摘 要：提供一種測試變頻器低電壓故障方法，介紹某火力發(fā)電廠給煤機低電壓穿越控制方案，為工業(yè)用低壓變頻器防止低電壓穿越裝置提供一種解決方案。

關(guān)鍵詞：變頻器 低電壓穿越

引言

系統(tǒng)故障導(dǎo)致瞬時電壓跌落，造成鍋爐MFT的故障在電力系統(tǒng)中多次發(fā)生。因瞬時缺陷導(dǎo)致的機組解列，造成的印象和損失較大。為此，發(fā)電企業(yè)或使用變頻器較多、較重要的工業(yè)企業(yè)，需要關(guān)注系統(tǒng)或其它設(shè)備故障使系統(tǒng)電壓降低時，變頻器短時持續(xù)安全穩(wěn)定運行的問題，以保證生產(chǎn)的連續(xù)。

1 某電廠給煤機參數(shù)簡介

變頻器型號：POWERFLEX 40 功率：4kW 品牌：AB

電機型號：M112MB4 功率：4kW 額定電壓：380V額定轉(zhuǎn)數(shù)：1445r/min

2 給煤機抗低電壓穿越能力試驗

為了解給煤機變頻器抗低電壓穿越能力，以便采取有針對性的措施，某電廠對給煤機變頻器進行了抗低電壓穿越能力試驗。試驗使用調(diào)壓器模擬電源電壓降低，手動調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出電壓，以10V為調(diào)節(jié)間距，調(diào)低總電源電壓，在每個電壓檔停留10s，直至變頻器跳閘。觀察變頻器微處理器及變頻器運行狀態(tài)并記錄保護信息、跳閘時調(diào)壓器輸出電壓和維持運行時間，并查閱輸出代碼。如果給煤機因變頻器低電壓保護動作，則試驗至此為止。如果給煤機因微處理器保護動作，則繼續(xù)試驗，更改接線，給煤機控制電源由外部穩(wěn)定的220V電源供給，變頻器電源由調(diào)壓器供給，按上述方式繼續(xù)試驗。

試驗結(jié)論：

（1）變頻器微處理器控制電源低電壓臨界保護動作值為318V（83.7%Un），當?shù)陀谠撝禃r保護動作跳閘，保護動作時間小于0.5S;

（2）變頻器動力電源低電壓臨界保護動作值為290V（76.3%Un），在此電壓下電機發(fā)生震動，已不能正常運行;

（3）本次試驗均在空載和低轉(zhuǎn)速下進行（9.4Hz），在正常帶負荷運行時，變頻器保護動作電壓值將高于290V，控制電源保護定值不受運行狀態(tài)的影響。

通過試驗，該變頻器不滿足“系統(tǒng)發(fā)生故障時給煤機等輔機變頻器在系統(tǒng)電壓跌落至20%且持續(xù)10s的情況下不滅火、不跳閘和其出力波動不大于10%的技術(shù)指標”，需要進行抗低電壓穿越能力改造。

3 給煤機低電壓穿越原理

通過抗低電壓穿越試驗分析，當系統(tǒng)電壓跌落時給煤機微處理器和變頻器低電壓保護動作導(dǎo)致給煤機跳閘，即發(fā)生低電壓穿越。

首先，系統(tǒng)電壓跌落會造成給煤機變頻器直流電壓降低導(dǎo)致變頻器低電壓保護動作跳閘。

變頻器的功率回路由整流模塊、直流環(huán)節(jié)、逆變模塊組成，交流電源經(jīng)變頻器的進線端子，通過整流模塊后變?yōu)橹绷?，再通過逆變模塊變?yōu)榻涣鳎瑢崿F(xiàn)頻率變換，最后供給電機。當系統(tǒng)電壓跌落時，輸入側(cè)電壓變低，直流母線電壓隨之降低，無法提供逆變模塊所需要的能量，觸發(fā)變頻器低電壓保護。此保護為變頻器內(nèi)置的硬件保護，無法通過修改定值進行規(guī)避。

其次，控制電源降低會造成給煤機微處理器低電壓保護動作導(dǎo)致給煤機跳閘。承重給煤機有復(fù)雜的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由微處理器、電路板、采樣反饋系統(tǒng)、繼電器等，這些部件均需穩(wěn)定的控制電源供電。當供電系統(tǒng)電壓跌落時，給煤機控制電源也隨之降低，造成控制系統(tǒng)癱瘓，導(dǎo)致給煤機跳閘。

4 改造方案

根據(jù)給煤機低電壓穿越的原理，最初確定了三套改造方案，即加裝蓄電池組、加裝UPS和加裝低電壓穿越裝置。

通過市場調(diào)研和方案對比，結(jié)合現(xiàn)場施工條件和投資規(guī)模，最終確定了加裝低電壓穿越裝置方案。即在給煤機就地控制箱總電源下口并接低電壓穿越裝置，低電壓穿越裝置輸出直流供給給煤機變頻器直流母線，給煤機控制電源由低電壓穿越裝置UPS供給。以此來解決給煤機低電壓穿越問題。

5 低電壓穿越裝置工作原理

在系統(tǒng)電壓正常的狀態(tài)下，電能通過交流送電回路送入變頻器交流輸入端子，低電壓穿越裝置處于旁路狀態(tài)，不參與運行。

在系統(tǒng)電壓發(fā)生跌落時，低電壓穿越裝置內(nèi)部的電容器上的電壓降低，控制系統(tǒng)檢查到電壓降低后迅速將電感L2與IGBT構(gòu)成的BOOST斬波升壓回路快速投入運行，抬高電容器的電壓。當變頻器的直流母線電壓低于低電壓穿越裝置直流母線電壓時，低電壓穿越裝置通過二極管輸出電能，在短時間內(nèi)保持變頻器直流母線不變，維持給煤機變頻器運行。

當系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常后，IGBT停止運行，BOOST回路退出工作狀態(tài)，變頻器的供電仍由三相交流送電回路提供。

6 改造后給煤機低電壓穿越裝置模擬試驗

6.1試驗?zāi)康?/p>

驗證在不同電壓跌落深度下低電壓穿越裝置能正確判斷并迅速投入運行，在電壓跌落的1min時間內(nèi)給煤機是否能夠正常運行，當電壓恢復(fù)時低電壓穿越裝置能否自動退出。

6.2 試驗內(nèi)容

用調(diào)壓器模擬電網(wǎng)電壓跌落，快速將電壓分別調(diào)至80%Un、60% Un、40% Un、20% Un，記錄試驗數(shù)據(jù)并觀察給煤機運行狀態(tài)。

6.3 試驗方法

在給煤機電源與變頻器之間串接三相調(diào)壓器，將調(diào)壓器電壓調(diào)至380V，連接試驗數(shù)據(jù)記錄儀，檢查接線無誤后啟動給煤機?？焖僬{(diào)節(jié)調(diào)壓器使輸出電壓為80%Un，保持一分鐘，檢測低電壓穿越裝置是否投入運行，觀察變頻器、電機和給煤機運行狀態(tài)并記錄試驗數(shù)據(jù)，然后將電壓調(diào)至額定電壓，檢測低電壓穿越裝置是否自動退出運行。用相同的方法分別將電壓調(diào)至60% Un、40% Un、20% Un，觀察設(shè)備運行狀態(tài)并記錄試驗數(shù)據(jù)。

6.4試驗數(shù)據(jù)及結(jié)論

當試驗電壓下降時變頻器直流母線電壓也隨之下降，當系統(tǒng)電壓降至350V時低電壓穿越裝置自動啟動，變頻器直流母線電壓迅速恢復(fù)至540V，在1min之內(nèi)給煤機、變頻器和電機運行狀態(tài)穩(wěn)定。當系統(tǒng)電壓恢復(fù)時低電壓穿越裝置自動退出運行。系統(tǒng)電壓最低降至76V，給煤機仍然能夠正常運行。

7.現(xiàn)場實際應(yīng)用情況

某電廠兩臺1000MW機組給煤機分別在2011年2012年進行給煤機低電壓穿越改造，兩臺880MW機組在2013年改造。從改造投入運行至今，低電壓穿越裝置未因系統(tǒng)電壓跌落而自動投入運行。

8.結(jié)論

提供一種測試變頻器低電壓運行測試的方法。通過加裝低電壓穿越裝置能預(yù)防低電壓穿越問題，在系統(tǒng)電壓短時間跌落時能夠維持正常輸出，提高了變頻器運行可靠性。通過現(xiàn)場實際應(yīng)用，提出以下幾條建議以供參考：

（1）給煤機控制電源由低電壓穿越裝置自帶的UPS供電，該UPS故障或低電壓穿越裝置停運時將直接導(dǎo)致給煤機跳閘，可將給煤機的控制電源接至廠用UPS;

（2）低電壓穿越裝置為電子產(chǎn)品，運行環(huán)境直接影響其可靠性和壽命，應(yīng)保證其運行環(huán)境良好;

（3）為節(jié)約費用，可考慮一臺低電壓穿越裝置帶兩臺給煤機方案;

（4）對于6臺給煤機的機組，可采用將兩臺給煤機接至廠用電系統(tǒng)、兩臺給煤機加裝低電壓穿越裝置、另外兩臺給煤機接至廠用UPS系統(tǒng)的方案;

（5）對新建機組，為減少占地面積、方便施工和操作，可將低電壓穿越裝置和給煤機控制箱合并。

低電壓穿越現(xiàn)象的存在不單單存在于發(fā)電廠中，只要有變頻器的使用的環(huán)境中，都會存在低電壓穿越的可能性，當發(fā)生低電壓穿越之后，變頻器停運，給生產(chǎn)帶來的影響大小，來決定是否采取相應(yīng)的防控措施。因此，該文在使用低壓變頻器的領(lǐng)域內(nèi)，給出一定的參考方案。

參考文獻：

[1]原魁，《變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用》，冶金工業(yè)出版社，2005年，第二版

作者簡介：

宋玉科，男，1979年生，畢業(yè)于三峽大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，工程師，現(xiàn)服務(wù)于國能（綏中）發(fā)電有限責任公司，負責電氣設(shè)備技術(shù)管理、專業(yè)管理，新能源開發(fā)與研究等工作。