火電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越能力測試研究

馬一鳴

（國網寧夏電力有限公司 電力科學研究院，銀川 750011）

0 引言

近年來，隨著電網規模迅速擴大，火電廠輔機系統多采用變頻器技術以達到精細化調節和節能降耗的目的[1]，重要輔機變頻調速系統的電壓暫降性能直接關系到火電機組及電網的安全運行和電能質量[2]。但多數輔機變頻調速系統高、低電壓穿越能力差，有的甚至不具備這種能力[3]，導致變頻器會在電網低電壓時閉鎖輸出，引起全爐膛滅火保護動作跳機，導致局部電網失去穩定[4,5]。因此，開展火電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越能力測試研究對機組安全運行和支撐網源協調具有重要意義。

目前，重要輔機變頻調速系統的高、低電壓穿越的仿真特性和實測試驗存在較大差異，本文提出了利用電壓暫降發生器對火電機組輔機變頻調速系統進行高、低電壓穿越能力實際測試，為變頻調速系統實測試驗提供參考。

1 火電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越能力技術指標

國家電網公司編制了《大型汽輪發電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越技術規范（征求意見稿）》規定了火電廠輔機變頻調速系統應該具備的高、低電壓穿越能力指標。當外部故障或擾動引起的變頻器進線電壓幅值變化和持續時間在高電壓穿越區內時（如表1、圖1所示），變頻器應能夠保障供電對象的安全運行。

表1 大型汽輪發電機組一類輔機變頻器高電壓穿越區Table 1 High voltage crossing zone of a class of auxiliary inverter for large turbogenerator sets

圖1 大型汽輪發電機組一類輔機變頻器高電壓穿越區Fig.1 High voltage crossing zone for a class of auxiliary inverter with a large turbogenerator set

當外部故障或擾動引起的變頻器進線電壓跌落幅值和持續時間在低電壓穿越區內時（如表2、圖2所示），變頻器應能夠保障供電對象的安全運行。

2 輔機變頻器高、低電壓穿越測試原理

利用電壓暫降發生儀模擬廠用母線電壓暫降到額定電壓的90%、60%、20%或暫升到額定電壓的130%，在設定的時間到達后電壓重新恢復，測試時串接在輔機變頻器的動力電源輸入回路中。

利用電力電子技術，在檢測到輔機變頻器交流額定電壓降低或者升高的信號后，將低電壓穿越裝置的輸出電壓隔離轉換成高壓直流電給變頻器直流環節供電（DC500V±5%），在檢測到輔機變頻器交流額定電壓升高的信號后，通過泄放電阻分壓，確保變頻器在輸入交流電出現電壓降低或升高時，輸出電壓能夠維持設備正常工作，同時保證變頻器控制電源正常。

DC+、DC-：輔機變頻器的直流母線正、負接線端子。

Q1：電壓暫降發生儀的交流輸入斷路器。

Q2：低電壓穿越裝置直流輸出斷路器。

Q3：輔機變頻器輸出斷路器。

現場測試接線圖如圖3所示。

表2 大型汽輪發電機組一類輔機變頻器低電壓穿越區Table 2 Low voltage crossing zone of a class of auxiliary inverter for large turbogenerator sets

圖2 大型汽輪發電機組一類輔機變頻器低電壓穿越區Fig.2 Low voltage crossing zone for a class of auxiliary inverter with large turbogenerator sets

圖3 測試接線圖Fig.3 Test wiring diagram

3 測試案例分析

以某電廠給煤機變頻器和空預器變頻器高、低電壓穿越能力測試為例，該廠為ABB變頻器-ACS510。

3.1 給煤機變頻器空載測試

實際測試時，母線電壓峰值1070V，圖4～圖7分別是給煤機變頻器電壓暫升至130%持續0.5s、暫降至90%持續30s、暫降至60%持續5s和暫降至20%持續0.5s的波形。

3.2 給煤機變頻器帶載測試

實際測試時，母線電壓峰值1070V，圖8～圖11分別是給煤機變頻器電壓暫升至130%持續0.5s、暫降至90%持續30s、暫降至60%持續5s和暫降至20%持續0.5s的波形。

圖4 給煤機變頻器空載電壓暫升至130%Fig.4 The no-load voltage of the inverter of the coal feeder is temporarily raised to 130%

圖5 給煤機變頻器空載電壓暫降至90%Fig.5 Coal generator inverter no-load voltage temporarily reduced to 90%

圖6 給煤機變頻器空載電壓暫降至60%Fig.6 Coal generator inverter no-load voltage temporarily reduced to 60%

圖7 給煤機變頻器空載電壓暫降至20%Fig.7 Coal generator inverter no-load voltage temporarily reduced to 20%

圖8 給煤機變頻器帶載電壓暫升至130%Fig.8 The load voltage of the inverter with coal feeder is temporarily raised to 130%

圖9 給煤機變頻器帶載電壓暫降至60%Fig.9 The load voltage of the inverter with coal feeder drops to 60%

圖10 給煤機變頻器帶載電壓暫降至60%Fig.10 The load voltage of the inverter with coal feeder drops to 60%

圖11 給煤機變頻器帶載電壓暫降至20%Fig.11 The load voltage of the inverter with coal feeder drops to 20%

由圖4～圖11實測數據分析得出，輔機變頻器高、低電壓穿越測試原理能夠在現場實施測試，且該廠給煤機變頻器空載測試及帶載測試時，在模擬交流輸入電壓暫升或暫降到正常電壓130%、90%、60% 和20%過程中，變頻器的主功率回路和控制電源都在正常值，給煤機變頻器正常運轉；在模擬輸入交流電壓由130%、90%、60% 和20%恢復到正常電壓后，給煤機變頻器的輸入電壓均恢復正常，輸出電壓和控制電源電壓仍然正常，給煤機變頻器正常運轉。該廠給煤機變頻器滿足《大型汽輪發電機組一類輔機變頻器高、低電壓穿越技術規范（征求意見稿）》中的高、低電壓穿越能力指標規定的要求。

4 結束語

本文針對某火電機組一類輔機中的給煤機變頻器的高、低電壓穿越測試進行了研究分析，并在現場驗證測試原理，為火電機組一類輔機變頻器的高、低電壓穿越能力空載和帶載實測試驗提供參考。