电厂重要辅机变频器低电压穿越能力分析及探讨解决方案

彻底解决电厂因晃电、低电压穿越、双电源切换、大功率电机启动、雷击等因素导致变频器宕机的危险!

一、供电可靠性

国际上评估一个配电系统的供电可靠性（PQR)主要有以下几个指标：系统平均停电频率（SAIFI）,系统平均停电时间（SAIMI）和短时停电频率（MAIFI）。而国内电网正在不断建设、完善中，大电网到工厂配电网的供电可靠性仅以系统平均停电时间（SAIMI）做为考核指标。

目前，我国的配电系统平均可靠性为4个9，即全年平均停电时间为1小时，而各工业生产中的一些0类和1类负载要求的供电可靠性为9个9，即全年平均停电时间小于30mS。

二、企业配电网的现状及解决方向

目前多数企业配电网实际供电可靠性无法满足某些负载连续生产性需求，一旦电网电压波动即晃电，从而引起的生产装置跳车问题越来越突出，各企业深受其害。各大企业都有晃电后确保装置安全停车预案，并耗费大量人力物力进行演练，确保晃电后生产装置能安全停车并重新开车，避免晃电后次生灾害的发生，但这不是根本解决办法。

根据IEC协会2008年调研数据显示92%的电网波动事件的持续时间在1.5s以内，而大部分企业的DCS连锁停车时间设定为3s。如能解决在电网电压波动3s内，重要设备不停车，并保证工艺生产线能够安全、连续、稳定的运行，势必将大大降低因非计划停车带来的重大经济损失和安全隐患。

三、火力发电行业

3.1、行业内存在的问题

随着电力电子技术的发展，变频器以其调速精确、使用简单、保护功能齐全等优点逐步代替传统的调速控制装置而在电厂给粉机上得到广泛应用，但由于国内某些工厂的电网电压不稳定，导致变频器在使用中产生了新的问题—变频器低压保护跳闸。这种跳闸会因为变频器的保护设置不同而表现为过流保护或低压保护，但其原因都是因为电网低电压引起的。

低电压通常都是短时的，主要是因为电网晃电或备自投切换时间过长。引起电网晃电的原因很多，如主电网侧的电网波动、负荷不平衡、雷击、电力切换等原因，负载侧的大型设备启动和应用、线路过载等原因。

电厂给煤机变频器在遇到厂用电压瞬时低于变频器的低电压保护值(根据变频器的型号不同该值也不同)时变频器停机，导致给煤机停机，同时会给FSSS(锅炉安全监控系统)发出给煤机

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停止信号，这样会导致FSSS的MFT动作。因为给煤机变频器低压保护跳闸而引起的非计划停炉，给电厂带来很大的经济损失，也是目前电厂面临的比较大的问题，只有很好的解决该问题才能

保证电厂安全、可靠、高效的正常运行。

3.2、电压暂降治理方向

目前，大部分设计单位在设计过程中会在厂内配电系统中，采用1C/2C分别供电、3C备自投切换方式，在交流母线上使用快切装置、抗晃电接触器等设备，来提高厂内配电系统供电可靠性，使其达到6个9水平，但这仍无法满足0类和1类负载的供电可靠性要求。

显然，供电可靠性要求高于实际配电可靠性的这类重要负载都需要采取深度治理措施。 结合各行业厂内配电系统现状，南京国臣信息自动化技术有限公司针对0类和1类负载研发出的电压暂降治理-直流升压支撑技术，保证此类重要负载的供电可靠性达到连续生产要求。

南京国臣依照此技术生产的电压暂降治理产品已在石化、半导体、化纤、太阳能、风能、煤化工、电梯、石油、冶金、电力、制造、环保等行业中得到了良好的应用。

在火力发电行业的应用中，南京国臣（曹成林 18913047147）推出的“SGS/VSP系统”成功的解决了给煤给粉变频系统在电网波动时的停机问题，避免了FSSS系统因给煤系统非正常停机而造成的MFT误动作问题，提高了系统的连续生产能力，降低了炉膛的灭火、放炮风险。

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3.3、SGS/VSP系统介绍

南京国臣信息自动化技术有限公司依托强大的研发能力及多年电能质量治理方面的成功经验与技术积累，于2006年成功研发出拥有自主知识产权、针对火电厂锅炉给煤给粉变频的SGS/VSP抗晃电系统，该系统按照国家相应要求和行业标准，满足电网完全失电情况下，系统工作时间不得低于3～5秒的指标要求。

3.3.1 SGS/VSP系统特性

◆ 分布式供电，模块化设计，方便安装调试；

◆ 完全后备式运行方式，加装该系统不影响原有锅炉给煤粉系统的正常运行；

◆ 在发生晃电情况时，可由该系统保持锅炉辅机变频器在电网电压跌落为零的情况下连续正常运转；

◆ 系统最长工作时间可以根据现场情况选择相应配置；

◆ 可以设置系统实际工作时间；

◆ 在发生晃电情况时，该系统由后备方式切换到在线工作方式的切换时间＜200us，保证锅炉给煤给粉变频连续运转；

◆ 可以扩展与炉膛安全监控系统（FSSS）联锁控制，提高供电方式安全性及锅炉运行安全性； ◆ 可以扩展与锅炉给煤给粉变频的联锁控制，提高供电方式安全性及锅炉运行安全性； ◆ 系统内公司专利技术直流压差控制电子开关技术的运用，保证系统无缝隙切换时间； ◆ 系统内公司专利技术直流电源监控系统，保证系统自检功能完备，实现免维护运行； ◆ 可选用大屏幕触摸屏显示，可扩展与DCS通讯，实现远程监控；

3.3.2 SGS/VSP系统原理介绍

◆系统直流输出母线由晶闸管和直流压差控制系统控制，正常运行时与变频器完全隔离。 ◆电网电压大于90%时，系统不工作，处于热备用状态；

◆当电压跌落到0%~90%范围内系统瞬时〔＜200us〕启动工作，维持变频器直流母线电压在DC500V左右，保证变频器正常运行；

◆当电网电压恢复时，系统自动退出工作状态，转为热备用状态，变频器自动转换由电网供电； ◆当MFT动作或变频器停止运行时，系统自动退出，转为热备用状态。

3.3.3 SGS/VSP系统组成

SGS/VSP抗晃电系统由监控及显示单元、电压暂降保护装置、GC-MASTER主监控单元、电力

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监测专用软件V1.0、压差控制系统、直流配电回路、控制回路不间断电源、储能及储能管理系统等组成。

监控及显示：显示交流电源、直流输出电流、运行指示、故障指示、晃电SOE记录、充电电压、单只电池电压等。

电压暂降保护装置：将厂用电整流后经过DC/DC变换将直流输出电压维持在DC500V左右，电压暂降保护装置不会对锅炉辅机变频器直流母线供电；当厂用电跌落到90%以下时，电压暂降保护装置瞬时输出，保证负载正常运行。

主监控（GC-MASTER）：PLC的作用，监控整个抗晃电系统，监测交流输入电压、直流输出电流、晃电时间、充电系统运行状况、电池电压状况等等。可与HMI触摸屏或业主DCS进行通讯，显示相关数据及报警信号并可实现与业主MFT动作联锁等。可实现整套系统的智能自检功能。

电力监测专用软件V1.0：整体系统的软件，可在触摸屏上显示所有系统的参数及对系统的具体参数值进行设置。

压差控制系统：防止形成环流和阻止负载侧的瞬间反向电压对系统的冲击。

直流配电回路：包括热磁脱扣过流保护断路器、快熔、接触器、隔离单元、放电检测等等。每个直流配电回路对应一台锅炉辅机变频器，可根据现场情况配置多个直流输出回路。

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