近年来，发电企业为提高火电厂辅机与机组的 控制性能、降低综合厂用电率，辅机系统大范围采 用变频供电方式^[1]。当电网电压降低时，为维持辅 机正常运行，变频器需要增大输出电流，但变频器 的抗过电流能力较差，一旦输出电流大于其允许 值，出于自身保护的需要，变频器会立即自动退出 运行，相应的辅机停止工作，进而启动联锁控制解 列发电机。

采用变频供电方式的辅机，由于变频器较低的 抗过电流能力，在遭遇电网低电压故障时，表现为 变频器低电压过渡能力（LVRT，low voltage ride through）不足。根据电网的实际情况，2012年12月， 内蒙古电力（集团）有限责任公司印发了《关于开展 火电厂辅机系统变频器低电压穿越能力整改的通 知》，要求火电厂对辅机系统不具备低电压过渡能 力的变频器开展专项技术改造工作，并给出了“火电 厂变频器低电压穿越要求曲线图”（见图 1）^[2]。在国 家标准正式颁布之前，蒙西地区的火电厂辅机变频 器改造、测试及验收均依此技术要求进行。

图1(Figure 1)

图1 火电厂变频器低电压穿越要求曲线[2]

2013年12月，对北方联合电力有限责任公司达 拉特发电厂（以下简称达电）3号机组改造后的给煤 机变频器进行了低电压过渡能力测试。本次测试 采用基于自耦调压器原理的移动式电压暂变发生 仪^{[3,4, 5]}，将其串接在0.4kV厂用母线和变频器之间，用 电压暂变发生仪模拟0.4kV厂用母线发生三相短路 故障，分别在给煤机传送带空载和负载2种工况下， 测试变频器的低电压过渡能力特性。根据机组运 行情况及调度中心要求，抽取3号机D给煤机为测 试对象，试验结果表明，改造后的3号机给煤机变频 器低电压过渡能力满足整改要求。作为蒙西电网 首例完成给煤机变频器改造与测试的机组，试验方 案与结果将为蒙西电网制订火电机组辅机变频器 低电压过渡能力改造与测试方案提供重要参考依 据。 1 试验标准与试验原理 1.1 试验标准

外部故障或扰动引起的变频器进线电压幅值 和持续时间在低电压过渡区内，变频器应能够保证 电机正常运行。在国家标准正式颁布前，按照图 1 要求进行试验工作^[2]。

根据图 1给出的标准曲线，试验选定的低电压 过渡区测试点见表 1。

表1(Table 1)

表1 变频器低电压过渡区测试点

表1 变频器低电压过渡区测试点

图 2为给煤机变频器低电压过渡能力测试接线 示意图。

图2(Figure 2)

图2 变频器低电压过渡能力试验接线示意图

电压暂变发生仪：试验时串接在给煤机变频器 的动力电源输入回路，模拟0.4kV厂用母线电压暂 变至额定电压（标幺值）的指定倍数，到达设定的时 间到达后，电压恢复至正常运行电压。

低电压过渡能力改造装置：当厂用电电压短时 下降或中断时，直接对变频器的直流环节供电，以 保证变频器输出和电机运行相对稳定，同时保证变 频器控制电源正常。低电压过渡能力改造装置的 电源可来自厂用交流电、其他直流电源或者2种方 式的组合^{[6, 7]}。本次测试的达电3号机组给煤机变频 器低电压过渡能力改造装置的电源直接取自厂用 交流电。 2 试验内容与数据分析

达电3号机组额定有功功率330MW，共4台给 煤机（A、B、C、D），每台给煤机电机额定功率4kW， 每台电机配置1台最大功率为5.5kW的西门子 MM440变频器。4台给煤机变频器加装4套型号为 GC-SGS/VSP-22M.44kW/520V的低电压过渡能力 改造装置，根据现场运行情况及调度中心要求，抽 取改造后的D给煤机进行试验。

试验包括3项内容：给煤机传送带空载时低电 压过渡能力性能测试、给煤机传送带负载时低电压 过渡能力性能测试、低电压过渡过程中改造装置接 收到MFT（Main Fuel Trip，主燃料跳闸）指令后的 运行情况测试。

在测试过程中，机组出力、变频器输出电流、给 煤机传送带转速与给煤量均无明显变化。 2.1 给煤机传送带空载时低电压过渡能力性能测 试

测试选择的电压跌落设置参数分别为3.000s、 0.85（p.u.），2.231s、0.60（p.u.），1.615s、0.40（p.u.）， 1.000s、0.20（p.u.）。给煤机变频器在4次测试的前 期、中期、后期，输出电流的幅值与频率均无明显变 化。

图 3为电压跌落（1.000s、0.20（p.u.））对应的波 形数据。电压跌落前，给煤机变频器输入相电压有 效值为220.0V，在2.453s时电压跌落至43.0V，在 3.470s时恢复至221.9V，电压跌落维持1.017s。电 压跌落前后变频器输出电流频率均为1.97Hz。

图3(Figure 3)

图3 给煤机传送带空载电压跌落（1.0s、0.20（p.u.））对应的波形

图 4为电压跌落开始时刻前后共计0.5s时间内 的各参数波形数据。由图 4b可见，电压暂变发生仪 输出电压在由1.0（p.u.）跌落到0.2（p.u.）的过程中， 有15ms左右的拖尾时间，这是由开关切换造成的； 由图 4c可见，在电压跌落发生后的一段时间内，电 压暂变发生仪几乎无电流输出，这是由于低电压过 渡能力改造装置直流母线电容量较大，电压跌落发 生后，直流母线电压逐渐下降，在直流母线电压大 于交流输入线电压峰值前，交流电源不会对直流母 线充电，在此过程中，变频器的输入能量来自于低 电压过渡能力改造装置直流电容在电压跌落前储 存的能量。

图4(Figure 4)

图4 给煤机传送带空载电压跌落（1.0s、0.20（p.u.））开始过程对应的波形

图 5为电压跌落结束时刻前后共计0.2s时间内 的波形数据。由图 5b可见，电压暂变发生仪输出电 压在由0.2（p.u.）恢复至1.0（p.u.）的过程中，有17ms 左右的拖尾时间；由图 5c可见，在电压恢复过程中， 电压暂变发生仪输出电流有明显的冲击，这是由于 在电压跌落过程中，低电压过渡能力改造装置直流 母线电容持续放电，电容电压降低，当其交流输入 电压恢复时，交流电源对直流电容产生较大的充电 电流。

图5(Figure 5)

图5 给煤机传送带空载电压跌落（1.0s、0.20（p.u.））结束过程的波形

在给煤机传送带空载情况下，低电压过渡能力 改造装置在电压跌落区间接收到MFT停机指令，应 立即停机。在给煤机传送带负载情况下，即在机组 运行期间，MFT动作将导致停炉，所以不宜在机组 运行情况下进行此项测试。

以人工方式模拟MFT停机指令，测试的波形数据见图 6。电压跌落前，给煤机变频器输入相电压 有效值为223.0V；在8.095s时电压跌落至43.7V， 变频器与给煤机正常工作；在13.160s时，接收到 MFT停机指令，变频器停止工作；在18.097s时，电 压恢复至222.2V，电压跌落维持10.002s。

图6(Figure 6)

图6 MFT停机指令测试波形

由图 6c可见，从电压跌落开始约0.5s时间内， 电压暂变发生仪无电流输出，变频器的能量输入来 自于低电压过渡能力改造装置直流电容在电压跌 落前储存的能量。在此过程中，变频器直流母线电 压持续下降，至电压跌落发生后0.5s左右，变频器 直流母线电压下降至500V，电压暂变发生仪开始 有交流电流输出，对低电压过渡能力改造装置充 电，充电电流明显大于正常运行情况下的充电电 流。 2.3 给煤机传送带负载时低电压过渡能力性能测试

在发电机组有功出力为260MW，给煤机D的给 煤量设定为40t/h，机组AGC（Automatic Generation Control，自动发电控制）系统退出的情况下，按照 （1.100s、0.20（p.u.））的电压跌落参数进行测试，波 形数据见图 7。电压跌落前，给煤机变频器输入相 电压有效值为220.5V，在2.055s时电压跌落至43.1V，在3.165s时恢复至223.9V，电压跌落维持 1.110s。电压跌落前后给煤机给煤量均为39.6t/h， 变频器输出电流频率均为17.84Hz。

图7(Figure 7)

图7 给煤机传送带负载时电压跌落（1.1s、0.20（p.u.））对应的波形

图 8为电压跌落开始时刻前后共计0.4s时间内 的波形数据。由图 8b可见，电压暂变发生仪输出电 压在由1.0（p.u.）跌落至0.2（p.u.）的过程中，有13ms 左右的拖尾时间。由图 8c可见，从电压跌落开始 0.3s左右时间内，电压暂变发生仪无电流输出，变 频器的能量输入来自于低电压过渡能力改造装置 直流电容在电压跌落前储存的能量。在此过程中， 变频器直流母线电压持续下降，至电压跌落发生后 0.3s左右，变频器直流母线电压下降至500V，电压 暂变发生仪开始有交流电流输出，对低电压过渡改 造装置充电，充电电流明显大于正常运行情况下的 充电电流。

图8(Figure 8)

图8 给煤机传送带负载电压跌落（1.1s、0.20（p.u.））开始过程的波形

图 9为电压跌落结束时刻前后共计0.2s时间内 的波形数据。由图 9b可见，电压暂变发生仪输出电 压在由0.2（p.u.）恢复至1.0（p.u.）的过程中，有10ms 左右的拖尾时间；由图 9c可见，电压恢复过程中，电 压暂变发生仪输出电流有明显的冲击，这是由于在 电压跌落过程中，低电压过渡能力改造装置直流母线 电容持续放电，电容电压降低，当其交流输入电压恢 复时，交流电源对直流电容产生较大的充电电流。

图9(Figure 9)

图9 给煤机传送带负载电压跌落（1.1s，0.20（p.u.））结束过程的波形

测试共进行了9次，其中，给煤机传送带空载测 试4次、给煤机传送带负载测试4次、低电压过渡过程 中改造装置接收到MFT指令后的运行情况测试1次。 本文只给出了部分测试波形，试验结果汇总见表 2。

表2(Table 2)

表2 试验数据汇总

表2 试验数据汇总

由表 2可知，电压跌落实际值与电压跌落设置 值误差在允许范围内^[2]，改造后的变频器在给煤机 传送带空载、负载状态下均可完成规定的低电压过 渡过程；在给煤机传送带空载情况下，低电压过渡 过程中接收到MFT指令，变频器立即停机。 3 结论

通过对达电3号机组给煤机变频器低电压过渡 能力测试，得出以下结论：

（1）给煤机传送带负载测试过程中，应考虑被 测给煤机工作状态变化对机组出力的影响，预留足够的调整裕度，并保 证机组安全运行，机组出力设定为其额定功率的 70%～80%。

（2）为保证测试过程中给煤机负荷稳定，机组 AGC系统应退出运行。

（3）采用基于调压器原理的移动式电压暂变 发生仪进行测试，测试过程对厂用电电压影响极 小。但该装置体积较大且比较重，建议对于更大功 率的试验装置应采用变频电源方式^{[4, 5, 6,7, 8]}进行设计，以 减小装置的体积与质量。

（4）在电压跌落开始与结束过程中，由于接触 器切换造成的拖尾时间相差较大（最长可达20 ms），因此在对跌落时间要求更加精确的场合，不宜 采用接触器类开关作为切换元器件。

（5）对于从交流厂用电直接取电的辅机变频 器改造方案，在低电压故障期间，需要更大的充电 电流，以保证变频器输出相对稳定。由于故障期间 电网比较脆弱，较大的负载电流会使电网变得更加 脆弱，所以这种改造方案只适合于较小功率辅机变 频器的改造，不宜在大型辅机变频器改造方案中广 泛采用。

（6）机组运行期间，MFT动作将导致停炉，所 以不宜在机组运行情况下进行该项测试。

（7）以人工方式难以在秒级以下的时间内模 拟MFT指令，建议在电压暂变发生仪上的增加模拟 MFT指令的功能。