1 000 MW機(jī)組給煤機(jī)低電壓穿越改造研究

劉建義 閆 超

（廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 516363）

0 引言

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，一旦電網(wǎng)或單元機(jī)組電源電壓發(fā)生瞬時(shí)波動(dòng)，電壓下降幅度超過給煤機(jī)變頻器或控制回路中控制模塊的低壓跳閘值后，給煤機(jī)的跳閘概率將直線上升，進(jìn)而引起FSSS全爐膛滅火保護(hù)動(dòng)作，單元機(jī)組跳閘，若是電網(wǎng)因素導(dǎo)致電壓波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致全部給煤機(jī)跳閘甚至全廠停電[1-2]。鑒于此，各發(fā)電廠正積極開展研究，采用不同的方式方法實(shí)現(xiàn)給煤機(jī)低電壓穿越改造。

1 機(jī)組概況

某廠2×1 000 MW超超臨界機(jī)組共設(shè)有12臺(tái)給煤機(jī)，均安裝在1、2號(hào)機(jī)組給煤機(jī)平臺(tái)處（單臺(tái)機(jī)組配置有6臺(tái)給煤機(jī)）。每臺(tái)給煤機(jī)均配置一個(gè)就地控制柜及變頻器，用于控制給煤機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。給煤機(jī)是按照負(fù)荷指令要求能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)給煤量的機(jī)械設(shè)備，給煤量直接與鍋爐負(fù)荷相適應(yīng)。給煤機(jī)型號(hào)為CS2036，由上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院提供。給煤機(jī)皮帶電機(jī)由單一變頻器驅(qū)動(dòng)，變頻器由給煤機(jī)就地控制柜中的主板等控制模塊控制。其結(jié)構(gòu)型式與國內(nèi)大多數(shù)直流發(fā)電機(jī)組相同。

2 給煤機(jī)變頻器低電壓穿越技術(shù)要求

根據(jù)《大型汽輪發(fā)電機(jī)組一類輔機(jī)變頻器高、低電壓穿越技術(shù)規(guī)范》，對(duì)給煤機(jī)變頻器的低電壓穿越能力要求如下：電源電壓跌落到不小于0.2倍額定電壓時(shí)，持續(xù)時(shí)間不大于0.5 s；電壓跌落到不小于0.6倍額定電壓時(shí)，持續(xù)時(shí)間不大于5 s；電壓跌落到不小于0.9倍額定電壓時(shí)，持續(xù)時(shí)間不小于5 s，變頻器能正常運(yùn)行。

3 優(yōu)化改造方案

分析現(xiàn)有控制系統(tǒng)回路，針對(duì)以下幾方面進(jìn)行優(yōu)化改造。

3.1 動(dòng)力電源改造

3.1.1 新增低電壓穿越裝置

對(duì)單臺(tái)給煤機(jī)增設(shè)低電壓穿越裝置，并更換舊型變頻器為低電壓穿越型變頻器，該新型變頻器可以同時(shí)接收原來的380 V交流電及低電壓穿越裝置輸出的520 V直流電。保留原來給煤機(jī)變頻器供電線路不變。新增加的低電壓穿越電源裝置電壓輸入AC380 V，輸出為DC520 V。將低電壓穿越電源裝置的直流輸出直接接入新型變頻器，其原理如圖1所示。

圖1 新增低電壓穿越裝置原理圖

從圖1可以看出，低電壓穿越電源裝置的DC520 V輸出接入變頻器的供電直流母線作為防電壓跌落旁路直流電源，與原有AC380 V電源同時(shí)作為變頻器電源。

低電壓穿越裝置工作原理如下：

1）在輸入交流電壓正常時(shí)，給煤機(jī)變頻器采用交流供電回路，變頻器輸入、輸出電壓正常，給煤機(jī)變頻器與給煤機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)低電壓穿越裝置不工作，處于熱備用狀態(tài)。即在系統(tǒng)電壓正常的情況下，低電壓穿越裝置處于旁路熱備用模式，給煤機(jī)變頻器由原電源系統(tǒng)直接供電，低電壓穿越裝置內(nèi)電源變換模塊處于休眠狀態(tài)，不參與運(yùn)行。

2）當(dāng)給煤機(jī)變頻器的交流輸入電壓低于正常電壓值時(shí)，低電壓穿越裝置自動(dòng)投入，其輸出520 V直流電供給變頻器直流供電回路，維持給煤機(jī)變頻器主功率回路在正常值，保證給煤機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在給煤機(jī)變頻器的交流輸入電壓恢復(fù)正常后，低電壓穿越裝置自動(dòng)退出，處于熱備用模式。給煤機(jī)變頻器切換為正常交流供電。

3）低電壓穿越裝置處于熱備用還是輸出直流供電由裝置內(nèi)部器件完成，無須人為操作，實(shí)現(xiàn)低電壓時(shí)無縫切換，不會(huì)對(duì)變頻器穩(wěn)定運(yùn)行造成沖擊。

3.1.2 更換給煤機(jī)動(dòng)力電源斷路器

原給煤機(jī)動(dòng)力電源（380/220 V鍋爐段—MCC配電柜）抽屜開關(guān)中的斷路器額定電流為32 A，斷路器容量滿足不了新增低電壓穿越裝置的配電要求，需要更換。原因如下：加裝變頻器低電壓穿越裝置之后，在廠用鍋爐段交流電源AC380 V正常的情況下，變頻器由廠用電提供AC380 V，低電壓穿越裝置處于熱備用狀態(tài)；當(dāng)廠用交流電源AC380 V出現(xiàn)低電壓穿越時(shí)，變頻器由低電壓穿越裝置提供DC520 V，才能使變頻器繼續(xù)正常運(yùn)行，此時(shí)給煤機(jī)動(dòng)力配電線路上的電流是由低電壓穿越發(fā)生后交流電壓下降的深度決定，如果按照DL/T 1648—2016《發(fā)電廠及變電站輔機(jī)變頻器高低電壓穿越技術(shù)規(guī)范》中變頻器瞬時(shí)低電壓穿越區(qū)的極限值20%Ue即AC76 V，線路上的最大電流I相=（7 500 W/76 V）/1.732≈57 A（變頻器功率7 500 W），匹配的斷路器額定電流為63 A。

3.2 控制回路電源優(yōu)化

原給煤機(jī)控制回路電源由380 V動(dòng)力電源經(jīng)變壓器變壓后提供，存在動(dòng)力電源電壓降低時(shí)，控制回路不能正常工作的問題。優(yōu)化內(nèi)容為增加電源切換裝置，敷設(shè)相關(guān)電纜至給煤機(jī)就地控制柜中，對(duì)給煤機(jī)控制回路單獨(dú)供電。

1）原給煤機(jī)控制回路電源存在的問題：

現(xiàn)在某廠給煤機(jī)控制回路電源是由鍋爐AC380 V送入給煤機(jī)就地控制柜內(nèi)L1/L2/L3，經(jīng)過就地空開CB后進(jìn)入控制柜，分別分配給變頻器、清掃鏈條電機(jī)、給煤機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)部繼電器及控制板（經(jīng)過變壓器AC380 V轉(zhuǎn)換成AC120 V）使用，即動(dòng)力電源和控制電源是由同一路電源供電。給煤機(jī)低電壓試驗(yàn)表明，這個(gè)結(jié)構(gòu)的控制回路，當(dāng)給煤機(jī)就地控制回路電壓波動(dòng)及瞬間失電時(shí)會(huì)造成給煤機(jī)的異常跳閘（即控制回路中的繼電器、控制板等電子元件在低電壓時(shí)會(huì)停止工作，導(dǎo)致給煤機(jī)異常跳閘），存在安全隱患。

2）控制回路電源優(yōu)化改造方案：

針對(duì)該問題，對(duì)給煤機(jī)控制回路電源進(jìn)行優(yōu)化改造：將現(xiàn)有給煤機(jī)控制柜中的動(dòng)力電源和控制電源分開，在電子間中分別新增加兩套AC220 V電子式電源切換裝置（含電源柜，切換裝置切換時(shí)間≤5 ms），一套電源切換裝置給單臺(tái)機(jī)組的3臺(tái)給煤機(jī)控制回路AC220 V供電，并敷設(shè)相關(guān)電纜至給煤機(jī)就地控制柜中，同時(shí)把原有控制回路中的AC380/120 V變壓器更換為AC220/120 V變壓器，以此對(duì)給煤機(jī)控制回路單獨(dú)供電。

由于新增的電源切換裝置兩路輸入電源分別來自“機(jī)組UPS電源盤1”“機(jī)組UPS電源盤2”兩電源柜（電子間）中的兩路AC220 V電源，當(dāng)一路電源失去或異常后，立即切換到另外一路電源輸出，從而能保證控制回路的正常供電。

3.3 穩(wěn)定控制動(dòng)作回路時(shí)序優(yōu)化

根據(jù)控制回路原理，在給煤機(jī)遙控啟動(dòng)自保持回路中增加時(shí)間延時(shí)繼電器[3]，當(dāng)發(fā)生啟動(dòng)自保持回路因低電壓自保持觸點(diǎn)斷開時(shí)，實(shí)現(xiàn)回路自保持功能。

經(jīng)過現(xiàn)場測試，該廠給煤機(jī)控制回路的交流控制繼電器失電返回時(shí)間在1.8～3 ms之間，當(dāng)電源切換裝置發(fā)生切換時(shí)，存在切換時(shí)間比繼電器失電返回時(shí)間大的情況出現(xiàn)，這樣就會(huì)造成給煤機(jī)啟停信號(hào)自保持回路斷開。因此，單純采用5 ms內(nèi)雙電源切換并不能滿足低電壓穿越要求，所以在給煤機(jī)控制回路中增加延時(shí)繼電器，方法如下：

1）增加一個(gè)延時(shí)繼電器。

2）具體改造的電氣原理圖如圖2所示，延時(shí)繼電器KT1常開接點(diǎn)15、18并聯(lián)在啟停回路FS繼電器常開接點(diǎn)16、17兩端，KT1線圈與FS并聯(lián)。

圖2 控制回路新增延時(shí)繼電器原理圖

原理簡述：FS啟停回路動(dòng)作后，回路中16、17指令常開觸點(diǎn)接通，延時(shí)繼電器KT1線圈同時(shí)帶電動(dòng)作，常開觸點(diǎn)KT1閉合，與FS同時(shí)構(gòu)成自鎖回路；給煤機(jī)控制器電源由于切換瞬間失電時(shí)，F(xiàn)S即使因失電斷開，但由于KT1常開接點(diǎn)延時(shí)一段時(shí)間才斷開，因此在交流電壓恢復(fù)前，F(xiàn)S仍然可以保持自鎖狀態(tài)，避免了瞬間失電導(dǎo)致給煤機(jī)異常跳閘的情況出現(xiàn)。

4 改造后性能試驗(yàn)

采用電壓暫降發(fā)生儀模擬給煤機(jī)變頻器工作電源電壓暫降到額定電壓的90%、60%、20%持續(xù)一定時(shí)間后至工作電源電壓恢復(fù)，對(duì)該期間給煤機(jī)變頻器及給煤機(jī)能否繼續(xù)保持正常、連續(xù)工作進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)時(shí)按照接線圖3將電壓暫降發(fā)生儀串接在給煤機(jī)變頻器的動(dòng)力電源回路中。

圖3 性能試驗(yàn)接線圖

設(shè)置電壓暫降發(fā)生儀電壓跌落幅度和時(shí)間，對(duì)改造后的給煤機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)，驗(yàn)證改造后給煤機(jī)低電壓穿越保護(hù)功能達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：

1）暫降發(fā)生儀輸出電壓跌落到不小于76 V，持續(xù)時(shí)間不大于0.5 s的區(qū)域內(nèi)，變頻器能夠可靠供電，保障給煤機(jī)正常運(yùn)行；

2）暫降發(fā)生儀輸出電壓跌落到不小于228 V，持續(xù)時(shí)間不大于5 s的區(qū)域內(nèi)，變頻器能夠可靠供電，保障給煤機(jī)正常運(yùn)行；

3）暫降發(fā)生儀輸出電壓跌落到不小于342 V時(shí)，變頻器能夠可靠供電，保障給煤機(jī)正常運(yùn)行。

以AC380 V廠用母線電壓暫降至20%，持續(xù)時(shí)間1 s的性能試驗(yàn)為例，變頻器輸出電壓波形如圖4所示。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在變頻器輸入電壓暫降20%期間，變頻器輸出電壓保持相對(duì)穩(wěn)定，變頻器和給煤機(jī)能正常運(yùn)行。

圖4 變頻器輸出電壓波形

5 結(jié)束語

通過對(duì)控制回路等的優(yōu)化改造，該廠圓滿實(shí)現(xiàn)了給煤機(jī)低電壓穿越，達(dá)到了預(yù)期效果，為其他給煤機(jī)變頻器低電壓穿越改造提供了參考。