火電機(jī)組輔機(jī)低電壓穿越解決方案

1、 火電機(jī)組輔機(jī)低電壓穿越解決方案北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司課題來源：系統(tǒng)低電壓故障對(duì)敏感負(fù)荷變頻器連續(xù)運(yùn)行的威脅課題來源：系統(tǒng)低電壓故障對(duì)敏感負(fù)荷變頻器連續(xù)運(yùn)行的威脅典型案例分析：電廠給煤機(jī)變頻器低電壓閉鎖，引發(fā)跳機(jī)事故典型案例分析：電廠給煤機(jī)變頻器低電壓閉鎖，引發(fā)跳機(jī)事故起因：起因：伊敏電廠開關(guān)CT故障，造成500kV系統(tǒng)母線接地過程：過程：廠用變電壓跌落，給煤機(jī)變頻器低電壓閉鎖，觸發(fā)爐膛滅 火保護(hù)（MFT），機(jī)組跳機(jī)范圍：范圍：伊敏電廠、相鄰120km的呼倫貝爾電廠大負(fù)載投入導(dǎo)致低電壓現(xiàn)象大負(fù)載投入導(dǎo)致低電壓現(xiàn)象問題：?jiǎn)栴}：據(jù)東北區(qū)電廠專工反映，部分電廠在

2、投入廠內(nèi)大負(fù)荷負(fù)載時(shí)，也有引起廠內(nèi)供電系統(tǒng)低電壓，導(dǎo)致變頻器保護(hù)的現(xiàn)象發(fā)生例如：例如：吉林白城電廠，吉林長(zhǎng)山電廠，之前都發(fā)生過，當(dāng)廠內(nèi)大功率水泵投入時(shí)，出現(xiàn)給煤機(jī)變頻器保護(hù)現(xiàn)象。廠內(nèi)和廠外原因都會(huì)引起廠內(nèi)和廠外原因都會(huì)引起廠用電電壓短時(shí)降低廠用電電壓短時(shí)降低廠內(nèi)部原因，如：大型設(shè)備起停、非平衡設(shè)備干擾等。廠外部原因，如：線路故障、雷擊、電氣設(shè)備短路、接地等。500kV側(cè)故障對(duì)側(cè)故障對(duì)0.4kV母線電壓的影響母線電壓的影響基于基于RTDS仿真分析仿真分析為了分析500kV出口故障對(duì)0.4kV母線電壓的影響，特建立模型。500kV側(cè)故障對(duì)側(cè)故障對(duì)0.4kV母線電壓的影響母線電壓的影響基于基于RTD

3、S仿真分析仿真分析 模型含#3、#4兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組，其余系統(tǒng)全部等效至500kV母線。鑒于6.3kV和0.4kV母線正常狀態(tài)下為分列運(yùn)行，所以只模擬一臺(tái)高廠變及一臺(tái)鍋爐變，這樣就得到一段6.3kV母線和一段0.4kV母線。名稱名稱正正 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等值系統(tǒng)等值系統(tǒng)(除3#、4#機(jī)組外，全部系統(tǒng)等效至500kV母線)500kV側(cè)故障對(duì)側(cè)故障對(duì)0.4kV母線電壓的影響母線電壓的影響基于基于RTDS仿真分析仿真分析 大方式，500kV母線出口處 CN故障：大

4、方式，500kV母線出口處 BC故障：大方式，500kV母線出口處 CAN故障：大方式，500kV母線出口處 ABCN故障：大運(yùn)行方式:500kV500kV母母線故障類線故障類別別0.4kV0.4kV母線母線 A A相電壓相電壓0.4kV0.4kV母線母線 B B相電壓相電壓0.4kV0.4kV母線母線 C C相電壓相電壓幅值(kV) 百分比(%) 幅值(kV) 百分比(%) 幅值(kV) 百分比(%)正常運(yùn)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、母線出口處 AN故障:小方式，500kV母線出口處 AB故障：小方式，500kV母線出口處 BCN故障：小方式，500kV母線出口處 ABCN故障：小運(yùn)行方式:500kV500kV母線母線故障類別故障類別0.4kV0.4kV母線母線 A A相電壓相電壓0.4kV0.4kV母線母線 B B相電壓相電壓0.4kV0.4kV母線母線 C C相電壓相電壓幅值(kV)百分比(%)幅值(kV)百分比(%)幅值(kV)百分比(%)正常運(yùn)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 東北電

8、網(wǎng)等多家電網(wǎng)公司對(duì)發(fā)電廠重要運(yùn)行輔機(jī)低電壓穿越能力提出了具體的要求：要求重要輔機(jī)的要求重要輔機(jī)的變頻拖動(dòng)系統(tǒng)，在系統(tǒng)電壓跌落至變頻拖動(dòng)系統(tǒng)，在系統(tǒng)電壓跌落至20%且持續(xù)且持續(xù)10s的的情況下，具備完備可靠的低電壓穿越能力，確保系統(tǒng)情況下，具備完備可靠的低電壓穿越能力，確保系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)電機(jī)組不因低電壓穿越能力不足而跳閘或出故障時(shí)發(fā)電機(jī)組不因低電壓穿越能力不足而跳閘或出力波動(dòng)。力波動(dòng)。閉鎖原因閉鎖原因1 1：變頻器柜控制電源跌落，控制信號(hào)丟失。：變頻器柜控制電源跌落，控制信號(hào)丟失。閉鎖原因閉鎖原因2 2：變頻器直流電壓跌落引起變頻器故障：變頻器直流電壓跌落引起變頻器故障變頻器輸出的交流電壓最大值U

9、ab（max）受到直流母線Udc的限制：UabUab（maxmax）=M=M* *UdcUdc其中M為PWM最大電壓利用率，與PWM的控制方式有關(guān)，Uab為變頻器輸出線電壓，Udc為變頻器直流母線電壓。在Udc跌至60%-70%之間時(shí)，變頻器報(bào)欠壓故障，停止輸出。電廠名稱電廠名稱xxxxxx電廠電廠序號(hào)輔機(jī)變頻器名稱變頻器型號(hào)及廠家變頻器數(shù)量電壓等級(jí)（V）低電壓定值（V）低電壓延時(shí)(s)是否存在低電壓跳閘風(fēng)險(xiǎn)5磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器變頻器ACS550-01-157A-424380V直流欠壓 324V瞬時(shí)存在低電壓穿越變頻器跳閘，全?？赡茉斐蓹C(jī)組MFT6給煤機(jī)變頻器AC-Tech M1475C2438

10、0V1000 m時(shí)，應(yīng)按GB/T 3859.2規(guī)定降額使用噪音65dB距離1 m處測(cè)量防塵等級(jí)IP42電氣參數(shù)電氣參數(shù)項(xiàng)目項(xiàng)目單位單位參數(shù)參數(shù)備注備注單機(jī)額定功率kW跌落深度對(duì)應(yīng)功率0.2pu20kW額定電壓范圍V3801pu最低穿越電壓V760.2pu輸出520V直流電源穿越極限時(shí)間s30秒以下全部工況下連續(xù)可靠運(yùn)行時(shí)間h50000旁路切換時(shí)間ms1維護(hù)方式免維護(hù)散熱方式強(qiáng)迫風(fēng)冷廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)試驗(yàn)內(nèi)容試驗(yàn)內(nèi)容 絕緣電阻測(cè)試：絕緣電阻測(cè)試：500M500M 介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)：介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)：2.5kVAC2.5kVAC 沖擊電壓試驗(yàn)：輸入、輸出對(duì)地沖擊電壓試驗(yàn)：輸入、輸出對(duì)地5

11、kV5kV 快速瞬變干擾試驗(yàn)：快速瞬變干擾試驗(yàn)：A A級(jí)級(jí) 靜電放電干擾試驗(yàn)：靜電放電干擾試驗(yàn)：4 4級(jí)級(jí) 浪涌（沖擊）抗干擾試驗(yàn)：浪涌（沖擊）抗干擾試驗(yàn)：4 4級(jí)級(jí) 射頻傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗(yàn)：射頻傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗(yàn)：3 3級(jí)級(jí) 裝置功能及測(cè)量元件準(zhǔn)確度檢測(cè)裝置功能及測(cè)量元件準(zhǔn)確度檢測(cè)廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)電壓維持功能試驗(yàn)電壓維持功能試驗(yàn) 電壓跌落等級(jí)：電壓跌落等級(jí)：0.8pu；0.6pu；0.4pu；0.2pu 電壓跌落持續(xù)時(shí)間：電壓跌落持續(xù)時(shí)間： 1s；10s；60s 考察量：直流功率電源輸出考察量：直流功率電源輸出廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)電壓跌落至電壓跌落至0.2

12、pu0.2pu，持續(xù)時(shí)間，持續(xù)時(shí)間60s60s，全過程波形，全過程波形黃色：系統(tǒng)電壓；綠色：直流輸出電壓；黃色：系統(tǒng)電壓；綠色：直流輸出電壓；廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)電壓跌落時(shí)刻展開圖電壓跌落時(shí)刻展開圖黃色：系統(tǒng)電壓；綠色：直流輸出電壓；黃色：系統(tǒng)電壓；綠色：直流輸出電壓；廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)電壓穿越過程中展開圖電壓穿越過程中展開圖黃色：系統(tǒng)電壓；綠色：直流輸出電壓；黃色：系統(tǒng)電壓；綠色：直流輸出電壓；廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)廠內(nèi)試驗(yàn)與型式試驗(yàn)電壓恢復(fù)時(shí)刻展開圖電壓恢復(fù)時(shí)刻展開圖黃色：系統(tǒng)電壓；綠色：直流輸出電壓；黃色：系統(tǒng)電壓；綠色：直流輸出電壓；中國(guó)電科院檢測(cè)報(bào)告中國(guó)

13、電科院檢測(cè)報(bào)告中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)技術(shù)鑒定中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)技術(shù)鑒定 鑒定委員會(huì)由來自中國(guó)南方電網(wǎng)公司、國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院、國(guó)家電力調(diào)度通信中心、清華大學(xué)、北京交通大學(xué)、北方聯(lián)合電力公司、國(guó)投電力公司、浙江省能源集團(tuán)公司以及吉林、浙江、湖南、河北等省電力公司調(diào)度通信中心的電力系統(tǒng)專家等組成。2012年3月22日在北京順利通過了中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)組織的技術(shù)鑒定。中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)技術(shù)鑒定中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)技術(shù)鑒定 伊敏電廠給煤機(jī)變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場(chǎng)伊敏電廠給煤機(jī)變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場(chǎng)呼倫貝爾電廠給煤機(jī)變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場(chǎng)呼倫貝爾電廠給煤機(jī)變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場(chǎng)華能海南東方電廠給煤機(jī)變頻器低電

14、壓穿越改造現(xiàn)場(chǎng)華能海南東方電廠給煤機(jī)變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場(chǎng)蓄電池方案與電力電子方案比較蓄電池方案與電力電子方案比較1.安全可靠性安全可靠性 蓄電池平時(shí)多處于浮充狀態(tài)，故需要其配備的充電機(jī)一直處于工作狀態(tài)，充電機(jī)屬傳統(tǒng)電子設(shè)備，根據(jù)電力傳動(dòng)業(yè)內(nèi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其運(yùn)行故障率是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行故障率的近百倍，該充電機(jī)的使用，將極大增加蓄電池系統(tǒng)的故障率 低穿裝置平時(shí)處于旁路狀態(tài)，變頻器由電網(wǎng)直接供電，裝置整體（電源變換模塊）處于休眠狀態(tài)，不參與運(yùn)行，由此降低裝置中電力電子器件投入使用的工作時(shí)間，從而降低故障率。另外裝置控制用電部分采用無UPS設(shè)計(jì)，引用進(jìn)口高質(zhì)量的寬范圍輸入開關(guān)電源，進(jìn)一步提高裝置供電安全可靠

15、性。2. 維護(hù)工作量及故障檢驗(yàn)維護(hù)工作量及故障檢驗(yàn) 蓄電池支撐方案中，為保證蓄電池的壽命，需對(duì)蓄電池進(jìn)行定期的全沖放維護(hù)，此維護(hù)過程耗時(shí)較長(zhǎng)。同時(shí)，常規(guī)蓄電池方案不具備自檢及故障自診斷功能，應(yīng)用蓄電池方案時(shí)為了達(dá)到系統(tǒng)要求的額定直流電壓和電流，會(huì)將電池大量的串并聯(lián)，在充放電過程中因?yàn)橐恢滦圆煌瑫?huì)造成電池的不均衡性放大，以及內(nèi)部環(huán)流問題都會(huì)加速降低電池的使用壽命，單體電池發(fā)生欠壓或者過壓等故障時(shí)都無法上傳故障報(bào)警信息，非常不利于現(xiàn)場(chǎng)故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排查。 電力電子方案采用免維護(hù)設(shè)計(jì)，其使用過程中無需工作人員對(duì)其進(jìn)行任何操作和維護(hù)，該裝置集成定期自檢功能，對(duì)于自檢中發(fā)現(xiàn)的問題，具備強(qiáng)大的故障自診斷

16、功能，并可將故障診斷結(jié)果通過硬接點(diǎn)、通訊等多種方式上送至后臺(tái)管理系統(tǒng)，方便故障的統(tǒng)計(jì)和記錄。3.3.環(huán)境要求環(huán)境要求 蓄電池方案中，蓄電池對(duì)于運(yùn)行環(huán)境溫度較為敏感。一方面，在低溫環(huán)境下蓄電池會(huì)出現(xiàn)容量下降現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生整機(jī)失效；另一方面，過高的環(huán)境溫度會(huì)造成蓄電池整體壽命的下降。理論上環(huán)境溫度每提高10度，電池的使用壽命會(huì)減少50%，因給煤機(jī)系統(tǒng)臨近鍋爐，其常態(tài)溫度可能達(dá)到50度以上，以55度計(jì)，蓄電池的壽命將僅為理想的25度情況下的12.5%，電池失效及更換頻率將極高。 電力電子方案低穿裝置中沒有儲(chǔ)能元件，核心部件是先進(jìn)的智能功率單元IPM，其結(jié)溫耐受能力達(dá)到150度以上，自身集成有超溫過流等保護(hù)，很難因外部原因?qū)ζ湓斐蓳p壞，整個(gè)低穿裝置所有器件均可在環(huán)境溫度65度以下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。4.4.安裝場(chǎng)地和施工安裝場(chǎng)地和施工 受限于蓄電池對(duì)于環(huán)境溫度的敏感性，蓄電池方案通常為集中供電式方案，即將蓄電池組及其輔助設(shè)備放置于一個(gè)獨(dú)立的配備空調(diào)的配電室，由一套蓄電池系統(tǒng)為多臺(tái)給煤機(jī)變頻器同時(shí)供電，之間以長(zhǎng)電纜連接。這種方式下，任意一臺(tái)給煤機(jī)變頻器發(fā)生故障，或任意連接線纜發(fā)生破皮、短路，都有可能觸發(fā)蓄電池組的過流保護(hù)，進(jìn)而造成多臺(tái)給煤機(jī)系統(tǒng)的同時(shí)癱瘓。 電力電子方案為分布式解決方案，因低電壓穿越裝置體積較?。?00 x600 x1000），可以每臺(tái)給煤機(jī)變頻器