火电厂防止变频器低电压穿越的举措及应用

张永龙

摘 要：近年来，火电厂发生多起由于系统低电压引起重要辅机设备退出，进而导致运行机组跳闸事件，严重影响了电力系统的安全稳定运行。为了保证火电厂机组的稳定运行，提高辅机设备变频器低电压穿越能力，提出了防范举措，阐述了低电压装置在火电厂的工作原理和实际应用效果。

关键词：辅机设备;变频器;低电压穿越;低电压穿越装置

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

1 引言

随着火电厂节能增效改造的不断实施，变频器广泛应用于火电厂的重要辅机设备，而电网电压的短时跌落，会引起变频器的低电压保护动作，从而变频器输出闭锁，造成辅机设备停运，最终导致会发电厂运行机组的跳机，电网大幅度减负荷现象。此类事故的发生，一方面影响发电厂发电连续性和经济性，并造成电厂发电设备损坏，另一方面对电力系统造成了冲击，加剧系统故障程度，严重影响电力系统的安全稳定运行。为了确保系统故障时发电机组不因低电压穿越能力不足而跳闸，提高辅机设备变频器低电压穿越能力越来越重要。

2 防止变频器低电压穿越的举措

（1）采用将转速恒磁通V/f控制方法，变频器在电源电压瞬时和短时大幅度跌落期间可持续运行，但在实际运用中，要考虑当电源三相电压瞬时跌落最大幅值、跌落最长持续时间、生产过程中转速降低程度和负载特性，可运用于给煤机、给粉机等小惯性重负载辅机变频器，同时根据负载率要降低变频器低压保护值。（2）外加串联交流不间断电源（UPS）为变频器提供旁路电源，由于UPS容量的限制，這种方法很少应用于现场。（3）为变频器外加并联直流电源。在变频器直流母线端子外加一路直流电源，直流电源可以为防电压跌落旁路直流电源、蓄电池电源或电厂直流保安电源，当外部扰动引起变频器工作电源短时电压中断或电压跌落时，变频器由外加直流电源向其供电，保证辅机设备正常运行，当正常电源恢复时，变频器切回常用工作电源供电，这种方法可靠性高，可广泛应用于火电厂辅机设备。（4）发生瞬时低电压时，降低变频器运行频率。当变频器低频率运行在瞬时低电压区，虽然即防止了变频器损坏，又不会导致辅机设备因低电压而停止运行，但需要考虑辅机设备低频率运行阶段对发电机组的主设备的影响，不能因为辅机设备低频率造成主设备损坏或跳闸停运。由于发电厂工况的不同，所以此方法在实际运用中需要做大量试验，以确保主设备与辅机设备能在低电压阶段稳定运行。

3 低电压穿越装置的工作原理

为了使变频器在低电压阶段能安全可靠运行，满足火电厂重要辅机设备的运行要求，通常可以采用变频器外加并联直流电源的方法实现，但由于发电企业直流电源电压等级的局限性，所以加装变频器低电压穿越装置为变频器提供外加直流电源，同时将变频器的控制电源改为UPS系统提供，保证在系统电压跌落时保证变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变，确保发电机组正常运行。其工作原理如下：

在变频器工作电压正常的状态下，变频器母线电压正常且正常工作，电源通过交流送电回路送入变频器交流输入端子，满足装置备用条件，低电压装置中的中央控制单元向断路器、电动开关等执行单元发出合闸命令，此时直流回路处于备份状态，不参与变频器运行。

在系统电压发生跌落时，装置内置的控制系统实时监测到此电压跌落趋势，当下降至低于要求的额定电压，装置瞬时投入运行，在A、B、C三相电压跌落期间，通过升压回路将跌落的交流电压提升到500V直流电压，通过变频器的直流母线对变频器供电，使其维持到可保证变频器输出功率、电机转矩、电机转速均不变的电压水平。

在系统电压跌落结束，系统电压恢复正常后，装置停止运行，升压回路退出工作状态，恢复到备用状态，变频器的供电仍由三相交流送电回路提供。低电压装置中，交流送电通道与直流送电通道的切换由电力电子器件（IGBT）完成无缝切换，切换动作时间小于1us，对变频器的稳定运行不会造成冲击。

4 低电压穿越装置的应用

给煤机系统是火电厂中重要的辅机设备，当给煤机系统故障后，严重影响机组的稳定运行，给煤机变频器加装低电压穿越装置，提高低电压穿越能力至关重要。

对加装低电压穿越装置的给煤机变频器分别进行电源电压跌落到90%额定电压、60%额定电压、20%额定电压（0.5s）、20%额定电压（30s）试验，录波图如下：

试验证明：电源正常时，低穿装置无输出，当试验电源电压跌落至90%、60%、20%、20%额定值时，分别保持时间30s、5s、0.5s、30s时，低电压穿越装置输出正常，给煤机正常运行。

5 结束语

总之，确保火电机组和电网的安全稳定，辅机设备系统的可靠运行的至关重要。为了提高这些重要辅机设备稳定性，变频器低电压穿越装置得到了广泛的运用。变频器低电压穿越装置保证了辅机设备在系统低电压时能够快速、平稳的完成切换运行，因此，低电压穿越装置应用必将在发电厂中发挥越来越重要的作用。