摘要：變頻器已被廣泛地應(yīng)用于火力發(fā)電廠里的給煤機(jī)，但是當(dāng)給煤機(jī)應(yīng)用變頻器后，6kv廠用電源瞬停切換時(shí)會(huì)導(dǎo)致鍋爐熄火停爐，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。以上海寶鋼股份公司電廠為例，介紹了電廠鍋爐給煤機(jī)變頻器因電源瞬?；螂妷核矔r(shí)變化引起跳閘的隱患，對(duì)變頻器主電路及其工作原理進(jìn)行分

引言
通用變頻器以其優(yōu)越的調(diào)速性能和節(jié)能效果已被廣泛應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)電力行業(yè)已投用和新建的大、中型燃煤電廠中，鍋爐制粉系統(tǒng)的給煤機(jī)已紛紛采用通用變頻器替代滑差調(diào)速控制驅(qū)動(dòng)。不僅提高了給煤機(jī)的給定控制性能和計(jì)量精度，而且與原來(lái)滑差調(diào)速控制相比具有顯著的節(jié)能效果。在各種容量的調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中，電壓型通用變頻器已經(jīng)成為各行業(yè)用戶(hù)首選的調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置。
在上海寶鋼股份公司電廠3臺(tái)350MW引進(jìn)機(jī)組的鍋爐制粉系統(tǒng)中，15臺(tái)給煤機(jī)均采用美國(guó)STOCK公司產(chǎn)品，經(jīng)對(duì)2O世紀(jì)80年代初投產(chǎn)的2臺(tái)機(jī)組的給煤機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造后，采用通用變頻器來(lái)調(diào)速，控制性能和計(jì)量精度得到了提升。改造后發(fā)現(xiàn)給煤機(jī)使用變頻器后，當(dāng)6kV廠用電源瞬停切換時(shí)，機(jī)組原有的FCB（機(jī)組快速切回）功能在實(shí)際運(yùn)行中無(wú)法實(shí)現(xiàn)，經(jīng)試驗(yàn)和查找確認(rèn)是運(yùn)行中的變頻器在6kv廠用電源瞬停切換時(shí)發(fā)生全部跳閘造成的。20世紀(jì)90年代末投產(chǎn)的第3臺(tái)機(jī)組變頻器調(diào)速給煤機(jī)也有同樣情況發(fā)生。
一、通用變頻器用于給煤機(jī)的隱患
目前國(guó)內(nèi)外各變頻器制造商生產(chǎn)的通用變頻器屬電壓型，都設(shè)有“電源電壓異常波動(dòng)”保護(hù)功能。變頻器交流電源供電時(shí)，當(dāng)電壓波動(dòng)大于額定電壓的±15％時(shí)，變頻器內(nèi)部自身的保護(hù)功能將跳閘。
該廠鍋爐制粉系統(tǒng)的給煤機(jī)采用通用變頻器驅(qū)動(dòng)后，變頻器的電源因6kv廠用電瞬時(shí)停電切換（持續(xù)時(shí)間約為600ms）時(shí)，電壓瞬時(shí)變化量超過(guò)了變頻器的允許值，所有運(yùn)行中的給煤機(jī)變頻器同時(shí)跳閘而觸發(fā)發(fā)電機(jī)組的MFT（鍋爐主燃料斷）保護(hù)功能動(dòng)作，并使FCB功能不能實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致鍋爐立即熄火停爐。一次熄火停爐后再重啟不但在經(jīng)濟(jì)上造成幾十萬(wàn)元的損失，還降低了機(jī)組對(duì)電網(wǎng)供電的品質(zhì)。
雖然一些品牌的通用變頻器具有電源瞬停再啟動(dòng)的功能，當(dāng)發(fā)生變頻器電源瞬停時(shí)能停止輸出不作故障跳閘處理，但有一個(gè)停止信號(hào)輸出，雖然電壓瞬間恢復(fù)到額定電壓的85％后再自動(dòng)重新啟動(dòng)，這對(duì)于鍋爐給煤機(jī)，在自動(dòng)重新啟動(dòng)之前在這一停止信號(hào)輸出的瞬間，已經(jīng)造成MFT保護(hù)功能的動(dòng)作，還是會(huì)導(dǎo)致機(jī)組停爐。因此，在電廠鍋爐給煤機(jī)上使用通用變頻器，必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施來(lái)提高抗電源電壓瞬時(shí)變化的能力，消除發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行及故障時(shí)6kV廠用電切換中的隱患。
在該廠的3臺(tái)350Mw燃煤發(fā)電機(jī)組中，為了提升發(fā)電機(jī)組在發(fā)生某些故障后能快速恢復(fù)向電網(wǎng)供電的能力，設(shè)置了FCB的功能。其作用是當(dāng)發(fā)電機(jī)組發(fā)生某些故障時(shí)，能避免鍋爐熄火停爐（即停機(jī)不停爐），它可避免一次因緊急停爐對(duì)鍋爐各子系統(tǒng)設(shè)備造成巨大的沖擊損耗，延長(zhǎng)鍋爐系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命。且當(dāng)故障解除后，具有快速恢復(fù)向電網(wǎng)正常供電的能力，提升了發(fā)電機(jī)組的供電品質(zhì)，還可獲得顯著的節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省燃料和供電效益。因此給煤機(jī)變頻器在電源瞬?；螂妷核矔r(shí)變化時(shí)維持連續(xù)運(yùn)行對(duì)電廠極其重要。
二、已有技術(shù)和措施
2.1 采用直流電源供電
國(guó)內(nèi)外有一些品牌公司制造的通用變頻器供電電源具有交流、直流兩用的配置。對(duì)于重要敏感的驅(qū)動(dòng)設(shè)備采用直流電源供電，以避免因交流電源發(fā)生瞬時(shí)停電或電壓短期變化引起變頻器跳閘。其缺點(diǎn)是用戶(hù)需要配置性能可靠、大容量、高電壓(54OV左右)的專(zhuān)用蓄電池組和充電裝置，整個(gè)裝置占地空間大，成本高，維護(hù)工作多，運(yùn)行成本高。
2.2 采用UPS（不間斷電源）電源供電
對(duì)于驅(qū)動(dòng)重要敏感設(shè)備的中小容量通用變頻器，通過(guò)UPS來(lái)供電，可以避免因交流電源發(fā)生瞬時(shí)停電或電壓短期變化引起變頻器跳閘。其缺點(diǎn)是UPS電源無(wú)論采取一對(duì)一配置，還是集中配置，設(shè)備體積大，價(jià)格高，維護(hù)工作多，運(yùn)行自損耗大。
2.3 配置動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償裝置(VR)
它的工作原理是將動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償裝置串接在電源和通用變頻器之間，裝置中的電壓監(jiān)測(cè)單元一旦檢測(cè)到電壓凹陷（下降），即觸發(fā)控制內(nèi)部逆變器，將裝置內(nèi)直流電壓逆變成相應(yīng)幅值和相位的交流電壓疊加到電壓凹陷的線路上，整個(gè)過(guò)程約2ms，使通用變頻器免受電壓波動(dòng)的影響。其缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償裝置是有源的，需要從其他電源系統(tǒng)另接一路電源，不管是一對(duì)一還是集中配置，設(shè)備體積大，價(jià)格很高，運(yùn)行成本也很高。
2.4 配置兩路交流電源
變頻器電源分別從2段專(zhuān)用供電母線上接出，且該2段供電母線按互為備用的方式配置。其"常用-備用"，互為切換回路必須在變頻器"低電"壓”保護(hù)跳閘前將備用電源快速切換上去。其接觸器切換回路不能帶延時(shí)，若切換邏輯回路異?；蚴Э?，有造成切換失敗和不安全的隱患，供電安全性差[1-2]
2.5 優(yōu)化給煤機(jī)控制器的控制邏輯[3-4]
對(duì)給煤機(jī)控制器內(nèi)部的控制邏輯作優(yōu)化修改，這個(gè)修改需給煤機(jī)控制器的制造廠實(shí)施。其方法是在給煤機(jī)變頻器因電源瞬停切換已實(shí)際跳閘的期間，給煤機(jī)的控制器中的邏輯對(duì)變頻器的“停止”和給煤機(jī)電動(dòng)機(jī)的“失速”信號(hào)作延時(shí)處理，使上位的控制系統(tǒng)仍接收到“運(yùn)行中’，的信號(hào)，在電源恢復(fù)正常時(shí)再自動(dòng)重啟給煤機(jī)變頻器。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備改動(dòng)少，缺點(diǎn)是當(dāng)廠用電瞬時(shí)停電切換或因其他原因造成電源電壓波動(dòng)超過(guò)額定電壓的士15％時(shí)，運(yùn)行中的所有給煤機(jī)同時(shí)有一個(gè)“緲閘一再啟動(dòng)”的過(guò)程，雖然能避免觸發(fā)MFT保護(hù)動(dòng)作和熄火停爐故障，但給煤機(jī)實(shí)際有一個(gè)瞬停的時(shí)間，再啟動(dòng)后的輸出對(duì)制粉系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生超調(diào)和振蕩現(xiàn)象。
三、通用變頻器
中小容量通用變頻器內(nèi)部主電路一般有2 種，目前應(yīng)用較多的是中點(diǎn)鉗位式，其主電路如圖l所示。

3.1 主電路簡(jiǎn)述
它由二極管整流橋D、直流環(huán)節(jié)DC和逆變橋TR3部分組成。工作原理是當(dāng)變頻器電源開(kāi)關(guān)合上后，三相交流電源經(jīng)二極管整流橋D轉(zhuǎn)換成直流，直流輸出首先經(jīng)啟動(dòng)充電電阻R向?yàn)V波電容C充電，當(dāng)直流環(huán)節(jié) DC上的電壓達(dá)到一閡值電壓，變頻器內(nèi)部電壓檢測(cè)回路控制微型接觸器K接通（或晶閘管導(dǎo)通），短接啟動(dòng)充電電阻R，再繼續(xù)加速向?yàn)V波電容C充電，直至直流環(huán)節(jié)DC上的電壓達(dá)到工作電壓，變頻器便處于待機(jī)狀態(tài)。
3.2 電源電壓異常時(shí)的跳閘
變頻器在外部“啟動(dòng)’，指令信號(hào)控制下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，三相可控逆變橋TR按“速度”指令信號(hào)將直流電壓逆變成相應(yīng)的三相交流電壓和頻率輸出，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)運(yùn)行中的變頻器三相交流電源瞬時(shí)停電或電壓瞬時(shí)變化時(shí)，主電路直流環(huán)節(jié)DC上的電壓因帶著電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)將快速下降，當(dāng)降到“低電壓”保護(hù)的動(dòng)作值時(shí)立即跳閘。對(duì)于小慣量負(fù)載的電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速迅速降到零，這個(gè)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間視變頻器容量和電動(dòng)機(jī)負(fù)載大小而定。
現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的通用變頻器帶額定負(fù)載一般維持十到數(shù)十毫秒，因此，通用變頻器在有特殊要求的應(yīng)用領(lǐng)域使用會(huì)受到一定的限制。
四、維持變頻器連續(xù)運(yùn)行的新方法
在該廠3臺(tái)350MW機(jī)組的6kV廠用電系統(tǒng)中，因機(jī)組某種故障或外部電網(wǎng)的系統(tǒng)故障，6kV廠用電源系統(tǒng)由快切裝置瞬時(shí)停電切換到公用 6kV電源時(shí)，或者因廠用電源系統(tǒng)上大容量設(shè)備啟動(dòng)操作或廠用電源系統(tǒng)上發(fā)生短路造成電源電壓暫時(shí)變化時(shí)，接在廠用電源6kv系統(tǒng)下的 400 V MCC母線上的給煤機(jī)變頻器因母線上的剩余電壓瞬時(shí)降到額定電壓的85％以下(或15％以上)，運(yùn)行中的給煤機(jī)變頻器因內(nèi)部直流環(huán)節(jié)上的電壓降到“低電壓”，（或“過(guò)電壓”）設(shè)定值而全部跳閘，機(jī)組 DCS 控制系統(tǒng)中的PPS（機(jī)組保護(hù)裝置）收到運(yùn)行中給煤機(jī)全部“停止”信號(hào)后，觸發(fā)MFT保護(hù)動(dòng)作，使FCB功能條件不能成立，導(dǎo)致鍋爐熄火停爐。對(duì)此，該廠迫切需要解決這一因廠用電瞬?；螂妷核矔r(shí)變化引起運(yùn)行中的給煤機(jī)全部跳閘而導(dǎo)致鍋爐熄火停爐的重大隱患。
4.1 方法一
根據(jù)通用變頻器主回路的工作原理，對(duì)于電源瞬時(shí)停電時(shí)間短、電源系統(tǒng)電壓下降量小、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率小的變頻器，在直流環(huán)節(jié)DC上，依據(jù)用戶(hù)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行負(fù)載容量的大小，可直接在濾波電容C上并接相應(yīng)電容量的儲(chǔ)能電容器Cs，以增加直流段上存儲(chǔ)的能量來(lái)維持變頻器在電源瞬停切換期間或電壓暫時(shí)、瞬時(shí)變化時(shí)繼續(xù)按原輸出值驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。
此方法結(jié)合給煤機(jī)控制電源回路改進(jìn)，簡(jiǎn)單易行，完全能夠滿(mǎn)足一般小功率電動(dòng)機(jī)應(yīng)用，已在該廠給煤機(jī)上成功實(shí)施。
4.2 方法二
對(duì)用于電源瞬停切換時(shí)間較長(zhǎng)或電壓變化持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、電動(dòng)機(jī)負(fù)載容量較大的通用變頻器，受變頻器最大允許通態(tài)電流的限制，欲增設(shè)的大容量并接儲(chǔ)能電容器CS不能直接并接。若直接并接則產(chǎn)生3種情況：燒毀整流橋D、充電電阻R、微型接觸器K接點(diǎn)；跳變頻器輸入側(cè)開(kāi)關(guān)；抬高直流環(huán)節(jié)Dc上工作電壓較大，易引起主回路上的相關(guān)元器件提前老化或損壞。因此，用于這樣的場(chǎng)合時(shí)，在直流環(huán)節(jié)Dc上需通過(guò)增設(shè)1個(gè)充放電組件再來(lái)并接儲(chǔ)能電容器CS, 避免變頻器交流電源投入時(shí)對(duì)直流環(huán)節(jié)DC的充電造成過(guò)流沖擊。在電源瞬停切換或電壓暫時(shí)、瞬時(shí)變化期間能使直流環(huán)節(jié)DC上的電容器C放電一再充電過(guò)程達(dá)到平緩過(guò)度，且維持電動(dòng)機(jī)原轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)行。圖2為并接充放電組件和儲(chǔ)能電容器的示意。

此方法結(jié)合給煤機(jī)控制電源回路的改進(jìn)，完全能夠滿(mǎn)足較大功率電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，也能應(yīng)用于其他有特殊要求的行業(yè)。這種方法已在該廠給煤機(jī)上實(shí)施。
4.3 技術(shù)特點(diǎn)
以上2 種方法是采用安全和有效的技術(shù)措施來(lái)解決通用變頻器交流電源瞬?；螂妷簳簳r(shí)變化引起通用變頻器或電壓型變頻單元跳閘的問(wèn)題。它拓寬了電壓型變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域。
其特點(diǎn)是：(l)不需外部配接備用電源，變頻器運(yùn)行中不增加能耗，增設(shè)的元器件體積小、成本低，且免維護(hù)；(2) 能解決電源瞬停切換造成變頻器跳閘的問(wèn)題，同時(shí)又具有緩解電壓暫時(shí)、瞬時(shí)變化的穩(wěn)壓作用，可避免電源電壓超過(guò)額定電壓的±15％所造成變頻器跳閘的問(wèn)題。本方法應(yīng)用于電廠鍋爐給煤機(jī)變頻器上，當(dāng)變頻器電源發(fā)生瞬時(shí)停電切換或電壓暫時(shí)變化超過(guò)額定電壓的±15％時(shí)，運(yùn)行中的給煤機(jī)轉(zhuǎn)速能維持不變，使鍋爐制粉系統(tǒng)保持平穩(wěn)運(yùn)行，不再由此引發(fā)MFT保護(hù)功能動(dòng)作。
4.4 與其他方法的比較
該廠采用的這2種方法，其效果基本涵蓋了其他已有方法的優(yōu)點(diǎn)，且避免了它們的不足之處，具有很好的實(shí)用價(jià)值。
(l) 每臺(tái)給煤機(jī)變頻器單獨(dú)配接儲(chǔ)能電容器，仍保持每臺(tái)給煤機(jī)單路電源配置模式；(2) 對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生新的隱患，操作性和安全性較好；(3) 給煤機(jī)電氣控制裝置和變頻器發(fā)生故障時(shí)原維護(hù)處理方式不變；(4) 不需修改原控制系統(tǒng)的硬接線邏輯回路；(5) 能維持變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，沒(méi)有轉(zhuǎn)速超調(diào)和振蕩的現(xiàn)象；(6)不需要從其他電源系統(tǒng)另接1路備用電源，供電回路簡(jiǎn)單，可分段，系統(tǒng)安全性高；(7) 免維護(hù)，且運(yùn)行中沒(méi)有能耗。
5 結(jié) 語(yǔ)
該廠自主開(kāi)發(fā)的這2項(xiàng)技術(shù)適用于各行業(yè)中小容量通用變頻器和電壓型變頻單元的應(yīng)用，原理簡(jiǎn)明，實(shí)用有效。在該廠采用該方法改造后的給煤機(jī)已經(jīng)過(guò)數(shù)次實(shí)際運(yùn)行中6kV廠用電瞬停切換的驗(yàn)證。不但對(duì)電廠具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，確保發(fā)電機(jī)組向電網(wǎng)供電的品質(zhì)，而且對(duì)其他行業(yè)中需要穩(wěn)定、連續(xù)、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，也具有實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 杜鳳葉．給粉機(jī)變頻器跳閘引發(fā)鍋爐MFT動(dòng)作原因分析及對(duì)策[J]．黑龍江電力，2004,26(6):464-466.
[2] 劉維鋒，劉華山，朱國(guó)強(qiáng)，等．給粉機(jī)控制回路中的隱患分析[J]．發(fā)電設(shè)備，2006 , 20(3):205-207。
[3] 牛茂龍，白永軍．國(guó)華準(zhǔn)格爾發(fā)電廠給煤機(jī)跳閘的原因分析及改造[J]．內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2004, 22(5):106-107.
[4] 劉德誠(chéng)．給煤機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)低電壓跳閘事故分析及改造[J]. 內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2003, 21(3):41-42.