低电压穿越系统

张岩 大庆油田采油九厂

1 低压穿越技术的提出

低压穿越技术起源于风力发电系统。低电压穿越（LVRT）指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而穿越”这个低电压时间。随着低电压穿越技术引入火力发电系统后，低电压穿越被定义为发电系统在确定的时间内承受一定限值的电网低电压而不退出运行的能力。

目前，采油厂还有很多自动化程度低的薄弱环节，特别是变频器低电压保护跳闸问题，对发电机影响尤为严重。在油田生产过程中，因为电网晃电或备自投切换时，电压瞬时或短时低于变频器低电压保护整定值(根据变频器型号不同该值也不同)时，会给生产带来很大的经济损失，也成为安全事故的高发区，只有很好地解决该问题，才能保证生产安全，避免事故发生。

2 系统特性

（1）系统采用分布式供电，模块化设计，方便安装调试。

（2）完全后备式运行方式，加装该系统不影响原有系统的正常运行。

（3）在发生低电压穿越情况时，可由该系统保持变频器在电网电压跌落为零的情况下连续正常运转。

（4）系统最长工作时间可以根据现场情况确定。

（5）可以设置系统实际工作时间。

（6）在发生低电压穿越情况时，该系统由后备方式切换到在线工作方式的切换时间＜200μs，保证变频连续运转。

（7） 可以扩展变频的联锁控制，可提高供电方式安全性及锅炉运行安全性。

（8）可选用大屏幕触摸屏显示，可扩展与DCS通信，实现远程监控。

3 原理

系统直流输出母线由晶闸管和直流压差控制系统控制，正常运行时与变频器完全隔离。电网电压跌落到90%以内时，系统不工作，处于热备用状态；当电压跌落到0~90%范围内系统瞬时（＜200μs）启动工作，维持变频器直流母线电压在DC 500 V左右，保证变频器正常运行；当电网电压恢复时，系统自动退出工作状态，转为热备用状态，变频器自动转换由电网供电；当MFT动作或变频器停止运行时，系统自动退出，转为热备用状态。

4 系统组成

低电压穿越系统由监控及显示单元、电压暂降保护装置、主监控单元、电力监测专用软件、压差控制系统、直流配电回路、控制回路不间断电源、储能及储能管理系统等组成。

（1）监控及显示。显示交流电源、直流输出电流、运行指示、故障指示、低电压穿越SOE记录、充电电压、单只电池电压等。

（2）电压暂降保护装置。厂用电整流后经过DC/AC变换，将直流输出电压维持在DC 500 V左右，电压暂降保护装置不会对变频器直流母线供电；当用电电压跌落到90%以下时，电压暂降保护装置瞬时输出，保证负载正常运行。

（3）主监控（MASTER）。PLC的作用是监控整个低电压穿越系统，监测交流输入电压、直流输出电流、低电压穿越时间、充电系统运行状况、电池电压状况等。可与HMI触摸屏或业主DCS进行通信，显示相关数据及报警信号，实现与业主MFT动作联锁等，还可实现整套系统的智能自检功能。

（4）电力监测专用软件。可在触摸屏上显示所有系统的参数及对系统的具体参数值进行设置。

（5）压差控制系统。防止形成环流和阻止负载侧的瞬间反向电压对系统的冲击。

（6）直流配电回路。包括热磁脱扣过流保护断路器、快熔、接触器、隔离单元、放电检测等。每个直流配电回路对应一台锅炉辅机变频器，可根据现场情况配置多个直流输出回路。

（7）储能及储能管理系统。该系统实现并确保电网完全失电时设备能正常工作。

5 应用前景

如果因雷击、电气设备短路、接地等引起电网和生产用电短时电压降低，造成变频器动力电源低电压和变频器控制电源低电压，闭锁保护会动作，安装有变频器的设备会停止运行，造成停炉、停机事故，对生产产生重大影响。此时可进行低电压穿越设备改造，从技术角度解决问题是可行的。