摘 要：提供一种测试变频器低电压故障方法，介绍某火力发电厂给煤机低电压穿越控制方案，為工业用低压变频器防止低电压穿越装置提供一种解决方案。

关键词：变频器 低电压穿越

引言

系统故障导致瞬时电压跌落，造成锅炉MFT的故障在电力系统中多次发生。因瞬时缺陷导致的机组解列，造成的印象和损失较大。为此，发电企业或使用变频器较多、较重要的工业企业，需要关注系统或其它设备故障使系统电压降低时，变频器短时持续安全稳定运行的问题，以保证生产的连续。

1 某电厂给煤机参数简介

变频器型号：POWERFLEX 40 功率：4kW 品牌：AB

电机型号：M112MB4 功率：4kW 额定电压：380V额定转数：1445r/min

2 给煤机抗低电压穿越能力试验

为了解给煤机变频器抗低电压穿越能力，以便采取有针对性的措施，某电厂对给煤机变频器进行了抗低电压穿越能力试验。试验使用调压器模拟电源电压降低，手动调节调压器输出电压，以10V为调节间距，调低总电源电压，在每个电压档停留10s，直至变频器跳闸。观察变频器微处理器及变频器运行状态并记录保护信息、跳闸时调压器输出电压和维持运行时间，并查阅输出代码。如果给煤机因变频器低电压保护动作，则试验至此为止。如果给煤机因微处理器保护动作，则继续试验，更改接线，给煤机控制电源由外部稳定的220V电源供给，变频器电源由调压器供给，按上述方式继续试验。

试验结论：

（1）变频器微处理器控制电源低电压临界保护动作值为318V（83.7%Un），当低于该值时保护动作跳闸，保护动作时间小于0.5S;

（2）变频器动力电源低电压临界保护动作值为290V（76.3%Un），在此电压下电机发生震动，已不能正常运行;

（3）本次试验均在空载和低转速下进行（9.4Hz），在正常带负荷运行时，变频器保护动作电压值将高于290V，控制电源保护定值不受运行状态的影响。

通过试验，该变频器不满足“系统发生故障时给煤机等辅机变频器在系统电压跌落至20%且持续10s的情况下不灭火、不跳闸和其出力波动不大于10%的技术指标”，需要进行抗低电压穿越能力改造。

3 给煤机低电压穿越原理

通过抗低电压穿越试验分析，当系统电压跌落时给煤机微处理器和变频器低电压保护动作导致给煤机跳闸，即发生低电压穿越。

首先，系统电压跌落会造成给煤机变频器直流电压降低导致变频器低电压保护动作跳闸。

变频器的功率回路由整流模块、直流环节、逆变模块组成，交流电源经变频器的进线端子，通过整流模块后变为直流，再通过逆变模块变为交流，实现频率变换，最后供给电机。当系统电压跌落时，输入侧电压变低，直流母线电压随之降低，无法提供逆变模块所需要的能量，触发变频器低电压保护。此保护为变频器内置的硬件保护，无法通过修改定值进行规避。

其次，控制电源降低会造成给煤机微处理器低电压保护动作导致给煤机跳闸。承重给煤机有复杂的控制系统，控制系统由微处理器、电路板、采样反馈系统、继电器等，这些部件均需稳定的控制电源供电。当供电系统电压跌落时，给煤机控制电源也随之降低，造成控制系统瘫痪，导致给煤机跳闸。

4 改造方案

根据给煤机低电压穿越的原理，最初确定了三套改造方案，即加装蓄电池组、加装UPS和加装低电压穿越装置。

通过市场调研和方案对比，结合现场施工条件和投资规模，最终确定了加装低电压穿越装置方案。即在给煤机就地控制箱总电源下口并接低电压穿越装置，低电压穿越装置输出直流供给给煤机变频器直流母线，给煤机控制电源由低电压穿越装置UPS供给。以此来解决给煤机低电压穿越问题。

5 低电压穿越装置工作原理

在系统电压正常的状态下，电能通过交流送电回路送入变频器交流输入端子，低电压穿越装置处于旁路状态，不参与运行。

在系统电压发生跌落时，低电压穿越装置内部的电容器上的电压降低，控制系统检查到电压降低后迅速将电感L2与IGBT构成的BOOST斩波升压回路快速投入运行，抬高电容器的电压。当变频器的直流母线电压低于低电压穿越装置直流母线电压时，低电压穿越装置通过二极管输出电能，在短时间内保持变频器直流母线不变，维持给煤机变频器运行。

当系统电压恢复正常后，IGBT停止运行，BOOST回路退出工作状态，变频器的供电仍由三相交流送电回路提供。

6 改造后给煤机低电压穿越装置模拟试验

6.1试验目的

验证在不同电压跌落深度下低电压穿越装置能正确判断并迅速投入运行，在电压跌落的1min时间内给煤机是否能够正常运行，当电压恢复时低电压穿越装置能否自动退出。

6.2 试验内容

用调压器模拟电网电压跌落，快速将电压分别调至80%Un、60% Un、40% Un、20% Un，记录试验数据并观察给煤机运行状态。

6.3 试验方法

在给煤机电源与变频器之间串接三相调压器，将调压器电压调至380V，连接试验数据记录仪，检查接线无误后启动给煤机。快速调节调压器使输出电压为80%Un，保持一分钟，检测低电压穿越装置是否投入运行，观察变频器、电机和给煤机运行状态并记录试验数据，然后将电压调至额定电压，检测低电压穿越装置是否自动退出运行。用相同的方法分别将电压调至60% Un、40% Un、20% Un，观察设备运行状态并记录试验数据。

6.4试验数据及结论

当试验电压下降时变频器直流母线电压也随之下降，当系统电压降至350V时低电压穿越装置自动启动，变频器直流母线电压迅速恢复至540V，在1min之内给煤机、变频器和电机运行状态稳定。当系统电压恢复时低电压穿越装置自动退出运行。系统电压最低降至76V，给煤机仍然能够正常运行。

7.现场实际应用情况

某电厂两台1000MW机组给煤机分别在2011年2012年进行给煤机低电压穿越改造，两台880MW机组在2013年改造。从改造投入运行至今，低电压穿越装置未因系统电压跌落而自动投入运行。

8.结论

提供一种测试变频器低电压运行测试的方法。通过加装低电压穿越装置能预防低电压穿越问题，在系统电压短时间跌落时能够维持正常输出，提高了变频器运行可靠性。通过现场实际应用，提出以下几条建议以供参考：

（1）给煤机控制电源由低电压穿越装置自带的UPS供电，该UPS故障或低电压穿越装置停运时将直接导致给煤机跳闸，可将给煤机的控制电源接至厂用UPS;

（2）低电压穿越装置为电子产品，运行环境直接影响其可靠性和寿命，应保证其运行环境良好;

（3）为节约费用，可考虑一台低电压穿越装置带两台给煤机方案;

（4）对于6台给煤机的机组，可采用将两台给煤机接至厂用电系统、两台给煤机加装低电压穿越装置、另外两台给煤机接至厂用UPS系统的方案;

（5）对新建机组，为减少占地面积、方便施工和操作，可将低电压穿越装置和给煤机控制箱合并。

低电压穿越现象的存在不单单存在于发电厂中，只要有变频器的使用的环境中，都会存在低电压穿越的可能性，当发生低电压穿越之后，变频器停运，给生产带来的影响大小，来决定是否采取相应的防控措施。因此，该文在使用低压变频器的领域内，给出一定的参考方案。

参考文献：

[1]原魁，《变频器基础及应用》，冶金工业出版社，2005年，第二版

作者简介：

宋玉科，男，1979年生，毕业于三峡大学电气工程及其自动化专业，工程师，现服务于国能（绥中）发电有限责任公司，负责电气设备技术管理、专业管理，新能源开发与研究等工作。