大功率整流装置整流控制器低频低压减载功能在高压供电冶金行业的应用

大功率整流装置整流控制器低频低压减载功能在高压供电冶金行业的应用

周保祥

（陕西美鑫产业投资有限公司铝镁合金分公司 陕西铜川727100）

【摘  要】本文以电解铝用电的负荷特性，介绍利用整流控制器AC800PEC的控制减载性能和晶闸管特性，在电网系统安自装置控制下以实现负荷自动化控制，快速恢复高压电网的稳定和避免企业全停电造成的巨大损失，系统具有高可靠性、技术先进、升级、维护方便、可推广应用。

【关键词】整流控制器、安全自动控制装置（低频低压减载装置）、晶闸管、电网安全稳定

1 前言

低频低压减载是构成电网第三道安全防线的重要安全自动控制设备，是保障电力系统稳定性的重要防线。传统低频低压减载是在电网故障或供电容量不足，出现频率或电压降低时，通过安自装置直接跳开用电企业的高压进线开关，切除全部生产负荷，快速恢复电网的安全稳定。但对于全年8760小时不能停电的电解铝企业，传统减载这种切除负荷方式，使得电解槽生产完全失电，而其重新启动的成本在每台约60万元左右。而对于300台左右的电解槽重新启动，传统减载手段将为电解铝企业带来巨大的生产成本。

为解决上述问题，我公司采用不直接切除高压供电进线开关，而是利用铝冶炼用直流电源整流装置的高性能控制器的减载功能，依据电网系统需求，控制大功率晶闸管的导通角，降低生产电流，进而降低负荷，这样既避免了企业全停电造成的损失，也满足了电网快速恢复安全稳定。

2 依据负荷特性，确定技术方案

2.1 我公司铝冶炼用电负荷主要包括电解铝负荷和厂用动力负荷，均为一级负荷，最大用电负荷约500MW。其中：电解铝负荷占约490MW。

2.2 电解铝生产存在以下负荷特性：当电解负荷降至总负荷的90％以内时，最长允许运行时间不超过24小时，此时影响产能；当电解负荷降至总负荷的80％～90％时，最长允许运行时间不超过3～4小时，此时电解槽将进入保温状态，会造成电解槽热平衡破坏；当电解负荷降至总负荷的30％～80％时，最长允许运行时间不超过2～3小时，电解槽温度迅速降低，长时间运行会造成电解槽内衬受损，造成巨大经济损失；当电解负荷降至总负荷的30％以下时，最长允许运行时间不超过40分钟，电解槽温度迅速降低，长时间运行会造成电解槽内衬受损，造成重大经济损失。

2.3 按照电解生产的上述负荷特性，我们与国网电力公司、大功率整流器厂家、设计院等研讨确定在出现频率或电压降低时，通过电网侧安自装置控制大功率晶闸管整流控制器AC800PEC,来控制晶闸管的导通角，实现快速减电流，分轮次降负荷的方案。

2.3.1 在实施低频低压减载时，分轮次降电解生产负荷，总切荷量不宜超过电解总负荷的30％，时间不宜超过2～3小时。

2.3.2 为实现分轮次减负荷，大功率可控硅整流装置应具备以下功能：当收到低频低压减载装置不同轮次发来的跳闸脉冲信号时，在500ms内快速减少预定容量的电解负荷。低频低压减载每轮次的减负荷量应能任意整定，但最大减负荷量原则上不超过电解总负荷的25％。

2.3.3 安全自动控制装置，采用集中式微机型设备，减载功能应能实现独立投退，且至少应具备六个基本轮和一个特殊轮。

2.3.4 总体装置设计、安装及调试符合相关技术标准（规范）和电网安全运行的要求。确保减载动作后能够实现快速减负荷。

2.3.5 减载定值由电力调度部门下达，设备由电力调度部门直接调管。

3 安全自动控制控制整流控制器减载技术实现方案：

3.1 安自装置应具备6个基本轮+1个特殊轮，每个轮次的动作时间是可以任意整定。

3.2 以每个轮次出口间隔最短时间整定值不低于200ms。

3.3 在一次低频或低压事故动作过程中，每个轮次按照同一基准符合的百分比进行减载，且切负荷百分比可任意整定（每轮切荷百分比不超过15%）。

3.4 整流主控器在接收到系统侧安自装置发来的第一轮减载令时，应立即锁定当前负荷作为减载基准值，并保持一小时不变。

3.5 系统侧低频低压减载装置配置4个出口，并设置相应动作压板。采用8421码与出口对应的逻辑关系实现与整流主控制器的动作配合。

3.6 主控制器接受到安自装置发来的减载命令后，在100ms完成减载。

3.7 主控制器接受到安自装置发来的减载命令时，一个小时内累计切荷百分比超过25%时，则再不执行减载命令。

3.8 系统侧低频低压减载装置接入系统网络监控装置，通信规约采用DL/T 860规约。

4 构成系统的整体设备及功能：

4.1 整流机组：采用330kV级有载调压整流变8台和16套整流器柜，整流器柜采用瑞士ABB大功率晶闸管整流,三相桥式非同相逆并联方式，8台整流机组按两组N+1容量配置方式向电解系列提供直流大电流负荷。

4.2 整流控制器：采用瑞士ABB专用的全数字稳流调节系统，以高速控制器AC 800PEC为核心，进行全数字PID闭环控制运算，实现对机组内的整流柜直流电流的精确和快速控制，低压低频减载功能逻辑按照电力系统制定的稳控策略，按比例降低机组输出电压、电流以达到恢复电网频率的目的。

4.3 安全自动控制系统（系统侧低压低频减载装置）：采用南瑞继保公司的 PCS-994A 频率电压紧急控制装置（专用型，依本项目技术条件研发）

主要功能：

（1）在电力系统异常，频率或电压下降时，装置自动根据电压或频率降低值切除部分电力用户负荷，使系统的电源与负荷重新平衡。装置低频和低压减负荷功能均设有6个基本轮、1个特殊轮。

（2）装置设有df／dt、du／dt闭锁功能，以防止由于短路故障、负荷反馈、频率或电压的异常情况可能引起的误动作。具有PT断线闭锁功能。

（3）由于无功不足引起的三相电压下降是基本对称的，而且不会出现大的突变，所以装置的低压元件是基于正序电压进行判别的，若负序电压大于0.15Un或正序电压有突变均会闭锁低压减负荷。所以装置不可用于故障解列。

（4）PT异常报警

5 国网电力公司给定的控制策略：

装置通过实时监测铝镁合金330kV母线的三相电压量，进行电网低频低压事故判断，实现以下稳控功能：

5.1.低频减载功能：正常或检修方式下，当判出铝镁合金330kV系统母线的频率f≤该轮次低频动作定值时，经一定延时动作，按照该轮次减负荷比例定值，向整流主控制器发送一条减负荷比例指令（即8421编码），由ABB可控硅稳流主控制器AC800PEC通过调降1#-8#整流机组直流电流，实现快速压减电解铝负荷。低频减载共设六个基本轮、一个特殊轮，基本轮采用顺序动作逻辑，特殊轮采用独立动作逻辑。

5.2.低压减载功能：正常或检修方式下，当判出铝镁合金330kV系统母线的电压U≤该轮次低频动作定值时，经一定延时动作，按照该轮次减负荷比例定值，向整流主控室ABB可控硅稳流主控制器发送一条减负荷比例指令（8421编码），由ABB晶闸管稳流主控制器通过调降1#-8#整流机组直流电流，实现快速压减美鑫电解铝负荷。低频减载共设六个基本轮、一个特殊轮，基本轮采用顺序动作逻辑，特殊轮采用独立动作逻辑。

6 获得技术验证并投入运行

2019年10月24日至在11月6日，带负荷进行了调试验证，结果达到理想要求，并获得国网电力公司、电力科研院的技术认定。       

    2020年4月12日经国网电力公司调控中心下达命令后投入运行。

7 结束语

大功率晶闸管主控制器减载+系统侧安全自动控制装置保护的应用，是一项主动的保护，是电解铝冶炼企业高压供电及整流项目中开发利用的一项新技术，在国内电解铝行业供电整流属首创。最重要的是极大提高了电解铝用电的安全可靠性和保证了电网的安全稳定性。

参考文献

[1]《电网调度自动化与配网自动化技术》（第二版），王士政 主编，中国水利水电出版社，2006

[2]《电力电子变流技术》，郑忠杰等 主编，机械工业出版社，2011年。

[3]《电力系统继电保护原理》,贺家李 主编，中国电力出版社，2010年。

[4]《陕西电网调度控制管理规程》、《陕西电力系统稳定运行规程》、《陕西电网安全稳定自动装置运行管理标准(Q/GDW26 206012)》