燃煤火电厂给煤机高、低电压穿越
摘要：介绍国内燃煤火力发电厂发电的工艺流程，给煤机可靠运行的必要性；
由国内火力发电厂厂用电的一般结构，分析导致给煤机系统电压异常原因，以及
导致的严重后果；根据给煤机变频器的原理，针对变频器进线电压标准，在原理
上分析给煤机高、低电压穿越的技术方案，寻找最优方案。
关键词：给煤机；变频器；高、低电压穿越。
引言：在我国的电力系统中，火电厂扮演主力能源生产角色。
对于燃煤火电厂，燃煤由给煤机供给，给煤机运行必须可靠，以保证燃煤持续供应且计量准确，得到准确的水煤比、风煤比，通过DCS系统的自动调节、联锁保护，并且在人工
干预下，达到最佳的燃烧效率和安全性，保证过热主汽压力和温度符合机组负荷
要求，推动汽轮机联接发电机旋转，向电网输出稳定的电能。
给煤机由变频器调
节转速，因此变频器工作是否可靠，直接关系着给煤机是否可靠。
1、导致给煤机变频器异常的原因和危害
给煤机变频器由厂用电网供电。
对于大型发电机组，厂用电分为高压厂用电
和低压厂用电，高压厂用电由发电机出口经高压变压器降压得到，一般是10KV、
6KV等级，机组的重要辅机用电来源于此。
低压厂用电由高压厂用电再次通过降
压变压器降压成0.4KV等级。
给煤机电源来自于低压厂用电，当机组10KV厂用
母线电源切换、辅机设备启停、大型辅机设备短路故障，或者高、低压厂用电网
出现故障时，会引起给煤机系统电源电压突降、突升。
给煤机系统电源分为控制电源和动力电源。
控制电源大幅波动，会让给煤机
控制电路的继电器误动作，给煤机控制板卡工作异常甚至损坏。
动力电源大幅波动，迫使变频器保护闭锁，给煤机停运，若无法及时重启，磨煤机存煤全被烧空，失去全部燃料触发锅炉MFT。
2、保证给煤机电源电压异常平稳过渡的标准
根据电力行业标准DL/T 1648-2016 《发电厂及变电站辅机变频器高低电压穿
越技术规范》，给煤机变频器进线电压升高、降低，能够进行高、低电压穿越。
所谓低电压穿越，就是当给煤机系统电压跌落在额定电压的90%及以上，能
保证给煤机连续稳定运行；当电压跌落在低于额定电压的90%至60%，必须保证
5S给煤机稳定运行，以渡过电压短时跌落；当电压跌落低于额定电压的60%至20%，必须保证0.5S的给煤机稳定运行，平稳渡过电压跌落。
所谓高电压穿越，当给煤机系统电压在高于额定电压至110%额定电压时，能
保证给煤机连续稳定运行；当电压高于110%额定电压至130%额定电压，保证给
煤机至少0.5S稳定运行，平稳渡过电压过高阶段。
3、给煤机运行原理
给煤机的动力电源来自于低压厂用电，为380V三相交流电，经过进线开关关，接入变频器。
变频器内有整流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路。
如图所示
三相工频交流电U1、V1、W1经过三相桥式整流电路整流成直流，再经过滤
波电路提高电能品质，最后经过微处理器控制通断IGBT的三相整流逆变桥式电路，逆变成所需幅值和频率的交流电U2、V2、W2。
50HZ的工频电整流成直流电，再
逆变成20HZ～50HZ的交流电。
变频器输出的20HZ～50HZ的三相交流电供应给
煤机皮带驱动电机，让给煤机皮带转动的速度平稳可调。
根据三相桥式整流公式，Uz=2.34U相=1.35U线，当给煤机进线电压低电压或
者高电压时，势必变频器内部直流母线电压会相应的变化，影响变频器输出的电
能品质，导致给煤机转动不稳。
变频器内部直流母线电压严重降低，导致逆变电
路的电流增大，容易损坏逆变电路，为保护变频器，变频器内部制动电路介入，
变频器输出自动闭锁，造成转机突然停转，严重危害机组带负载能力和安全运行。
4.给煤机高低电压穿越思路
4.1改进给煤机变频器
给煤机变频器只有低电压闭锁保护的能力，若直接对变频器内部原理改进，
使得变频器进线电压发生不同幅度波动时，可以持续或短时带负载，从原理上来说，就是要增强逆变回路元件的额定电流，当低电压跌落到20%时，其逆变回路
的IGBT元件必须能保证0.5S以上的5倍额定电流。
就造价上来说，成本十分昂贵。
高电压时，需要增加放电回路，分担直流母线的电压，假如持续高电压，高
电压穿越回路必定长期介入，其电阻长时间通电，产生热量，影响其周围各元件
的使用寿命。
4.2外部增加高低电压穿越装置
在给煤机的外部进线回路加装设备，补偿给煤机变频器的直流母线电压不因
外部的进线电压过高、过低时变动，从而保证给煤机变频器输出的三相交流电压
频率和幅值符合给煤机设定工况。
首先明确目的：1、应该易于安装使用，不额外增加变频器高、低电压穿越改造的施工负担。
2、此装置必须独立存在，且发生故障可以自动切断，不影响给
煤机运行。
3、当进行高低电压穿越时，应该使用自身存储的电源进行补偿，不
影响低压厂用电网电压。
4、内部的控制回路安全性高，即使厂用故障，也能可
靠工作。
因此，装置动力电源适宜使用就地的给煤机动力电源，然后整流为直流电，
存储下来以备低电压穿越；装置时刻处于热备用状态，发生紧急故障快速切除装置；储能环节使用超级电容器组，串联boost升压斩波电路，自身充电快，耐久
度高；装置使用UPS 220V控制电源，保障自身在极端情况下不失控。
根据要求，可以得到原理图如下：
原理图上部分为高低压穿越装置。
首先在给煤机控制柜进线端子并接三路电源，设备初始上电，KM1闭合，三相交流电经过整流桥整流为直流电，经过电阻
R5以小电流充电至超级电容C3、C4，防止初始上电电流过大损坏电容。
C3、C4
充电完成后闭合KM2，保证正常热备用快速充电。
另外大电感L1经过V8、D8的控制，保持热备用充满电能，V7、D7截止。
KM1、KM2、KM4闭合，装置处于热备用。
一旦检测到变频器直流母线电压低于动作值，V7、D7接通，电容C3、C4
的电压加上电感L1的电压，组成BOOST升压，经过KM4至变频器直流母线进行
补偿，同时电容C5、C6储存经过BOOST升压的更高电压等级直流电压，以备下
次低电压时KM4导通，C5、C6就能向变频器直流母线补偿，快速响应。
当直流
母线电压过高，防反充电路发挥作用，D9截止保护低电压穿越部分，同时KM3
迅速闭合，直流母线并联降压放电回路，消除变频器直流母线电压多余的部分。
在原理上，对比直接改造给煤机变频器，高、低电压穿越装置可以做成模块化，
每个功能都可以自成模块，方便故障消缺，并且大大降低维护成本；如果设备内
部布置合理，元件的发热不会相互影响，也能大大提高设备的使用寿命。