火電機組輔機低電壓穿越解決方案

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北京四方繼保自動化股份有限公司課題來源：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：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，給煤機變頻器低電壓閉鎖，觸發(fā)爐膛滅 火保護（MFT），機組跳機范圍：范圍：伊敏電廠、相鄰120km的呼倫貝爾電廠大負載投入導(dǎo)致低電壓現(xiàn)象大負載投入導(dǎo)致低電壓現(xiàn)象問題：問題：據(jù)東北區(qū)電廠專工反映，部分電廠在

2、投入廠內(nèi)大負荷負載時，也有引起廠內(nèi)供電系統(tǒng)低電壓，導(dǎo)致變頻器保護的現(xiàn)象發(fā)生例如：例如：吉林白城電廠，吉林長山電廠，之前都發(fā)生過，當廠內(nèi)大功率水泵投入時，出現(xiàn)給煤機變頻器保護現(xiàn)象。廠內(nèi)和廠外原因都會引起廠內(nèi)和廠外原因都會引起廠用電電壓短時降低廠用電電壓短時降低廠內(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)故障對側(cè)故障對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0.4kV母線電壓的影響，特建立模型。500kV側(cè)故障對側(cè)故障對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0.4kV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#機組外，全部系統(tǒng)等效至500kV母線)500kV側(cè)故障對側(cè)故障對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：要求重要輔機的要求重要輔機的變頻拖動系統(tǒng)，在系統(tǒng)電壓跌落至變頻拖動系統(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)故障時發(fā)電機組不因低電壓穿越能力不足而跳閘或出故障時發(fā)電機組不因低電壓穿越能力不足而跳閘或出力波動。力波動。閉鎖原因閉鎖原因1 1：變頻器柜控制電源跌落，控制信號丟失。：變頻器柜控制電源跌落，控制信號丟失。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，變頻器報欠壓故障，停止輸出。電廠名稱電廠名稱xxxxxx電廠電廠序號輔機變頻器名稱變頻器型號及廠家變頻器數(shù)量電壓等級（V）低電壓定值（V）低電壓延時(s)是否存在低電壓跳閘風(fēng)險5磨煤機旋轉(zhuǎn)分離器變頻器ACS550-01-157A-424380V直流欠壓 324V瞬時存在低電壓穿越變頻器跳閘，全?？赡茉斐蓹C組MFT6給煤機變頻器AC-Tech M1475C2438

10、0V1000 m時，應(yīng)按GB/T 3859.2規(guī)定降額使用噪音65dB距離1 m處測量防塵等級IP42電氣參數(shù)電氣參數(shù)項目項目單位單位參數(shù)參數(shù)備注備注單機額定功率kW跌落深度對應(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間s30秒以下全部工況下連續(xù)可靠運行時間h50000旁路切換時間ms1維護方式免維護散熱方式強迫風(fēng)冷廠內(nèi)試驗與型式試驗廠內(nèi)試驗與型式試驗試驗內(nèi)容試驗內(nèi)容 絕緣電阻測試：絕緣電阻測試：500M500M 介質(zhì)強度試驗：介質(zhì)強度試驗：2.5kVAC2.5kVAC 沖擊電壓試驗：輸入、輸出對地沖擊電壓試驗：輸入、輸出對地5

11、kV5kV 快速瞬變干擾試驗：快速瞬變干擾試驗：A A級級 靜電放電干擾試驗：靜電放電干擾試驗：4 4級級 浪涌（沖擊）抗干擾試驗：浪涌（沖擊）抗干擾試驗：4 4級級 射頻傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗：射頻傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗：3 3級級 裝置功能及測量元件準確度檢測裝置功能及測量元件準確度檢測廠內(nèi)試驗與型式試驗廠內(nèi)試驗與型式試驗電壓維持功能試驗電壓維持功能試驗 電壓跌落等級：電壓跌落等級：0.8pu；0.6pu；0.4pu；0.2pu 電壓跌落持續(xù)時間：電壓跌落持續(xù)時間： 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)試驗與型式試驗廠內(nèi)試驗與型式試驗電壓跌落至電壓跌落至0.2

12、pu0.2pu，持續(xù)時間，持續(xù)時間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)試驗與型式試驗廠內(nèi)試驗與型式試驗電壓跌落時刻展開圖電壓跌落時刻展開圖黃色：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)試驗與型式試驗廠內(nèi)試驗與型式試驗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)試驗與型式試驗廠內(nèi)試驗與型式試驗電壓恢復(fù)時刻展開圖電壓恢復(fù)時刻展開圖黃色：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；中國電科院檢測報告中國

13、電科院檢測報告中國電機工程學(xué)會技術(shù)鑒定中國電機工程學(xué)會技術(shù)鑒定 鑒定委員會由來自中國南方電網(wǎng)公司、國網(wǎng)北京經(jīng)濟技術(shù)研究院、國家電力調(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(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電機工程學(xué)會組織的技術(shù)鑒定。中國電機工程學(xué)會技術(shù)鑒定中國電機工程學(xué)會技術(shù)鑒定 伊敏電廠給煤機變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場伊敏電廠給煤機變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場呼倫貝爾電廠給煤機變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場呼倫貝爾電廠給煤機變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場華能海南東方電廠給煤機變頻器低電

14、壓穿越改造現(xiàn)場華能海南東方電廠給煤機變頻器低電壓穿越改造現(xiàn)場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(shè)備，根據(jù)電力傳動業(yè)內(nèi)統(tǒng)計結(jié)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(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(shè)計，引用進口高質(zhì)量的寬范圍輸入開關(guān)電源，進一步提高裝置供電安全可靠

15、性。2. 維護工作量及故障檢驗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(yīng)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(nèi)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(shè)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

16、功能，并可將故障診斷結(jié)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。3.3.環(huán)境要求環(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(jié)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?qū)ζ湓斐蓳p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。4.4.安裝場地和施工安裝場地和施工 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(shè)備放置于一個獨立的配備空調(diào)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