关于低电压穿越装置异常电流输出的处理方法

2021-09-28吴长波

中国设备工程 2021年18期

吴长波

（神华国能宝清煤电化有限公司，黑龙江双鸭山 155600）

低电压穿越装置即抗低电压扰动装置，以下简称“低穿装置”。在火电厂，380V给煤机变频器抗低电压扰动主要有两种方式：（1）在变频器直流母线加装蓄电池，蓄电池平时不参与给煤电动机运行，当系统发行暂态故障，电压出现晃动时才参与运行，维持给煤机运转。（2）利用380V动力电源，在给煤机变频器直流母线上加装低穿装置（即AC/DC或DC/DC）,进行直流变换，当系统输入电压低于额定电压90%、60%、20%，低穿装置升压回路启动，向给煤机变频器直流母线供电，保证给煤机变频器输出稳定，使变频器带电动机运转一段时间。本文介绍了AC/DC低穿装置异常输出的原因及处理方法。

1 存在的问题

AC/DC低穿装置在系统电压正常时，给煤机电机由变频器供电运行。检查中发现，接于变频器直流母线上的低穿装置总是有3A左右的直流电流流入到变频器直流母线，这相当于给煤机电机运行是由给煤电机变频器和低穿装置同时供电，需解决这个问题。

2 变频器、低穿装置AC/DC变换回路简图

变频器内部主接线如图1，接入变频器的三相交流电源UR、US、UT经AC/DC变换成直流电压，其中p（+）、N（-）为变频器直流母线。低穿装置的直流输出直接接在p（+）、N（-）端。

图1

低穿装置内部接线如图2，接入低穿装置的三相交流电源UR1、US1、UT1经AC/DC变换后直流电压从p1（+）、N1（-）两点测量。

图2

当系统电压正常时，p1（+）、N1（-）两端的电压经低穿装置的旁路直接输出到变频器直流母线上，变频器直流母线电压高于低穿装置的输出电压，所以低穿装置没有直流电流输出给变频器。只有当系统电压瞬间跌落时，低穿装置升压回路启动，将跌落的系统电压提升，使变频器直流母线p（+）、N（-）的电压保持在正常工作范围内，防止变频器直流母线电压过低而跳闸，以维持给煤电机继续运行一段时间。

3 低穿装置有异常电流输出原因分析

根据现场变频器三相电源及低穿装置的三相电源电压的测量，发现两者交流电压存在偏差，比如，1#炉1#给煤机变频器在满负荷时交流电源UR、US、UT三相线电压为392V，此时，低穿装置三相交流电源UR1、US1、UT1三相线电压为397.5V。查工程施工资料，给煤机变频器及低穿装置三相交流电源均从锅炉PC段配电间引接，变频器柜安装在给煤机旁，距离电源比较远，电源电缆采用ZRC-YJY 4×6长度140m；而低穿装置安装在锅炉PC配电间内，距离电源非常近(近似系统电压397.5V)。根据交流电流在电缆中的电压降ΔU

式中，I为电缆中的电流(给煤机变频器满负荷时，变频器交流电源电缆电流为12A)；P为铜电阻率0.0175；L为电缆长度(m)；S为电缆线芯截面积(mm2)。

因电缆压降，接于给煤机变频器交流电压为397.5-4.9=392.6V。低穿装置距电源比较近，三相交流电缆压降可以忽略，接于低穿装置的交流电源电压为397.5V。

式中，VD为AC/DC变换输出的直流电压；VS为交流电源的相电压；V1为交流电源的线电压。

给煤机变频器其直流母线P（+）、N（-）两端电压为VD=1.35×392.6=530V；

低穿装置输出P1（+）、N1（-）两端直流电压为VD1=1.35×392.6≈536V。

由于变频器与低穿装置三相交流电源电压偏差达4.9V，经AC/DC变换后,使两者的直流输出产生Δu=6.6V的直流电压偏差，变频器直流母线电压低于低穿装置的输出电压，低穿装置输出端就会有直流电流流向变频器直流母线，即上面提到的异常电流输出。

4 处理方法

通过在低穿装置的输出回路串接硅二极管，利用二极管的阈值电压特性，使低穿装置输出端直流电压小于变频器直流母线电压，当系统电压没有跌落时，硅二极管处于截止状态，此时，低穿装置无直流电流输出。当系统电压下降至低于要求的额定电压时，低穿装置升压回路将跌落的系统电压提升，硅二极管导通，向变频器的直流母线供电，维持给煤电动机短时间运行。

硅二极管选用ZP200A，1600V，阈值电压0.7V,带散热片（自带风扇），将N支串接固定在绝缘板上，二极管绝缘板见图3(尺寸标注单位mm，二极管数量可根据实际需要调整)，在中部设有绝缘隔板。二极管绝缘板安装在低穿装置柜上部，在每台低穿装置柜上部各钻一个φ20mm的圆孔，用绝缘套套在圆孔上，二极管绝缘板的+、-极用绝缘导线从圆孔穿过接到低穿装置输出回路中，二极管绝缘板的+极接到低穿装置输出的+极，二极管绝缘板的-极经原有的电缆接到变频器的P（+）端。固定二极管的螺栓帽用绝缘漆涂抹，防止与低穿装置柜外壳相碰，避免接地。

图3

阈值电压大小与硅二极管材料有关，一般为0.5～0.7V。

通过本次改造，当系统电压正常时，1#给煤电动机由变频器供电，低穿装置无直流输出。当系统电压跌落时，低穿装置的升压回路给变频器直流母线供电，有直流电流输出，使给煤机在短时间内输出功率不变。经试验，这种方法是可行的。

若将低穿装置柜移到变频器柜旁边，三相交流电源电压相等，也可解决两者直流输出存在电压偏差问题。因1#、2#炉共16台给煤机变频器，接于低穿装置电缆共计7200m已敷设完，槽盒盖板已封闭，电缆防火封堵已完成，若变更低穿装置的安装位置会使原有的部分电缆长度不足。经统计移位低穿装置柜需重新采购电缆4050m，电缆敷设需搭设脚手架等，电缆采购及敷设施工概算31万元。通过增加串接硅二极管方法解决低穿装置异常电流输出，总费用为2万元，节省改造费用。