火电机组辅机低电压穿越解决方案

电网故障对厂用电的影响
东北电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 变频拖动系统，在系统电压跌落至20%且持续10s的 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 力波动。
敏感负荷保护原理
闭锁原因1：变频器柜控制电源跌落，控制信号丢失。
GB/T 3859.2规定降额使用
噪音 防尘等级
≤65dB IP42
距离1 m处测量
技术解决方案
电气参数
项目 单机额定功率 额定电压范围 最低穿越电压 输出 穿越极限时间 连续可靠运行时间 s h 单位 kW V V 参数 备注
跌落深度
0.2pu 380 76 520V直流电源 30秒以下 50000
电网故障对厂用电的影响
大方式，500kV母线出口处 CN故障：
电网故障对厂用电的影响
大方式，500kV母线出口处 BC故障：
电网故障对厂用电的影响
大方式，500kV母线出口处 CAN故障：
电网故障对厂用电的影响
大方式，500kV母线出口处 ABCN故障：
电网故障对厂用电的影响
大运行方式:
500kV母 线故障类 别 正常运行 AN BN CN AB BC CA ABN BCN CAN ABCN 0.4kV母线 A相电压 幅值(kV) 百分比 (%) 0.232 100.0 0.183 78.9 0.174 75.0 0.225 97.0 0.099 42.7 0.174 75.0 0.205 0.095 0.138 0.171 0.088 88.4 40.9 59.5 73.7 37.9 0.4kV母线 B相电压 幅值(kV) 百分比 (%) 0.232 100.0 0.228 98.3 0.182 78.4 0.174 75.0 0.204 87.9 0.098 42.2 0.176 0.174 0.095 0.136 0.087 75.9 75.0 40.9 58.6 37.5 0.4kV母线 C相电压 幅值(kV) 百分比 (%) 0.232 100.0 0.175 75.4 0.225 97.0 0.183 78.9 0.172 74.1 0.204 87.9 0.098 0.142 0.173 0.095 0.088 42.2 61.2 74.6 40.9 37.9
瞬时
瞬时
7
8 9
KASUGA, 制冷站循环泵 TYPE:KVFCP 4750E 原 水 提 升 泵 西门子430， 6SE6430变频器 2UD34-5EB0
瞬时
4
380V
4台 AC380 ～480
10ms
影响海水淡化
风险排查
风险排查
风险排查
应用案例
元宝山电厂给煤机变频器采用的是ABB品牌,型号为ACS401
风险排查
风险排查
电厂名称 辅机变频器 名称 xxx电厂 低电压定 值（V） 直流欠压 324V <60% 直 流母线电 压 直流母线 电压 323V 当电源电 压低于额 定电压 20%时， DC360V 低电压延时 (s) 瞬时 是否存在低电压跳闸风 险 存在低电压穿越变频器 跳闸，全停可能造成机 组MFT 存在低电压穿越变频器 跳闸, 全停可能造成机 组MFT 机组启动时使用，可暂 不考虑 暖通系统使用，可暂不 考虑 变频 变频器型号及 电压等 序号 器数 厂家 级（V） 量 24 磨煤机旋转分 ACS550-015 380V 157A-4 离器变频器 6 给煤机变频 器 启动冷凝水 泵变频器 AC-Tech M1475C FRN37P11S4CX 24 380V 8 380V
技术解决方案
中国电机工程学会技术鉴定
应用案例
伊敏电厂给煤机变频器低电压穿越改造现场
应用案例
呼伦贝尔电厂给煤机变频器低电压穿越改造现场
应用案例
华能海南东方电厂给煤机变频器低电压穿越改造现场
技术解决方案
厂内试验与型式试验 电压维持功能试验
电压跌落等级：0.8pu；0.6pu；0.4pu；0.2pu
电压跌落持续时间： 1s；10s；60s 考察量：直流功率电源输出
技术解决方案
厂内试验与型式试验 电压跌落至0.2pu，持续时间60s，全过程波形
黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；
技术解决方案
变频器原理图
低穿装置接入
技术解决方案
变频器接入位置
技术解决方案
1 托 2， 4
技术解决方案
原理 电网电压正常情况下，变频器通过原自身交流输入电能来维持变频器正常 工作，低穿装置处于旁路待机状态，实时监测电网状态。 当电网电压发生短时跌落，低电压穿越装置DC/DC升压电路迅速投入运行， 将电网跌落后不控整流出来的较低电压直流电抬升到变频器额定的稳定的直流 电压（540V），为变频器提供稳定的电压源，保证变频器及其拖动电机系统的 转速、功率、转矩不变，进而保障锅炉及发电机组的稳定运行。 待电网电压恢复之后，低电压穿越装置退出到旁路状态，变频器仍然由自 身交流通路送电。 （不存在能量存储，仍然从电网取能量，低压大电流。）
结果：经过对给煤机变频器做瞬时失电再启动试验，结果表明变 频器能够在瞬时失电2.3秒内实现自启动，但由于变频器启动特 性因素，变频器瞬时断电重新上电后，约延时4秒左右给煤机链 条开始转动，链条达到停电前转速需要5秒左右，实际断电再启
动时间在9秒左右,当5台给煤机拉2台试验，发现锅炉负压波动很
大，继续做4台给煤全部瞬间失电再启动试验将可能导致炉膛发 生爆燃。
应用案例
元宝山电厂给煤机变频器采用的是ABB品牌,型号为ACS401
应用案例
元宝山电厂给煤机变频器采用的是ABB品牌,型号为ACS401
247/380=0.65=65%
624/380=1.64=164%
技术解决方案
曾经尝试：变频器失压重启，配合MFT延时保护，进行炉膛燃烧 试验 其中包括：变频器自身重启特性试验、实际带载试验
起因
大负载投入导致低电压现象
问题：据东北区电厂专工反映，部分电厂在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：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。
技术解决方案
现场空间不够时，可以进行柜体拼装。
宽深高＝600mmx600mmx1000mm
技术解决方案
环境条件参数
项目 环境温度 相对湿度 大气压力 安装环境 参数 0℃～+55℃ 10%～90% 80 kPa～110 kPa 室内 无冷凝、无凝露 备注
海拔
≤1000 m
海拔高度 >1000 m 时，应按
Hale Waihona Puke Baidu
电网故障对厂用电的影响
500kV侧故障对0.4kV母线电压的影响 基于RTDS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。
电网故障对厂用电的影响
500kV侧故障对0.4kV母线电压的影响 基于RTDS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。
电网故障对厂用电的影响
小方式，500kV母线出口处 AN故障:
电网故障对厂用电的影响
小方式，500kV母线出口处 AB故障：
电网故障对厂用电的影响
小方式，500kV母线出口处 BCN故障：
电网故障对厂用电的影响
小方式，500kV母线出口处 ABCN故障：
电网故障对厂用电的影响
小运行方式:
500kV母线 0.4kV母线 A相电压 0.4kV母线 B相电压 0.4kV母线 C相电压 故障类别 幅值(kV) 百分比(%) 幅值(kV) 百分比(%) 幅值(kV) 百分比(%) 正常运行 0.232 100 0.232 100 0.232 100 AN 0.186 80.2 0.241 103.9 0.186 80.2 BN 0.182 78.4 0.180 77.6 0.237 102.2 CN 0.241 103.9 0.181 78.0 0.186 80.2 AB 0.104 44.8 0.213 91.8 0.210 90.5 BC 0.208 89.7 0.103 44.4 0.214 92.2 CA 0.213 91.8 0.207 89.2 0.103 44.4 ABN 0.100 43.1 0.178 76.7 0.173 74.6 BCN 0.173 74.6 0.100 43.1 0.179 77.2 CAN 0.177 76.3 0.171 73.7 0.100 43.1 ABCN 0.092 39.8 0.093 40.0 0.092 39.5
敏感负荷保护原理
闭锁原因2：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Uab（max）受到直流母线Udc 的限制： Uab（max）=M*Udc 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。
电网故障对厂用电的影响
500kV侧故障对0.4kV母线电压的影响 基于RTDS仿真分析
等值系统
(除3#、4#机组外，全部系统等效至500kV母线)
名称 正 序 阻 抗（Ω ）零 序 阻 抗（Ω ）
大方式 小方式 0.805+j8.050 1.185+j11.85 1.603+j16.03 1.858+j18.58
中国电机工程学会技术鉴定
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。
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。
技术解决方案
厂内试验与型式试验 电压跌落时刻展开图
黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；
技术解决方案
厂内试验与型式试验 电压穿越过程中展开图
黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；
技术解决方案
厂内试验与型式试验 电压恢复时刻展开图
黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；
技术解决方案
中国电科院检测报告
技术解决方案
外 加 串 联 交 流 不 间 辅机运行状态波动较 UPS 维 护 不 方 便 ， 给煤机、给粉机等 断 电 源 UPS ， 或 直 小或无波动 UPS 成本高，改造成 设备变频器 流侧并联蓄电池。 本较高，需要维护蓄 电池，占用空间大， 对环境温度要求高。 直 流 侧 并 联 电 力 电 辅机运行状态波动较 20 ％以下跌落必须接 子低电压穿越电源 小或无波动，不需要 入直流电源才能实现 维护。 低穿。
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
来源
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 起因：伊敏电厂开关CT故障，造成500kV系统母线接地 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：伊敏电厂、相邻120km的呼伦贝尔电厂
技术解决方案
变 频 器 低 压 穿 越 措 优点 施名称 短 时 断 电 跟 踪 电 动 经济 机转速再启动
采 用 降 转 速 恒 磁 通 经济 v/f控制方式
缺点
转速波动较大
适用的辅机变频器
应用在高转速、大 惯性电动机或者允 许减速运行的辅机 如：送、引风机、 一次、二次风机等 中高压变频器，
转速波动较大
对应功率
20kW 1pu 0.2pu
全部工况下
旁路切换时间
维护方式 散热方式
ms
＜1
免维护 强迫风冷
技术解决方案
厂内试验与型式试验 试验内容
绝缘电阻测试：500MΩ 介质强度试验：2.5kVAC 冲击电压试验：输入、输出对地±5kV 快速瞬变干扰试验：A级 静电放电干扰试验：4级 浪涌（冲击）抗干扰试验：4级 射频传导骚扰抗扰度试验：3级 装置功能及测量元件准确度检测