火电机组低电压穿越—技术交流.ppt
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1、以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life河北南部电网2014年电能质量及励磁技术监督会低电压穿越技术交流主讲人:杨兴贵职务:区域经理联系方式:15609911818以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life目录CONTENTS1、低电压穿越1-1 什么是低电压穿越?1-2 低电压穿越定义及标准2、低电压穿越对火电厂运行的影响2-1 火电厂运行状况2-2 解决方向3、火电行业解决方案4、成熟应用案例5、检验方法以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life11-1 什么是低电压穿越?以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life国
2、家电网对低电压穿越的释义是:变频器及供电对象设备外部故障或扰动引起的暂态、动态或长时间电源进线电压降低到规定的低电压穿越区内时,能够可靠供电,保障供电对象的安全运行。即保障关键设备在电网波动时持续、稳定的工作。讨论低电压穿越前,必须要了解另外一种电气现象:电压暂(骤)降1-1 什么是低电压穿越?以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life电压暂降:(又称电压骤降、电压凹陷或电压跌落)按照电气与电子工程师协会IEEE的定义,是指工频条件下电压均方根值减小到0.1-0.9倍额定电压之间、持续时间为0.5周波(以我国工频50HZ算,1周波是20毫秒)至1分钟的短时间电压变动现象。电压
3、暂降的幅值和持续时间是标称电压暂降的最重要的两个特征量。电压暂降其实是电网中的一种二维骚扰电气现象,无法消除,却可提前预加保护措施,降低损失。以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life 名词释义低电压穿越LVRT(The low voltage ride through)这是站在大电网的角度定义的,比如风电场的低电压穿越和火电厂的低电压穿越,它影响了风电发电机组和火电发电机组的正常发电,并会引发风电场和火电厂的辅机跳闸,对大电网引发高风险、低概率的大面积停电安全事故。电压暂(骤)降-voltage sags(dips)这是站在用户侧的角度定义的。做为用电的用户,因为大电网或者
4、用户配网产生的电压暂降,会引起敏感负载宕机,引发安全事故并带来极大的经济损失。晃电-The voltage sag俗称,这是用户对电压暂降的一种形象比喻。电压暂降其实是属于电能质量和供电可靠性(PQR)的一种表现。以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life1-2 低电压穿越的定义及标准以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life国际标准IEC 标准以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life国际标准EN 标准以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life国际标准IEEE 标准以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Li
5、fe国际标准IEEE 标准释义以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life国内标准至今由国内标准化技术委员会及相关行业标委会组织制定的电能质量方面主要标准有:供电电压偏差(GB/T 12325-2008);电压波动和闪变(GB/T 12326-2008);公用电网谐波(GB/T 14549-1993);三相电压不平衡(GB/T 15543-2008);电力系统频率偏差(GB/T 15945-2008);暂时过电压和瞬态过电压(GB/T 18481-2001);公用电网间谐波(GB/T 24337-2009);电能质量 电压暂降与短时中断(正在制定中)以诚信立足世界 用科技服务中
6、国Green Your Life风电机组标准当电网电压跌落并在2s内恢复正常,风电机组不脱网当电网电压跌落至额定电压20%时,风电机组必须保障在625ms内不脱网以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life各行业低电压耐受力标准暂态穿越区动态穿越区稳态穿越区火电厂实际需求火电厂实际需求执 行 裕 度以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life22-1 火电厂运行状况以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life火电厂运行状况作为连续、不可储存且各运行环节紧密相连的生产企业,火力发电厂对各运行环节的稳定性、安全性要求一直很高。火电厂三大主机之一的锅炉
7、,列在了火电生产的源头位置,锅炉的安全生产对火电厂的连续运行起着重要的作用。锅炉灭火是火力发电厂最常见的事故,其发生率占到了电厂事故的6065。因重要辅机低电压宕机引起的锅炉灭火问题也日益突出。以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life低电压穿越对于火电厂的影响解决锅炉放炮的问题,但仍然存在因重要辅机停机导致的MFT动作。确保给粉给煤变频等重要辅机不会宕机;与MFT做了连锁,确保该撑的时候撑,该退的时候退;大大降低了停炉风险。加装FSSS系统加装SGS/VSP低电压穿越系统锅炉中燃料或空气瞬时中断又恢复,造成可燃物聚集情况发生。这种现象是导致锅炉放炮的主要原因。以诚信立足世界
8、 用科技服务中国Green Your Life电力系统安全稳定导则规定我国电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级:第一级标准:保持稳定运行和电网的正常供电单一故障(出现概率较高的故障);第二级标准:保持稳定运行,但允许损失部分负荷单一严重故障(出现概率较低的故障);第三级标准:当系统不能保持稳定运行时,必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失多重严重故障(出现概率很低的故障)。电网防扰动标准以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life我们设置三道防线来确保电力系统在遇到各种事故时的安全稳定运行:第一道防线:快速可靠的继电保护、有效的预防性控制措施,确保电网在发生常见的单一故障时
9、保持电网稳定运行和电网的正常供电;第二道防线:采用稳定控制装置及切机、切负荷等紧急控制措施,确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行;第三道防线:设置失步解列、频率及电压紧急控制装置,当电网遇到概率很低的多重严重事故而稳定破坏时,依靠这些装置防止事故扩大,防止大面积停电。三道防线的概念很清晰、明确,易于操作实施。近年来我国电网没有出现全网性事故和大范围停电,应该说得益于三道防线的建设。电网防扰动的三道防线以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life低电压穿越对于大电网的威胁M发电机辅机VFDG 外网电压波动外网电压波动电厂停止发电电厂停止发电变频器失压变频器失压保护
10、,锅炉保护,锅炉辅机宕机辅机宕机动作动作正常情况下,电厂用电从电网引入,电厂发电机组给电网发电。事故叠加直接挑战电网的第三道防线以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life国家电网对于火电厂一类辅机的定义是:短时(小于5s)中断供电将会造成设备损坏、机组停机或机组输出功率大量下降,影响电网安全运行的辅机。一类辅机主要有:引风机、送风机、一次风机、二次风机、电动给水泵、凝结水泵、循环水泵、给煤机、给粉机、空气预热器、增压风机、空冷岛冷却风机等一类辅机中按动力线路电压等级,可分为:中高压辅机(6kV及以上)如:引风机、送风机、一次风机、二次风机、电动给水泵、凝结水泵等低压辅机(38
11、0V、690V)如:给煤机、给粉机、空气预热器、增压风机、凝结水泵、空冷岛冷却风机等火电厂一类辅机以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life火电厂运行现状分析由于在火电厂大联锁中,采用的是停炉停机联锁,锅炉灭火后汽轮机联跳,发电机主开关断开,失去与电网的连接,需重新启动后再并网运行。事故处理过程繁琐且需要的时间长,与电网的稳定需求是不相匹配的。锅炉灭火是火电厂最常见的事故,据有关单位统计,其发生率占到了电厂事故的6065,而因给煤机、空气预热器、空冷风机等一类辅机低压跳闸引发的灭火事件就占到全部锅炉灭火事件中的80%85%。近年来因重要辅机低压跳闸引起的事故停炉,在全国范围内
12、火电厂中时有发生。基于大电网稳定运行考虑,东北电网、华北电网、西北电网已先后开展了“火电机组重要辅机低电压穿越治理工作”,用以提高并网火电厂的运行稳定性。以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life火电厂辅机供电状况分析一般能引起辅机低电压的原因来自两个方面:电源侧电源侧负载侧负载侧电电网网波波动动主主电电力力切切换换雷雷击击等等天天气气负负荷荷不不平平衡衡线线路路过过载载大型大型设备设备的启的启动和动和停止停止辅机辅机低电压跳闸低电压跳闸提高低电压穿越能力提高低电压穿越能力 以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life22-2 解决方向以诚信立足世界 用科技服
13、务中国Green Your Life基于变频器的多项优点,目前在变频器已经在火力发电得到广泛应用,95%的辅机也已改用变频驱动方式运行,由于变频器设计和配置国家和行业没有相关标准和要求,变频器保护的设置缺乏规范,再加上电厂人员对变频器的熟悉程度不够,所以变频器在电厂使用过程中会遇到很多问题。火力发电厂辅机变频器应用遇到的主要问题是:变频器动力电源和控制电源往往取自电厂的厂用电源,当厂用电源发生“低电压穿越”时,变频器会由于低电压快速闭锁输出,没有有效的躲过系统暂态故障,不能满足电网稳定运行的需要。火电辅机驱动方式以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life分析得出,辅机低压跳闸
14、问题,实际是由于驱动变频器低电压快速闭锁输出造成的。如能保证变频器低电压时正常输出,辅机低压跳闸问题也就迎刃而解。以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life辅 机V F DM 火电辅机变频器改造前后对比改造前:辅机V F DM 低电压穿越治理设备SGS/VSP 改造后:以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life1、调整重要辅机的逻辑延时对FSSS中的给煤给粉机全停逻辑延时(25S),重要辅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
15、,延时签字人员还要为事故埋单。2、更换重要辅机变频器如ABpowerflex70s系列最大失电工作时间可以做到140ms,但也躲不过备自投切换的1.8S3、动力进线加装交流在线UPS因为UPS容量、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。2005年之前的主要应对措施以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life1、安全级别高火电厂锅炉控制系统属于SIL3级,相当于AK5级。2、解决方案的投入与退出要求高火电厂使用的解决方案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、安全联锁要求高低电压穿越治理系统要和FSSS联动,要进行FSSS的逻辑
16、运算,厂商要熟悉电厂控制系统,要有电厂的现场经验,这是一般厂家不能做到的。火电厂应用的技术瓶颈在哪儿?以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life结合变频器原理和工作方式,直流电源供电方式是解决变频器晃电跳闸的最好办法。1、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。2、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
17、其他安全级别要求不高的行业有成熟的应用。如:中石化扬子石油化工有限公司热电厂,在2005年就使用了直流电源做为变频器的备用电源。解决方向以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life3以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life火电机组辅机低电压穿越系统解决方案一、蓄电池加静态开关解决方案 集中供电方案系统组成:充电系统、储能单元、压差控制系统、直流隔离单元、执行单元、监控单元等组成。性能描述:无扰动切换,可由储能单元支持辅机变频器在厂用电中断或短时压降时连续正常运转;主要元件为热插拔N+1冗余配置,主要元件损坏或维修情况下不影响火电机组辅机的正常运行及低电压穿越
18、功能的实现;可以扩展MFT联锁控制,提高供电方式安全性;产品成熟、稳定,在电力、半导体、化纤、煤化工等行业有广泛应用;系统自检功能完备,实现免维护运行;防护等级达到IP54以上,专用免维护阀控式铅酸蓄电池,适合高低温恶劣环境长期稳定运行;触摸屏显示系统运行状况,实时显示系统直流电压、交流电压及储能单元工作状况,记录低电压穿越时间及系统工作时间;对变频器供电时能量来自电池组,对厂用400V交流母线没有电流冲击,工作时间长。集中供电方式,方便设备维护与管理。以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life二、低电压穿越电源系统解决方案 系统组成:电压暂降保护器、执行单元、监控单元等组成
19、。性能描述:无扰动切换,可确保电压跌落至20%Ue大于10秒及20毫秒短时中断时变频器正常运行;配置方式灵活,可根据负载不同实现集中供电和分散供电两种方案;可以扩展MFT联锁控制,提高供电方式安全性;产品成熟、稳定,在电力、半导体、化纤、煤化工等行业有广泛应用;系统自检功能完备,实现免维护运行;防护等级达到IP54以上,就近安装,工程量小;触摸屏显示系统运行状况,实时显示系统直流电压、交流电压等工作状况,记录低电压穿越时间及系统工作时间;对变频器供电时能量来自厂用电,接线简便快捷,但需要考虑对厂用400V母线有电流冲击。集中供电方案以诚信立足世界 用科技服务中国Green Your Life三
20、、低电压穿越电源系统加少量蓄电池解决方案 集中供电方案系统组成:充电系统、储能单元、电压暂降保护器、直流隔离单元、执行单元、监控单元等组成。性能描述:无扰动切换,可由储能单元支持辅机变频器在厂用电中断或短时压降时连续正常运转;配置方式灵活,可根据负载不同实现集中供电和分散供电两种方案;可以扩展MFT联锁控制,提高供电方式安全性;产品成熟、稳定,在电力、半导体、化纤等行业有广泛应用;系统自检功能完备,实现免维护运行;防护等级达到IP54以上,少量专用免维护阀控式铅酸蓄电池,一体化设计减少占地空间,适合高低温恶劣环境长期稳定运行,对厂用母线无冲击;触摸屏显示系统运行状况,实时显示系统直流电压、交流
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