提升给煤机低电压穿越能力的研究及应用

提升给煤机低电压穿越能力的研究及应用

邱实

吉林电力股份有限公司白城发电公司 吉林白城 137000

摘要：给煤机是火电厂的重要辅机设备，如果在故障发生时,给煤机系统有低电压穿越装置,暂时支撑变频器的电源电压则可避免给煤机跳闸,为系统的安全运行多一份保障。所以非常有必要在给煤机系统中增加低电压穿越装置。

关键词：给煤机；低电压穿越；应用

前言

近年来，因给煤机低压跳闸引起的事故停炉，在全国范围内的火电厂中时有发生。目前火电机组给煤机普遍采用变频器来实现电动机的无极调速、给煤机的软启动、经济运行等功能，但多数火电厂机组的低压辅机变频器低电压穿越能力较差，甚至不具备低电压穿越能力。火电厂由于高压变频器的低电压穿越没达到应有的能力，造成了变频器的跳闸事故，产生了巨大的经济损失。因此，为了保证火电机组的可靠供电，火电厂给煤机的低电压穿越能力非常重要。

1低电压穿越装置介绍

1.1低电压穿越装置系统的组成

电力设备在正常运行时,如遇到雷击、短路故障和大电机启动、车祸、建筑施工(起重机,挖掘机等)、人为失误、动物触线、短路故障、切换操作、配电装置故障等会引起系统电压电压暂降,也称电压跌落、电压凹陷和晃电等等。是指电压有效值的突然下降,然后又迅速恢复正常的现象。当系统电压超出变频器额定电源范围之外(欠压保护值),变频器(过流、欠压)将会保护动作停机,此时变频器处于闭锁输出状态,变频器所带电机停转。低电压穿越装置可以在电网电压跌落到90%以内时,系统不工作,处于热备用状态;当电压跌落到0%~90%范围内时,系统瞬时〔<200μs〕启动工作,输出500V左右的直流电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,起到了对变频器的支撑作用。当交流电压恢复正常后,低电压穿越装置自动退出支撑,处于待机状态,为下次电网出现电压暂降或停电做好准备。低电压穿越系统由RTM模块、主监控、充电机、显示屏、开关电源、电池巡检仪、电池组、回路中的继电器、接触器、熔断器、空开等部分组成，如图1所示。其中RTM模块主要起升压和隔离作用,将220伏的直流电升压到500伏,同时其输入端与输出端是隔离的,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;主监控相当于CPU,属于整个系统的中枢控制部分;充电机主要维持给直流母线供电及电池组充电;显示屏(显示屏装在柜门外面,图中未画出)是一个友好的人际交换界面,可以对系统进行设置,也可以查阅各种报警及设备状态;电池巡检仪的主要功能是检测蓄电池组的单体电池电压和电池组两端的总电压,可以实时的显示每节电池的电压;电池组为系统电压暂降时提供电源支撑;开关电源、回路中的继电器、接触器、熔断器、空开等部分按照一定的逻辑关系连接,保证系统的合理、顺畅运行。

图1　低电压穿越装置组成

1.2低电压穿越装置的工作流程

充电机的电源取自于系统380V交流电,将其整流成220V直流电输出,通过直流母线对蓄电池组进行充电,每台的额定电流是5A,里面的参数通过中间的拨码开关进行设置。在系统正常运行时,电池组处于浮充热备状态,并有电池巡检仪对其状态进行监视,电池巡检仪的主要功能是检测蓄电池组的单体电池电压和电池组两端的总电压,可以实时的显示每节电池的电压。可进行异常报警:报警类型包括:组电池过压、欠压,单节电池过压、欠压,温度报警。RTM(隔离型电压暂降保护器)将直流电源通过全桥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),最后经防反接保护输出。霍尔传感器用来检测RTM的输出,并将信号传递给主监控,由主监控开始计时,达到10s,跳开RTM和给煤机之间的接触器,断开RTM电压支撑,因为电池组容量有限,只能供电10s。

2低电压穿越装置与系统的配合

图2低电压穿越装置控制回路

低电压穿越装置的控制回路如图2所示,以给煤机A 为例,低电压穿越装置与系统的配合过程如下:

(1) 系统正常工作时, 图2中的MFT 触点 断开,KA202 常闭节点通,主监控延时常闭节点通,如果给煤机A 处于运行状态则运行信号常开节点闭合,KA101 线圈带电,KA101 常开节点闭合,MC401 线圈带电,图1中MC401 常开节点闭合,在空开MCB401合闸的情况下,RTM 输出的500V 直流电接到给煤机A 变频器的直流端子,由于变频器在系统电压下其内部直流母线带530V 直流电,电压高于RTM 输出的500V,所以变频器还是用系统电压,而在RTM 输出端有二极管反向保护措施,所以530V 直流电也不会反串到RTM,这样低电压穿越装置就处于热备用状态。

(2) 当系统电压暂降到90%以下时,给煤机A 变频器内部直流母线电压下降到500V 以下,此时RTM输出端的二极管自动导通,变频器接受RTM 的输出电压,不间断为给煤机供电。

(3) RTM 一开始为变频器供电则霍尔电流传感器接受到电流信号并反馈给主监控,主监控开始计时,达到10s 时,图2中主监控延时常闭节点断开,KA101 线圈失电,KA101 常开节点断开,MC401 线圈失电, 图1中MC401 常开节点断开,RTM 停止供电。给煤基彻底失电。3s 后主监控将自动闭合图2中主监控延时常闭节点,为下次电网出现电压暂降或停电做好准备。如果在这10s 内系统电压恢复,则变频器直流母线接受到系统整流过来的530V 直流电,RTM输出端的二极管自动截止,主监控计数装置自动停止并归零,低电压穿越装置自动恢复热备状态,为下次电网出现电压暂降或停电做好准备。

(4) 多台给煤机并联运行,与低电压穿越装置的配合与给煤机A 相同。

(5) 一旦MFT 动作,则图2中MFT 常开节点闭合, KA202 线圈带电, KA202 常闭节点断开, 则KA101、KA102 直到KA10N 线圈全部失电,KA101、KA102 直到KA10N 常开节点全部断开, MC401、MC402 直到MC40N 线圈全部失电,图一中MC401、MC402 直到MC40N 常开节点全部断开,所有RTM 与变频器的连接断开,直到MFT 恢复为止。

3低电压穿越改造方案

3.1 变频器低电压穿越电源装置

某公司给煤机变频器低电压穿越改造技术，旨在确保当系统电压跌落时变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变。现场低电压穿越改造采用一拖一模式，即一台变频器低电压穿越电源装置拖动一台给煤机变频器，装置的主功率输入为系统三相交流电源和电厂直流保安电源，主功率输出包括一路三相交流电源和一路直流电源。

3.2 系统接线方案

现场采用的低电压穿越改造接线方案，其中给煤机变频器直流侧+DC、-DC 分别接入直流保安电源，同时低电压穿越装置并接在三相交流380 V和给煤机变频器之间。一次接线共有三处，共有7根动力电缆，分别从三相交流电源引三根动力线接入交流输入端；从低电压穿越辅助电源装置的直流输出端引出两根动力线接入给煤机变频器直流端子以及从直流保安电源引两根动力线接入直流输入端，整个低电压穿越过程不会影响到变频器的正常稳定运行。

结束语

通过加装低电压穿越装置能够确保变频器在输入交流电压出现暂降时，其输出电压能够维持给煤机正常工作。同时开展了低电压穿越改造后的现场试验验证，结果表明低电压穿越装置能够有效为给煤机变频器进行支撑，且不会影响到给煤机变频器的正常启停。

参考文献：

[1]张红红，张永军.给煤机低电压穿越[J].内蒙古科技与经济，2017（9）：73-74.

[2]张慧峰，李强.火力发电厂给煤机变频器防低电压改造应用与分析[J].内蒙古石油化工，2015（20）：62-63.