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[摘 要]为防止电网发生瞬时电压波动引起机组跳闸甚至影响电网的安全、稳定运行，给煤机变频器需要满足高、低电压穿越能力的要求。当电网由于故障造成电压降低时，以保证给煤机变频器能躲过系统保护隔离故障元件时间，避免因低压保护动作跳闸，进而造成机组跳闸或锅炉灭火。
[关键词]低电压；跳闸；安全；
中图分类号：TH912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0060-01
1.前言
为防止电网发生瞬时电压波动引起机组跳闸甚至影响电网的安全、稳定运行，给煤机变频器需要满足高、低电压穿越能力。国网河南省电力公司（调[2014]30号）下发了《开展600MW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》。
高、低电压穿越能力要求如下：（摘自《开展600MW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》）
1.变频器在进线电源电压跌落到不小于20%额定电压，持续时间不大于0.5s的区域内，能够可靠供电，保障供电对象的安全运行；
2.变频器在进线电源电压跌落到不小于60%额定电压，持续时间不大于5s的区域内，能够可靠供电，保障供电对象的安全运行；
3.变频器在进线电源电压不小于90%额定电压时能够长期可靠供电，保障供电对象的安全运行；
4.变频器进线电压升高到不大于额定电压的1.3倍，持续时间不大于0.5秒，变频器应能够保障供电对象的安全运行。
2.改造前的给煤机控制系统
2.1 系统概述
三门峡华阳发电有限责任公司#1、#2炉各有5台给煤机，为营口大和衡器有限公司NJG-60系列耐压式给煤机。给煤机控制系统采用大和衡器CFC-100演算器，变频器采用江阴三肯SHF-4.0K系列变频器。
2.2 CFC-100控制器及变频器失压测试试验
2015年1月#1机组停机期间，电厂技术人员对#1炉给煤机变频器及CFC-100控制器进行了失压试验。试验结果：CFC-100控制器在电压降至50VAC时，停止工作；变频器在电压降至270V时停止工作，回升至300V时恢复正常。由此可以看出，我厂一期给煤机变频器不满足低电压穿越要求的。
3.变频器低电压穿越治理原理
3.1 变频器低电压穿越治理原理
变频器正常工作流程为，整流环节将工频380V交流电整流成520V左右直流电，逆变环节再将稳态直流电逆变成正、余弦波形的三相交流电供给后端负载使用，并通过控制调节逆变环节前端的直流电压等手段，达到变频、调压、调速的目的。
如能保证电网电压波动时，变频器的动力单元及控制单元正常工作，就能完美解决变频器的低电压穿越问题。
3.2 动力回路改造原理
变频器动力单元的电压变化过程可以简化为：交—直—交模型，直流后备式变频器低电压穿越保护装置工作原理就是，给变频器的直流环节提供一套后备式的直流能量支撑。
工作原理：电网波动时，监控单元检测到直流环节电压下降至低电压穿越保护系统预定阀值，执行单元瞬间导通，储能单元对变频器直流环节供给稳定直流电，电网恢复正常或达到最大工作时间，低电压穿越保护系统退出工作。
故障分析：后备式工作模式；电网电压正常时，低电压穿越保护系统为热备模式；日常检修或故障更换时，支持在线式维护，不影响变频器正常工作。
3.4 控制回路改造原理
变频器控制单元供电多取自变频器的交流进线端，通过降压、整流等环节达到控制单元所需电压等级后接入控制单元进线侧，一旦电网电压（即变频器交流进线电压）波动，控制单元工作电压随即丢失，做为变频器重要组成部分的控制单元宕机，变频器势必引发故障报警。主厂房UPS可以提供不间断电源。
4.改造方案
4.1 三门峡华阳发电有限公司给煤机控制系统现场情况
三门峡华阳发电有限责任公司#1、#2机组每台机组有5台给煤机，每台给煤机配一台江阴三肯SHF-4.0K变频器，功率6.2kVA。
经过调研、招标，三门峡华阳发电有限责任公司采用南京国臣信息自动化技术有限公司GC-SGS-VSP-22M系统，彻底解决现场#1、#2机组给煤机变频器的低电压跳闸问题，支撑时间10s。
4.2 VSP系统
采用一拖一方式进行改造，一套VSP系统对应一台给煤机变频器。
系统组成：电压暂降保护器、执行单元、监控单元等组成。
优点：无蓄电池，经济环保，减少占地空间，减少日常维护工作量。
4.3 低电压穿越系统逻辑控制
4.3.1 变频器启动、停止控制逻辑
根据变频器的原理，变频器在交流供电或直流供电正常情况下在接受到启动接点指令后，即可投入運行。在变频器正常运行后有一反映变频器运行状态的接点信号闭合。
变频器运行调速指令由DCS或PLC送来的4-20mA模拟信号实现。
4.3.2 变频器低电压穿越治理系统与变频器的逻辑配合
该系统的控制逻辑
a.控制单元输入信号：变频器运行状态接点信号；母线电压监测信号。
b.控制单元输出信号：断路器、直流接触器的闭合断开信号。
c.交流电压正常条件下低电压穿越治理系统投入过程
变频器电源端送入正常电压，变频器受电，内部CPU准备运行；控制设备，DCS或PLC或控制继电器送来启动运行指令。电机按模拟控制4-20mA电流决定变频器拖动电机的运行转速；等到系统正常运行后变频器状态接点闭合。
低电压穿越治理系统控制单元接受到变频器正常运行状态指令后，向执行单元发出合闸指令，如果该回路的断路器MCCB合闸，这时该回路在热备份状态。本次操作结束。
d.变频器电源失电，控制单元给执行单元一个运行信号，低电压穿越治理系统给变频器直流母线供电，此过程变频器运行不间断。
e.变频器电源供电恢复时其直流环节的电压应立刻上升；执行单元撤出对变频器的供电，变频器转为电源供电。
f.母线电压未恢复直流支撑系统给变频器供电不小于10秒钟。
4.改造后效果分析
三门峡华阳发电有限责任公司对#1炉B、C、D给煤机控制系统增加了低电压穿越装置，并于2016年1月13日-14日，由國网河南省电力公司电力科学研究院进行了动态性能测试试验。测试项目包括，分别模拟了在工作电源电压降至20%额定电压并持续10S后再恢复期间，给煤机变频器是否能继续保持安全、连续、稳定工作；测试了低电压穿越装置退出后给煤机变频器是否能正常操作及运行等项目。通过现场实测，确认了用于给煤机变频器的低电压穿越装置性能满足相关技术要求，可以正常使用。
参考文献
[1] 边立秀，周俊霞，赵劲松，杨建蒙；热工控制系统；中国电力出版社；2002年.
[2] 陈强等；三门峡华阳发电有限责任公司#1炉给煤机变频器低电压穿越装置性能测试报告；国网河南省电力公司电力科学研究院；2016年.
[关键词]低电压；跳闸；安全；
中图分类号：TH912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）34-0060-01
1.前言
为防止电网发生瞬时电压波动引起机组跳闸甚至影响电网的安全、稳定运行，给煤机变频器需要满足高、低电压穿越能力。国网河南省电力公司（调[2014]30号）下发了《开展600MW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》。
高、低电压穿越能力要求如下：（摘自《开展600MW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》）
1.变频器在进线电源电压跌落到不小于20%额定电压，持续时间不大于0.5s的区域内，能够可靠供电，保障供电对象的安全运行；
2.变频器在进线电源电压跌落到不小于60%额定电压，持续时间不大于5s的区域内，能够可靠供电，保障供电对象的安全运行；
3.变频器在进线电源电压不小于90%额定电压时能够长期可靠供电，保障供电对象的安全运行；
4.变频器进线电压升高到不大于额定电压的1.3倍，持续时间不大于0.5秒，变频器应能够保障供电对象的安全运行。
2.改造前的给煤机控制系统
2.1 系统概述
三门峡华阳发电有限责任公司#1、#2炉各有5台给煤机，为营口大和衡器有限公司NJG-60系列耐压式给煤机。给煤机控制系统采用大和衡器CFC-100演算器，变频器采用江阴三肯SHF-4.0K系列变频器。
2.2 CFC-100控制器及变频器失压测试试验
2015年1月#1机组停机期间，电厂技术人员对#1炉给煤机变频器及CFC-100控制器进行了失压试验。试验结果：CFC-100控制器在电压降至50VAC时，停止工作；变频器在电压降至270V时停止工作，回升至300V时恢复正常。由此可以看出，我厂一期给煤机变频器不满足低电压穿越要求的。
3.变频器低电压穿越治理原理
3.1 变频器低电压穿越治理原理
变频器正常工作流程为，整流环节将工频380V交流电整流成520V左右直流电，逆变环节再将稳态直流电逆变成正、余弦波形的三相交流电供给后端负载使用，并通过控制调节逆变环节前端的直流电压等手段，达到变频、调压、调速的目的。
如能保证电网电压波动时，变频器的动力单元及控制单元正常工作，就能完美解决变频器的低电压穿越问题。
3.2 动力回路改造原理
变频器动力单元的电压变化过程可以简化为：交—直—交模型，直流后备式变频器低电压穿越保护装置工作原理就是，给变频器的直流环节提供一套后备式的直流能量支撑。
工作原理：电网波动时，监控单元检测到直流环节电压下降至低电压穿越保护系统预定阀值，执行单元瞬间导通，储能单元对变频器直流环节供给稳定直流电，电网恢复正常或达到最大工作时间，低电压穿越保护系统退出工作。
故障分析：后备式工作模式；电网电压正常时，低电压穿越保护系统为热备模式；日常检修或故障更换时，支持在线式维护，不影响变频器正常工作。
3.4 控制回路改造原理
变频器控制单元供电多取自变频器的交流进线端，通过降压、整流等环节达到控制单元所需电压等级后接入控制单元进线侧，一旦电网电压（即变频器交流进线电压）波动，控制单元工作电压随即丢失，做为变频器重要组成部分的控制单元宕机，变频器势必引发故障报警。主厂房UPS可以提供不间断电源。
4.改造方案
4.1 三门峡华阳发电有限公司给煤机控制系统现场情况
三门峡华阳发电有限责任公司#1、#2机组每台机组有5台给煤机，每台给煤机配一台江阴三肯SHF-4.0K变频器，功率6.2kVA。
经过调研、招标，三门峡华阳发电有限责任公司采用南京国臣信息自动化技术有限公司GC-SGS-VSP-22M系统，彻底解决现场#1、#2机组给煤机变频器的低电压跳闸问题，支撑时间10s。
4.2 VSP系统
采用一拖一方式进行改造，一套VSP系统对应一台给煤机变频器。
系统组成：电压暂降保护器、执行单元、监控单元等组成。
优点：无蓄电池，经济环保，减少占地空间，减少日常维护工作量。
4.3 低电压穿越系统逻辑控制
4.3.1 变频器启动、停止控制逻辑
根据变频器的原理，变频器在交流供电或直流供电正常情况下在接受到启动接点指令后，即可投入運行。在变频器正常运行后有一反映变频器运行状态的接点信号闭合。
变频器运行调速指令由DCS或PLC送来的4-20mA模拟信号实现。
4.3.2 变频器低电压穿越治理系统与变频器的逻辑配合
该系统的控制逻辑
a.控制单元输入信号：变频器运行状态接点信号；母线电压监测信号。
b.控制单元输出信号：断路器、直流接触器的闭合断开信号。
c.交流电压正常条件下低电压穿越治理系统投入过程
变频器电源端送入正常电压，变频器受电，内部CPU准备运行；控制设备，DCS或PLC或控制继电器送来启动运行指令。电机按模拟控制4-20mA电流决定变频器拖动电机的运行转速；等到系统正常运行后变频器状态接点闭合。
低电压穿越治理系统控制单元接受到变频器正常运行状态指令后，向执行单元发出合闸指令，如果该回路的断路器MCCB合闸，这时该回路在热备份状态。本次操作结束。
d.变频器电源失电，控制单元给执行单元一个运行信号，低电压穿越治理系统给变频器直流母线供电，此过程变频器运行不间断。
e.变频器电源供电恢复时其直流环节的电压应立刻上升；执行单元撤出对变频器的供电，变频器转为电源供电。
f.母线电压未恢复直流支撑系统给变频器供电不小于10秒钟。
4.改造后效果分析
三门峡华阳发电有限责任公司对#1炉B、C、D给煤机控制系统增加了低电压穿越装置，并于2016年1月13日-14日，由國网河南省电力公司电力科学研究院进行了动态性能测试试验。测试项目包括，分别模拟了在工作电源电压降至20%额定电压并持续10S后再恢复期间，给煤机变频器是否能继续保持安全、连续、稳定工作；测试了低电压穿越装置退出后给煤机变频器是否能正常操作及运行等项目。通过现场实测，确认了用于给煤机变频器的低电压穿越装置性能满足相关技术要求，可以正常使用。
参考文献
[1] 边立秀，周俊霞，赵劲松，杨建蒙；热工控制系统；中国电力出版社；2002年.
[2] 陈强等；三门峡华阳发电有限责任公司#1炉给煤机变频器低电压穿越装置性能测试报告；国网河南省电力公司电力科学研究院；2016年.