电厂给粉机电源系统接地低穿装置的“穿越”王文革

电厂给粉机电源系统接地低穿装置的“穿越”王文革

王文革杨会贤

（陕西渭河发电有限公司陕西西咸新区712085）

摘要：近年来火电厂陆续发生了几起由系统低电压故障造成火电机组跳机的事故。在此类事故中，电厂内部或外部故障（雷击、电气设备短路、接地等），引起电网电压短时跌落，跌落幅度超过15%、持续时间较短，此类故障的发生，原本不应引起辅机的退出，但由于火电厂关键辅机的变频器设备不具备低电压功能，触发了辅机拖动变频器的低电压保护，变频器闭锁输出，辅机停机，最终导致了发电机组的跳机。此类故障期间的非计划跳机，一方面影响发电厂发电连续性和经济性，并造成电厂发电设备损坏，另一方面会进一步对电力系统造成冲击，加剧系统故障程度，严重影响电力系统的安全稳定运行。

关键词：低电压穿越装置；电容分布；系统单相接地；接地穿越

0引言

随着电力电子技术的发展，变频器以其调速精确，使用简单，保护齐全等特点广泛应用于电厂辅机调速控制系统中。变频器的应用不仅降低了电厂的能耗，同时也提高了设备的自动化程度。由于电力电子器件的应用，变频器均带有低电压跳闸保护，电网电压的波动往往会带来变频器的退出运行，从而造成事故的扩大。

变频器的功率回路均由整流模块、直流环节、逆变模块组成，如下图1所示。

图1变频器结构示意图

变频器的进电端子(R/L1，S/L2，T/L3)，经不控整流（TM1，TM2，TM3）到直流DC，再经过逆变(TM4，TM5，TM6)到U/T1，V/T2，W/T3交流，实现频率变换。当低电压发生时，R/L1，S/L2，T/L3电压变低，直流母线电压随之降低，无法提供逆变模块所需要的能量，触发变频器保护。此保护为变频器内置的硬件保护，无法通过修改定值进行规避。在变频系统中，变频器并非独立运行，有相应的控制电路板、采样反馈系统、继电器和接触器与其配合工作，这些部件均需稳定的控制电源供电。电力系统发生低电压故障时，控制电源也会发生跌落，进而造成控制系统与继电器系统的瘫痪，变频器同样无法正常运行，导致给煤机、给粉机、空预器变频停止运行。

火电厂由电压暂降引发跳机的问题，引起了电网公司的高度重视，国家电网公司和南方电网公司调度中心，均下发了火电机组辅机安全隐患排查的通知。颁布了《大型汽轮发电机组一类辅机变频器高、低电压穿越技术规范（征求意见稿）》。该规范明确规定：当外部故障或扰动引起的变频器进线电压跌落幅值和持续时间在低电压穿越区内时（如表1所示），变频器应能够保障供电对象的安全运行。

表1变频器低电压穿越区

1VRT-380A火电厂变频器低电压穿越装置

变频器低电压穿越装置（VRT-380A）的控制目标为在系统电压跌落时保证变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变。

其工作原理如下：

在系统电压正常的状态下，变频器母线电压正常且变频器正常工作，电能通过交流送电回路送入变频器交流输入端子，满足装置备用条件，VRT-380A装置中的中央控制单元向断路器、电动开关等执行单元发出合闸命令，此时直流回路处于备份状态，不参与变频器运行。

图2低电压穿越装置原理框图

在系统电压发生跌落时，装置内置的控制系统实时监测到此电压跌落趋势，当下降至低于要求的额定电压，装置瞬时投入运行，在A/B/C三相电压跌落期间，通过BOOST升压回路将跌落的交流电压（兼容电厂内220V直流电源输入）提升到500V直流电压，电源拓扑结构见图4。通过变频器的直流母线对变频器供电，使其维持到可保证变频器输出功率、电机转矩、电机转速均不变的电压水平。在系统电压跌落结束，系统电压恢复正常后，装置停止运行，升压回路退出工作状态，恢复到备用状态，变频器的供电仍由三相交流送电回路提供。

VRT-380A装置中，交流送电通道与直流送电通道的切换由电力电子器件（IGBT）完成无缝切换，切换动作时间小于10us，对变频器的稳定运行不会造成冲击。

2低穿装置运行中出现系统“接地”穿越

某电厂#5、6机锅炉给粉机变频器加装低穿装置。24台给粉机其中18台装设有低穿装置。采用一拖三形式即一套低穿装置带三台给粉变频器，低穿装置设置6套。给粉机变频器工作电源取自400V炉A段，给粉机变频器备用电源取自400V炉B段，且400V系统接地方式经高阻接地，低穿装置的交流进线电源取自给粉机变频器备用电源。给粉机正常运行中，当炉A段其它负荷发生单相接地时，通过运行给粉机的低穿装置将接地“穿越”到炉B段，炉B段同相同时发生接地，且有报警。

3低穿装置运行中出现系统“接地”穿越实例

3.12017年7月28日#5炉Ⅰ、Ⅱ组12台给粉机运行，每组6台工作电源带给粉机，备用电源带低穿。15:40“炉5A段接地”、“炉5B段接地”、“保安5A段接地”、“保安5B段接地”告警，值班人员查炉5A、5B；保安5A、5B段B相对低电压为零，另两相升至线电压，查找接地负荷时发现运行给粉机工作电源及备用电源不平衡电流都是2.7A，拉开低穿装置直流空开后，两路不平衡电流消失，“炉5A段接地”、“保安5A段接地”告警消失，接地现象仍然存在，经进一步查找为乙空预器#1导向油泵接地，停运设备接地消失。

3.22017年8月2日#6炉Ⅰ、Ⅱ组12台给粉机运行，02:02“炉6A段接地”、“炉6B段接地”、“保安6A段接地”、“保安6B段接地”告警，值班人员查炉6A、6B；保安6A、6B段B相对低电压为零，另两相升至线电压，查找接地负荷时发现运行给粉机工作电源及备用电源不平衡电流都是2.6A，拉开低穿装置直流空开后两路不平衡电流消失，“炉6A段接地”、“保安6A段接地”告警消失，接地现象仍然存在，经进一步查找为乙磨喷油装置接地，停运设备接地消失。

4低穿装置运行存安全隐患

装设低穿装置为了提高给粉机变频器在系统电压波动时安全运行的可靠性。目前存在问题当炉段其中一段发生接地时会影响另一段也发生接地，扩大系统接地范围。这时另一段也发生不同相接地将会发生短路，将会引发事故。另外也影响运行人员查找接地负荷的范围。

5“接地”穿越现象分析

变频器的交流电源经三相整流二极管整流成直流，滤波回路中有电容同样低穿装置直流回路中有升压电容，二者在正常运行中通过低穿直流开关并联运行。当低穿电源或给粉机变频器工作电源系统接地时，接地电流通过二者电容相互连接形成回路。导致给粉机变频器工作电源系统或低穿电源也接地现象。如图3所示：

6“接地”穿越现象改进措施

6.1在低穿装置交流电源进线开关之后，装设隔离变，将低穿系统和电源系统隔离开，就不会发生“接地”现象穿越。

6.2低穿装置直流回路将单向二极管更换为可控二极管，在低穿需要投入时出发二极管导通。也可以解决“接地”现象穿越。

7结语

新增加的设备，只有通过实际运行才能暴露出其中的问题。因此，对于设备运行中出现的一些视乎不合理异常现象，不能掉以轻心。只有通过大量实践、测量才能加以分析、判断，以便得到正确的认识。只有这样才能解决一些实际问题，提高设备安全运行。

图3

参考文献

[1]南瑞集团给粉机变频器说明书。

[2]大型汽轮发电机组一类辅机变频器高低电压穿越技术规范。

作者简介

王文革（1969—）男陕西周至人，陕西渭河发电有限公司工程师，研究方向：电厂的电气设备运行维护。