火电机组辅机低电压穿越解决方案

1、 火电机组辅机低电压穿越解决方案北京四方继保自动化股份有限公司北京四方继保自动化股份有限公司课题来源：系统低电压故障对敏感负荷变频器连续运行的威胁课题来源：系统低电压故障对敏感负荷变频器连续运行的威胁典型案例分析：电厂给煤机变频器低电压闭锁，引发跳机事故典型案例分析：电厂给煤机变频器低电压闭锁，引发跳机事故起因：起因：伊敏电厂开关CT故障，造成500kV系统母线接地过程：过程：厂用变电压跌落，给煤机变频器低电压闭锁，触发炉膛灭 火保护（MFT），机组跳机范围：范围：伊敏电厂、相邻120km的呼伦贝尔电厂大负载投入导致低电压现象大负载投入导致低电压现象问题：问题：据东北区电厂专工反映，部分电厂在

2、投入厂内大负荷负载时，也有引起厂内供电系统低电压，导致变频器保护的现象发生例如：例如：吉林白城电厂，吉林长山电厂，之前都发生过，当厂内大功率水泵投入时，出现给煤机变频器保护现象。厂内和厂外原因都会引起厂内和厂外原因都会引起厂用电电压短时降低厂用电电压短时降低厂内部原因，如：大型设备起停、非平衡设备干扰等。厂外部原因，如：线路故障、雷击、电气设备短路、接地等。500kV侧故障对侧故障对0.4kV母线电压的影响母线电压的影响基于基于RTDS仿真分析仿真分析为了分析500kV出口故障对0.4kV母线电压的影响，特建立模型。500kV侧故障对侧故障对0.4kV母线电压的影响母线电压的影响基于基于RTD

3、S仿真分析仿真分析 模型含#3、#4两台发电机组，其余系统全部等效至500kV母线。鉴于6.3kV和0.4kV母线正常状态下为分列运行，所以只模拟一台高厂变及一台锅炉变，这样就得到一段6.3kV母线和一段0.4kV母线。名称名称正正 序序 阻阻 抗（抗（）零零 序序 阻阻 抗（抗（）大方式0.805+j8.0501.603+j16.03小方式1.185+j11.851.858+j18.58等值系统等值系统(除3#、4#机组外，全部系统等效至500kV母线)500kV侧故障对侧故障对0.4kV母线电压的影响母线电压的影响基于基于RTDS仿真分析仿真分析 大方式，500kV母线出口处 CN故障：大

4、方式，500kV母线出口处 BC故障：大方式，500kV母线出口处 CAN故障：大方式，500kV母线出口处 ABCN故障：大运行方式:500kV500kV母母线故障类线故障类别别0.4kV0.4kV母线母线 A A相电压相电压0.4kV0.4kV母线母线 B B相电压相电压0.4kV0.4kV母线母线 C C相电压相电压幅值(kV) 百分比(%) 幅值(kV) 百分比(%) 幅值(kV) 百分比(%)正常运行0.232100.00.232100.00.232100.0AN0.18378.90.22898.30.17575.4BN0.17475.00.18278.40.22597.0CNCN0

5、.22597.097.00.17475.075.00.18378.978.9AB0.09942.70.20487.90.17274.1BCBC0.17475.075.00.09842.242.20.20487.987.9CA0.20588.40.17675.90.09842.2ABN0.09540.90.17475.00.14261.2BCN0.13859.50.09540.90.17374.6CANCAN0.17173.773.70.13658.658.60.09540.940.9ABCNABCN0.08837.937.90.08737.537.50.08837.937.9小方式，500kV

6、母线出口处 AN故障:小方式，500kV母线出口处 AB故障：小方式，500kV母线出口处 BCN故障：小方式，500kV母线出口处 ABCN故障：小运行方式:500kV500kV母线母线故障类别故障类别0.4kV0.4kV母线母线 A A相电压相电压0.4kV0.4kV母线母线 B B相电压相电压0.4kV0.4kV母线母线 C C相电压相电压幅值(kV)百分比(%)幅值(kV)百分比(%)幅值(kV)百分比(%)正常运行0.2321000.2321000.232100ANAN0.18680.280.20.241103.9103.90.18680.280.2BN0.18278.40.1807

7、7.60.237102.2CN0.241103.90.18178.00.18680.2ABAB0.10444.844.80.21391.891.80.21090.590.5BC0.20889.70.10344.40.21492.2CA0.21391.80.20789.20.10344.4ABN0.10043.10.17876.70.17374.6BCNBCN0.17374.674.60.10043.143.10.17977.277.2CAN0.17776.30.17173.70.10043.1ABCNABCN0.09239.839.80.09340.040.00.09239.539.5 东北电

8、网等多家电网公司对发电厂重要运行辅机低电压穿越能力提出了具体的要求：要求重要辅机的要求重要辅机的变频拖动系统，在系统电压跌落至变频拖动系统，在系统电压跌落至20%且持续且持续10s的的情况下，具备完备可靠的低电压穿越能力，确保系统情况下，具备完备可靠的低电压穿越能力，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或出故障时发电机组不因低电压穿越能力不足而跳闸或出力波动。力波动。闭锁原因闭锁原因1 1：变频器柜控制电源跌落，控制信号丢失。：变频器柜控制电源跌落，控制信号丢失。闭锁原因闭锁原因2 2：变频器直流电压跌落引起变频器故障：变频器直流电压跌落引起变频器故障变频器输出的交流电压最大值U

9、ab（max）受到直流母线Udc的限制：UabUab（maxmax）=M=M* *UdcUdc其中M为PWM最大电压利用率，与PWM的控制方式有关，Uab为变频器输出线电压，Udc为变频器直流母线电压。在Udc跌至60%-70%之间时，变频器报欠压故障，停止输出。电厂名称电厂名称xxxxxx电厂电厂序号辅机变频器名称变频器型号及厂家变频器数量电压等级（V）低电压定值（V）低电压延时(s)是否存在低电压跳闸风险5磨煤机旋转分离器变频器ACS550-01-157A-424380V直流欠压 324V瞬时存在低电压穿越变频器跳闸，全停可能造成机组MFT6给煤机变频器AC-Tech M1475C2438

10、0V1000 m时，应按GB/T 3859.2规定降额使用噪音65dB距离1 m处测量防尘等级IP42电气参数电气参数项目项目单位单位参数参数备注备注单机额定功率kW跌落深度对应功率0.2pu20kW额定电压范围V3801pu最低穿越电压V760.2pu输出520V直流电源穿越极限时间s30秒以下全部工况下连续可靠运行时间h50000旁路切换时间ms1维护方式免维护散热方式强迫风冷厂内试验与型式试验厂内试验与型式试验试验内容试验内容 绝缘电阻测试：绝缘电阻测试：500M500M 介质强度试验：介质强度试验：2.5kVAC2.5kVAC 冲击电压试验：输入、输出对地冲击电压试验：输入、输出对地5

11、kV5kV 快速瞬变干扰试验：快速瞬变干扰试验：A A级级 静电放电干扰试验：静电放电干扰试验：4 4级级 浪涌（冲击）抗干扰试验：浪涌（冲击）抗干扰试验：4 4级级 射频传导骚扰抗扰度试验：射频传导骚扰抗扰度试验：3 3级级 装置功能及测量元件准确度检测装置功能及测量元件准确度检测厂内试验与型式试验厂内试验与型式试验电压维持功能试验电压维持功能试验 电压跌落等级：电压跌落等级：0.8pu；0.6pu；0.4pu；0.2pu 电压跌落持续时间：电压跌落持续时间： 1s；10s；60s 考察量：直流功率电源输出考察量：直流功率电源输出厂内试验与型式试验厂内试验与型式试验电压跌落至电压跌落至0.2

12、pu0.2pu，持续时间，持续时间60s60s，全过程波形，全过程波形黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；厂内试验与型式试验厂内试验与型式试验电压跌落时刻展开图电压跌落时刻展开图黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；厂内试验与型式试验厂内试验与型式试验电压穿越过程中展开图电压穿越过程中展开图黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；厂内试验与型式试验厂内试验与型式试验电压恢复时刻展开图电压恢复时刻展开图黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；中国电科院检测报告中国

13、电科院检测报告中国电机工程学会技术鉴定中国电机工程学会技术鉴定 鉴定委员会由来自中国南方电网公司、国网北京经济技术研究院、国家电力调度通信中心、清华大学、北京交通大学、北方联合电力公司、国投电力公司、浙江省能源集团公司以及吉林、浙江、湖南、河北等省电力公司调度通信中心的电力系统专家等组成。2012年3月22日在北京顺利通过了中国电机工程学会组织的技术鉴定。中国电机工程学会技术鉴定中国电机工程学会技术鉴定 伊敏电厂给煤机变频器低电压穿越改造现场伊敏电厂给煤机变频器低电压穿越改造现场呼伦贝尔电厂给煤机变频器低电压穿越改造现场呼伦贝尔电厂给煤机变频器低电压穿越改造现场华能海南东方电厂给煤机变频器低电

14、压穿越改造现场华能海南东方电厂给煤机变频器低电压穿越改造现场蓄电池方案与电力电子方案比较蓄电池方案与电力电子方案比较1.安全可靠性安全可靠性 蓄电池平时多处于浮充状态，故需要其配备的充电机一直处于工作状态，充电机属传统电子设备，根据电力传动业内统计结果，其运行故障率是电动机运行故障率的近百倍，该充电机的使用，将极大增加蓄电池系统的故障率 低穿装置平时处于旁路状态，变频器由电网直接供电，装置整体（电源变换模块）处于休眠状态，不参与运行，由此降低装置中电力电子器件投入使用的工作时间，从而降低故障率。另外装置控制用电部分采用无UPS设计，引用进口高质量的宽范围输入开关电源，进一步提高装置供电安全可靠

15、性。2. 维护工作量及故障检验维护工作量及故障检验 蓄电池支撑方案中，为保证蓄电池的寿命，需对蓄电池进行定期的全冲放维护，此维护过程耗时较长。同时，常规蓄电池方案不具备自检及故障自诊断功能，应用蓄电池方案时为了达到系统要求的额定直流电压和电流，会将电池大量的串并联，在充放电过程中因为一致性不同会造成电池的不均衡性放大，以及内部环流问题都会加速降低电池的使用寿命，单体电池发生欠压或者过压等故障时都无法上传故障报警信息，非常不利于现场故障的及时发现和排查。 电力电子方案采用免维护设计，其使用过程中无需工作人员对其进行任何操作和维护，该装置集成定期自检功能，对于自检中发现的问题，具备强大的故障自诊断

16、功能，并可将故障诊断结果通过硬接点、通讯等多种方式上送至后台管理系统，方便故障的统计和记录。3.3.环境要求环境要求 蓄电池方案中，蓄电池对于运行环境温度较为敏感。一方面，在低温环境下蓄电池会出现容量下降现象，严重时会发生整机失效；另一方面，过高的环境温度会造成蓄电池整体寿命的下降。理论上环境温度每提高10度，电池的使用寿命会减少50%，因给煤机系统临近锅炉，其常态温度可能达到50度以上，以55度计，蓄电池的寿命将仅为理想的25度情况下的12.5%，电池失效及更换频率将极高。 电力电子方案低穿装置中没有储能元件，核心部件是先进的智能功率单元IPM，其结温耐受能力达到150度以上，自身集成有超温过流等保护，很难因外部原因对其造成损坏，整个低穿装置所有器件均可在环境温度65度以下长时间稳定运行。4.4.安装场地和施工安装场地和施工 受限于蓄电池对于环境温度的敏感性，蓄电池方案通常为集中供电式方案，即将蓄电池组及其辅助设备放置于一个独立的配备空调的配电室，由一套蓄电池系统为多台给煤机变频器同时供电，之间以长电缆连接。这种方式下，任意一台给煤机变频器发生故障，或任意连接线缆发生破皮、短路，都有可能触发蓄电池组的过流保护，进而造成多台给煤机系统的同时瘫痪。 电力电子方案为分布式解决方案，因低电压穿越装置体积较小（600 x600 x1000），可以每台给煤机变频器