发电厂辅机变频器高、低电压穿越---许庆贺

许庆贺许庆贺 2018年07月郑州 发电厂辅机变频器高、低电压穿越发电厂辅机变频器高、低电压穿越 一、高低电压穿越背景 三、高低电压穿越措施 四、工程应用方法 二、火电厂高低电压穿越技术要求 提 纲 五、性能测试 目前国家电网公司建成“八交十直”特高压工程，跨国跨区输电能力达 8575万千瓦。国家电网已形成东北、西北、西南送出；华东受入；华北、华 中送受并存的输电格局。 2010-20172010-2017年跨国跨区输电能力增长年跨国跨区输电能力增长 单位：万千瓦单位：万千瓦 跨区互联格局跨区互联格局 交直流混联背景下电网特点交直流混联背景下电网特点 一、高低电压穿越背景 1.1.特高压直流受端系统动态无功储备下降，电压特性恶化特高压直流受端系统动态无功储备下降，电压特性恶化 u在受端交流系统电压降低时，直流电压 相应降低，进而直流电流增加。由此导致 受端换流器消耗无功增加。同时，受端电 压降低时，交流滤波器的无功出力也降低 。即交流电压降低后换流站从系统吸收的 无功增加，电压易失稳。相比于传统发电 机直流受端系统电压特性恶化。 u根据直流设计原则，直流本身 不向系统提供动态无功，致受端 电网动态过程中需从系统中大量 吸收无功。而本地发电机组，可 在故障下向系统提供可提供大量 动态无功支撑。因此，直流送端 系统的动态无功储备下降。 交直流混联背景下电网特点交直流混联背景下电网特点 一、高低电压穿越背景 2.2.特高压直流弱送端系统短路容量不足，过电压问题突出特高压直流弱送端系统短路容量不足，过电压问题突出 u随着大型能源基地开发向边远地区延伸，特别是风电 、光伏的大规模集中开发，直流输电送端电网薄弱、短 路容量不足问题突出，一方面直流输送能力的提升严重 依赖于送端火电的开机方式，直接影响了清洁能源消纳 和电网运行方式的灵活性；另一方面直流换相失败引起直流换相失败引起 送端系统暂态电压升高送端系统暂态电压升高，严重情况下导致风机大面积脱 网。 交直流混联背景下电网特点交直流混联背景下电网特点 一、高低电压穿越背景 3.3.电网所受冲击增大电网所受冲击增大 随着直流输电、柔性输电技术快速发展，交直流、送受端、 上下级电网间耦合紧密，输电网呈现三方面特征：一是交流故障 易通过直流快速传导、放大，送受端电网一体化特征显著；二是 直流群功率冲击大，交流通道耐受能力不足，交直流系统结构性 矛盾突出；三是电力电子设备的大量并网，电力电子器件的耐高 电压能力差，谐振、次/超同步振荡问题逐步显现，电网“宽频” 特性日益凸显。 交直流混联背景下电网特点交直流混联背景下电网特点 一、高低电压穿越背景 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， 相应厂用电短时电压降低，由于原来火电厂一类辅机及其变 频器设备不具备低电压穿越功能，当输入电压降低，触发了 辅机变频器的低电压保护，变频器闭锁输出，辅机停机，进 而引发锅炉炉膛灭火保护（MFT）动作造成非计划停炉，最 终导致了发电机组的跳机。 火电机组辅机低电压穿越的项目背景火电机组辅机低电压穿越的项目背景 一、高低电压穿越背景 典型案例分析：典型案例分析：大负载投入导致大负载投入导致低电压低电压现象，引发跳机事故现象，引发跳机事故 问题：问题：部分电厂在投入厂内大负荷负载时，也有引起厂内供 电系统低电压，导致变频器保护动作。 例如：例如：吉林白城电厂，吉林长山电厂，之前都发生过，当厂 内大功率水泵投入时，出现给煤机变频器保护动作现象。 火电机组辅机低电压穿越的项目背景火电机组辅机低电压穿越的项目背景 厂内和厂外原因都会引起厂内和厂外原因都会引起厂用电短时电压降低厂用电短时电压降低 厂内部原因，如：大型设备起停、非平衡设备干扰等。 厂外部原因，如：线路故障、雷击、电气设备短路、接地等 。 一、高低电压穿越背景 典型案例分析：电厂给煤机典型案例分析：电厂给煤机变频器低电压闭锁变频器低电压闭锁，引发跳机事，引发跳机事 故故 起因：起因：2011年伊敏电厂开关CT故障，造成500kV系统母线接 地 过程：过程：厂用变电压跌落，给煤机变频器低电压闭锁，触发炉 膛灭火保护（MFT），机组跳机 范围：范围：伊敏电厂、相邻120km的呼伦贝尔电厂 火电机组辅机低电压穿越的项目背景火电机组辅机低电压穿越的项目背景 一、高低电压穿越背景 典型案例分析：空气预热器变频器典型案例分析：空气预热器变频器低电压穿越装置故障低电压穿越装置故障，引，引 发跳机事故发跳机事故 起因：起因：通辽地区突降暴风雪，科沙线线路故障引起电压波动 过程：过程：厂用电系统电压波动，A. B空气预热器，A、B引风机 ，A、B送风机，A、B一次风机，A,B.C. E.F, G磨煤机及给 煤机跳闸，锅炉MFT动作，发电机解列 范围：范围：通辽电厂 火电机组辅机低电压穿越的项目背景火电机组辅机低电压穿越的项目背景 一、高低电压穿越背景 故障危害故障危害 影响发电厂发电连续性和经济性，并造成电厂发电设备影响发电厂发电连续性和经济性，并造成电厂发电设备 损坏损坏 进一步对电力系统造成冲击，加剧系统故障程度，严重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影响电力系统的安全稳定运行 一、高低电压穿越背景 三、高低电压穿越措施 四、工程应用方法 二、火电厂高低电压穿越技术要求 提 纲 五、性能测试 火电厂由高低电压引发跳机的问题火电厂由高低电压引发跳机的问题, ,，引起了电网公司的，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。了火电机组辅机安全隐患排查的通知。 应对策略应对策略 二、火电厂高低电压穿越技术要求 相关文件相关文件 二、火电厂高低电压穿越技术要求 相关文件相关文件 二、火电厂高低电压穿越技术要求 各含600兆瓦及以上机组的电厂应高度重视辅机高、低电压穿越能力技 术改造工作，认真组织协调，并在2014年11月底前完成整改工作。 u 所采用的防高、低电压穿越设备应安全可靠，不应对电网或原有设备 带来新的安全隐患。 文件重要条款文件重要条款 河南电力调度控制中心关于开展河南电网河南电力调度控制中心关于开展河南电网600兆瓦及以上机组低压辅机兆瓦及以上机组低压辅机 高、低电压穿越能力技术改造工作的通知调高、低电压穿越能力技术改造工作的通知调 【2014 】30号文号文： 2013年3月省调根据上级有关要求，开展了300300兆瓦及以上统调火电机组兆瓦及以上统调火电机组一 类辅机变频器性能自查和参数报送工作，发现河南电网37座电厂存在不满 足高、低电压穿越的隐患。今年（2014年）先期开展先期开展600兆瓦及以上机组 低压辅机（包括给煤机、给粉机、空气预热器）变频器高、低电压穿越能 力技术改造工作。现将有关事项通知如下: 二、火电厂高低电压穿越技术要求 各含600兆瓦及以上机组的电厂应高度重视辅机高、低电压穿越能力技 术改造工作，认真组织协调，并在2014年11月底前完成整改工作。 u 所采用的防高、低电压穿越设备应安全可靠，不应对电网或原有设备 带来新的安全隐患。 文件重要条款文件重要条款 河南电力调度控制中心关于开展河南电网河南电力调度控制中心关于开展河南电网600兆瓦及以上机组低压辅机兆瓦及以上机组低压辅机 高、低电压穿越能力技术改造工作的通知调高、低电压穿越能力技术改造工作的通知调 【2014 】30号文号文： 2013年3月省调根据上级有关要求，开展了300300兆瓦及以上统调火电机组兆瓦及以上统调火电机组一 类辅机变频器性能自查和参数报送工作，发现河南电网37座电厂存在不满 足高、低电压穿越的隐患。今年（2014年）先期开展先期开展600兆瓦及以上机组 低压辅机（包括给煤机、给粉机、空气预热器）变频器高、低电压穿越能 力技术改造工作。现将有关事项通知如下: 二、火电厂高低电压穿越技术要求 满足国家和行业相关技术要求。在电网发生各种故障时，都应具备高、 低电压穿越的能力，不应导致辅机停机。 省调将火电厂辅机变频器具备高、低电压穿越能力作为网源协调工作的 一项重要内容,并进行常态化管理，新并网机组辅机变频器必须具备高低电 压穿越能力。 改造完成后需向省调系统运行处提交改造工作报告和改造后的试验报告， 不合格的应继续整改。对逾期未整改完毕的电厂，省调将上报河南省能源 监督办，并按照两个细则对其进行考核，必要时采取停机整改的措施。 本项工作暂按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）技术条件执行 文件重要条款文件重要条款 河南电力调度控制中心关于开展河南电网河南电力调度控制中心关于开展河南电网600兆瓦及以上机组低压辅机兆瓦及以上机组低压辅机 高、低电压穿越能力技术改造工作的通知调高、低电压穿越能力技术改造工作的通知调 【2014 】30号文号文： 二、火电厂高低电压穿越技术要求 发电厂及变电站辅机变频器高低压穿越技术规范【发电厂及变电站辅机变频器高低压穿越技术规范【DL/T 1648-2016】 文件重要条款文件重要条款 适用范围：适用范围：本标准适用于发电厂一次风机、给煤机等发电厂一类辅机变频 器、变电站主变压器冷却风机变频器以及换流站阀冷缺设备变频器高低电 压穿越能力。 发电厂一类辅机：发电厂一类辅机：指短时（小于5s）中断供电将会造成机组停机或机组输 出功率大幅下降，影响电网安全运行的辅机。 举例：给煤机、给粉机、空气预热器等。举例：给煤机、给粉机、空气预热器等。 变频器高低电压穿越：变频器高低电压穿越：当外部故障或扰动引起辅机变频器电源进线电压瞬 时、短时或长时间升高或降低时，在规定的电压变动范围和时间间隔内， 变频器应采用可靠工作方式，保障供电对象的安全运行。 二、火电厂高低电压穿越技术要求 不小于20%额定电压值，持续时间不大于0.5s的时间区域内，变频器应 可靠供电，保障供电对象的安全运行。 不小于60%额定电压值，持续时间不大于5s的时间区域内，变频器应可 靠供电，保障供电对象的安全运行。 不小于90%额定电压值，变频器应能够长期可靠供电，保障供电对象的 安全运行。 文件重要条款文件重要条款 当外部故障或扰动引起变频器电源进线电压跌落到跌落到 发电厂及变电站辅机变频器高低压穿越技术规范【发电厂及变电站辅机变频器高低压穿越技术规范【DL/T 1648-2016】 二、火电厂高低电压穿越技术要求 二、火电厂高低电压穿越技术要求 大于额定电压值且小于等于130%额定电压，持续时间不大于0.5s的时间 区域内，变频器应可靠供电，保障供电对象的安全运行。 u 大于额定电压值且小于等于110%额定电压，变频器应能够长期可靠供 电，保障供电对象的安全运行。 文件重要条款文件重要条款 当外部故障或扰动引起变频器电源进线电压升高到升高到 发电厂及变电站辅机变频器高低压穿越技术规范【发电厂及变电站辅机变频器高低压穿越技术规范【DL/T 1648-2016】 二、火电厂高低电压穿越技术要求 二、火电厂高低电压穿越技术要求 一、高低电压穿越背景 三、高低电压穿越措施 四、工程应用方法 二、火电厂高低电压穿越技术要求 提 纲 五、性能测试 低电压穿越措施低电压穿越措施 三、高低电压穿越措施 高电压穿越措施高电压穿越措施 三、高低电压穿越措施 一、高低电压穿越背景 三、高低电压穿越措施 四、工程应用方法 二、火电厂高低电压穿越技术要求 提 纲 五、性能测试 工程中应对变频器低电压跳闸最常见使用方法为工程中应对变频器低电压跳闸最常见使用方法为外加并联外加并联 直流电源直流电源 在变频器直流母线上外加一路直流电源(可以是防电压跌落旁路直流旁路直流 电源电源、蓄电池电源蓄电池电源或电厂直流保安电源电厂直流保安电源)，当外部扰动引起常用电源短时 中断或电压降落时,由外加直流电源向变频器不间断供电,保证一类辅机的 正常运行；当常用电源恢复正常供电时,变频器切回常用电源供电。给煤 机、给粉机等设备的变频器多采用本方法。 四、工程应用方法 四、工程应用方法 变频器控制原理变频器控制原理 变频器输入电压在340V-420V之间，在这个 电压范围内是可以正常工作的。 四、工程应用方法 变频器控制原理变频器控制原理 变频器高电压穿越原理图变频器高电压穿越原理图 四、工程应用方法 变频器输出的交流电压最大值Uab（max）受到直流母线Udc 的限制： UabUab（maxmax）=M=M* *UdcUdc 其中M为PWM最大电压利用率，与PWM的控制方式有关，Uab为 变频器输出线电压，Udc为变频器直流母线电压。 变频器控制原理变频器控制原理 四、工程应用方法 1、变频器的雏形是直流变频器，交流变频器只是在直流变 频器的前端加上了整流器。变频器的控制电源和做功电源都来 自于变频器内部的直流母线。新型变频器都有直流母线端子。 2、直流电源技术已经非常成熟，都配备了完善的自检系统。 国内目前有100多家知名的直流电源厂商，很多直流电源厂商 就是用变频器逆变做为交流电源输出端的。把直流电源做为变 频器的备用电源，来解决变频器的低压跳闸，已在其他行业有 成熟的应用。如：江苏的美国醋纤（南通）公司，在1996年就 使用了直流电源做为变频器的备用电源。 变频器控制原理变频器控制原理 结合变频器原理和工作方式，在工程应用上，外加并联直流外加并联直流 电源供电电源供电是解决变频器低电压跳闸的常用办法。 四、工程应用方法 四、工程应用方法 四、工程应用方法 1、电网发生事故引起发电厂厂用母线电压、频率等 异常时，电厂重要辅机保护不应先于主机保护动作， 以免切除辅机造成发电机组停运。 2、如果电厂一类辅机配置了变频器，当厂用母线电 压异常时变频器闭锁不应导致锅炉主燃料跳闸保护 （MFT）动作。DL/T 1648 重要辅机保护整定原则 四、工程应用方法 一、高低电压穿越背景 三、高低电压穿越措施 四、工程应用方法 二、火电厂高低电压穿越技术要求 提 纲 五、性能测试 发电厂及变电站辅机变频器高低压穿越技术规范【发电厂及变电站辅机变频器高低压穿越技术规范【DL/T 1648-2016】 相关标准要求相关标准要求 新投产辅机变频器选型、已投产辅机变频器改造时，都应选用通过变频 器高低电压穿越型式试验或入网检测的产品。 变频器高低电压穿越能力应通过型式试验、入网检测试验以及现场交接 试验进行确认。在变频器投运和改造时，发电厂及变电站需向电力调度机 构提供变频器高、低电压穿越能力测试报告。 测试工作应该由电力调度机构认可的有资质的测试机构完成，测试机构 应在现场测试前一周将现场测试方案报试验所在的地区的电力调度机构备 案。 五、性能测试 目的目的 验证低电压穿越装置是否参与给煤机变频器控制，是否 影响给煤机变频器正常启停，变频器停止运行时低电压穿 越装置是否能自动退出。 验证给煤机变频器在电网电压跌落时(由厂用母线电压正 常值跌落至90%Ue、60%Ue、20%Ue)，能持续运行时间10 秒，变频器输出波动不大于10%。 低穿性能测试低穿性能测试 五、性能测试 试验条件试验条