火电机组辅机低电压穿越解决方案.ppt

1、,火电机组辅机低电压穿越解决方案 北京四方继保自动化股份有限公司,来源,课题来源：系统低电压故障对敏感负荷变频器连续运行的威胁 典型案例分析：电厂给煤机变频器低电压闭锁，引发跳机事故 起因：伊敏电厂开关CT故障，造成500kV系统母线接地 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：伊敏电厂、相邻120km的呼伦贝尔电厂,起因,大负载投入导致低电压现象 问题：据东北区电厂专工反映，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，导致变频器保护的现象发生 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

2、变频器保护现象。 厂内和厂外原因都会引起厂用电电压短时降低 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。,500kV侧故障对0.4kV母线电压的影响 基于RTDS仿真分析,电网故障对厂用电的影响,为了分析500kV出口故障对0.4kV母线电压的影响，特建立模型。,500kV侧故障对0.4kV母线电压的影响 基于RTDS仿真分析,电网故障对厂用电的影响,模型含#3、#4两台发电机组，其余系统全部等效至500kV母线。鉴于6.3kV和0.4kV母线正常状态下为分列运行，所以只模拟一台高厂变及一台锅炉变，这样就得到一段6.3kV母线和一段0

3、.4kV母线。,电网故障对厂用电的影响,等值系统 (除3#、4#机组外，全部系统等效至500kV母线),500kV侧故障对0.4kV母线电压的影响 基于RTDS仿真分析,电网故障对厂用电的影响,大方式，500kV母线出口处 CN故障：,电网故障对厂用电的影响,大方式，500kV母线出口处 BC故障：,电网故障对厂用电的影响,大方式，500kV母线出口处 CAN故障：,电网故障对厂用电的影响,大方式，500kV母线出口处 ABCN故障：,大运行方式:,电网故障对厂用电的影响,小方式，500kV母线出口处 AN故障:,电网故障对厂用电的影响,小方式，500kV母线出口处 AB故障：,电网故障对厂用

4、电的影响,小方式，500kV母线出口处 BCN故障：,电网故障对厂用电的影响,小方式，500kV母线出口处 ABCN故障：,电网故障对厂用电的影响,小运行方式:,电网故障对厂用电的影响,东北电网等多家电网公司对发电厂重要运行辅机低电压穿越能力提出了具体的要求：要求重要辅机的变频拖动系统，在系统电压跌落至20%且持续10s的情况下，具备完备可靠的低电压穿越能力，确保系统故障时发电机组不因低电压穿越能力不足而跳闸或出力波动。,电网故障对厂用电的影响,敏感负荷保护原理,闭锁原因1：变频器柜控制电源跌落，控制信号丢失。,敏感负荷保护原理,闭锁原因2：变频器直流电压跌落引起变频器故障,变频器输出的交流电

5、压最大值Uab（max）受到直流母线Udc的限制： Uab（max）=M*Udc 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。在Udc跌至60%-70%之间时，变频器报欠压故障，停止输出。,风险排查,风险排查,风险排查,风险排查,风险排查,应用案例,元宝山电厂给煤机变频器采用的是ABB品牌,型号为ACS401,应用案例,元宝山电厂给煤机变频器采用的是ABB品牌,型号为ACS401,应用案例,元宝山电厂给煤机变频器采用的是ABB品牌,型号为ACS401,247/380=0.65=65% 624/380=1.64=164%,技术解决方

6、案,曾经尝试：变频器失压重启，配合MFT延时保护，进行炉膛燃烧试验 其中包括：变频器自身重启特性试验、实际带载试验,结果：经过对给煤机变频器做瞬时失电再启动试验，结果表明变频器能够在瞬时失电2.3秒内实现自启动，但由于变频器启动特性因素，变频器瞬时断电重新上电后，约延时4秒左右给煤机链条开始转动，链条达到停电前转速需要5秒左右，实际断电再启动时间在9秒左右,当5台给煤机拉2台试验，发现锅炉负压波动很大，继续做4台给煤全部瞬间失电再启动试验将可能导致炉膛发生爆燃。,技术解决方案,技术解决方案,变频器原理图,低穿装置接入,技术解决方案,变频器接入位置,技术解决方案,1 托 2，4,技术解决方案,原

7、理 电网电压正常情况下，变频器通过原自身交流输入电能来维持变频器正常工作，低穿装置处于旁路待机状态，实时监测电网状态。 当电网电压发生短时跌落，低电压穿越装置DC/DC升压电路迅速投入运行，将电网跌落后不控整流出来的较低电压直流电抬升到变频器额定的稳定的直流电压（540V），为变频器提供稳定的电压源，保证变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变，进而保障锅炉及发电机组的稳定运行。 待电网电压恢复之后，低电压穿越装置退出到旁路状态，变频器仍然由自身交流通路送电。 （不存在能量存储，仍然从电网取能量，低压大电流。）,技术解决方案,现场空间不够时，可以进行柜体拼装。 宽深高600mmx600mm

8、x1000mm,技术解决方案,环境条件参数,技术解决方案,电气参数,技术解决方案,厂内试验与型式试验 试验内容 绝缘电阻测试：500M 介质强度试验：2.5kVAC 冲击电压试验：输入、输出对地5kV 快速瞬变干扰试验：A级 静电放电干扰试验：4级 浪涌（冲击）抗干扰试验：4级 射频传导骚扰抗扰度试验：3级 装置功能及测量元件准确度检测,技术解决方案,厂内试验与型式试验 电压维持功能试验 电压跌落等级：0.8pu；0.6pu；0.4pu；0.2pu 电压跌落持续时间： 1s；10s；60s 考察量：直流功率电源输出,技术解决方案,厂内试验与型式试验 电压跌落至0.2pu，持续时间60s，全过程

9、波形,黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；,技术解决方案,厂内试验与型式试验 电压跌落时刻展开图,黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；,技术解决方案,厂内试验与型式试验 电压穿越过程中展开图,黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；,技术解决方案,厂内试验与型式试验 电压恢复时刻展开图,黄色：系统电压；绿色：直流输出电压；,技术解决方案,中国电科院检测报告,技术解决方案,中国电机工程学会技术鉴定,鉴定委员会由来自中国南方电网公司、国网北京经济技术研究院、国家电力调度通信中心、清华大学、北京交通大学、北方联合电力公司、国投电力公司、浙江省能源集团公司以及吉林、浙江、湖南、河北等省电力公司调度通信中心

10、的电力系统专家等组成。,2012年3月22日在北京顺利通过了中国电机工程学会组织的技术鉴定。,技术解决方案,中国电机工程学会技术鉴定,伊敏电厂给煤机变频器低电压穿越改造现场,应用案例,呼伦贝尔电厂给煤机变频器低电压穿越改造现场,应用案例,华能海南东方电厂给煤机变频器低电压穿越改造现场,应用案例,技术解决方案,蓄电池方案与电力电子方案比较 1.安全可靠性 蓄电池平时多处于浮充状态，故需要其配备的充电机一直处于工作状态，充电机属传统电子设备，根据电力传动业内统计结果，其运行故障率是电动机运行故障率的近百倍，该充电机的使用，将极大增加蓄电池系统的故障率 低穿装置平时处于旁路状态，变频器由电网直接供电

11、，装置整体（电源变换模块）处于休眠状态，不参与运行，由此降低装置中电力电子器件投入使用的工作时间，从而降低故障率。另外装置控制用电部分采用无UPS设计，引用进口高质量的宽范围输入开关电源，进一步提高装置供电安全可靠性。,技术解决方案,2. 维护工作量及故障检验 蓄电池支撑方案中，为保证蓄电池的寿命，需对蓄电池进行定期的全冲放维护，此维护过程耗时较长。同时，常规蓄电池方案不具备自检及故障自诊断功能，应用蓄电池方案时为了达到系统要求的额定直流电压和电流，会将电池大量的串并联，在充放电过程中因为一致性不同会造成电池的不均衡性放大，以及内部环流问题都会加速降低电池的使用寿命，单体电池发生欠压或者过压等

12、故障时都无法上传故障报警信息，非常不利于现场故障的及时发现和排查。 电力电子方案采用免维护设计，其使用过程中无需工作人员对其进行任何操作和维护，该装置集成定期自检功能，对于自检中发现的问题，具备强大的故障自诊断功能，并可将故障诊断结果通过硬接点、通讯等多种方式上送至后台管理系统，方便故障的统计和记录。,技术解决方案,3.环境要求 蓄电池方案中，蓄电池对于运行环境温度较为敏感。一方面，在低温环境下蓄电池会出现容量下降现象，严重时会发生整机失效；另一方面，过高的环境温度会造成蓄电池整体寿命的下降。理论上环境温度每提高10度，电池的使用寿命会减少50%，因给煤机系统临近锅炉，其常态温度可能达到50度

13、以上，以55度计，蓄电池的寿命将仅为理想的25度情况下的12.5%，电池失效及更换频率将极高。 电力电子方案低穿装置中没有储能元件，核心部件是先进的智能功率单元IPM，其结温耐受能力达到150度以上，自身集成有超温过流等保护，很难因外部原因对其造成损坏，整个低穿装置所有器件均可在环境温度65度以下长时间稳定运行。,技术解决方案,4.安装场地和施工 受限于蓄电池对于环境温度的敏感性，蓄电池方案通常为集中供电式方案，即将蓄电池组及其辅助设备放置于一个独立的配备空调的配电室，由一套蓄电池系统为多台给煤机变频器同时供电，之间以长电缆连接。这种方式下，任意一台给煤机变频器发生故障，或任意连接线缆发生破皮、短路，都有可能触发蓄电池组的过流保护，进而造成多台给煤机系统的同时瘫痪。 电力电子方案为分布式解决方案，因低电压穿越装置体积较小（600 x600 x1000），可以每台给煤机变频器就近放置一台该装置，这样任意一台给煤机变频器的故障或者低穿装置的故障都不会影响其它给煤机系统的安全运行，提高了