以电网安全角度探讨火电厂辅机低电压穿越装置的有效应用

以电网安全角度探讨火电厂辅机低电压穿越装置的有效应用

纪煜1李建设2

（1中国华能临河热电厂内蒙古巴彦淖尔市015000;2国网电力科学研究院北京市102200）

摘要：节能环保理念至提出以来就收到世界不同国家的关注，在人类意识到自然资源有限的情况下，越来越多的将精力投入到清洁能源的开发与运营上。但由于发展时间与地理条件限制，很多国家和地区还是以火力发电为主。特别是我国是电力使用大国，据统计，我国每年的发电量总量中有超过四分之三是来自火力发电。而当前我国电力系统在火力发电使用的六百兆瓦或者更高功率的火力发电机主。这些机组类型均是以直吹式为制粉系统。煤机与给粉机都用低压电频调整进行输入，一旦电网出现不稳定或者故障的时候，会导致其输入电压下降，导致线路跳闸从而使火机停运。火机的停运会给电网整体的稳定性造成影响，为电网的传输等造成隐患。本文分析了火力发电厂对辅机低电压穿越技术的利用，介绍了火电厂应用的变频器防电压穿越装置对消除电网隐患的应用。

关键词：电网安全；火电机组；电压骤降；辅机应用；低压穿越

1、前言

我国火力发电行业现多采用单机功率大于等于六百兆瓦的机组进行并网。而这些大功率机组的燃烧装置同时能够容纳更多的煤粉进行燃烧，均采用直吹式制粉系统。通过低压变频器供给给煤机和给粉机电源，能够实现在一定范围内对给粉量的线性调控，这些都通过实时的工况决定，能够有效的降低能源的消耗。在2011年新年的第一天，位于我国内蒙呼伦贝尔郊区的电厂五百千伏的系统突显故障，由于单相接地的故障影响，机组变频器因为电压的降低导致不能正常工作，电压的骤降从而造成机组中需要变频运行的大容量的给煤机与给粉机的停运，最后导致火电机组的非正常解列，影响整个电网的稳定运行。该次事故由于电压突发故障引起一系列的事故给整个电厂的生产造成巨大的影响，造成一定的经济财产损失。因此实现现有投产的火力发电机组在低电压下实现穿越的能力，解决低压变频器低电压跳闸问题已经迫在眉睫。

2、火力发电辅机变频器抗低电压穿越能力

有关电压的暂降的现象，其发生的原因是多种的，关于相应的解释最为关键的是三个名词：低电压穿越、电压暂骤降和晃电

1)低电压穿越———LVRT（lowvoltageridethrough）：从电网及电厂发电系统结构来讲，低压穿越会引起发电机组的非正常工作，并会造成电厂的辅机跳闸，增加大电网故障导致大面积停电事故发生的概率。而在生产中，电厂发电过程中的低电压穿越就是指发电设备所直接接到的电网线路的电压受到某些不确定性因素（负载陡然增加）的影响，产生较大幅度的跌落到恢复额定稳定电压过程。低压穿越的时间过长或者穿越时电压水平过低这些都会影响到发电设备的功率输出的连续性。

2)电压暂骤降———Voltagesags（dips）：对于电网另一端的用户来说，大电网产生的电压骤降会直接影响到电网末端的用户电压，在用户端产生的大电流会引起保护装置调机，局部断电。而如果没有相应的应急措施，短时间用电不能恢复正常，则可能会引发安全事故。

3)晃电：晃电是指电网电压瞬间下降，在短时间内又恢复正常的现象，一般都为用户对电压暂降的一种比喻。

我国现有发电单位火电厂占到了绝对的多数，并且相较于电力发电、水利发电，火力发电的单机机组的功率都要高一些，所以应该提升火电机组辅机的低压穿越能力以减少其对电网系统稳定运行的威胁。一旦在火电厂受到不可抗拒的自然因素影响或者设备突然故障等引起的电网和电厂的电压骤降时，引发机组动力源的电压降低或者为零，辅机启动低压保护程序，中断工作。最终整个发电机组全部停止运行，引起严重的生产事故。机组的停运不光给电网的稳定造成影响，同时还会威胁到用户的安全，造成巨大的经济损失。

3、变频器抗低电压穿越装置应用在抗低电压穿越装置应用

2.1现有的解决变频器低电压跳闸办法

现在应对低压变频器低压跳闸的办法主要有两种，一种是选择自带逆变器的变频器，另一种是能够在抵抗小幅度电压跌落时的变频器。上述两种方法都是只能在小幅度跌落电压时保证正常工作，如果低压穿越的压降幅度超过50%以后，两种方法就不能保证变频器的正常工作，导致变频器的过流保护。

3.2新的解决低电压穿越问题的技术

现提出两种新的应对变频器低压穿越的技术

3.2.1电压暂降保护器（升压电路）

当交流输入电压不小于正常电压的百分之九十时，输入的电流由变频器变化成PWM的交流电流提供给负载端；当电压降至小于正常电压的百分之九十时，压降保护装置感应电流变化，启动进行工作，将交流电流进行整流升压后再通过变频器变化为能够匹配负载的交流电，从而消除了压降对终端电动机运行的影响。当压降消除，压降保护装置检测到电流恢复正常，解除工作状态，变频器变由交流电源直接供电。整个系统执行过程皆由系统自动控制，压降保护装置不会对负载的运行造成任何影响，保证了负载长时间的稳定运行。

下图是升压电路在电路系统中（省略控制部分电路）的示意图：

图1

3.2.2低电压穿越装置工作原理：

在常规电路外添加一个外置储电单元，该单元具有一定的容量且能够快速的完成放电。电压在正常范围之内时，交流电通过变频器转换为相应交流电直接供负载主机使用，同时对充电支路进行充电，保证储电单元维持在饱和状态；一旦电压降低，检测部分判断超出正常波动范围之外，备用的储电单元立即升压，代替电源提供变频器转换相应交流电供给负载机组；当电压恢复正常值，储电单元停止供电，负载替换为交流电源输入继续供电，充电电路接通对储能单元进行充电。整个系统执行过程皆由系统自动控制，储能单元及充电电路皆不会对负载的运行造成任何影响，保证了负载长时间的稳定运行。

下图为储能单元在电路系统中的电路示意图：

图2

4、结语

随着当前能源需求的日益增长，火电厂的辅机输出功率必然将会越来越大，那么自然而然其在低电压引起的跳机问题带来的故障损失将会越来越大。所以有效的解决辅机应对低压穿越时的问题才是各大电网公司需要引起重视的。切实有效的改造电路，利用不同的方法应对情况复杂的情况从而规避生产事故所带来的风险，达到最终提升电网稳定性的目的是需要经过长期的积累与探索的，我国电网行业还有很长的路需要探索.

参考文献：

[1]师迎新，胡坤，陈文波.基于电网安全的火电厂辅机低电压穿越装置应用.《河南电力》2013(2);12-15

[2]张东明，姚秀萍，王维庆，常喜强，王海云.含低电压穿越电源的火电厂辅机变频器的研究.《华东电力》2013(6);1346-1347