火电机组辅机变频器低电压过渡能力测试研究

1、内 蒙 古 电 力 技 术10INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER2014 年第 32 卷第 4 期火电机组辅机变频器低电压过渡能力测试研究杨宝峰 1，陶军 1，董永乐 1，齐军 2（1.内蒙古电力科学研究院，呼和浩特 010020；2.内蒙古电力（集团）有限责任公司，呼和浩特 010020）摘要：对蒙西电网首例完成给煤机变频器改造的火电机组进行了变频器的低电压过渡能 力特性测试。根据机组运行情况及内蒙古电力调度中心要求，抽取 1 台给煤机为测试对象， 将基于调压器原理的移动式电压暂变发生仪串接在 kV 厂用母线和变频器之间，用电压暂 变发生仪模拟 kV 厂用母线发生三相

2、短路故障，分别在给煤机传送带空载和负载两种工况 下进行了变频器低电压过渡能力测试与分析，并重点描述了电压跌落至 0（.）情况下给 煤机变频器的低电压过渡能力特性。在电压跌落过程中无 MFT 指令情况下，变频器输出电 流、给煤机煤量均无明显变化；电压跌落过程中接收到 MFT 指令时，低电压过渡能力改造装 置、变频器退出运行。根据测试数据与结果，总结了火电机组给煤机变频器测试需要重视与 解决的问题。关键词：火电厂辅机；给煤机；变频器改造；低电压过渡能力测试；电压暂降 文献标志码：B中图分类号：TK4；TM 文章编号：10086218（2014）04001006Research on the Tes

3、ting of Low Voltage Ride Through Capability of Auxiliary Engine Converter of Power UnitYang Baofeng1, Tao Jun1, Dong Yongle1, Qi Jun2（1.Inner Mongolia Power Research Institute, Hohhot 010020; 2.Inner Mongolia Power (Group) Co.,Ltd., Hohhot 010020）Abstract：Converter performance was tested and analyze

4、d through the first transformed case of coal feeder converter of power units in Inner Mongolia Grid. The testing equipment with mobile voltage sag generator, was based on the principle of autotransformer. The voltage sag generator, was connected in series with the kV bus and converter, was used to s

5、imulate 0.4 kV bus which occured three- phase short circuit fault. Low voltage ride through capability of converter was tested while the coal feeder conveyor being loaded and unloaded respectively. According to the power unit operation and the control center requirements, one coal feeder converter w

6、as sampled. And the LVRT characteristics of converter was emphasized as voltage dropped to (p.u.). In the process of voltage sag without MFT instruction, the output current of converter and the conveyed volume of coal feeder fluctuated unremarkably. In the process of voltage sag with the MFT instruc

7、tion, LVRT transformed equipment and converter were out of operation. On the basis of the test data and results, the paper summarized the issues to be solved and paid attention to the test of the coal feeder converter of power units.Key words：auxiliary engine converter of power plant; coal feeder; c

8、onvertertransformation; low voltage ride through test; voltage sag收稿日期 2014-05-04作者简介 杨宝峰（1976），男，内蒙古人，博士，高级工程师，从事电力电子技术研发与测试工作。2014 年第 32 卷第 4 期杨宝峰，等：火电机组辅机变频器低电压过渡能力测试研究11故障引起的电压跌落要求火电厂变频器连续运行区域火电厂变频器可以跳闸区域-101234t/s图 1 火电厂变频器低电压穿越要求曲线20引言U（.）近年来，发电企业为提高火电厂辅机与机组的 控制性能、降低综合厂用电率，辅机系统大范围采 用变频供电方式1。当电

9、网电压降低时，为维持辅 机正常运行，变频器需要增大输出电流，但变频器 的抗过电流能力较差，一旦输出电流大于其允许 值，出于自身保护的需要，变频器会立即自动退出 运行，相应的辅机停止工作，进而启动联锁控制解 列发电机。采用变频供电方式的辅机，由于变频器较低的 抗过电流能力，在遭遇电网低电压故障时，表现为 变 频 器 低 电 压 过 渡 能 力（LVRT，low voltage ride through）不足。根据电网的实际情况，2012 年 12 月， 内蒙古电力（集团）有限责任公司印发了关于开展 火电厂辅机系统变频器低电压穿越能力整改的通 知，要求火电厂对辅机系统不具备低电压过渡能 力的变频器

10、开展专项技术改造工作，并给出了“火电 厂变频器低电压穿越要求曲线图”（见图 1）2。在国 家标准正式颁布之前，蒙西地区的火电厂辅机变频 器改造、测试及验收均依此技术要求进行。2013 年 12 月，对北方联合电力有限责任公司达 拉特发电厂（以下简称达电）3 号机组改造后的给煤 机变频器进行了低电压过渡能力测试。本次测试 采用基于自耦调压器原理的移动式电压暂变发生 仪3-5，将其串接在 0.4 kV 厂用母线和变频器之间，用 电压暂变发生仪模拟 0.4 kV 厂用母线发生三相短路 故障，分别在给煤机传送带空载和负载 2 种工况下， 测试变频器的低电压过渡能力特性。根据机组运 行情况及调度中心要求

11、，抽取 3 号机 D 给煤机为测 试对象，试验结果表明，改造后的 3 号机给煤机变频 器低电压过渡能力满足整改要求。作为蒙西电网 首例完成给煤机变频器改造与测试的机组，试验方 案与结果将为蒙西电网制订火电机组辅机变频器 低电压过渡能力改造与测试方案提供重要参考依 据。1试验标准与试验原理1.1试验标准外部故障或扰动引起的变频器进线电压幅值 和持续时间在低电压过渡区内，变频器应能够保证 电机正常运行。在国家标准正式颁布前，按照图 1 要求进行试验工作2。根据图 1 给出的标准曲线，试验选定的低电压 过渡区测试点见表 1。表 1 变频器低电压过渡区测试点序号持续时间/s电压幅度（.）12341.2

12、 试验原理图 2 为给煤机变频器低电压过渡能力测试接线 示意图。电压暂变发生仪给煤机给煤机变频器电机 M DC0.4 kV 厂用母线低电压过渡能力改造装置图 2 变频器低电压过渡能力试验接线示意图电压暂变发生仪：试验时串接在给煤机变频器 的动力电源输入回路，模拟 kV 厂用母线电压暂 变至额定电压（标幺值）的指定倍数，到达设定的时 间到达后，电压恢复至正常运行电压。低电压过渡能力改造装置：当厂用电电压短时 下降或中断时，直接对变频器的直流环节供电，以 保证变频器输出和电机运行相对稳定，同时保证变 频器控制电源正常。低电压过渡能力改造装置的 电源可来自厂用交流电、其他直流电源或者 2 种方式的组

13、合6-7。本次测试的达电 3 号机组给煤机变频 器低电压过渡能力改造装置的电源直接取自厂用 交流电。12内 蒙 古 电 力 技 术2014 年第 32 卷第 4 期uu0 uv0 uw0012345t/sa 电压暂变发生仪输入三相电压（uu0、uv0、uw0）500uu10uv1uw1-500012345t/sb 电压暂变发生仪输出三相电压（uu1、uv1、uw1）10iu10iv1iw1-10012345t/sc 电压暂变发生仪输出三相电流（iu1、iv1、iw1）600500400012345t/sd 变频器直流母线电压（Udc）500uu20uv2uw2-500012345t/se 变频

14、器输出三相电压（uu2、uv2、uw2）5iu20iv2iw2-5012345t/sf 变频器输出三相电流（iu2、iv2、iw2）图 3 给煤机传送带空载电压跌落（1.0 s、0（.） 对应的波形u/V试验内容与数据分析5000达电 3 号机组额定有功功率 330 MW，共 4 台给-5002u/V煤机（A、B、C、D），每台给煤机电机额定功率 4 kW， 每台电机配置 1 台最大功率为 kW 的西门子 MM440 变频器。4 台给煤机变频器加装 4 套型号为 GC-SGS/VSP-22M.44 kW/520 V 的低电压过渡能力 改造装置，根据现场运行情况及调度中心要求，抽 取改造后的 D

15、 给煤机进行试验。i/A试验包括 3 项内容：给煤机传送带空载时低电 压过渡能力性能测试、给煤机传送带负载时低电压 过渡能力性能测试、低电压过渡过程中改造装置接 收到 MFT（Main Fuel Trip，主燃料跳闸）指令后的 运行情况测试。U/V在测试过程中，机组出力、变频器输出电流、给 煤机传送带转速与给煤量均无明显变化。2.1给煤机传送带空载时低电压过渡能力性能测 试u/V测试选择的电压跌落设置参数分别为 s、 （p.u.），2.231 s、（p.u.），1.615 s、（p.u.），i/A s、（p.u.）。给煤机变频器在 4 次测试的前 期、中期、后期，输出电流的幅值与频率均无明显变

16、 化。图 3 为电压跌落（ s、（p.u.）对应的波 形数据。电压跌落前，给煤机变频器输入相电压有 效值为 V，在 s 时电压跌落至 V，在3.470 s 时恢复至 221.9 V，电压跌落维持 1.017 s。电压跌落前后变频器输出电流频率均为 Hz。图 4 为电压跌落开始时刻前后共计 s 时间内 的各参数波形数据。由图 4b 可见，电压暂变发生仪 输出电压在由 （p.u.）跌落到 （p.u.）的过程中， 有 15 ms 左右的拖尾时间，这是由开关切换造成的； 由图 4c 可见，在电压跌落发生后的一段时间内，电 压暂变发生仪几乎无电流输出，这是由于低电压过 渡能力改造装置直流母线电容量较大，

17、电压跌落发 生后，直流母线电压逐渐下降，在直流母线电压大 于交流输入线电压峰值前，交流电源不会对直流母 线充电，在此过程中，变频器的输入能量来自于低 电压过渡能力改造装置直流电容在电压跌落前储 存的能量。图 5 为电压跌落结束时刻前后共计 s 时间内 的波形数据。由图 5b 可见，电压暂变发生仪输出电 压在由 （p.u.）恢复至 （p.u.）的过程中，有 17 ms 左右的拖尾时间；由图 5c 可见，在电压恢复过程中，电压暂变发生仪输出电流有明显的冲击，这是由于 在电压跌落过程中，低电压过渡能力改造装置直流 母线电容持续放电，电容电压降低，当其交流输入 电压恢复时，交流电源对直流电容产生较大的

18、充电 电流。 低电压过渡过程中改造装置接收到 MFT 指令 后的运行情况测试在给煤机传送带空载情况下，低电压过渡能力 改造装置在电压跌落区间接收到 MFT 停机指令，应 立即停机。在给煤机传送带负载情况下，即在机组 运行期间，MFT 动作将导致停炉，所以不宜在机组 运行情况下进行此项测试。以人工方式模拟 MFT 停机指令，测试的波形数u/Vu/V2014 年第 32 卷第 4 期杨宝峰，等：火电机组辅机变频器低电压过渡能力测试研究13U/Vi/Au/Vu/Vu/Vu/VU/Vi/A5000-500uu0 uv0 uw0t/sa 电压暂变发生仪输入三相电压（uu0、uv0、uw0）5000-50

19、0uu1 uv1 uw1t/sb 电压暂变发生仪输出三相电压（uu1、uv1、uw1）100iu1iv1-10iw1t/sc 电压暂变发生仪输出三相电流（iu1、iv1、iw1）600500400t/sd 变频器直流母线电压（Udc）500uu20uv2uw2-500t/se 变频器输出三相电压（uu2、uv2、uw2）50-5iu2 iv2 iw2t/sf 变频器输出三相电流（iu2、iv2、iw2）图 4 给煤机传送带空载电压跌落（1.0 s、0（.） 开始过程对应的波形i/A据见图 6。电压跌落前，给煤机变频器输入相电压 有效值为 V；在 s 时电压跌落至 V， 变频器与给煤机正常工作；

20、在 s 时，接收到 MFT 停机指令，变频器停止工作；在 s 时，电 压恢复至 V，电压跌落维持 s。由图 6c 可见，从电压跌落开始约 s 时间内， 电压暂变发生仪无电流输出，变频器的能量输入来 自于低电压过渡能力改造装置直流电容在电压跌 落前储存的能量。在此过程中，变频器直流母线电 压持续下降，至电压跌落发生后 s 左右，变频器 直流母线电压下降至 500 V，电压暂变发生仪开始5000-500uu0 uv0 uw0t/sa 电压暂变发生仪输入三相电压（uu0、uv0、uw0）5000-500uu1 uv1 uw1t/sb 电压暂变发生仪输出三相电压（uu1、uv1、uw1）100iu1

21、iv1-10iw1t/sc 电压暂变发生仪输出三相电流（iu1、iv1、iw1）600500400dt/s变频器直流母线电压（Udc）5000-500uu2 uv2 uw2et/s变频器输出三相电压（uu2、uv2、uw2）50-5iu2 iv2 iw2t/s变频器输出三相电流（iu2、iv2、iw2）f图 5 给煤机传送带空载电压跌落（1.0 s、0（.）结束过程的波形i/A有交流电流输出，对低电压过渡能力改造装置充 电，充电电流明显大于正常运行情况下的充电电 流。 给煤机传送带负载时低电压过渡能力性能测 试在发电机组有功出力为 260 MW，给煤机 D 的给 煤量设定为 40 t/h，机组

22、 AGC（Automatic Generation Control，自 动发电控制）系 统退出的情况下 ，按 照（ s、（p.u.）的电压跌落参数进行测试，波 形数据见图 7。电压跌落前，给煤机变频器输入相 电 压 有 效 值 为 V，在 s 时 电 压 跌 落 至u/Vu/V14内 蒙 古 电 力 技 术2014 年第 32 卷第 4 期5000-500uu0uv0 uw00510t/s1520a 电压暂变发生仪输入三相电压（uu0、uv0、uw0）5000-500uu1 uv1 uw10510t/s1520b 电压暂变发生仪输出三相电压（uu1、uv1、uw1）100-10iu1 iv1

23、iw10510t/s1520c 电压暂变发生仪输出三相电流（iu1、iv1、iw1）60030000510t/s1520d 变频器直流母线电压（Udc）5000-500uu2 uv2 uw20510t/s1520e 变频器输出三相电压（uu2、uv2、uw2）50iu2iv2-5iw20510t/s1520f 变频器输出三相电流（iu2、iv2、iw2）图 6 MFT 停机指令测试波形5000-500uu0 uv0 uw0012345t/sa 电压暂变发生仪输入三相电压（uu0、uv0、uw0）5000uu1uv1-500uw1012345t/sb 电压暂变发生仪输出三相电压（uu1、uv1、

24、uw1）100iu1iv1-10iw1012345t/sc 电压暂变发生仪输出三相电流（iu1、iv1、iw1）600500400012345t/sd 变频器直流母线电压（Udc）5000uu2uv2-500uw2012345t/se 变频器输出三相电压（uu2、uv2、uw2）50iu2iv2-5iw2012345t/sf 变频器输出三相电流（iu2、iv2、iw2）图 7 给煤机传送带负载时电压跌落（1.1 s、0（.）对应的波形U/Vu/Vu/Vi/Ai/Au/Vu/VU/Vi/Ai/A V，在 s 时恢复至 V，电压跌落维持 s。电压跌落前后给煤机给煤量均为 t/h，变频器输出电流频率

25、均为 Hz。图 8 为电压跌落开始时刻前后共计 s 时间内 的波形数据。由图 8b 可见，电压暂变发生仪输出电 压在由 （p.u.）跌落至 （p.u.）的过程中，有 13 ms 左右的拖尾时间。由图 8c 可见，从电压跌落开始 0.3 s 左右时间内，电压暂变发生仪无电流输出，变 频器的能量输入来自于低电压过渡能力改造装置 直流电容在电压跌落前储存的能量。在此过程中， 变频器直流母线电压持续下降，至电压跌落发生后 s 左右，变频器直流母线电压下降至 500 V，电压 暂变发生仪开始有交流电流输出，对低电压过渡改 造装置充电，充电电流明显大于正常运行情况下的充电电流。图 9 为电压跌落结束时刻前

26、后共计 s 时间内 的波形数据。由图 9b 可见，电压暂变发生仪输出电 压在由 （p.u.）恢复至 （p.u.）的过程中，有 10 ms 左右的拖尾时间；由图 9c 可见，电压恢复过程中，电 压暂变发生仪输出电流有明显的冲击，这是由于在 电压跌落过程中，低电压过渡能力改造装置直流母线 电容持续放电，电容电压降低，当其交流输入电压恢 复时，交流电源对直流电容产生较大的充电电流。 2.4试验结果分析测试共进行了 9 次，其中，给煤机传送带空载测 试 4 次、给煤机传送带负载测试 4 次、低电压过渡过程 中改造装置接收到MFT指令后的运行情况测试 1 次。 本文只给出了部分测试波形，试验结果汇总见表

27、2。u/Vu/V2014 年第 32 卷第 4 期杨宝峰，等：火电机组辅机变频器低电压过渡能力测试研究15u/VU/Vu/Vi/AU/Vu/Vu/Vi/Ai/A表 2 试验数据汇总5000uu0 uv0 uw0-500t/sa 电压暂变发生仪输入三相电压（uu0、uv0、uw0）5000-500uu1 uv1 uw1t/sb 电压暂变发生仪输出三相电压（uu1、uv1、uw1）250iu1iv1-25iw1t/sc 电压暂变发生仪输出三相电流（iu1、iv1、iw1）600500400t/sd 变频器直流母线电压（Udc）5000-500uu2 uv2 uw2t/se 变频器输出三相电压（uu

28、2、uv2、uw2）250-25iu2 iv2 iw2t/sf 变频器输出三相电流（iu2、iv2、iw2）图 8 给煤机传送带负载电压跌落（1.1 s、0（.） 开始过程的波形5000-500uu0 uv0 uw0t/sa 电压暂变发生仪输入三相电压（uu0、uv0、uw0）5000-500uu1 uv1 uw1t/sb 电压暂变发生仪输出三相电压（uu1、uv1、uw1）400-40iu1 iv1 iw1t/s电压暂变发生仪输出三相电流（iu1、iv1、iw1）c600500400dt/s变频器直流母线电压（Udc）5000-500uu2 uv2 uw2et/s变频器输出三相电压（uu2、

29、uv2、uw2）50-5iu2 iv2 iw2t/s变频器输出三相电流（iu2、iv2、iw2）f图 9 给煤机传送带负载电压跌落（1.1 s，0（.）结束过程的波形传送带负荷状态电压跌落设置值电压跌落实际值变频器是否停机空载3.000 s，5（.） 3.009 s，5（.）否2.231 s，0（.） 2.239 s，5（.）否1.615 s，0（.） 1.632 s，9（.）否1.000 s，0（.） 1.017 s，5（.）否（接收 MFT 指令）10.000 s，0（.）10.002 s，0（.）3.000 s，5（.） 3.017 s，0（.）2.231 s，0（.） 2.247 s，

30、0（.）空载是负载否否1.615 s，0（.） 1.633 s，9（.）否1.100 s，0（.） 1.110 s，5（.）否i/A由表 2 可知，电压跌落实际值与电压跌落设置 值误差在允许范围内2，改造后的变频器在给煤机 传送带空载、负载状态下均可完成规定的低电压过 渡过程；在给煤机传送带空载情况下，低电压过渡 过程中接收到 MFT 指令，变频器立即停机。3结论通过对达电 3 号机组给煤机变频器低电压过渡 能力测试，得出以下结论：（1） 给煤机传送带负载测试过程中，应考虑被 测给煤机工作状态变化对机组出力（下转第 23 页）2014 年第 32 卷第 4 期张 冬，等：蒙西电网 500 kV

31、 架空输电线路跳闸情况分析及预防措施23线路要求的平地 7 、山区 15 的接地电阻要求，在 重点防雷塔段安装塔头避雷针。3.2降低鸟害跳闸率在预防鸟害方面，应合理提高鸟害多发区线路 铁塔防鸟设施的安装数量，优化防鸟设施安装位 置，合理组合各类防鸟设施，改进防鸟害措施。目 前采取的综合防鸟害措施具有防止大型鸟类在杆 塔上停留的作用，能够有效降低鸟害跳闸率。根据 候鸟迁徙习惯，要在每年 8 月前，依据前一年的巡视 检查记录，完成本年度防鸟设施的补充安装工作。 3.3降低外力破坏跳闸率在防止外力破坏方面，要掌握杆塔所处地理位 置的特点、线路通道情况、季节特点，做好事故预防 工作。同时应做好沿线群众

32、的宣传教育工作，结合 月度巡线、重大节日及政治保电、安全月活动等对 沿线居民、厂矿、施工作业现场进行护线教育，散发 电力设施保护传单等。3.4降低风偏跳闸率在防止风偏跳闸方面，要摸底排查线路微地 形、微气候区域，加强对易发风偏区等特殊区域的 划分，排查存在风偏隐患的塔位，提前制订有针对 性的治理措施计划。利用线路停电机会完成年度 风偏跳闸线路区段加装重锤、导线加绝缘护套等措 施，提高线路抵御自然灾害的能力3。参考文献：1 薛彬.内蒙古 500 kV 电网雷击跳闸分析J.科技与企业，2013，22（14）：146-148.2 迟顺林，孙兴国，孙先峰.输电线路警示标志应用及成效J.科技创新导报，2013，10（24）：57.3 肖东坡.500 kV 输电线路风偏故障分析及对策J.电网技