高壓變頻器節(jié)能效果及常見故障分析

摘 要：凝結(jié)水泵變頻改造后，大量減少節(jié)流損失，調(diào)節(jié)響應(yīng)極快，效率提高。節(jié)能效果明顯。

關(guān)鍵詞：高壓； 變頻器； 改造；節(jié)能；故障；原因；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.052

0 引言

某廠1000MW機(jī)組凝結(jié)水泵及其電機(jī)一直采用定速交流電機(jī)拖動，因每天負(fù)荷變化大，僅能靠改變閥門的開度進(jìn)行流量控制，效率低、能耗大，節(jié)流損失較大。新安裝的變頻裝置為空冷型Ⅲ型高壓變頻器，通過將廠用電源轉(zhuǎn)換為可變頻率、可變電壓的電源從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，充分利用其能夠自動平滑調(diào)節(jié)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)速的特性，達(dá)到減少負(fù)載及電機(jī)的機(jī)械磨損、節(jié)省檢修費(fèi)用，降低廠用電率等效果。實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低啟動電流的目的?？绽湫廷笮透邏鹤冾l器主要由高壓刀閘柜、變壓器柜、功率單元柜、控制柜等部分組成。

1 高壓變頻器的優(yōu)越性

本次改造引入的新一代高壓變頻器，采用直接高高變換方式，多電平串聯(lián)倍壓技術(shù)方案，優(yōu)化的PWM控制算法，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的可變頻變壓（VVVF）的正弦電壓和正弦電流輸出，整機(jī)效率≥98%，功率因數(shù)≥95%。優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）節(jié)能作用。1）設(shè)備設(shè)計(jì)時需要滿足最大負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行工況，所以設(shè)計(jì)時會留有一定的余量，普通電機(jī)由于轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)，長時間運(yùn)行會極大浪費(fèi)能源，但高壓變頻器由于能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，所以可以節(jié)約一定的能源；2）高壓變頻器的效率可以達(dá)到98%以上，效率較高；3） 電廠負(fù)荷變化較大，凝結(jié)水流量變化也較大，但調(diào)門調(diào)節(jié)線性一般都比較差，忽高忽低，浪費(fèi)很多能量；變頻改造后系統(tǒng)調(diào)節(jié)非?？?，能節(jié)約大量能源；4） 功率因數(shù)能提高到0.95以上，減少大量的線路損耗；5）采用閥門調(diào)節(jié)時閥門無法保持全開，會產(chǎn)生大量的節(jié)流損失，經(jīng)過變頻改造后，調(diào)門可以全開，避免了節(jié)流損失。（2）高壓變頻器軟啟動/軟停止時，能大大減少啟動沖擊電流，從而減少對電動機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，有效降低了電機(jī)故障幾率，從而大大延長了電機(jī)使用壽命；（3）由于高壓變頻器輸入功率因數(shù)在0.95以上，不僅無需功率補(bǔ)償，還可提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少了無功損失；（4）變頻調(diào)節(jié)后，不再需要手動調(diào)節(jié)，可延長負(fù)載以及進(jìn)出口門的使用壽命，減少檢修維護(hù)費(fèi)用；（5）由于高壓變頻器能平滑調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，大大減少了負(fù)載以及電機(jī)的機(jī)械磨損，同時能降低軸承溫度，減少檢修費(fèi)用，同時延長了設(shè)備的使用壽命；（6）使用變頻自動調(diào)節(jié)能提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，提高設(shè)備自動化水平。

2 變頻原理

高壓變頻器將一定頻率、固定電壓的電源轉(zhuǎn)換為頻率可變、電壓可變的電源而改變電機(jī)速度。三相高壓電經(jīng)高壓開關(guān)柜進(jìn)入，經(jīng)輸入降壓、移相給功率單元柜內(nèi)的功率單元供電，功率單元分為三組，一組為一相，每相的功率單元的輸出相互連接。主控制柜中的控制單元通過光纖時對功率柜中的每一功率單元進(jìn)行整流、逆變控制與檢測，這樣根據(jù)實(shí)際需要通過操作界面進(jìn)行頻率的給定，控制單元把控制信息發(fā)送到功率單元進(jìn)行相應(yīng)得整流、逆變調(diào)整，輸出滿足負(fù)荷需求的電壓等級。

3 結(jié)構(gòu)簡介

高壓變頻器柜由變壓器柜、功率單元柜，進(jìn)線柜（含控制柜）三部分組成。

4 有關(guān)故障處理

4.1 變頻器故障

（1）將10kV開關(guān)停電，記錄故障信息，通知檢修人員，變頻器控制電源一般不要停電；（2）變頻器故障無法消除時，將凝結(jié)水泵方式轉(zhuǎn)為工頻。

4.2 功率單元溫度高

（1）檢查功率單元柜風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行正常，濾網(wǎng)是否臟污；（2）檢查空調(diào)工作是否正常：濾網(wǎng)、出風(fēng)溫度、風(fēng)量情況；（3）如空調(diào)均故障，啟動排煙風(fēng)機(jī)，聯(lián)系檢修處理；（4）如變頻器室配電箱電源失去，根據(jù)室溫情況打開全部門窗通風(fēng)，做好啟動備用凝結(jié)水泵及減負(fù)荷準(zhǔn)備。

4.3 變頻器運(yùn)行中出現(xiàn)的故障情況

凝結(jié)水泵變頻器5月4日10：50，A9單元電壓異常報(bào)警（裝置告警燈未亮，信號也未發(fā)至DCS），下午15：50變頻器電流輸出也突降至零，30秒后，DCS發(fā)故障復(fù)位及跳閘指令。現(xiàn)場檢查A9單元電容爆裂。將A9更換為備用單元后，裝置重啟時A9單元整流元件再次燒損，同時報(bào)C7、C9電壓異常。對功率單元再次進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)B7、B9單元電容損壞。另發(fā)生過一次變頻器運(yùn)行中突然死機(jī)，電流輸出突降至零的情況。

（1）原因分析：1）變頻器一只單元報(bào)電壓異常，不作為報(bào)警輸出，也不做任何處置。發(fā)生的單元電壓異常有真假之分，有些是受系統(tǒng)電壓波動引起單元電壓波動，一般會很快恢復(fù)；還有些是元器件老化后出現(xiàn)單元電壓異常報(bào)警；2）凝結(jié)水泵變頻器電流輸出突降至零的情況，分析A9單元爆裂形成的短路弧光對主控板、PLC系統(tǒng)造成了干擾沖擊，導(dǎo)致裝置未能對單元故障及時作出反應(yīng)，瞬間輸出閉鎖。30秒后的DCS故障復(fù)位及發(fā)出的停止指令，可能受PLC裝置重啟不成功影響而發(fā)出；3）凝結(jié)水泵變頻器死機(jī)問題，一是考慮主控板、PLC電源存在著波動，比如UPS輸出不穩(wěn)定，二是考慮干擾問題，PLC接地端子接地的接法，PE線接到N端子存在混用的情況，三是程序死機(jī)，需要對程序再次仔細(xì)檢查和分析判斷。

（2）防范措施：1）對變頻器程序的報(bào)警輸出進(jìn)行完善，將單元電壓異常報(bào)警引至報(bào)警燈和DCS；2）單元內(nèi)的電容器屬于易損器件，使用2年以上的功率單元發(fā)報(bào)警應(yīng)引起重視。如頻發(fā)告警，應(yīng)對電容等進(jìn)行檢查更換；3）長期未使用的備用功率單元在投入運(yùn)行前，建議先采用三相低壓電源對單元內(nèi)電容器進(jìn)行預(yù)充電，防止上高壓時因充電電流大導(dǎo)致整流元件和電容器損壞；4）對可靠性要求高的系統(tǒng)建議采取自動旁路措施替代現(xiàn)有的手動旁路以保證系統(tǒng)可靠性。

5 改造后的節(jié)能效果

改造前，凝結(jié)水泵電流96A，改造后兩臺凝結(jié)水泵變頻投入自動，凝結(jié)水泵主控不投入自動，除氧器上水調(diào)閥投入自動，950MW負(fù)荷下，凝結(jié)水泵主控輸出96%左右，電流73/73A；550MW負(fù)荷下，凝結(jié)水泵主控輸出90%，凝結(jié)水泵電流52.4/52.1A，凝結(jié)水母管壓力2.85MPa。凝結(jié)水泵聯(lián)泵壓力修改后，機(jī)組負(fù)荷550MW，凝結(jié)水壓力由2.35MPa降至2.1MPa，凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)速由1185r/min降至1130r/min，凝結(jié)水泵電機(jī)功率分別由725 kWh、750kWh降至665 kWh、670 kWh，持續(xù)6小時，節(jié)電：140*6=840 kWh/天。具有明顯的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄒縣發(fā)電廠《1000MW機(jī)組集控運(yùn)行規(guī)程》.

[2] 湖北三環(huán)III型高壓變頻器用戶手冊.

作者簡介：趙洪義（1972-），專科，技師，主要從事：電廠集控運(yùn)行工作。endprint