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关于低电压穿越造成变频器停运技术改造探讨

作者:张艺     文章来源:自己经历    更新时间:2012年05月17日     
内容预览
 
一、概述
东北电网500kV伊换#1线跳闸事故时,系统因事故造成瞬时电压跌落,低电压穿越到发电厂厂用电系统,负压型锅炉的发电厂、发电厂机组给煤机变频器低电压闭锁保护动作,给煤机停止运行,锅炉灭火,导致发电机组跳闸,对东北电网安全产生严重影响。
东北电网发电厂辅机变频系统技术参数调查的通知下发后,共计有76个并入220kV及以上系统的已投运电厂上报了辅机变频器技术参数。通过了解“负压型锅炉发电厂”共计有55个,占所调查发电厂比例为72%,数量上和发电总量上是电网电源的主力,这55个电厂中高压辅机(6kV或10kV)变频设备和低压辅机(380V)变频设备均在使用。
高压变频器厂家和低压变频器的生产厂家共计有十几个,他们是:西门子、ABB、北京利德华福、AB、日立、富士、北京合康、施耐德、罗克韦尔、东芝、三菱、罗宾康等,这些变频器应用于发电厂的重要负荷。
高压变频器使用于:锅炉的引风机、送风机、一次风机、二次风机、给水泵、凝结水泵等。
低压变频器应用于:锅炉的给煤机、锅炉的给粉机、空气预热器、增压风机、凝结水泵、空冷岛冷却风机等。
这些电厂变频器已运行年限不等,为1~15年。
这些高、低压辅机变频器输入部分(以下简称变频器的动力电源)全部是通过断路器或空气开关接入电厂高、低压厂用电母线,输出部分连接辅机的电动机。
变频器安装处有就地控制设备,负责控制和保护变频器以及和机组DCS进行通讯,控制设备的工作电源(以下简称变频器控制电源)有的是接到厂用380V电源、有的是用380V厂用相电压即交流220V供电,部分电厂变频器控制电源使用电厂UPS(AC 220V)电源。
电厂变频器动力电源低电压保护范围一般设定在额定电压的65%~85%,个别电厂上报可以把动力电源低电压保护设定在额定电压50%。
电厂变频器控制电源要求电源电压范围一般是额定电压的±20%。
如果发电厂内部或外部故障(雷击、电气设备短路、接地等),引起电网和电厂厂用电短时电压降低,造成变频器动力电源低电压和变频器控制电源低电压,这些变频器低电压闭锁保护会动作,安装有变频器的辅机(电动机)会停止运行,造成停炉、停机事故,导致局部电网失去稳定,对电网产生重大影响。
(2011年01月01日04:28:09秒488.750毫秒,呼伦贝尔500kV系统A相电压由故障前310kV(折算成线电压为537kV)突降至65kV(折算成线电压为112.5kV),其余B、C两相电压也略有降低。故障期间发电机出口各相电压、10kV厂用2A/2B/2C段母线电压也相应降低。04:28:09秒553.957毫秒,故障持续时间大约为65.208毫秒后电压恢复正常,系统出现第一次单相接地故障冲击;04:28:10秒186.040毫秒,间隔632毫秒后呼伦贝尔500kV系统A相电压再次突降至62.4kV(折算成线电压为108kV),其余B、C两相电压也略有降低。04:28:10秒701.041毫秒,故障持续时间大约为515毫秒后电压又恢复正常,系统出现第二次单相接地故障冲击;此时#2机组给煤机全停,触发全燃料丧失,MFT动作。)
为了预防再次发生由于系统低电压扰动造成给煤机跳闸,从而触发机组保护动作这一情况的发生,东北电网公司组织对整个东北电网公司火力发电厂情况进行了调研,发现给煤机变频器受系统低电压易引起机组跳闸是一个共性的问题。要求所选的改造设备必须具备电力工业动力设备和仪表质量检验测试中心的检验报告。
二、辅机运行特性对机组运行稳定影响分析
目前变频器已经在火力发电得到广泛应用,由于变频器设计和配置国家和行业没有相关标准和要求,变频器保护的设置缺乏规范,再加上电厂人员对变频器的熟悉程度不够,所以变频器在电厂使用过程中会遇到很多问题
火力发电厂辅机变频器应用遇到的主要问题是:变频器动力电源和控制电源往往取自电厂的厂用电源,当厂用电源发生“低电压穿越”时,变频器会由于低电压快速闭锁输出,没有有效的躲过系统暂态故障,不能满足电网稳定运行的需要。
当电网发生暂态故障电厂发生低电压穿越时,这一时间往往很短,一般为1~2S,由于电网有完备的主保护和后备保护,过了1~2S系统电压就会恢复正常。
东北电网通过近6个月在电厂进行的分析和试验工作,认为影响火电厂安全运行的厂用辅机运行特性和变频器问题已经基本查清,主要就是给煤机(给粉机)变频器动力电源和控制电源低电压特性不能躲过电网低电压穿越。
火电厂一般每台机组配有4~8台给煤机,每台给煤机都是由独立的变频器带动电机,变频器本身有低电压保护闭锁和低电压停止输出功能,运行中的给煤机变频器在电压瞬间降低或消失时会停止输出,并向机组DCS发出变频器停机信号,最终导致机组MFT停炉。
如果调试变频器,投入了失压再启动功能,变频器瞬间失电重新上电须经几秒的延时才能恢复到停电前转速,给煤机变频器断电到恢复供电,会造成磨煤机瞬间断煤,炉膛燃烧不稳,负压保护动作会直接停炉,灭火后再进燃料可能导致炉膛发生爆燃。所以给煤机和给粉机变频器的自启动要慎之又慎。
安装有变频器的其它辅机,空气预热器、增压风机、凝结水泵、空冷岛冷却风机、引风机、送风机、一次风机、二次风机、给水泵、凝结水泵等,如果将变频器的控制电源采用UPS电源,然后设置好变频器自启动,再加上运行人员的干预,当电厂发生低电压穿越时,不会影响到机组有功的大幅波动,可以连续运行。
变频器动力电源低电压可以分成三种情况
1、启动大型厂用电设备时厂用电低电压。例如:启动引风机,一次风机,脱硫增压风机,给水泵等,厂用电源电压会被拉的较低,且持续一段时间,时间一般在10S~15S,由于有变压器隔离,这种行为通常只是限于某段母线,是电厂经常发生的一种现象,一般电厂早就已经解决。
2、厂用电源异常低电压。电厂通常设有低电压保护,低电压保护一段通常设为额定电压的65%,延时0.5秒作用于跳开不重要的厂用电负荷,低电压保护二段通常设为额定电压的45%,延时6~9秒作用于跳开重要的厂用电负荷。
当电厂发生低电压穿越,低电压保护在电压降到额定电压的65%时,延时0.5秒动作切除不重要负荷,不会影响机组连续运行,低电压保护在电压降到额定电压的45%时,由于系统电压在2S后就会恢复,延时9秒时限未达到,所以不会动作。
3、电网故障发生永久性故障,主保护未动靠后备保护切除故障或重合闸合于永久性故障保护再次跳闸,这时往往会在电厂发生低电压穿越。   
这种暂态低电压有的时候电压会很低,甚至达到额定电压的60%以下,对辅机变频器影响很大。    
三、给煤机变频器电源改造技术方案
 
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