锅炉给粉机变频抗晃电攻关研究

锅炉给粉机变频抗晃电攻关研究

强国华 ,赵成立

吉林石化公司动力二厂

摘要：因为天气等不可抗拒力量的原因，造成供电系统的电压波动，从而导致安装变频器的设备停运，给炼化企业锅炉装置安稳运行带来隐患，通过对锅炉给粉机进行低电压穿越抗晃电能力技术升级，就彻底的解决了因为供电系统晃电对低压变频设备带来的影响，大大提高了炼化企业设备运行的安全性、可靠性。

关键词：电压波动    变频器    低电压穿越

电网系统因为短路故障、雷击等故障引起系统电压波动比较大，电压下降较大的时候，锅炉装置电动机的调速变频器就会产生低压保护动作。低电压一般都瞬时发生，对没有安装变频的电动机影响会比较小，但是对于安装变频器的电动机就会有低压保护动作出现，进而造成变频器报警停运，影响设备稳定运行。对于炼化企业的锅炉装置来说，电气系统低电压就会导致锅炉给粉机以及空气预热器等电机的变频器低电压保护动作，会导致设备跳闸，严重一些就会造成非计划锅炉停炉。一旦发生系统电压大幅波动将给企业带来安全生产隐患以及不必要的经济损失，同时也会引起整个电网的效能降低，甚至会出现大面积甩负荷现象或者大面积停电现象。

一、炼化企业电动机变频器抗低压穿越的能力

电动机变频器抗低压穿越的能力主要取决于电压跌落幅值以及持续时间：在系统电网里面比较严重的电压波动大是因为系统故障导致的，继电保护系统会检测电压跌落的范围并判断是否进行下一步跳闸动作，由于保护装置不是瞬时动作，电气系统必然收到冲击，在电气系统受到冲击电压下降时，就需要变频器低电压穿越装置自动判别电压波动，瞬时将变频器改为低电压穿越装置供电，保证变频器稳定运行，使变频器可以穿越系统电压异常区间，直到电网电压恢复正常，从而“穿越”这个低电压时段，提高炼化企业锅炉装置的整体平稳运行能力。

随着科技的不断提升与发展变频器在炼化企业热电厂进行了大面积的推广运用，但是变频器保护设置因为缺少相关技术规范以及行业标准，同时炼化企业也电厂的电气工程师以及电工维护人员对变频器也缺乏足够的认识，这就导致变频器在炼化企业热电厂实际生产操作中会有一些问题出现。目前炼化企业热电厂的变频器在实际应用中的下列情况时有发生：变频设备的动力电源以及控制电源都有热电厂的电源提供，一旦热电企业电源发生电压波动，变频设备就会发出低电压快速闭锁动作，这个低电压快速闭锁动作没有躲过系统的暂时故障状态，与炼化板块要求晃电不停装置相冲突。
    以锅炉给粉设备电动机的变频设备为例，在电网发生电压大幅波动时，就会有低电压现象产生，这一时间一般在一至两秒之内，因为电网自身具备完善的的抗晃电保护设置，一到两秒过后电压就会恢复正常。对于已经发生过得电厂事故事件进行分析、试验，可以得出这样的结论：在系统电网低电压发生时主要是给煤设备的变频器动力电源以及控制电源低电压特性不能躲过。

二、低电压穿越装置工作原理

目前锅炉给粉设备的变频器增加辅助的低电压穿越的辅助装置，他的原理是利用备用电源保证系统电压在瞬间出现故障跌落的情况下变频系统始终可以保持正常运转。同时给锅炉给粉机的变频器加装低电压穿越装置改造采用一拖二方式：即一套低穿装置对应2台给粉机变频器。低电压穿越装置也一定要具备可靠的隔离，两台变频器之间不能互相影响。在系统电网电压正常工作时，由热电厂内直流电源直接给变频器进行供电，变频器低电压穿越辅助装置始终处于热备用的状态；一旦电网电压发生跌落现象，动力母线的电压跌落到0%~90%范围内的时候，低电压穿越的辅助系统瞬时〔＜200us〕启动工作，维持变频器的直流母线电压始终保持在DC520V左右，从而保证变频器正常工作；当动力母线的电压恢复到正常的时候，变频器低电压穿越辅助装置就会自动地退出工作状态，继续转为热备用状态，变频器自动转换为由动力系统的动力母线进行供电。当系统电网电压出现短时跌落时，低电压穿越装置采用升压技术将电网中的残压整流后进行升压调制处理，将给煤机的变频器直流母线电压继续保持在变频器正常工作的电压控制范围内，同时还能继续保证变频器控制电源不丢失。电网电压跌落时（最低跌落至20%Ue），低电压穿越装置维持变频器正常运行时间大于10秒，变频器出力波动不大于10%,当电网电压恢复时，装置备自动退出工作状态，转为热备用；当锅炉MFT动作或变频器停止运行时，装置自动退出工作或转为热备状态。该设备是由整流电路、升压电路两个基本部分构成，整流电路为三相不控整流电路结构，升压电路为DCDC升压模式，其拓扑选用BOOST升压电路并采用三重BOOST错频运行模式。装置采用平时旁路，低电压时动作的控制方式。即在三相系统电压正常时刻，升压电路中的开关器件不动作，电能经三相系统、整流桥、续流二极管送入变频器；在系统电压跌落到一定程度时，升压电路投入运行，保证电源输出电压维持恒定，即与系统未跌落时电压一致。从而确保变频器的不停机，且变频器输出转速、转矩、功率均不发生变化。

电网电压跌落到79%的实验波形  变频器低压穿越的电源系统图

对现场安装变频器低电压穿越装置并在极端状态下对其可靠性进行反复校验证明该低电压穿越装置具备在系统动力电网发生低电压穿越故障的时候，完全能够保障其配套变频器在动力电压恢复到操作允许范围内之前可以稳定的运转，电压后续恢复正常以后可以自动的、安全平稳的退出。并且在 控制器采用高性能32位及以上MCU+DSP处理器，具备多路电气开入、开出接口和模拟量采集接口，电力电子开关控制脉冲信号采用光纤收发形式，与DCS系统不发生矛盾，不用改变给煤机的控制参数，该套系统也能够在给粉设备运行期间单独退出进行检查维修，且该套设备具有无扰动自动运行和退出性能。适用于炼化企业热电厂对于低压变频设备提高低电压穿越能力改造和在建机组的安装。

三、结束语

提高锅炉给粉设备的安全性以及可靠性，对于降低生产操作设备在电网出现时异常的运行时间有很大帮助。通过可靠的手段对于变频器在系统电压发生突然波动从开始一直到自动恢复的几个周期时间内保持稳定运行，利用低电压穿越装置可以实现。随着电力电子技术的大力发展，炼化企业的热电厂中变频器低电压穿越装置在生产实践中会不断使用。

作者简介：

1、强国华，男，1985年12月，单位：吉林石化公司动力二厂，工程师，研究方向：锅炉给粉机变频器抗晃电攻关研究。

2、赵成立，男，1983年1月，单位：吉林石化公司动力二厂，工程师，研究方向：锅炉给粉机变频器抗晃电攻关研究。