1、*電廠給煤機/空氣預熱器變頻器低電壓穿越改造方案目錄一、火力發(fā)電廠給煤/粉機及空預器系統(tǒng)現(xiàn)狀分析2二、網(wǎng)源協(xié)調(diào)對火電廠關鍵輔機變頻器低穿能力要求4三、電廠關鍵輔機變頻器低穿能力梳理核查6（一）廠用負荷分類6（二）廠用負荷繼電保護動作特性6（三）廠用負荷變頻器低穿能力要求原則7（四）低電壓對現(xiàn)有廠用負荷的影響分析7四、技術改造方案9（一）大慣性類負荷變頻器9（二）給煤機、給粉機類負荷變頻器9（三）各種技術方案特點及對比分析12五、SCS-230火電機組輔機電源控制系統(tǒng)錯誤！未定義書簽。（一）系統(tǒng)原理錯誤！未定義書簽。（二）系統(tǒng)特性錯誤！未定義書簽。（三）支撐方式錯誤！未定義書簽。（四）SCS-2

2、30火電機組輔機電源控制系統(tǒng)兩種技術方案錯誤！未定義書簽。（五）檢驗方法錯誤！未定義書簽。（六）SCS-230火電機組輔機電源控制系統(tǒng)檢測報告錯誤！未定義書簽。一、火力發(fā)電廠給煤/粉機及空預器系統(tǒng)現(xiàn)狀分析隨著電力電子技術的發(fā)展，變頻器以其調(diào)速精確、使用簡單、保護功能齊全等優(yōu)點逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調(diào)速控制裝置而得到廣泛應用。但由于電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，導致變頻器在使用中產(chǎn)生了新的問題：變頻器低壓保護跳閘。低電壓通常都是瞬時和短時的，對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)影響較小，而對變頻器則會產(chǎn)生低壓保護跳閘導致電機停機，影響生產(chǎn)和安全。目前，火電廠煤粉爐的給煤、給粉系統(tǒng)成為自動化程度最低的薄弱環(huán)節(jié)，特別是電廠內(nèi)部控制給煤給粉機

3、的變頻器低電壓保護跳閘問題，對電廠影響尤為嚴重。在實際使用過程中，因為電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越或備自投切換時，廠用電電壓瞬時或短時低于變頻器低電壓保護整定值（根據(jù)變頻器型號不同該值也不同）時，給煤給粉機變頻器低壓保護會動作，并同時會給FSSS倜爐安全監(jiān)控系統(tǒng)）發(fā)出停止信號，引起MF砌作，而廠用電和給煤給粉機母線低電壓保護整定值通常低于變頻器低電壓保護整定值，線路中的其它設備還在正常工作，變頻器跳閘，迫使FSSSf?爐，給電廠帶來很大的經(jīng)濟損失，也成為現(xiàn)在電廠安全事故的高發(fā)區(qū)，同時也是目前電廠面臨的比較大的問題，只有很好的解決該問題，才能保證電廠安全、可靠、高效的正常運行，避免停爐事故發(fā)生。空氣預熱器

4、電源系統(tǒng)由變頻器和拖動電機組成。各種故障造成的電力系統(tǒng)電壓跌落，導致空氣預熱器系統(tǒng)停運，進而造成發(fā)電機組停機脫網(wǎng)的惡劣事故。分析空氣預熱器系統(tǒng)脫網(wǎng)的過程，與給煤給粉機變頻相同主要有兩個原因可誘發(fā)此問題：變頻器功率回路（變頻器動力部分）和控制電源（控制部分）。變頻器的功率回路均由整流模塊、直流環(huán)節(jié)、逆變模塊組成，如下圖所示。-DC+DCI碑酬部分殿部分1M1W3TM4TM51M6圖變頻器結構示意圖變頻器的進電端子(R/L1,S/L2,T/L3),經(jīng)不控整流(TM1,TM2TM3到直流DC再經(jīng)過逆變(TM4,TM5TM6)gJU/T1,V/T2,W/T3交流，實現(xiàn)頻率變換。當?shù)碗妷喊l(fā)生時，R/L1

5、,S/L2,T/L3電壓變低，直流母線電壓隨之降低，無法提供逆變模塊所需要的能量，觸發(fā)變頻器保護。此保護為變頻器內(nèi)置的硬件保護，無法通過修改定值進行規(guī)避。在變頻系統(tǒng)中，變頻器并非獨立運行，有相應的控制電路板、采樣反饋系統(tǒng)、繼電器和接觸器與其配合工作，這些部件均需穩(wěn)定的控制電源供電。電力系統(tǒng)發(fā)生低電壓故障時，控制電源也會發(fā)生跌落，進而造成控制系統(tǒng)與繼電器系統(tǒng)的癱瘓，變頻器同樣無法正常運行，導致給煤機、給粉機、空預器變頻停止運行。二、網(wǎng)源協(xié)調(diào)對火電廠關鍵輔機變頻器低穿能力要求發(fā)電機組低電壓穿越的概念最早來源于風力發(fā)電，特指風力發(fā)電機并網(wǎng)點發(fā)生一定幅度、時間范圍內(nèi)的電壓跌落時，風機機組維持運行不脫網(wǎng)

6、，支持電網(wǎng)恢復，直到電網(wǎng)恢復正常。在我國，國家電網(wǎng)公司對風電場的低電壓穿越能力提出了明確的要求。要求風電場內(nèi)的風電機組，具有在并網(wǎng)點電壓跌至20%K定電壓時能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行625ms的能力。與此同時，當風電場并網(wǎng)點電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復到額定電壓的90%寸，風電場內(nèi)的風電機組應能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行。傳統(tǒng)意義上認為火電或水電機組為可控發(fā)電能源，機組本身有勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在系統(tǒng)故障期間可穩(wěn)定維持機端電壓，因而不存在低電壓穿越問題。但近年來，隨著火電廠內(nèi)部輔機變頻器的大規(guī)模使用，全國各級電網(wǎng)均出現(xiàn)過電網(wǎng)發(fā)生瞬時電壓波動引起機組跳閘的問題。發(fā)生以上事故的主要原因是輔機（特別是磨煤機、給煤

7、機和引風機等）變頻器不具備低電壓穿越能力，當電網(wǎng)由于故障造成電壓降低時，輔機變頻器不能躲過系統(tǒng)保護隔離故障元件時間，而經(jīng)由低壓保護動作跳閘，進而造成機組跳閘或鍋爐滅火。因此，火電廠輔機系統(tǒng)變頻器不具備高、低電壓穿越能力的問題已經(jīng)成為威脅電廠主設備安全運行的重要隱患，若造成機組跳閘或出力大幅降低還將影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。東北電網(wǎng)公司于2011年首次于伊敏煤電公司組織召開了由五大發(fā)電集團公司相關派駐機構、東北各網(wǎng)省電力公司、東北電力設計院、東北各省電力設計院等單位參加的“東北電網(wǎng)火電廠輔機低電壓穿越能力改造工作現(xiàn)場會”，參會各單位一致認為：應對火電廠輔機低電壓穿越能力問題予以高度重視，必須立即著手限

8、期加以徹底解決。2012年，國家電力調(diào)度控制中心專門下文對火電廠內(nèi)變頻器的低電壓穿越能力進行核查，東北電網(wǎng)、西北電網(wǎng)、內(nèi)蒙古電網(wǎng)等先后開展了區(qū)內(nèi)火電廠低電壓穿越性能核查與整改工作。目前，給地區(qū)對火電廠關鍵輔機變頻器低穿能力要求參照國網(wǎng)公司的大型汽輪發(fā)電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越技術規(guī)范技術條件執(zhí)行（見下圖）：1 .變頻器在進線電源電壓跌落到不小于20%5定電壓，持續(xù)時間不大于0.5s的區(qū)域內(nèi)，能夠可靠供電，保障供電對象的安全運行;2 .變頻器在進線電源電壓跌落到不小于60%5定電壓，持續(xù)時間不大于5s的區(qū)域內(nèi)，能夠可靠供電，保障供電對象的安全運行；3 .變頻器在進線電源電壓不小于90麻定

9、電壓時能夠長期可靠供電，保障供電對象的安全運行；4 .變頻器進線電壓升高到不大于額定電壓的1.3倍，持續(xù)時間不大于0.5秒，變頻器應能夠保障供電對象的安全運行。大型汽輪發(fā)電機索一鼻試松堂頻器電源低電*穿越區(qū)0100二二31口-11_111111111_1-1LL卜11H31001“明中1Illi越區(qū)A.-o產(chǎn)-一的本客t2二=rn-LI-U-u)二*四區(qū)1端口B一=so二-.J-n二10.IlEA-ilOV_idu二14a11v|A14U-13oInn.11JU.1-inr：IJo二iinn二一(U»午由''上/、F人士火及1Livid,IJg入卅If兒電壓穿越僅?1

10、101口口-iiha,111111IlliII1J111IIIII19111111J11J.jg1UUAmniinI1ll101ftqinJI符問(Jnnl三、電廠關鍵輔機變頻器低穿能力梳理核查（一）廠用負荷分類廠用電負荷按生產(chǎn)過程中的重要性可分為三類：一類負荷：短時停電可能影響人身或設備安全，使生產(chǎn)停頓或發(fā)電量大量下降的負荷。二類負荷：允許短時停電，但停電時間過長，有可能損壞設備或影響正常生產(chǎn)的負荷。三類負荷：長時間停電不會直接影響生產(chǎn)的負荷。汽輪發(fā)電機組一次風機、二次風機、引風機、送風機、電動給水泵、凝結水泵，循環(huán)水泵、給煤機、給粉機、空氣預熱器、增壓風機、空冷島冷卻風機等均屬于一類負荷。

11、（二）廠用負荷繼電保護動作特性火電廠廠用繼電保護裝置對高壓、低壓廠用電動機負荷的保護設置中，涉及低電壓保護特性。根據(jù)火力發(fā)電廠廠用電設計技術規(guī)定（DL/T5153-2002）相關要求：對于一類電動機負荷，當裝有自動投入的備用機械時、或為保證人身和設備安全，在電源電壓長時間消失后須自動切除時，均應裝設9S-10S時限的低電壓保護，動作于斷路器跳閘。為了保證接于同段母線的一類電動機自啟動，對不要求自啟動的二類、三類電動機和不能自啟動的電動機裝設0.5S時限的低電壓保護，動作于斷路器跳閘。電動機負荷低電壓保護定值晟9.6.1低電壓保爐整定值電動機分類電壓整定值修定電年的百分教）高壓電動機保濟電動機1

12、類電動機45-5040-45口、11類電動機65-7060-70（三）廠用負荷變頻器低穿能力要求原則變頻器的低電壓穿越能力應根據(jù)電廠主設備及一類輔機設備能力、電網(wǎng)安全運行要求、變頻器安全經(jīng)濟能效比等因素統(tǒng)籌兼顧來確定。變頻器的低電壓穿越能力不應超越主設備和供電對象的能力，也不應束縛主設備和供電對象的能力，應在適當考慮變頻器安全經(jīng)濟能效比的條件下，充分發(fā)揮變頻器對電網(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與主機低壓性能相配合，宜與電廠一類輔機的低電壓保護定值相配合。（四）低電壓對現(xiàn)有廠用負荷的影響分析1 .廠用繼電保護反應根據(jù)現(xiàn)有的火電廠廠用電繼電保護特性，在國網(wǎng)公司的大型汽輪發(fā)電機

13、組一類輔機變頻器高、低電壓穿越技術規(guī)范文件中提到的“暫態(tài)低電壓穿越區(qū)”、“動態(tài)低電壓穿越區(qū)”的維持時間（0.5S、5S）小于繼電保護動作時限（9S-10S）,一類負荷的繼電保護均不會動作跳閘。2 .二類、三類負荷火電廠中廠用電的二類、三類負荷不對機組并網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成直接威脅，不涉及低電壓穿越問題，在此不做討論。3 .無變頻器一類負荷電動機類負荷，低電壓過程中出現(xiàn)微小波動，可以正常過度，實現(xiàn)低電壓穿越。4 .有變頻器一類負荷(1)風機、水泵類大慣性負荷在低電壓穿越區(qū)內(nèi)，變頻器可短時中斷輸出保護自身設備，在電源恢復之后，當電動機仍在運轉時，機組仍在運行時，可以跟蹤電動機轉速再啟動(即所謂飛車啟

14、動功能)。從調(diào)研情況來看，高壓變頻器基本均帶有此功能。(2)給煤機、給粉機類負荷在低電壓穿越區(qū)內(nèi)，會觸發(fā)變頻器保護閉鎖，電機拖動皮帶，慣性很小，電機瞬時停轉，造成機組停機。如采用強制再啟動，也會造成鍋爐風煤配比失調(diào)，爐膛壓力劇烈波動，存在爆爐風險。四、技術改造方案參照國網(wǎng)公司的大型汽輪發(fā)電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越技術規(guī)范技術條件，從應用角度對電廠用的變頻器提出改造措施。（一）大慣性類負荷變頻器電廠中應用的輔機變頻器絕大部分屬于此類，空氣預熱器、增壓風機、凝結水泵、空冷島冷卻風機、引風機、送風機、一次風機、二次風機、給水泵、凝結水泵等設備的變頻器均可以采用失壓重啟方法或降轉速恒磁通方法v

15、/f控制方法。1 .失壓重啟方法對于大慣性負載，可采用動力電源部分采用失壓重啟方法，同時將變頻器的控制電源接到UPS電源。當?shù)碗妷喊l(fā)生時，變頻器可短時中斷輸出，對自身進行保護；在電源恢復之后，電動機仍在運轉時，機組仍在運行時，可以跟蹤電動機轉速再啟動。2 .降轉速恒磁通v/f控制方式對于允許短時負載波動的應用，此類負載所使用的變頻器，可以采用降轉速恒磁通v/f控制方式如允許降低轉速，則用本方法可使傳動設備在三相電壓較大幅度暫態(tài)跌落期間繼續(xù)運行。采用這種方法時必須考慮三相電壓暫態(tài)跌落的最大幅值、擾動最長持續(xù)時間、生產(chǎn)過程中允許的轉速降低的程度和負載特性。（二）給煤機、給粉機類負荷變頻器給煤機、給

16、粉機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。1 .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UP麻用這種方法可彳到無干擾運行，但是受限于UPS勺容量。2 .外加直流端外加電容或電池萬法外加變頻器直流母線的電容或電池，增加對變頻器內(nèi)部直流母線的儲能能力，提高變頻器內(nèi)部承受低電壓的能力。3 .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），當外部擾動引起常用電源短時中斷或短時電壓降落時，外加直流電源繼續(xù)供給變頻器，不影響終端電動機的正常運行；當工頻電源再度恢復正常供電時，變頻器改為工

17、頻電源供電。4 .增設穩(wěn)壓電源方案通過設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作，保障變頻器拖動系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行，進而確保生產(chǎn)安全。1）變頻器低電壓穿越電源裝置構成變頻器低電壓穿越電源拓撲如下圖所示。度琬器低電用穿越電源裝置圖系統(tǒng)拓撲示意圖嵋utei-該設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行供電：一路為交流供電通路，可通過原有送電線路或設置旁路開關，將三相交流電直接送入變頻器A/B/C三相交流輸入端子；另一路為直流供電通路，三相交流電能經(jīng)手動斷路器QF1送入二極管整流橋TM1-3構成的整流回路，再經(jīng)過電控開關KM

18、1變換為直流電能并儲存于電容C1和C2電感L1與IGBT構成BOOS'®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更高的直流電能儲存于電容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。電動開關KM1與電阻YR1構成預充電回路，當預充電結束之后閉合KM1實現(xiàn)在裝置初始上電時為電容C1/C2/C3/C4的平穩(wěn)充電功能。在現(xiàn)場改造施工中，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，無需對變頻器的配置、設置做任何改動，并可利用現(xiàn)場已鋪設的電纜，無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器低電壓穿越電源裝置的控制目標

19、為在系統(tǒng)電壓跌落時保證變頻器及其拖動電機系統(tǒng)的轉速、功率、轉矩不變。其工作原理介紹如下。裝置掛網(wǎng)運行時，斷路器QF1與電動開關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)，不參與裝置運行。在系統(tǒng)電壓發(fā)生跌落，進而造成C1/C2上整流得到的直流電壓跌落時，裝置內(nèi)置的控制系統(tǒng)實時監(jiān)測到此電壓跌落趨勢，將電感L1與IGBT構成的BOOST斬波升壓回路快速投入運行，保證在A/B/C三相電壓跌落期間，C3/C4上的直流電壓被舉高，維持到可保證變頻器輸出功率、電機轉矩、電機轉速均不變的電壓水平。在系統(tǒng)電壓跌落結束，系統(tǒng)電壓恢復

20、正常后，IGBT停止運行，BOOST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，切換動作時間小于1ms為無縫切換，對變頻器的穩(wěn)定運行不會造成沖擊。3）改造工程實施方案根據(jù)現(xiàn)場應用需要，采取兩部分措施。措施一，直流動力電源改造。在變頻器直流母線上，加設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勺交流動力電源。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留。圖動力電源改造示意圖措施二

21、，控制電源改造。將廠內(nèi)備用UPSfe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（三）各種技術方案特點及對比分析1 .失壓重啟及降速恒磁V/F此類方法最大的優(yōu)點是不用添加額外的硬件設備，只需在軟件配置上適當調(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載的情況，對于給煤、給粉機等應用場合不適用。2 .加裝UPS方案在變頻器前端串聯(lián)交流不間斷電源（UPS方法可做到無干擾運行，但是受限于UPS勺容量。如采用工業(yè)級大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；如采用商用級小UPS,可靠性

22、將遠不如工業(yè)級大UPS。3,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鍵負荷，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，將直接導致直流電源系統(tǒng)崩潰。多臺低穿裝置連接在直流保安電源上，一旦發(fā)生低電壓，多臺變頻器總容量對應的負荷會在瞬間切換到電池上，對直流電源造成巨大沖擊，風險過大。4,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、電容組等儲能器件也可以實現(xiàn)變頻器的低電壓穿越。該方案的優(yōu)點是原理簡單，缺點包括以下方面：1）需配備安

23、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程中會析出相當數(shù)量的氫氣，同時產(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、爆炸危險性。對于存放蓄電池的房間，通風、控溫要求極高，同時必須達到很高的防火、防爆安全等級。2）現(xiàn)場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備配備安放在獨立的蓄電池室中，由1臺蓄電池直流支撐裝置為多臺給煤機變頻器同時供電。現(xiàn)場改造時，需在蓄電池組與變頻器

24、間鋪設長距離輸電線纜和線纜橋架。用戶除蓄電池裝置費用，需承擔線纜費用、橋架費用、施工費用，整體改造工程成本大幅提高。同時現(xiàn)場施工量較大，工期較長。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，任意一臺給煤機變頻器發(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)蓄電池組的相關保護，引發(fā)蓄電池直流支撐裝置退出運行，進而造成所有給煤機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，將會引發(fā)發(fā)電機組跳機的惡劣結果。4）受運行溫度限制大，運行壽命短，電池串聯(lián)風險高蓄電池直流支撐解決方案中，解決方案中

25、的核心部件為蓄電池，具對于運行環(huán)境溫度極為敏感。一方面，在低溫環(huán)境下蓄電池會出現(xiàn)容量下降現(xiàn)象，嚴重時會出現(xiàn)整機失效；另一方面過高的環(huán)境溫度會造成蓄電池整體壽命的下降。理論上環(huán)境溫度每提高10C,電池的使用壽命將減小50%通常情況下，蓄電池標稱的使用壽命均為25。情況下評估得到的，而給煤機系統(tǒng)臨近鍋爐，具常態(tài)環(huán)境溫度有可能達到50c以上，以55c計算，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，蓄電池直流支撐方案中，需240節(jié)以上蓄電池進行直接串聯(lián)，遠多于普通電廠內(nèi)常備電源中蓄電池的串聯(lián)個數(shù)。如此多的電池串聯(lián)，將造成電池單體問電壓的極度不均衡，進而體現(xiàn)為電池用的整體壽命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，蓄電池平時多處于浮充狀態(tài)，即其配備的充電機經(jīng)常處于工作狀態(tài)。充電機為電力電子裝置，電力電子裝置的運行故障率比電動機本體運行故障率高很多。