羅 毅

(國電重慶恒泰發(fā)電有限公司設備管理部，重慶400805)

0 引言

高壓變頻器在火力發(fā)電廠中應用較為廣泛，通過變頻改造可以降低廠用電率和供電煤耗。但國產(chǎn)變頻器在使用過程中存在的問題較多，困擾著電廠運行的安全和穩(wěn)定，嚴重時還會造成新的經(jīng)濟損失。因此，在高壓變頻器的選型配置、安裝、運行、維護和檢修等方面必須嚴格要求，才能確保高壓變頻器在火電廠的安全使用。

1 高壓變頻器的配置要求

火電廠高壓輔機的穩(wěn)定性、可靠性和安全性直接影響機組的安全運行，高壓輔機因變頻器故障導致機組減負荷甚至停機的案例較多，其帶來的損失比節(jié)能的效益還要大。因此，火電廠高壓變頻器在選型配置時，應該將穩(wěn)定性、可靠性和安全性放在首要位置，除滿足有關規(guī)定和標準要求外，還應提出更高條件。

當前，用于火電廠的高壓變頻器主要有進口和國產(chǎn)兩種類型，進口變頻器技術成熟、原理先進、元器件質量優(yōu)良、帶負載能力強，因此其故障率低，穩(wěn)定性、可靠性和安全性較高，但價格昂貴。大多數(shù)火電廠為了節(jié)約投資，選用國產(chǎn)變頻器，而國產(chǎn)變頻器為降低成本，控制造價，不得不犧牲元件和設備質量，甚至簡化功能或降低容量，其穩(wěn)定性和可靠性相對較差。為了保證高壓變頻器的使用效果，在資金許可的情況下建議盡量選用進口產(chǎn)品。若選用國產(chǎn)設備，除滿足《火電廠風機水泵用高壓變頻器》(DLT994-2006)規(guī)定外，在配置上還應提出更高要求。

1.1 變頻器容量富裕度要求

火力發(fā)電廠大多數(shù)采用功率單元串聯(lián)多電平式高壓變頻器，一般選用IGBT作功率單元模塊，模塊數(shù)量由變頻器容量和單個模塊功率確定。《火電廠風機水泵用高壓變頻器》［1］(DL-T994-2006)6.7“保護功能”e條和6.14“過載能力”分別規(guī)定:“任一功率單元故障時，能使故障單元自動旁路，實現(xiàn)不停變頻器連續(xù)運行”、“過載能力為140%額定負載電流，持續(xù)時間為3秒;110%額定負荷電流，持續(xù)時間為60秒”。為了滿足以上要求，一般廠家對功率單元采用N+1冗裕設計。但在實際運行中，當變頻器中一個功率單元故障旁路后，變頻器必須快速減負荷后方能繼續(xù)運行。對于電廠鍋爐引風機、一次風機等設備，降負荷不可能迅速完成，這無疑滿足不了變頻器的要求，最終出現(xiàn)當一個功率單元故障旁路后，同一相非故障單元過載，導致變頻器重故障被迫退出運行，嚴重影響機組的運行安全。很多電廠鍋爐風機都沒使用變頻自動切工頻的功能，出現(xiàn)上述情況時，后果更嚴重。例如:某火電廠裝機兩臺300MW，1#鍋爐兩臺引風機于2009年12月完成變頻改造，變頻器每相五個功率單元。2010年8月10日14時05分，1#機組在300MW運行過程中，B引風機變頻器因一個功率單元過熱旁路，機組負荷未來得及下調(diào)，很快同相另一功率單元過熱故障，變頻器重故障跳閘。在RB動作后引風自動的作用下，A引風機變頻電流急劇上升，30秒后A引風機變頻器過載跳閘，鍋爐MFT動作，機組與系統(tǒng)解列。

實際運行中，國產(chǎn)高壓變頻器功率單元故障幾率較大。如某廠共有四套國產(chǎn)高壓變頻器，兩年內(nèi)發(fā)生功率單元故障就達十三次之多，主要出現(xiàn)過熱、過載和通信中斷等問題，當然，也與產(chǎn)品質量有很大關系。鑒于此，為保證火電廠引風機、送風機、一次風機等重要輔機的變頻器運行安全，在選擇國產(chǎn)變頻器時，把功率單元質量要求放在首位，同時提高變頻器容量等級，且功率單元的數(shù)量必須滿足當任一單元故障后變頻器在不減負荷情況下能連續(xù)運行的要求。

1.2 高壓變頻器系統(tǒng)主要設備要求

高壓變頻器系統(tǒng)使用的變壓器、斷路器(接觸器)等是保證運行安全的重要設備，《火電廠風機水泵用高壓變頻器》(DL-T994-2006)中沒有對上述設備作明確規(guī)定，因此，在高壓變頻器系統(tǒng)選型時，應該根據(jù)《干式電力變壓器》［3］(GB1094.11-2007)、《高壓輸變電設備的絕緣配合》［4］(GB311.1-1997)和《交流高壓斷路器參數(shù)選用導則》［5］(DL/T 615-1997)等對這些設備提出專門要求。例如:應對變壓器帶載能力、絕緣水平等作專門要求。對于斷路器(接觸器)，除考慮其絕緣水平外，應結合變頻器高壓側電源系統(tǒng)，對短路和沖擊電流耐受能力、額定關合電流能力和開斷直流分量能力提出要求。

1.3 高壓變頻器溫度、濕度監(jiān)測要求

由于高壓變頻器對溫度和濕度要求較高，《火電廠風機水泵用高壓變頻器》(DL-T994-2006)中6.2條對“使用環(huán)境條件”和6.21條對“環(huán)境適應性”提出了要求，使用環(huán)境條件一般能滿足。但國產(chǎn)高壓變頻器在實際運行中環(huán)境適應性較差，大多數(shù)故障都是由變頻器溫度高或濕度大引起的，這就要求對高壓變頻器的溫度和濕度進行重點監(jiān)測，以確保變頻器運行安全。《火電廠風機水泵用高壓變頻器》(DL-T994-2006)中只是將變壓器溫度列為監(jiān)測信號，未對變頻器溫度和濕度監(jiān)測作明確要求。因此建議在變頻器選型時要求每個柜內(nèi)應加裝溫、濕度監(jiān)測裝置，并具備顯示功能。每個功率單元均設置精度較高的數(shù)字式溫度測點。所有溫度、濕度測點進入PLC顯示并具備報警功能，同時傳輸?shù)紻CS讓運行人員監(jiān)視。

1.4 電源側開關柜保護選擇

高壓變頻器一般均設計有工頻旁路開關，以保證在變頻器出現(xiàn)故障或檢修時，保證電機工頻運行。但變頻和工頻兩種運行方式對高壓電源開關柜保護裝置的要求不同，電動機在變頻運行時，高壓電源是送至變頻器的移相整流變壓器，開關柜應按變壓器保護配置;而在工頻運行時，電源直接送至電動機，開關柜應按電動機保護配置。因此，帶高壓變頻器的開關柜應選用變壓器、電動機兩種方式的保護裝置，以便根據(jù)運行方式進行保護切換。

2 高壓變頻器的運行環(huán)境

2.1 安裝位置

高壓變頻器安裝位置十分關鍵，位置的選擇是關系到變頻器能否安全運行的重要因素。一般高壓變頻器占地面積較大，新機組可以在設計過程中考慮安裝位置，而老機組改造就非常困難，既要保證擺放空間，又要考慮高壓電纜盡可能短，并且還要顧及到安裝環(huán)境，避免溫度高、濕度大、粉塵多的區(qū)域。

2.2 布置方式

高壓變頻器柜的布置一定要考慮操作、檢修空間和良好的通風效果。變頻器柜有前側進風和后側進風兩種方式，因此，室內(nèi)空調(diào)的安裝位置十分關鍵，必須使空調(diào)冷風能順利進入柜內(nèi)，這樣才能達到冷熱置換效果，提高空調(diào)的效率。建議空調(diào)安裝在變頻器柜進風面通道的兩側，空調(diào)出風盡量對準柜體進風口。

2.3 溫、濕度和粉塵控制

高壓變頻器對溫度、濕度、粉塵的要求很高，溫度高、濕度大、粉塵多直接會影響變頻器的安全性和可靠性，因此，對溫、濕度和粉塵的有效控制十分必要。電廠高壓變頻器大多采用強迫風冷，一般有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種方式，外循環(huán)冷卻是室內(nèi)空調(diào)輸出的冷風通過柜的進風口將熱風置換，熱風再通過柜頂風機、風道抽送到室外，外循環(huán)方式優(yōu)點是可以充分利用環(huán)境低溫空氣，減少空調(diào)電耗，缺點是不能有效控制粉塵。內(nèi)循環(huán)冷卻是室內(nèi)空調(diào)輸出的冷風通過柜的進風口將熱風置換，熱風通過柜頂風機抽出到室內(nèi)再由空調(diào)冷卻，內(nèi)循環(huán)方式優(yōu)點是能夠有效控制粉塵，但變頻器所有熱量必須通過空調(diào)冷卻，空調(diào)電耗高。對于粉塵較多的惡劣環(huán)境建議采用內(nèi)循環(huán)冷卻。

變頻器室的空調(diào)一般設置22～25℃，溫度過高會影響變頻器冷卻效果，而溫度過低將會引起柜內(nèi)結露。變頻器室空調(diào)應具有除濕功能，空調(diào)數(shù)量要有足夠備用，建議將需要運行的空調(diào)設置為制冷，備用的空調(diào)設為除濕。這樣，基本上能保證變頻器室內(nèi)的溫度和濕度控制。

為了實現(xiàn)粉塵控制，對高壓變頻器柜的電纜孔洞必須封堵嚴密，變頻器室的地面和墻面最好進行裝修防塵處理。采用內(nèi)循環(huán)冷卻方式的變頻器室門、窗都應密封，而外循環(huán)冷卻方式除門、窗密封外，重點對進風口進行空氣凈化處理，可以安裝多層過濾網(wǎng)，也可選用空氣凈化裝置。同時，為了保證變頻器室內(nèi)的空氣潔凈，屋頂、地面、墻面要定期保潔。

3 高壓變頻器的運行

3.1 變頻——工頻切換

高壓變頻器一般具有變頻——工頻自動切換功能，當變頻器正常運行時，風門一般為全開狀態(tài)，若在機組負荷不高的情況下，變頻自動切為工頻，風門開度不能快速調(diào)整到合適位置，將會引起爐膛負壓大幅度變化，嚴重時可能發(fā)生鍋爐熄火。所以大多數(shù)電廠鍋爐風機變頻器都沒有使用自動切換方式。但若通過試驗，摸索出機組在幾個負荷段風門開度與變頻器輸出頻率的關系，就能解決變頻自動切換為工頻時出現(xiàn)的問題。當高壓變頻器發(fā)輕故障信號時，迅速將風門調(diào)整到與頻率對應的開度，若變頻器重故障跳閘，自動切換為旁路工頻就不一定對鍋爐負壓造成太大的波動。對于工頻切變頻而言，由于時間較長，建議只設計手動切換功能即可，沒必要考慮自動切換。

若要更好解決變頻切工頻問題，需運用高壓變頻協(xié)調(diào)控制技術(簡稱HCU)，HCU是在高壓變頻應用系統(tǒng)中實現(xiàn)工頻與變頻運行方式之間，轉速控制與開度或閥門控制之間，以及同系統(tǒng)設備之間的一種綜合協(xié)調(diào)控制技術。能夠在現(xiàn)場無需對DCS等控制系統(tǒng)硬件端口和控制邏輯進行更多變更和改造的情況下，輕松完成高壓變頻器的工程應用，實現(xiàn)高壓設備的變頻節(jié)能，與生產(chǎn)工藝完美結合。真正實現(xiàn)變頻應用系統(tǒng)的高可靠、安全、穩(wěn)定運行，同時節(jié)約大量的項目投資和施工成本，實現(xiàn)最佳的系統(tǒng)控制性能和節(jié)能收益［2］。

3.2 投運——停運選擇

變頻器節(jié)能效果并非在任何條件下都十分顯著，電廠設備的能耗與機組負荷大小密切相關，因此，變頻器輸出的電流和頻率隨負荷變化而變。通過某火電廠兩臺30萬千瓦機組引風機變頻器試驗發(fā)現(xiàn)，1#鍋爐帶85%、2#爐80%負荷時，引風機電能與工頻運行基本一致，高于此負荷段，變頻器失去節(jié)能意義，若考慮空調(diào)設備的能耗，整個系統(tǒng)實際上是在消耗電能。為此，要想獲得最佳節(jié)能效果，建議對每臺變頻器進行節(jié)能效果與負荷關系的測試，以便使變頻器根據(jù)負荷投切，特別對于調(diào)峰頻繁的電廠，變頻器經(jīng)常切換會獲得更好的節(jié)能效果。

3.3 運行中的頻率控制

普通異步電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的振動和噪聲變得更加復雜。變頻電源中含有的各次諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當電磁波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而加大噪聲。運行中要注意變頻驅動的電動機發(fā)生低頻率振動和噪聲問題，每臺電機低頻振動點都不一致。某廠在一臺引風機上進行頻率試驗，發(fā)現(xiàn)變頻器在輸出27Hz時，電機振動和噪聲異常，越過該頻率點后恢復正常。因此，應對每一臺變頻器都應進行頻率試驗，找到電機低頻振動和噪聲異常點，以便避開運行。

4 高壓變頻器的維護

4.1 運行中巡檢

高壓變頻器在運行中的情況需要隨時關注，除部分數(shù)據(jù)進入DCS以外，每天都應對變頻器室內(nèi)溫度、濕度進行檢測記錄，至少每周一次對變頻器柜進行紅外線熱成像測試。定期觀察記錄PLC控制器界面顯示情況。每天對高壓變頻器柜和變頻器室的進風口進行一次風量測試檢查，發(fā)現(xiàn)風量不足，立即吹掃濾網(wǎng)。

4.2 停運后維護保養(yǎng)

高壓變頻器退出運行后必須進行徹底清潔，檢查柜頂風機和風道完好情況，檢查導線、電纜連接可靠性，檢查柜內(nèi)設備有無放電、裂紋、變色、破損等情況，全面進行接線螺栓緊固。長時間停運的高壓變頻器要投入控制和信號電源，保證電子元件帶電，投入運行前要檢查一次回路絕緣。

4.3 定期檢修

每年夏季到來之前，應對高壓變頻器進行一次徹底檢修。將功率單元模塊抽出檢查，重點看插接部分接觸和螺栓緊固情況。進行變頻切工頻、工頻切變頻的模擬操作試驗，檢查高壓側斷路器、旁路接觸器(或斷路器)、主回路接觸器(或斷路器)之間的聯(lián)動、閉鎖等回路的完整性。對控制回路、通信回路、信號回路進行試驗檢查。

5 結論

高壓變頻器在火力發(fā)電廠節(jié)能降耗方面發(fā)揮了重要的作用，但其穩(wěn)定性、可靠性又直接影響機組安全運行，只有在選型、安裝、調(diào)試、維護、檢修等過程中嚴格把關，才能確保高壓變頻器在火電廠中成功應用，為電廠經(jīng)濟營運創(chuàng)造良好的條件。

［1］DL-T994-2006，火電廠風機水泵用高壓變頻器［S］.

［2］中國自動化網(wǎng).論高壓變頻協(xié)調(diào)控制技術在變頻應用系統(tǒng)中的研究，http://www.ca800.com/，2011-9-25/2011-10-25.

［3］GB1094.11-2007，干式電力變壓器［S］.

［4］GB311.1-1997，高壓輸變電設備的絕緣配合［S］.

［5］DL/T 615-1997交流高壓斷路器參數(shù)選用導則［S］.