给煤机变频器电源瞬停切换时维持运行方法

专利名称：给煤机变频器电源瞬停切换时维持运行方法
技术领域：
本发明涉及燃煤电厂给煤机变频器控制技术，尤其涉及变频器电 源瞬停切换时维持运行的方法。
背景技术：
在燃煤电厂大容量机组中为了提高机组在某些故障后能快速恢复向电网供电的能力， 一般都有"机组快速切回(FCB)"的功能。该功 能不但能避免锅炉熄火停炉故障，还能对锅炉系统的设备使用寿命减 少一次启停冲击损耗，具有快速恢复向电网正常供电的能力，并可获 得显著的节水、节电和节约燃料等经济效益。燃煤电厂的厂用电源系统(如6KV母线或400V母线)因机组 某种故障或外部电网相关系统故障引起跳机而进行瞬时停电切换时， 造成供电母线上的剩余电压将降到额定电压的85%以下，如某厂投用 中的6KV供电母线瞬时停电切换装置(HBT)完成切换所耗的时间超 过500ms，厂用电系统电压实测降到额定电压的10%。运行中的给煤 机变频器因内部直流环节上的电压降到"低电压"保护跳闸动作值而 全部跳闸，同时控制回路也因失电向上位DCS系统发出所有运行中的 给煤机"停止"信号。上位DCS控制系统中的"机组保护装置(PPS)"收到运行中给煤 机全部"停止"信号后，触发"锅炉主燃料断(MFT)"保护动作，"机 组快速切回(FCB)"功能失败，导致发电机组停炉故障，扩大了故障 范围。当机组值班人员确认故障原因后，在极热态下锅炉重新点火升 压达到停炉前的状态，最快需要40分钟左右。不但对锅炉系统设备使 用寿命造成一次启停冲击损耗，又带来燃料、工业水和电能等经济损 失，还丧失了原故障消除后发电机组能快速恢复向电网正常供电的能 力。对此，各个燃煤电厂迫切需要解决这一厂用电供电系统瞬时停电切换引起运行中的给煤机(或给粉机)全部跳闸，触发"锅炉主燃料 断(MFT)"保护动作，导致发电机组熄火停炉故障的重大隐患。给煤机变频器主要是电压型变频器，其内部主电路的原理图参见 图l，该主电路是一个交-直-交变换电路。其主电路直流环节的工作原理是当变频器电源开关合上后，三相交流电源输入经三相整流桥D转 换成直流，直流输出首先经启动充电电阻R向直流滤波电容C充电， 当直流环节DC上的电压达到一阈值电压，内部微型接触器K接通(或 晶闸管导通)，短接启动充电电阻R，继续加速向直流滤波电容C充电， 直至直流环节DC上的电压达到工作电压，变频器便处于待机状态。变频器在外部"启动"指令信号控制下运转时，三相可控逆变桥 TR按"速度"指令信号将直流电压逆变成三相交流输出，驱动交流电 动机调速运转。当变频器三相交流输入电源瞬时停电时，三相整流桥D 失去输入电源则输出停止，主电路直流环节DC上的电压因失去能量 来源又带着电动机运转而迅速下降，当降到"低电压"保护跳闸动作 值时立即跳闸。驱动电动机转速(小惯性负载)随之速降停止。这个 过程的持续时间根据电动机负载大小而定，现有标准的电压型通用变 频器一般约为十几到几十ms。针对厂用电供电系统瞬时停电切换引起运行中的给煤机(或给粉 机)全部跳闸，触发"锅炉主燃料断(MFT)"保护动作，导致发电机 组熄火停炉故障的问题，现有技术采用方法之一是采取修改给煤机 数字控制装置中控制芯片的控制逻辑，并将给煤机控制装置和控制回 路的电源变压器改换成磁饱和型变压器，参见"内蒙古电力技术"2003 年第21巻第3期"。当发电机组发生厂用电供电系统瞬时停电切换时， 给煤机变频器因电源瞬停切换导致电压低于额定电压85%而跳闸后， 其控制装置中被修改后的控制逻辑对给煤机变频器"停止"和给煤机 转速"停止"信号作延时处理。同时，给煤机控制装置和控制回路电 源因接入了磁饱和型变压器，其输出侧电压的下降过程将放慢。在电 源瞬停切换期间，只要确保控制装置和控制回路电源电压维持在额定 电压85%以上。给煤机"运行"状态信号就能保持中，而不会向上位 DCS系统发出给煤机"停止"信号。待厂用电供电系统的电源瞬停切.换完成，且给煤机电源恢复到额定电压的85%以上时，仍保持"启动" 指令信号的给煤机重新自启动给煤机变频器，并快速达到当前"速度"信号指令值，避免触发"锅炉主燃料断(MFT)"保护动作而导致的发电机组熄火停炉故障。其不足是当厂用电供电系统瞬时停电切换或因其他原因造成电源电压短期变化超过额定电压的±15%时，运行中的所有给煤机同时有一 个"跳闸-再启动"的过程，虽然能避免触发"锅炉主燃料断(MFT)" 保护动作和熄火停炉故障，但是给煤机的给煤量会产生超调和振荡的 现象。发吸内容本发明的目的在于提供一种给煤机变频器电源瞬停切换时维持运 行方法，该方法原理简明，变频器驱动对象可保持平稳运行，操作性 和安全性好，配置简单，电源可靠。本发明是这样实现的 一种给煤机变频器电源瞬停切换时维持运 行方法，其特征是在电压型通用变频器主回路的直流环节DC的滤 波电容器C上根据负载电动机容量大小再并接相应电容量的储能电容 器Cs，并按储能电容器Cs的电容量另配置功率和电阻值相匹配的启动充电电阻Rs;在给煤机控制装置和控制回路两路控制电源前配置UPS电源装置。所述UPS电源装置为从给煤机机组UPS电源系统上接入的一路独 立控制电源。所述UPS电源装置为一台或两台小容量短时限UPS电源装置。 本发明由于采用了上述的技术方案，与现有技术相比，本发明具有下列的优点和积极效果1)扩展变频器的应用范围。当发电机组发生厂用电供电系统瞬时停电切换或因其他原因造成电源电压短期变化超过额定电压的±15% 时，不但能避免运行中的给煤机变频器跳闸造成给煤机同时全停，触 发"锅炉主燃料断(MFT)"保护动作，导致发电机组熄火停炉故障， 而且，运行中的给煤机不发生"跳闸-再启动"的过程，给煤机的给煤量不发生超调和振荡的现象，能使锅炉制粉系统运行保持稳定，不需 修改控制回路的硬接线逻辑回路。2) 给煤机控制装置和控制回路采用UPS电源供电，系统简单，维 护方便，可确保控制装置和控制回路工作正常。3) 不需配置全容量的备用电源。4) 在变频器的直流环节DC并接电容器相比并接蓄电池组,具有费 用低、体积小、免维护、不消耗能量等实用价值。本发明原理简明，变频器驱动对象可保持平稳运行，操作性和安全性好，配置简单，电源可靠。在厂用电供电系统瞬时停电切换(如200 600ms)时，给煤机变频器不但能维持原转速运行，还能一并解决 因其他原因造成电源电压短期变化超过额定电压的±15%时引起变频 器跳闸的问题，而且，在厂用电供电系统瞬时停电切换期间变频器没 有"瞬停-再启动"过程，也不需从另一动力电源系统上配接全容量的 备用电源。


图1为现有电压型通用变频器主电路原理图；图2为本发明的变频器主电路并接Cs和改接Rs的原理图；图3为给煤机控制电源配置UPS接线原理示意图；图4为给煤机控制电源配置经接本机组UPS的接线原理示意图；图5为变频器主回路增设端子排示意图。图中D三相整流桥，R启动充电电阻，K内部微型接触器的接 点(或晶闸管)，DC主电路直流环节，C直流滤波电容，TR三相可控逆 变桥；Rs按并接电容器Q的电容量重新配置的阻值和功率相匹配的启 动充电电阻，Cs按电动机负载大小并接的相应容量的储能电容器；UPS 不间断供电电源，INV电压型通用变频器，TJ最离变压器，T2隔离变 压器，CB1、 CB2、 CB3、 CB4电源开关；1第一短接片，2第二短接 片，3主回路接线端子排。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。参见图2， 一种给煤机变频器电源瞬停切换时维持运行方法，是在电压型通用变频器主回路的直流环节DC的滤波电容器C上根据负载电动机容量大小再并接相应电容量的储能电容器cs，并按储能电容器Cs的电容量另配置功率和电阻值相匹配的启动充电电阻Rs;在给煤机控制装置和控制回路两路控制电源前配置一个或两个短时限的UPS电 源装置；或在给煤机控制装置和控制回路两路控制电源前接入从本机 组UPS电源系统上接入一路独立控制电源。在变频器合上电源后，三相交流电源经三相整流桥D整流成直流， 直流输出首先经重新配置的启动充电电阻Rs向直流环节DC上的滤波 电容C和储能电容Q充电(储能电容Cs名称只是区别于原设计只有 滤波电容的作用，并接后可以将其看成是一个电容器兼有两者作用)， 当直流环节DC上的电压达到一阈值电压时，内部微型接触器K接点 被接通(或晶闸管导通)，短接启动充电电阻Rs，继续加速向滤波电容 C和储能电容Cs充电，直至直流环节DC上的电压达到工作电压，此 时直流环节DC上并接的储能电容器Cs储存了用于电源瞬时停电切换 期间可维持电动机继续运转的能量，它同时具有缓解、抑制电源电压 短期变化超过额定电压的± 15%的稳压作用。当发电机组发生厂用电供电系统瞬时停电切换时，运行中的给煤 机变频器直流环节DC上电压的维持由储能电容器Cs上能量来补充， 或因其他原因(如电源系统上大容量电动机启停)造成电源电压短 期变化超过额定电压的±15%时，其储能电容器Cs吸纳、缓冲电压变 化的效果更显著。运转中的给煤机变频器在电源瞬时停电切换期间，三相整流桥D 因交流输入侧电压快速下降而失去输入源，使三相整流桥D截止，直 流输出电流降为零，而直流环节DC上电压还继续维持逆变器TR的输 出。此时将由储能电容器Cs上电能提供给逆变器TR，其作用延缓了 直流环节DC上电压的下降速度，只要使储能电容器Cs存储的电能足 够变频器维持运转到电源电压恢复到正常时直流环节DC上的电压仍 高于在"低电压"保护跳闸的电压值，就能避免给煤机变频器因电源瞬停切换导致电源电压低而出现的"停止"或"跳闸"。同时也能避免 给煤机变频器因厂用电供电系统上的大容量电动机启停引起电源电压 短期变化超过额定电压的±15%而出现的跳闸。其给煤机电动机所带负 载的转速能基本不变或略有下降(视当时的电动机转速和储能电容器 Cs的电容量大小而定)，锅炉制粉系统没有超调和振荡现象。当电源恢复正常后三相整流桥D直流侧输出电流经微型接触器K接点(或晶闸 管)立即给储能电容器Cs和C补充电，快速达到正常工作电压值，重新回到稳定状态。在给煤机控制装置和给煤机控制回路的两路控制电源输入侧配置一台或两台小容量短时限UPS电源装置，保持每台给煤机电源单路设 计的模式，参见图3。或从本机组所属的UPS电源系统上给每台给煤 机分别接入控制电源，其配置简单，电源可靠，参见图4。当发电机组发生厂用电供电系统瞬时停电切换或因其他原因造成 电源电压短期变化超过额定电压的±15%时，给煤机控制电源由UPS 电源装置或本机组所属的UPS电源系统供电而不受影响，可维持给煤 机控制电源电压的稳定，保证给煤机控制装置和控制回路正常工作。 这样，对原有的给煤机控制装置和控制回路的信号和控制逻辑不需再 作更改，而保持控制系统原设计的完整性。参见图5、图2，在主回路接线端子排3上增加"三相整流桥P端"、 "启动充电电阻R的PR端"和"滤波电容器C的UN端"这三个引出 线端子。这三个引出线端子可供变频器用户方便地用于并接储能电容 器Cs和改接启动充电电阻Rs;并增加二个配置短接片的端子P+、 P-和相应的引出线。正常使用不需外接储能电容器Q和启动充电电阻Rs时，将第一 短接片l保持连接中。当用于电源瞬停切换维持变频器运行的场合，需外接储能电容器 Cs和启动充电电阻Rs时，拆除第一短接片l，将第二短接片2连接起 来。这样，便可从端子上引接启动充电电阻Rs。此增设引出线端子3的方法，即保持原有的使用方式，又扩充了 变频器新的特殊应用。实施例以美国STOCK设备公司制造的给煤机为例，其变频器采用AC Tech公司制造的MC1450型电压型通用变频器。其电源回路共分三个 支路，主电源接入首先经给煤机电源主开关，然后经三个分路 一路 接电压型变频器驱动交流电动机运转； 一路接给煤机控制装置 (STOCK196NT)的控制电源隔离变压器； 一路接给煤机控制回路的 控制电源隔离变压器。按图2的连接方式，在变频器直流环节DC滤波电容器C (如2 串3并接法，共6个电容器)联接线点上引出3根引线，外接根据电 动机负载大小配置的变频器用储能电容器Cs (串、并接法与滤波电容 器C一致)，储能电容器Cs可装入在专设的金属电器箱内，就近装于 变频器旁；原有的启动充电电阻R阻值和功率不够对储能电容器Cs的 充电起限流的作用，所以需拆去原启动充电电阻R，并在原接启动充 电电阻R的两端引出2根引线，外接功率及电阻值与储能电容器Cs匹 配的启动充电电阻Rs。外接的启动充电电阻Rs可装在变频器的金属 壳体内侧壁上或引接在外置箱内，以利于散热。按图3的连接方式，在二路给煤机控制电源前配置1个或分别配 置1个UPS电源装置，UPS电源装置的容量和放电时间可根据负载大 小来定。或按图4的连接方式，从给煤机机组所属的UPS电源系统上为给 煤机分别接入一路控制电源。小容量电压型通用变频器主回路增设端子排(以AC Tech公司生 产的MC1450型5HP (3.7KW)变频器为例)，端子排3的排列示意图 如图5粗线部分。2005年某月某日，按以上实施例在某厂1号机组给煤机现场实验 中，已取得成功实绩。在厂用电6KV供电系统进行瞬时停电切换时间 达540ms， 6KV和400V母线电压降到额定电压10%以下的情况下， 运行中的给煤机变频器维持连续运转而未发生跳闸，避免了 "锅炉主 燃料断(MFT)"保护动作，"机组快速切回(FCB)"功能成功，锅炉 保持最低负荷运行。
权利要求
1. 一种给煤机变频器电源瞬停切换时维持运行方法，其特征是在电压型通用变频器主回路的直流环节DC的滤波电容器C上根据负载电动机容量大小再并接相应电容量的储能电容器CS，并按储能电容器CS的电容量另配置功率和电阻值相匹配的启动充电电阻RS；在给煤机控制装置和控制回路两路控制电源前配置UPS电源装置。
2. 根据权利要求1所述的给煤机变频器电源瞬停切换时维持运行 方法，其特征是UPS电源装置为从给煤机机组UPS电源系统上接入 的一路独立控制电源。
3. 根据权利要求1所述的给煤机变频器电源瞬停切换时维持运行 方法，其特征是UPS电源装置为一台或两台小容量短时限UPS电源 装置。
全文摘要
本发明涉及燃煤电厂给煤机变频器控制技术。一种给煤机变频器电源瞬停切换时维持运行方法，其特征是在电压型通用变频器主回路的直流环节DC的滤波电容器C上根据负载电动机容量大小再并接相应电容量的储能电容器C_S，并按储能电容器C_S的电容量另配置功率和电阻值相匹配的启动充电电阻R_S；在给煤机控制装置和控制回路两路控制电源前配置UPS电源装置。本发明原理简明，变频器驱动对象可保持平稳运行，操作性和安全性好，配置简单，电源可靠。
文档编号H02J15/00GK101277029SQ20071003853
公开日2008年10月1日 申请日期2007年3月27日 优先权日2007年3月27日
发明者尚德松, 赵建中 申请人:宝山钢铁股份有限公司