摘要：介绍国内燃煤火力发电厂发电的工艺流程，给煤机可靠运行的必要性；由国内火力发电厂厂用电的一般结构，分析导致给煤机系统电压异常原因，以及导致的严重后果；根据给煤机变频器的原理，针对变频器进线电压标准，在原理上分析给煤机高、低电压穿越的技术方案，寻找最优方案。
关键词：给煤机；变频器；高、低电压穿越。
引言：在我国的电力系统中，火电厂扮演主力能源生产角色。对于燃煤火电厂，燃煤由给煤机供给，给煤机运行必须可靠，以保证燃煤持续供应且计量准确，得到准确的水煤比、风煤比，通过DCS系统的自动调节、联锁保护，并且在人工干预下，达到最佳的燃烧效率和安全性，保证过热主汽压力和温度符合机组负荷要求，推动汽轮机联接发电机旋转，向电网输出稳定的电能。给煤机由变频器调节转速，因此变频器工作是否可靠，直接关系着给煤机是否可靠。
1、导致给煤机变频器异常的原因和危害
给煤机变频器由厂用电网供电。对于大型发电机组，厂用电分为高压厂用电和低压厂用电，高压厂用电由发电机出口经高压变压器降压得到，一般是10KV、6KV等级，机组的重要辅机用电来源于此。低压厂用电由高压厂用电再次通过降压变压器降压成0.4KV等级。给煤机电源来自于低压厂用电，当机组10KV厂用母线电源切换、辅机设备启停、大型辅机设备短路故障，或者高、低压厂用电网出现故障时，会引起给煤机系统电源电压突降、突升。
给煤机系统电源分为控制电源和动力电源。控制电源大幅波动，会让给煤机控制电路的继电器误动作，给煤机控制板卡工作异常甚至损坏。动力电源大幅波动，迫使变频器保护闭锁，给煤机停运，若无法及时重启，磨煤机存煤全被烧空，失去全部燃料触发锅炉MFT。
2、保证给煤机电源电压异常平稳过渡的标准
根据电力行业标准DL/T 1648-2016 《发电厂及变电站辅机变频器高低电压穿越技术规范》，给煤机变频器进线电压升高、降低，能够进行高、低电压穿越。
所谓低电压穿越，就是当给煤机系统电压跌落在额定电压的90%及以上，能保证给煤机连续稳定运行；当电压跌落在低于额定电压的90%至60%，必须保证5S给煤机稳定运行，以渡过电压短时跌落；当电压跌落低于额定电压的60%至20%，必须保证0.5S的给煤机稳定运行，平稳渡过电压跌落。
所谓高电压穿越，当给煤机系统电压在高于额定电压至110%额定电压时，能保证给煤机连续稳定运行；当电压高于110%额定电压至130%额定电压，保证给煤机至少0.5S稳定运行，平稳渡过电压过高阶段。
3、给煤机运行原理
给煤机的动力电源来自于低压厂用电，为380V三相交流电，经过进线开关关，接入变频器。变频器内有整流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路。
如图所示
三相工频交流电U1、V1、W1经过三相桥式整流电路整流成直流，再经过滤波电路提高电能品质，最后经过微处理器控制通断IGBT的三相整流逆变桥式电路，逆变成所需幅值和频率的交流电U2、V2、W2。50HZ的工频电整流成直流电，再逆变成20HZ～50HZ的交流电。变频器输出的20HZ～50HZ的三相交流电供应给煤机皮带驱动电机，让给煤机皮带转动的速度平稳可调。
根据三相桥式整流公式，Uz=2.34U相=1.35U线，当给煤机进线电压低电压或者高电压时，势必变频器内部直流母线电压会相应的变化，影响变频器输出的电能品质，导致给煤机转动不稳。变频器内部直流母线电压严重降低，导致逆变电路的电流增大，容易损坏逆变电路，为保护变频器，变频器内部制动电路介入，变频器输出自动闭锁，造成转机突然停转，严重危害机组带负载能力和安全运行。
4.给煤机高低电压穿越思路
4.1改进给煤机变频器
给煤机变频器只有低电压闭锁保护的能力，若直接对变频器内部原理改进，使得变频器进线电压发生不同幅度波动时，可以持续或短时带负载，从原理上来说，就是要增强逆变回路元件的额定电流，当低电压跌落到20%时，其逆变回路的IGBT元件必须能保证0.5S以上的5倍额定电流。就造价上来说，成本十分昂贵。高电压时，需要增加放电回路，分担直流母线的电压，假如持续高电压，高电压穿越回路必定长期介入，其电阻长时间通电，产生热量，影响其周围各元件的使用寿命。
4.2外部增加高低电压穿越装置
在给煤机的外部进线回路加装设备，补偿给煤机变频器的直流母线电压不因外部的进线电压过高、过低时变动，从而保证给煤机变频器输出的三相交流电压频率和幅值符合给煤机设定工况。
首先明确目的：1、应该易于安装使用，不额外增加变频器高、低电压穿越改造的施工负担。2、此装置必须独立存在，且发生故障可以自动切断，不影响给煤机运行。3、当进行高低电压穿越时，应该使用自身存储的电源进行补偿，不影响低压厂用电网电压。4、内部的控制回路安全性高，即使厂用故障，也能可靠工作。
因此，装置动力电源适宜使用就地的给煤机动力电源，然后整流为直流电，存储下来以备低电压穿越；装置时刻处于热备用状态，发生紧急故障快速切除装置；储能环节使用超级电容器组，串联boost升压斩波电路，自身充电快，耐久度高；装置使用UPS 220V控制电源，保障自身在极端情况下不失控。
根据要求，可以得到原理图如下：
原理图上部分为高低压穿越装置。首先在给煤机控制柜进线端子并接三路电源，设备初始上电，KM1闭合，三相交流电经过整流桥整流为直流电，经过电阻R5以小电流充电至超级电容C3、C4，防止初始上电电流过大损坏电容。C3、C4充电完成后闭合KM2，保证正常热备用快速充电。另外大电感L1经过V8、D8的控制，保持热备用充满电能，V7、D7截止。KM1、KM2、KM4闭合，装置处于热备用。一旦检测到变频器直流母线电压低于动作值，V7、D7接通，电容C3、C4的电压加上电感L1的电压，组成BOOST升压，经过KM4至变频器直流母线进行补偿，同时电容C5、C6储存经过BOOST升压的更高电压等级直流电压，以备下次低电压时KM4导通，C5、C6就能向变频器直流母线补偿，快速响应。当直流母线电压过高，防反充电路发挥作用，D9截止保护低电压穿越部分，同时KM3迅速闭合，直流母线并联降压放电回路，消除变频器直流母线电压多余的部分。在原理上，对比直接改造给煤机变频器，高、低电压穿越装置可以做成模块化，每个功能都可以自成模块，方便故障消缺，并且大大降低维护成本；如果设备内部布置合理，元件的发热不会相互影响，也能大大提高设备的使用寿命。
论文作者:姜冠成
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/4
标签：电压论文; 变频器论文; 给煤机论文; 母线论文; 电源论文; 低电压论文; 电路论文; 《电力设备》2019年第3期论文;