1 000 MW机组给煤机低电压穿越改造研究

2023-11-09刘建义

机电信息 2023年21期

刘建义闫超

（广东惠州平海发电厂有限公司，广东惠州 516363）

0 引言

机组正常运行时，一旦电网或单元机组电源电压发生瞬时波动，电压下降幅度超过给煤机变频器或控制回路中控制模块的低压跳闸值后，给煤机的跳闸概率将直线上升，进而引起FSSS全炉膛灭火保护动作，单元机组跳闸，若是电网因素导致电压波动，会导致全部给煤机跳闸甚至全厂停电[1-2]。鉴于此，各发电厂正积极开展研究，采用不同的方式方法实现给煤机低电压穿越改造。

1 机组概况

某厂2×1 000 MW超超临界机组共设有12台给煤机，均安装在1、2号机组给煤机平台处（单台机组配置有6台给煤机）。每台给煤机均配置一个就地控制柜及变频器，用于控制给煤机系统的运行。给煤机是按照负荷指令要求能准确调节给煤量的机械设备，给煤量直接与锅炉负荷相适应。给煤机型号为CS2036，由上海发电设备成套设计研究院提供。给煤机皮带电机由单一变频器驱动，变频器由给煤机就地控制柜中的主板等控制模块控制。其结构型式与国内大多数直流发电机组相同。

2 给煤机变频器低电压穿越技术要求

根据《大型汽轮发电机组一类辅机变频器高、低电压穿越技术规范》，对给煤机变频器的低电压穿越能力要求如下：电源电压跌落到不小于0.2倍额定电压时，持续时间不大于0.5 s；电压跌落到不小于0.6倍额定电压时，持续时间不大于5 s；电压跌落到不小于0.9倍额定电压时，持续时间不小于5 s，变频器能正常运行。

3 优化改造方案

分析现有控制系统回路，针对以下几方面进行优化改造。

3.1 动力电源改造

3.1.1 新增低电压穿越装置

对单台给煤机增设低电压穿越装置，并更换旧型变频器为低电压穿越型变频器，该新型变频器可以同时接收原来的380 V交流电及低电压穿越装置输出的520 V直流电。保留原来给煤机变频器供电线路不变。新增加的低电压穿越电源装置电压输入AC380 V，输出为DC520 V。将低电压穿越电源装置的直流输出直接接入新型变频器，其原理如图1所示。

图1 新增低电压穿越装置原理图

从图1可以看出，低电压穿越电源装置的DC520 V输出接入变频器的供电直流母线作为防电压跌落旁路直流电源，与原有AC380 V电源同时作为变频器电源。

低电压穿越装置工作原理如下：

1）在输入交流电压正常时，给煤机变频器采用交流供电回路，变频器输入、输出电压正常，给煤机变频器与给煤机正常运转。此时低电压穿越装置不工作，处于热备用状态。即在系统电压正常的情况下，低电压穿越装置处于旁路热备用模式，给煤机变频器由原电源系统直接供电，低电压穿越装置内电源变换模块处于休眠状态，不参与运行。

2）当给煤机变频器的交流输入电压低于正常电压值时，低电压穿越装置自动投入，其输出520 V直流电供给变频器直流供电回路，维持给煤机变频器主功率回路在正常值，保证给煤机正常运转。在给煤机变频器的交流输入电压恢复正常后，低电压穿越装置自动退出，处于热备用模式。给煤机变频器切换为正常交流供电。

3）低电压穿越装置处于热备用还是输出直流供电由装置内部器件完成，无须人为操作，实现低电压时无缝切换，不会对变频器稳定运行造成冲击。

3.1.2 更换给煤机动力电源断路器

原给煤机动力电源（380/220 V锅炉段—MCC配电柜）抽屉开关中的断路器额定电流为32 A，断路器容量满足不了新增低电压穿越装置的配电要求，需要更换。原因如下：加装变频器低电压穿越装置之后，在厂用锅炉段交流电源AC380 V正常的情况下，变频器由厂用电提供AC380 V，低电压穿越装置处于热备用状态；当厂用交流电源AC380 V出现低电压穿越时，变频器由低电压穿越装置提供DC520 V，才能使变频器继续正常运行，此时给煤机动力配电线路上的电流是由低电压穿越发生后交流电压下降的深度决定，如果按照DL/T 1648—2016《发电厂及变电站辅机变频器高低电压穿越技术规范》中变频器瞬时低电压穿越区的极限值20%Ue即AC76 V，线路上的最大电流I相=（7 500 W/76 V）/1.732≈57 A（变频器功率7 500 W），匹配的断路器额定电流为63 A。

3.2 控制回路电源优化

原给煤机控制回路电源由380 V动力电源经变压器变压后提供，存在动力电源电压降低时，控制回路不能正常工作的问题。优化内容为增加电源切换装置，敷设相关电缆至给煤机就地控制柜中，对给煤机控制回路单独供电。

1）原给煤机控制回路电源存在的问题：

现在某厂给煤机控制回路电源是由锅炉AC380 V送入给煤机就地控制柜内L1/L2/L3，经过就地空开CB后进入控制柜，分别分配给变频器、清扫链条电机、给煤机控制系统内部继电器及控制板（经过变压器AC380 V转换成AC120 V）使用，即动力电源和控制电源是由同一路电源供电。给煤机低电压试验表明，这个结构的控制回路，当给煤机就地控制回路电压波动及瞬间失电时会造成给煤机的异常跳闸（即控制回路中的继电器、控制板等电子元件在低电压时会停止工作，导致给煤机异常跳闸），存在安全隐患。

2）控制回路电源优化改造方案：

针对该问题，对给煤机控制回路电源进行优化改造：将现有给煤机控制柜中的动力电源和控制电源分开，在电子间中分别新增加两套AC220 V电子式电源切换装置（含电源柜，切换装置切换时间≤5 ms），一套电源切换装置给单台机组的3台给煤机控制回路AC220 V供电，并敷设相关电缆至给煤机就地控制柜中，同时把原有控制回路中的AC380/120 V变压器更换为AC220/120 V变压器，以此对给煤机控制回路单独供电。

由于新增的电源切换装置两路输入电源分别来自“机组UPS电源盘1”“机组UPS电源盘2”两电源柜（电子间）中的两路AC220 V电源，当一路电源失去或异常后，立即切换到另外一路电源输出，从而能保证控制回路的正常供电。

3.3 稳定控制动作回路时序优化

根据控制回路原理，在给煤机遥控启动自保持回路中增加时间延时继电器[3]，当发生启动自保持回路因低电压自保持触点断开时，实现回路自保持功能。

经过现场测试，该厂给煤机控制回路的交流控制继电器失电返回时间在1.8～3 ms之间，当电源切换装置发生切换时，存在切换时间比继电器失电返回时间大的情况出现，这样就会造成给煤机启停信号自保持回路断开。因此，单纯采用5 ms内双电源切换并不能满足低电压穿越要求，所以在给煤机控制回路中增加延时继电器，方法如下：

1）增加一个延时继电器。

2）具体改造的电气原理图如图2所示，延时继电器KT1常开接点15、18并联在启停回路FS继电器常开接点16、17两端，KT1线圈与FS并联。

图2 控制回路新增延时继电器原理图

原理简述：FS启停回路动作后，回路中16、17指令常开触点接通，延时继电器KT1线圈同时带电动作，常开触点KT1闭合，与FS同时构成自锁回路；给煤机控制器电源由于切换瞬间失电时，FS即使因失电断开，但由于KT1常开接点延时一段时间才断开，因此在交流电压恢复前，FS仍然可以保持自锁状态，避免了瞬间失电导致给煤机异常跳闸的情况出现。