運行。為了保證火電廠機組的穩定運行，提高輔機設備變頻器低電壓穿越能力，提出了防范舉措，闡述了低電壓裝置在火電廠的工作原理和實際應用效果。

關鍵詞：輔機設備;變頻器;低電壓穿越;低電壓穿越裝置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.088

1 引言

隨著火電廠節能增效改造的不斷實施，變頻器廣泛應用于火電廠的重要輔機設備，而電網電壓的短時跌落，會引起變頻器的低電壓保護動作，從而變頻器輸出閉鎖，造成輔機設備停運，最終導致會發電廠運行機組的跳機，電網大幅度減負荷現象。此類事故的發生，一方面影響發電廠發電連續性和經濟性，并造成電廠發電設備損壞，另一方面對電力系統造成了沖擊，加劇系統故障程度，嚴重影響電力系統的安全穩定運行。為了確保系統故障時發電機組不因低電壓穿越能力不足而跳閘，提高輔機設備變頻器低電壓穿越能力越來越重要。

2 防止變頻器低電壓穿越的舉措

（1）采用將轉速恒磁通V/f控制方法，變頻器在電源電壓瞬時和短時大幅度跌落期間可持續運行，但在實際運用中，要考慮當電源三相電壓瞬時跌落最大幅值、跌落最長持續時間、生產過程中轉速降低程度和負載特性，可運用于給煤機、給粉機等小慣性重負載輔機變頻器，同時根據負載率要降低變頻器低壓保護值。（2）外加串聯交流不間斷電源（UPS）為變頻器提供旁路電源，由于UPS容量的限制，這種方法很少應用于現場。（3）為變頻器外加并聯直流電源。在變頻器直流母線端子外加一路直流電源，直流電源可以為防電壓跌落旁路直流電源、蓄電池電源或電廠直流保安電源，當外部擾動引起變頻器工作電源短時電壓中斷或電壓跌落時，變頻器由外加直流電源向其供電，保證輔機設備正常運行，當正常電源恢復時，變頻器切回常用工作電源供電，這種方法可靠性高，可廣泛應用于火電廠輔機設備。（4）發生瞬時低電壓時，降低變頻器運行頻率。當變頻器低頻率運行在瞬時低電壓區，雖然即防止了變頻器損壞，又不會導致輔機設備因低電壓而停止運行，但需要考慮輔機設備低頻率運行階段對發電機組的主設備的影響，不能因為輔機設備低頻率造成主設備損壞或跳閘停運。由于發電廠工況的不同，所以此方法在實際運用中需要做大量試驗，以確保主設備與輔機設備能在低電壓階段穩定運行。

3 低電壓穿越裝置的工作原理

為了使變頻器在低電壓階段能安全可靠運行，滿足火電廠重要輔機設備的運行要求，通?？梢圆捎米冾l器外加并聯直流電源的方法實現，但由于發電企業直流電源電壓等級的局限性，所以加裝變頻器低電壓穿越裝置為變頻器提供外加直流電源，同時將變頻器的控制電源改為UPS系統提供，保證在系統電壓跌落時保證變頻器及其拖動電機系統的轉速、功率、轉矩不變，確保發電機組正常運行。其工作原理如下：

在變頻器工作電壓正常的狀態下，變頻器母線電壓正常且正常工作，電源通過交流送電回路送入變頻器交流輸入端子，滿足裝置備用條件，低電壓裝置中的中央控制單元向斷路器、電動開關等執行單元發出合閘命令，此時直流回路處于備份狀態，不參與變頻器運行。

在系統電壓發生跌落時，裝置內置的控制系統實時監測到此電壓跌落趨勢，當下降至低于要求的額定電壓，裝置瞬時投入運行，在A、B、C三相電壓跌落期間，通過升壓回路將跌落的交流電壓提升到500V直流電壓，通過變頻器的直流母線對變頻器供電，使其維持到可保證變頻器輸出功率、電機轉矩、電機轉速均不變的電壓水平。

在系統電壓跌落結束，系統電壓恢復正常后，裝置停止運行，升壓回路退出工作狀態，恢復到備用狀態，變頻器的供電仍由三相交流送電回路提供。低電壓裝置中，交流送電通道與直流送電通道的切換由電力電子器件（IGBT）完成無縫切換，切換動作時間小于1us，對變頻器的穩定運行不會造成沖擊。

4 低電壓穿越裝置的應用

給煤機系統是火電廠中重要的輔機設備，當給煤機系統故障后，嚴重影響機組的穩定運行，給煤機變頻器加裝低電壓穿越裝置，提高低電壓穿越能力至關重要。

對加裝低電壓穿越裝置的給煤機變頻器分別進行電源電壓跌落到90%額定電壓、60%額定電壓、20%額定電壓（0.5s）、20%額定電壓（30s）試驗，錄波圖如下：

試驗證明：電源正常時，低穿裝置無輸出，當試驗電源電壓跌落至90%、60%、20%、20%額定值時，分別保持時間30s、5s、0.5s、30s時，低電壓穿越裝置輸出正常，給煤機正常運行。

5 結束語

總之，確?；痣姍C組和電網的安全穩定，輔機設備系統的可靠運行的至關重要。為了提高這些重要輔機設備穩定性，變頻器低電壓穿越裝置得到了廣泛的運用。變頻器低電壓穿越裝置保證了輔機設備在系統低電壓時能夠快速、平穩的完成切換運行，因此，低電壓穿越裝置應用必將在發電廠中發揮越來越重要的作用。