1、,火電機組輔機低電壓穿越解決方案 北京四方繼保自動化股份有限公司,來源,課題來源：系統(tǒng)低電壓故障對敏感負荷變頻器連續(xù)運行的威脅 典型案例分析：電廠給煤機變頻器低電壓閉鎖，引發(fā)跳機事故 起因：伊敏電廠開關CT故障，造成500kV系統(tǒng)母線接地 過程：廠用變電壓跌落，給煤機變頻器低電壓閉鎖，觸發(fā)爐膛滅 火保護（MFT），機組跳機 范圍：伊敏電廠、相鄰120km的呼倫貝爾電廠,起因,大負載投入導致低電壓現(xiàn)象 問題：據東北區(qū)電廠專工反映，部分電廠在投入廠內大負荷負載時，也有引起廠內供電系統(tǒng)低電壓，導致變頻器保護的現(xiàn)象發(fā)生 例如：吉林白城電廠，吉林長山電廠，之前都發(fā)生過，當廠內大功率水泵投入時，出現(xiàn)給煤機

2、變頻器保護現(xiàn)象。 廠內和廠外原因都會引起廠用電電壓短時降低 廠內部原因，如：大型設備起停、非平衡設備干擾等。 廠外部原因，如：線路故障、雷擊、電氣設備短路、接地等。,500kV側故障對0.4kV母線電壓的影響 基于RTDS仿真分析,電網故障對廠用電的影響,為了分析500kV出口故障對0.4kV母線電壓的影響，特建立模型。,500kV側故障對0.4kV母線電壓的影響 基于RTDS仿真分析,電網故障對廠用電的影響,模型含#3、#4兩臺發(fā)電機組，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)下為分列運行，所以只模擬一臺高廠變及一臺鍋爐變，這樣就得到一段6.3kV母線和一段0

3、.4kV母線。,電網故障對廠用電的影響,等值系統(tǒng) (除3#、4#機組外，全部系統(tǒng)等效至500kV母線),500kV側故障對0.4kV母線電壓的影響 基于RTDS仿真分析,電網故障對廠用電的影響,大方式，500kV母線出口處 CN故障：,電網故障對廠用電的影響,大方式，500kV母線出口處 BC故障：,電網故障對廠用電的影響,大方式，500kV母線出口處 CAN故障：,電網故障對廠用電的影響,大方式，500kV母線出口處 ABCN故障：,大運行方式:,電網故障對廠用電的影響,小方式，500kV母線出口處 AN故障:,電網故障對廠用電的影響,小方式，500kV母線出口處 AB故障：,電網故障對廠用

4、電的影響,小方式，500kV母線出口處 BCN故障：,電網故障對廠用電的影響,小方式，500kV母線出口處 ABCN故障：,電網故障對廠用電的影響,小運行方式:,電網故障對廠用電的影響,東北電網等多家電網公司對發(fā)電廠重要運行輔機低電壓穿越能力提出了具體的要求：要求重要輔機的變頻拖動系統(tǒng)，在系統(tǒng)電壓跌落至20%且持續(xù)10s的情況下，具備完備可靠的低電壓穿越能力，確保系統(tǒng)故障時發(fā)電機組不因低電壓穿越能力不足而跳閘或出力波動。,電網故障對廠用電的影響,敏感負荷保護原理,閉鎖原因1：變頻器柜控制電源跌落，控制信號丟失。,敏感負荷保護原理,閉鎖原因2：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

5、壓最大值Uab（max）受到直流母線Udc的限制： Uab（max）=M*Udc 其中M為PWM最大電壓利用率，與PWM的控制方式有關，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，變頻器報欠壓故障，停止輸出。,風險排查,風險排查,風險排查,風險排查,風險排查,應用案例,元寶山電廠給煤機變頻器采用的是ABB品牌,型號為ACS401,應用案例,元寶山電廠給煤機變頻器采用的是ABB品牌,型號為ACS401,應用案例,元寶山電廠給煤機變頻器采用的是ABB品牌,型號為ACS401,247/380=0.65=65% 624/380=1.64=164%,技術解決方

6、案,曾經嘗試：變頻器失壓重啟，配合MFT延時保護，進行爐膛燃燒試驗 其中包括：變頻器自身重啟特性試驗、實際帶載試驗,結果：經過對給煤機變頻器做瞬時失電再啟動試驗，結果表明變頻器能夠在瞬時失電2.3秒內實現(xiàn)自啟動，但由于變頻器啟動特性因素，變頻器瞬時斷電重新上電后，約延時4秒左右給煤機鏈條開始轉動，鏈條達到停電前轉速需要5秒左右，實際斷電再啟動時間在9秒左右,當5臺給煤機拉2臺試驗，發(fā)現(xiàn)鍋爐負壓波動很大，繼續(xù)做4臺給煤全部瞬間失電再啟動試驗將可能導致爐膛發(fā)生爆燃。,技術解決方案,技術解決方案,變頻器原理圖,低穿裝置接入,技術解決方案,變頻器接入位置,技術解決方案,1 托 2，4,技術解決方案,原

7、理 電網電壓正常情況下，變頻器通過原自身交流輸入電能來維持變頻器正常工作，低穿裝置處于旁路待機狀態(tài)，實時監(jiān)測電網狀態(tài)。 當電網電壓發(fā)生短時跌落，低電壓穿越裝置DC/DC升壓電路迅速投入運行，將電網跌落后不控整流出來的較低電壓直流電抬升到變頻器額定的穩(wěn)定的直流電壓（540V），為變頻器提供穩(wěn)定的電壓源，保證變頻器及其拖動電機系統(tǒng)的轉速、功率、轉矩不變，進而保障鍋爐及發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。 待電網電壓恢復之后，低電壓穿越裝置退出到旁路狀態(tài)，變頻器仍然由自身交流通路送電。 （不存在能量存儲，仍然從電網取能量，低壓大電流。）,技術解決方案,現(xiàn)場空間不夠時，可以進行柜體拼裝。 寬深高600mmx600mm

8、x1000mm,技術解決方案,環(huán)境條件參數,技術解決方案,電氣參數,技術解決方案,廠內試驗與型式試驗 試驗內容 絕緣電阻測試：500M 介質強度試驗：2.5kVAC 沖擊電壓試驗：輸入、輸出對地5kV 快速瞬變干擾試驗：A級 靜電放電干擾試驗：4級 浪涌（沖擊）抗干擾試驗：4級 射頻傳導騷擾抗擾度試驗：3級 裝置功能及測量元件準確度檢測,技術解決方案,廠內試驗與型式試驗 電壓維持功能試驗 電壓跌落等級：0.8pu；0.6pu；0.4pu；0.2pu 電壓跌落持續(xù)時間： 1s；10s；60s 考察量：直流功率電源輸出,技術解決方案,廠內試驗與型式試驗 電壓跌落至0.2pu，持續(xù)時間60s，全過程

9、波形,黃色：系統(tǒng)電壓；綠色：直流輸出電壓；,技術解決方案,廠內試驗與型式試驗 電壓跌落時刻展開圖,黃色：系統(tǒng)電壓；綠色：直流輸出電壓；,技術解決方案,廠內試驗與型式試驗 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；,技術解決方案,廠內試驗與型式試驗 電壓恢復時刻展開圖,黃色：系統(tǒng)電壓；綠色：直流輸出電壓；,技術解決方案,中國電科院檢測報告,技術解決方案,中國電機工程學會技術鑒定,鑒定委員會由來自中國南方電網公司、國網北京經濟技術研究院、國家電力調度通信中心、清華大學、北京交通大學、北方聯(lián)合電力公司、國投電力公司、浙江省能源集團公司以及吉林、浙江、湖南、河北等省電力公司調度通信中心

10、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電機工程學會組織的技術鑒定。,技術解決方案,中國電機工程學會技術鑒定,伊敏電廠給煤機變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場,應用案例,呼倫貝爾電廠給煤機變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場,應用案例,華能海南東方電廠給煤機變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場,應用案例,技術解決方案,蓄電池方案與電力電子方案比較 1.安全可靠性 蓄電池平時多處于浮充狀態(tài)，故需要其配備的充電機一直處于工作狀態(tài)，充電機屬傳統(tǒng)電子設備，根據電力傳動業(yè)內統(tǒng)計結果，其運行故障率是電動機運行故障率的近百倍，該充電機的使用，將極大增加蓄電池系統(tǒng)的故障率 低穿裝置平時處于旁路狀態(tài)，變頻器由電網直接供電

11、，裝置整體（電源變換模塊）處于休眠狀態(tài)，不參與運行，由此降低裝置中電力電子器件投入使用的工作時間，從而降低故障率。另外裝置控制用電部分采用無UPS設計，引用進口高質量的寬范圍輸入開關電源，進一步提高裝置供電安全可靠性。,技術解決方案,2. 維護工作量及故障檢驗 蓄電池支撐方案中，為保證蓄電池的壽命，需對蓄電池進行定期的全沖放維護，此維護過程耗時較長。同時，常規(guī)蓄電池方案不具備自檢及故障自診斷功能，應用蓄電池方案時為了達到系統(tǒng)要求的額定直流電壓和電流，會將電池大量的串并聯(lián)，在充放電過程中因為一致性不同會造成電池的不均衡性放大，以及內部環(huán)流問題都會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

12、故障時都無法上傳故障報警信息，非常不利于現(xiàn)場故障的及時發(fā)現(xiàn)和排查。 電力電子方案采用免維護設計，其使用過程中無需工作人員對其進行任何操作和維護，該裝置集成定期自檢功能，對于自檢中發(fā)現(xiàn)的問題，具備強大的故障自診斷功能，并可將故障診斷結果通過硬接點、通訊等多種方式上送至后臺管理系統(tǒng)，方便故障的統(tǒng)計和記錄。,技術解決方案,3.環(huán)境要求 蓄電池方案中，蓄電池對于運行環(huán)境溫度較為敏感。一方面，在低溫環(huán)境下蓄電池會出現(xiàn)容量下降現(xiàn)象，嚴重時會發(fā)生整機失效；另一方面，過高的環(huán)境溫度會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，電池的使用壽命會減少50%，因給煤機系統(tǒng)臨近鍋爐，其常態(tài)溫度可能達到50度

13、以上，以55度計，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能元件，核心部件是先進的智能功率單元IPM，其結溫耐受能力達到150度以上，自身集成有超溫過流等保護，很難因外部原因對其造成損壞，整個低穿裝置所有器件均可在環(huán)境溫度65度以下長時間穩(wěn)定運行。,技術解決方案,4.安裝場地和施工 受限于蓄電池對于環(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備放置于一個獨立的配備空調的配電室，由一套蓄電池系統(tǒng)為多臺給煤機變頻器同時供電，之間以長電纜連接。這種方式下，任意一臺給煤機變頻器發(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，進而造成多臺給煤機系統(tǒng)的同時癱瘓。 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），可以每臺給煤機變頻器就近放置一臺該裝置，這樣任意一臺給煤機變頻器的故障或者低穿裝置的故障都不會影響其它給煤機系統(tǒng)的安全運行，提高了