火電廠給煤機(jī)低電壓技術(shù)研究與應(yīng)用

鐘振坤，駱華志，王犖犖

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050）

0 引 言

給煤機(jī)是火電廠的重要輔機(jī)設(shè)備。該設(shè)備采用變頻器裝置后，由于變頻器本身的保護(hù)特性，對電壓波動比較敏感，要求輸入電壓具有一定穩(wěn)定性。實際運行中，由于電廠內(nèi)部故障和外部故障等，導(dǎo)致電壓波動或者跌落時發(fā)生給煤機(jī)跳閘事件，嚴(yán)重時會導(dǎo)致機(jī)組跳閘[1]。為提高機(jī)組安全性，需優(yōu)化和改造給煤機(jī)變頻器調(diào)速裝置。

1 給煤機(jī)低電壓穿越技術(shù)

輔機(jī)低電壓穿越是指由于外部故障等原因?qū)е螺o機(jī)變頻器輸入電壓瞬間發(fā)生變化或者短時間內(nèi)降低，超過了變頻器規(guī)定的額定電壓范圍，變頻器需采用可穩(wěn)定運行的方式，保證設(shè)備正常運行。具體地，依據(jù)《發(fā)電廠及變電站輔機(jī)變頻器高低電壓穿越技術(shù)規(guī)范》DL/T-2016的要求，給煤機(jī)低電壓穿越區(qū)如圖1所示。

圖1 發(fā)電廠及變電站輔機(jī)變頻器低電壓穿越區(qū)

低電壓穿越主要分為三個區(qū)域，分別是進(jìn)線電壓跌落到額定電壓20%時，可在不小于0.5 s的時間內(nèi)穩(wěn)定運行；進(jìn)線電壓跌落到額定電壓60%時，可在不小于5 s的時間內(nèi)穩(wěn)定運行；進(jìn)線電壓跌落到額定電壓90%時，能持續(xù)穩(wěn)定運行[2]。

2 故障原因分析

當(dāng)外部電源故障引起電壓瞬間降低時，給煤機(jī)變頻器會因輸入電壓的瞬間降低，觸發(fā)低電壓閉鎖保護(hù)信號驅(qū)動電機(jī)停止運行。當(dāng)電壓低的故障信號消除后，由于變頻器自身設(shè)計和熱工邏輯規(guī)劃，給煤機(jī)不能自行恢復(fù)運行。當(dāng)同段上多臺設(shè)備出現(xiàn)故障時，很可能會觸發(fā)熱工保護(hù)信號“缺失全部燃料”，導(dǎo)致鍋爐MFT。具體原因如下。

（1）變頻器不具有低電壓穿越能力

變頻器工作原理是通過整流橋?qū)⑤斎氲慕涣麟娹D(zhuǎn)換成直流電，然后經(jīng)過濾波電容濾波穩(wěn)壓，在由IGBT構(gòu)成的逆變橋逆變?yōu)榻涣麟娸敵鲋两o煤機(jī)，其中變頻器的控制系統(tǒng)通過改變導(dǎo)通角的開斷來達(dá)到變頻功能[3]。因此，當(dāng)變頻器的輸入電壓跌落時，無法維持穩(wěn)定的輸出電壓。

（2）給煤機(jī)控制裝置電源不合理

給煤機(jī)動力電源經(jīng)過降壓后供給于給煤機(jī)控制器，當(dāng)給煤機(jī)的輸入電壓瞬間失去或者跌落超過限值時，控制器就會發(fā)生電壓故障而造成給煤機(jī)停運。當(dāng)所有給煤機(jī)全部停運時，會觸發(fā)熱工信號“失去全部燃料”，導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)。

（3）熱工邏輯缺陷

現(xiàn)在大部分電廠，包括該電廠所用制粉系統(tǒng)中磨煤機(jī)和下料粉管都可儲存燃煤。即使給煤機(jī)短暫停轉(zhuǎn)，只要控制器不會發(fā)出跳閘信號，電壓恢復(fù)后繼續(xù)運行仍可保證制粉系統(tǒng)的正常工作。

3 給煤機(jī)低電壓穿越改造方案

分析原因，可通過兩方面的改造來解決給煤機(jī)低電壓故障。第一，將控制電源改為由UPS供給；第二，為變頻器加裝低電壓穿越裝置。

3.1 具體改造方案和原理

3.1.1 控制器電源改造

將給煤機(jī)控制電源接在電廠UPS系統(tǒng)輸出，該廠UPS系統(tǒng)輸入電源由保安段A、保安段B以及直流系統(tǒng)三路供給。其中，直流系統(tǒng)是備用電源，有蓄電池組作為電源保障，可保證控制器電源穩(wěn)定工作。

3.1.2 變頻器加裝低電壓穿越裝置

為每臺給煤機(jī)變頻器加裝壁掛式低電壓穿越裝置。該裝置電源由給煤機(jī)的動力電源提供，經(jīng)整流橋后輸送到變頻器的逆變橋前母線。同時，該裝置具有執(zhí)行單元和監(jiān)控單元。執(zhí)行單元的作用是防止電源反向送電；監(jiān)控單元的作用是監(jiān)視電壓情況，并進(jìn)行邏輯判斷[4]。

3.2 改造后給煤機(jī)整體系統(tǒng)情況

具體改造后，整體系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 改造后給煤機(jī)低電壓系統(tǒng)示意圖

給煤機(jī)控制電源接在UPS，保證控制電源的穩(wěn)定性。晶閘管和直流控制系統(tǒng)檢測和調(diào)控系統(tǒng)的輸出母線，正常情況與變頻調(diào)速裝置隔離開。

當(dāng)電壓在額定值的90%以上時，該系統(tǒng)不參與工作，處于熱備用狀態(tài)。當(dāng)電壓短時下降到額定電壓值的20%～90%時，該系統(tǒng)會瞬時（小于200 μs）進(jìn)入工作狀態(tài)，通過內(nèi)部電路可維持給煤機(jī)變頻器的直流母線電壓DC500 V左右。具體可維持正常輸出的時間能通過裝置設(shè)定，通常默認(rèn)為60 s。當(dāng)外部給煤機(jī)輸入電壓恢復(fù)到正常值時，低電壓裝置會自動退出工作，然后切換為熱備用狀態(tài)，給煤機(jī)變頻器的輸入電源切換到母線。當(dāng)鍋爐MFT動作或給煤機(jī)變頻器停機(jī)時，該系統(tǒng)會同時退出，并保持為熱備用狀態(tài)。

4 低電壓穿越改造后運行結(jié)果

通過改造后，大大提升了系統(tǒng)對電壓跌落的抵抗力。為檢驗實際給煤機(jī)系統(tǒng)抵御低電壓的能力，運行人員、熱工檢修人員及電氣檢修人員對該系統(tǒng)進(jìn)行了模擬低電壓故障檢測。

圖3為檢測結(jié)果波形圖。其中，線1是給煤機(jī)動力電壓，線2為變頻器直流母線電壓，線3為變頻器輸出電壓。由圖3可知，給煤機(jī)的動力電源在跌落到95%、70%及20%時，變頻器的直流母線電壓和輸出電壓都能保持穩(wěn)定在正常電壓范圍。模擬測試結(jié)果表明，改造方案能提升給煤機(jī)低電壓穿越能力。

5 結(jié) 論

本文分析了給煤機(jī)在電壓跌落時故障停運的原因，提出了具體改造方案，并對改造結(jié)果進(jìn)行了測試和檢驗。檢測結(jié)果表明，改造后的系統(tǒng)具有一定低電壓穿越能力。改造方案的實施，保障了機(jī)組的安全性，為電廠帶來了經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 低電壓穿越改造后系統(tǒng)運行效果