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电厂给粉机变频器低压跳闸问题解决方案

供稿:北京腾控科技有限公司 2006/10/23 9:08:00

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第一章 概述
1、电厂目前存在的问题
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。大多数自备电厂,它所生产的电能和热能绝大多数是供它内部使用的,电厂给粉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,导致给粉机停机,同时会给FSSS(锅炉安全监控系统)发出给粉机停止信号,这样会导致FSSS的MFT动作。因为给粉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。2、主要应对措施
从根源上杜绝和制止晃电基本上是无法实现的,解决这一问题目前主要的应对措施有:
1.FSSS的给粉机全停逻辑延时(2~5S),给粉机变频器设置快速重启动,等待电网恢复后给粉机变频器重启动,这既违反了电厂管理规程,又不能从根本上消除炉膛在晃电时的安全隐患。延时短,不可避免停炉;延时长,有更严重的事故隐患,延时签字人员还要为事故埋单。
2.换给粉机变频器。如ABpowerflex70s系列最大失电工作时间可以做140ms,但也躲不过备自投切换的1.8S。
3.接交流在线UPS。因为UPS容量大、转换效率低、保护级别高、投资成本高等原因,极少数电厂使用这种方式。3、直流支撑技术
变频器是由整流器和逆变器两部分组成。通过对变频器的研究,变频器低电压指其中间直流回路低电压(即逆变器输入电压过低)。一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能。变频器的逆变器件为GTR时,一旦失压或停电,控制电路将停止向驱动电路输出信号,使驱动电路和GTR全部停止工作,电动机将处于自由制动状态。逆变器件为IGBT时,在失压或停电后,将允许变频器继续工作一个短时间td,若失压或停电时间to<td,变频器将平稳过度运行;若失压或停电时间to>td ,变频器自我保护停止运行。一般td都在15~25ms,只要电源“晃电”较为强烈,to都在几秒钟以上,变频器自我保护停止运行,使电动机停止运行。
结合变频器的原理和工作方式,采用抗晃电系统,是解决变频器低压跳闸的最好办法。
变频器的雏形是直流变频器,交流变频器只是在直流变频器的前端加上了整流器。变频器的控制电源和作功电源都来自于变频器内部的直流母线。新型变频器都有直流母线端子。
直流电源技术已经非常成熟,都配备了完善的自检系统。国内目前有100多家知名的直流电源厂商,很多直流电源厂商就是用变频器逆变做为交流电源输出端的。直流电源做为变频器的备用电源,解决变频器的低压跳闸,已在其他安全级别要求不高的行业有成熟的应用。如:江苏的美国醋纤(南通)公司,在1996年就使用了直流电源做为变频器的备用电源。4、使用瓶颈
火电厂要使用这种技术的瓶颈在哪儿?
1.安全级别高。火电厂锅炉控制系统属于SIL3级,相当于AK5级。
2.火电厂使用直流电源的关键是既要适时供电,又要紧要关头断电,且断的可靠性要求更高。
3.抗晃电系统要和FSSS联动,要进行FSSS的逻辑运算,厂商要熟悉电厂控制系统,要有电厂的现场经验,这是直流电源厂家不能做到的。
从系统安全级别入手,从断的可靠性入手我们专为热电厂提供的电厂给粉机变频器抗晃电系统彻底解决您的后顾之忧。第二章 设计依据
[SHB-206-1999] 石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则
[DLGJ116-93]火力发电厂锅炉炉膛安全监视系统设计技术规定
GB/T 13337.1-1991 固定型防酸隔爆式铅酸蓄电池订货技术条件
DL/T 5044—1995 火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定
DL/T 637—1997 阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件
DL/T 459—2000 电力系统直流电源柜订货技术条件
DL/T 724—2000 电力系统蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程
DL/T 5120—2000 小型电力工程直流系统设计规程
DL/T 781—2001 电力用高频开关整流模块
GB17478-1998 低压直流电源设备的输出性能特性和安全要求
JB/T8948-1999 电控设备用低压直流电源
B4208-1993 外壳保护等级(IP代码)
GB4026-1992 设备接线端子和规定电线端鉴别标志以及、文字和数字系统一般应用原则
GB50150-91 电气装置安装工程电气设备交接试验
GB50168-92 电气装置安装工程电气电缆线路施工及验收
GB50172-92 电气装置安装工程蓄电池施工及验收规范
GB50254-92 电气装置安装工程低压电器施工及验收
GB50171-92 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范 第三章 抗晃电系统组成
1、抗晃电系统组成
1、直流电源子系统
2、炉膛安全联锁子系统 (Safety Interlocking System )
3、主站监控软件2、直流电源子系统的原理
1)、单台电机工作原理图:



系统由电池组、充电器、监测单元和SIS执行单元等组成
M: 电动机
针对电厂的实际情况,我们决定采用多台电机工作模式
2)、下图是多台电机的工作模式图


多台电机工作模式:
M1,M2,M3同时设计于同一控制系统中为低压电机群的工作模式;3、直流电源子系统主要设备
Ø蓄电池组
蓄电池采用免维护阀控式全密封铅酸电池。
Ø充电器
充电器的功率逆变管采用进口快速IGBT,其余元件采用进口工业等级器件,生产工艺严格完整,保证机器的可靠性和稳定性。输出电压和电流均可连续调节。具有强大的保护功能(输入过流、过压、欠压保护;输出短路,过流,过压保护;整机过热保护)。模块内取消了所有电位器,基准校正和控制全部采用12位D/A转换,精度高,参数性能稳定,调节方便。
充电模块采用可带点插拔技术,输出采用隔离设计。模块工作频率高,近300KHZ,体积小,抗干扰能力强。内置E2ROM,通过人机界面设置的参数自动保存到充电模块,掉电不丢数据。
ØSIS执行单元
执行单元由断路器和接触器冗余组成,控制关系为断路器锁定接触器,能准确地执行直流电源子系统的投入撤出转换。
Ø监测单元
用监测单元和人机操作界面组成监控系统,具有充电模块输出电压设定,充电电流限值设定,运行参数显示,故障报警存储,SOE事件记录以及蓄电池状态监测和直流回路状态监测,并可通过485总线和主站通讯。4、炉膛安全联锁子系统(SIS)
SIS是抗晃电系统的主控系统,是FSSS的联锁控制部分。负责监测各种交直流电源信号、保护动作信号,控制抗晃电系统的备份、投运和退出过程。每一回路都由检测、控制和执行单元三部分组成。采用工业级三相异步电机保护模块MDS-1做检测单元,保证系统的可用度。采用通过美国SIL3认证的AB LOGIX顺序控制器做为每台炉的主控制单元。
采用ABB S2断路器和直流接触器做单一直流回路的冗余执行单元保证系统的可靠性。4.1 MDS工业级三相异步电机保护单元4.1.1功能特点
三表法测量准确测量三相交流电压、电流、有功、无功、频率、功率因数、零序电流等电参量,可以测量变频器输出。
具有3路独立的开关量输出,可以作为遥控、跳闸或者告警
6路开关量输入,同时可以作为脉冲量输入
2路直流采样,可以接各种变送器
两路通信接口,支持MODBUS规约
FFT算法,可计算1-8次谐波
三相异步电动机的反时限过负荷(热过载)保护、不平衡(负序过流)保护、启动时间过长保护、堵转保护、接地(零序过流)保护、欠电压保护、过电压保护4.1.2 交流输入
交流输入包括A、B、C三相电压和电流。电流是直接把线穿入小型电流互感器的圆孔。电压则采用6个各端子。分别为UA,UA1;UB,UB1;UC,UC1;其中UA,UA1为A相输入;UB,UB1为B相输入;UC,UC1为C相输入。每相间相互独立。
这样设计的目的是为了用户可以选择不同的安装方式和测量方法。如果用户选择角型接法则 UA---UC1 接A相 UB---UA1 接 B相 UC---UB1 接C相。如果用户选择星型接法则UA1---UB1—UC1接N线。每路可以进行单独测量,用户还可以根据需要选择。
输入的交流电压信号通过小型的PT(电压互感器),变换为交流0.5V的信号,经过滤波处理,滤除干扰信号,然后进行电平平移,使得原来的交流信号,叠加1/2的VREF,直接送到A/D转换,进行采样。
输入的电流信号,通过导线穿入小CT(电流互感器),CT的输出接一个精密电阻,变换成电压信号,经过滤波处理,滤除干扰信号,然后进行电平平移,使得原来的交流信号,叠加1/2的VREF,直接送到A/D转换,进行采样。
采样好的信号存入单片机的RAM中供软件处理。在软件中,我们每个周波采样16个点,根据采样定理,可以计算出输入信号的8次谐波。但是在应用中对奇次谐波更为关心。在数字信号处理中,由于电网的频率是在变化的,如果采样频率不是电网频率的整数倍,就会有所谓的频谱泄漏问题,详细内容请参考有关书籍。在该问题上我们采用了我们的提出软件跟踪算法,效果非常优异。
对于6路输入信号,进行FFT变换,得出各次谐波的幅值和相角,并且计算零序电流和负序电流。计算的方<

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