淺談高壓變頻器幾種故障分析及處理

張佳音

摘 要： 介紹了發(fā)電廠一次風(fēng)機、凝結(jié)水泵等輔機設(shè)備高壓變頻器系統(tǒng)幾種故障分析及處理。通過高壓變頻器的工作原理對變頻器的故障現(xiàn)象、故障原因及處理措施的描述，總結(jié)異步電動機變頻器故障處理經(jīng)驗，進一步提高變頻器長周期穩(wěn)定運行，有效發(fā)揮其節(jié)能作用。

關(guān)鍵詞： 高壓變頻器;故障分析;故障處理;防范措施

一次風(fēng)機、凝結(jié)水泵等轉(zhuǎn)機是火力發(fā)電廠重要的輔機設(shè)備，其運行穩(wěn)定性直接影響著機組的安全及經(jīng)濟指標(biāo)。目前無論家用還是工業(yè)用調(diào)速傳動裝置，都可使用變頻器傳動方式來實現(xiàn)，其中風(fēng)機和泵類機械的節(jié)能效果最為顯著。故在火力發(fā)電機組中高壓變頻器得到了廣泛的應(yīng)用。但由于多數(shù)火力發(fā)電廠運行年數(shù)較多，變頻器運行時間多數(shù)已超過了10年以上，因元件老化及特殊運行工況下，變頻器故障頻繁發(fā)生，給機組的長周期及經(jīng)濟運行帶來了隱患。所以準(zhǔn)確地排除故障，保證高壓變頻器穩(wěn)定運行是目前火力發(fā)電廠電氣專業(yè)需要研究的重要問題之一。

1 變頻器節(jié)能原理

火力發(fā)電廠為了維持正常運行，設(shè)置了各類水泵及風(fēng)機設(shè)備，廠用能耗主要來自這些轉(zhuǎn)動設(shè)備，由于容量設(shè)計和工作條件的原因，多水泵、風(fēng)機類負載都存在不同程度的電能浪費，在煤炭價格上漲、電網(wǎng)負荷空間狹小的今天，節(jié)約能源已經(jīng)是發(fā)電企業(yè)經(jīng)營發(fā)展的重中之重。

傳統(tǒng)的風(fēng)機、水泵流量的設(shè)計均以運行最大需求來設(shè)計，但在實際使用中，由于生產(chǎn)需要、季節(jié)溫度變化等原因，往往比設(shè)計流量小的多。通常情況下其流量的調(diào)整基本都采用調(diào)整閥門或檔板的開度來實現(xiàn)，這種控制方法實質(zhì)是通過改變管網(wǎng)阻力大小來改變流量，當(dāng)所需流量減少時，過剩的風(fēng)機、水泵功率將導(dǎo)致壓力增加造成很大的能量損耗。

由流體力學(xué)原理可知：流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的開平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的開三次方成正比。故變頻器可在保持閥門、擋板開度不變的前提下，通過改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，實質(zhì)就是通過減少流體動力來節(jié)省電能。采用變頻控制方式可從根本上消除風(fēng)機、水泵設(shè)備在不同工作條件下出現(xiàn)動力浪費的現(xiàn)象及擋板、閥門調(diào)節(jié)時產(chǎn)生的阻力，使風(fēng)機、水泵運行在最佳工作狀態(tài)。

2 變頻器系統(tǒng)組成

某發(fā)電廠一次風(fēng)機、凝結(jié)水泵高壓變頻器主體結(jié)構(gòu)包括旁路柜、變壓器柜、模塊柜、控制柜。

2.1旁路柜

可在故障情況下執(zhí)行工頻旁路運行功能，輸入高壓電源線從該柜進入變壓器柜，到電機的輸出電源線也從該柜引出，凝結(jié)水泵變頻器未設(shè)計旁路柜，電源線直接進入變頻器柜。

2.2 變壓器柜

裝有移相變壓器，原邊繞組為高壓直接輸入，副邊繞組為各個功率模塊提供交流輸入電壓。副邊繞組通過移相技術(shù)，對電網(wǎng)諧波污染小，使電網(wǎng)輸入側(cè)的諧波總量降低到4%以下，滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 模塊柜

內(nèi)部模塊設(shè)計為三相6個功率模塊串聯(lián)方式，每相功率模塊輸出串聯(lián)后構(gòu)成逆變主回路，輸出高壓正弦波直接驅(qū)動高壓電機。

2.4 控制柜

裝有變頻器的控制系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)，用戶I/O端子。控制柜為變頻器工作的指揮中心，所有通訊、遠控、保護、告警等功能均在此盤柜內(nèi)實現(xiàn)。

3 變頻器故障現(xiàn)象及原因分析

3.1 霍爾傳感器故障

3.1.1故障現(xiàn)象

某發(fā)電廠3號爐甲、乙一次風(fēng)機變頻器均出現(xiàn)了相同現(xiàn)象，即變頻器故障跳閘，自動切至工頻運行，DCS變頻器故障信號顯示重故障，變頻器報文顯示“輸入過流”。

3.1.2故障原因及處理

（1）檢查故障時變頻器輸入電流曲線，發(fā)現(xiàn)變頻器輸入采集電流出現(xiàn)了突然增大現(xiàn)象，超過了變頻器過流保護定值，導(dǎo)致過流保護動作，造成變頻器重故障跳閘。

（2）檢查6千伏電源開關(guān)柜輸出電流曲線，發(fā)現(xiàn)開關(guān)側(cè)電流未發(fā)生突變現(xiàn)象。

（3）變頻器輸入端霍爾傳感器、與6千伏電源開關(guān)輸出端電流互感器在一次系統(tǒng)中安裝位置一致，所以無論在運行中或是在故障時，兩處電流值也應(yīng)一致。故判斷一次系統(tǒng)并未發(fā)生故障，故障原因應(yīng)為霍爾傳感器二次側(cè)輸出故障或變頻器采樣板故障造成，因采樣板出現(xiàn)故障概率相對較小，且造價昂貴，故將更換霍爾傳感器作為第一處理方案。

（4）變頻器電源輸入及輸出側(cè)的A、C相各安裝了一支霍爾傳感器，B相電流由軟件計算得出，更換全部傳感器后投入運行，未再發(fā)生此故障。

3.1.3預(yù)防措施

（1）建議對于高壓變頻器輸入、輸出霍爾傳感器每5年更換一次，并使用由變頻器廠家提供的霍爾傳感器。

（2）定期查看變頻器模擬量采集報文，發(fā)現(xiàn)有電流突變、擺動等情況，及時停運變頻器進行處理。

3.2 變頻器主控制板故障

3.2.1故障現(xiàn)象

某發(fā)電廠凝結(jié)水泵變頻器自動停機，工頻備用泵未聯(lián)啟。DCS未發(fā)出變頻器故障信號，變頻器就地報文顯示“高壓掉電”。47分鐘后，高壓開關(guān)自動分閘，無任何故障告警及操作記錄。

3.2.2故障原因及處理

（1）變頻器停運及開關(guān)自動跳閘原因

查閱DCS曲線，變頻器停運前運行電流平穩(wěn)，無突變現(xiàn)象，無任告警信號，判斷一次系統(tǒng)正常?！案邏旱綦姟毙盘柸∽愿邏洪_關(guān)輔助接點，檢查高壓開關(guān)未跳閘，各輔助接點接觸可靠，判斷開關(guān)正常。變頻器發(fā)出“高壓掉電”告警后，延時3S告警未消失，應(yīng)發(fā)處重故障信號，同時跳高壓開關(guān)，但實際并未發(fā)出。變頻器停運47分鐘后，變頻器發(fā)出了跳高壓開關(guān)指令，使高壓開關(guān)分閘。

通過以上分析確定為變頻器主板故障，誤發(fā)“高壓掉電”及跳高壓開關(guān)指令。

（2）備用凝結(jié)水泵未聯(lián)啟原因

凝結(jié)水泵變頻運行時，備用泵聯(lián)啟條件為：凝結(jié)水泵高壓開關(guān)跳閘或變頻器重故障。凝結(jié)水泵變頻器停運后并未發(fā)出重故障告警，且在停運47分鐘后高壓開關(guān)方跳閘，兩個條件均未滿足，故備用泵未能聯(lián)啟。

（3）對變頻器主控制板進行更換，重新輸入?yún)?shù)，再次投入運行后，未再發(fā)生此故障。

3.2.3預(yù)防措施

（1）建議每8年對變頻器主板進行一次升級或更換。

（2）為確保備用泵可靠聯(lián)啟，在熱工邏輯中增加系統(tǒng)壓力條件，當(dāng)壓力降低到指定數(shù)值后，用三取二方式聯(lián)啟備用泵。

3.3 變頻器因制動力作用而啟動失敗

3.3.1故障現(xiàn)象

某發(fā)電廠因空氣預(yù)熱器故障導(dǎo)致半側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)停運，故障處理后進行系統(tǒng)恢復(fù)。變頻啟動甲一次風(fēng)機時，變頻器報重故障，直接切至工頻啟動運行;同時風(fēng)機出口擋板DCS內(nèi)顯示故障;查閱一次風(fēng)機變頻器報文，顯示“輸出過流”。擋板門故障處理結(jié)束后，再次停止一次風(fēng)機，由工頻切換至變頻運行。啟動時同樣出現(xiàn)了“輸出過流”故障，由變頻切至工頻運行。

3.3.2故障原因及處理

（1）第一次啟動故障原因

風(fēng)機出口擋板門關(guān)閉不嚴(yán)，風(fēng)機停運后由于反向風(fēng)力作用，使電機處于反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，啟動過程中出現(xiàn)較大的制動力，造成變頻器輸出過流，報重故障。

（2）第二次啟動故障原因

由于工頻切換變頻操作過程較快，風(fēng)機因慣性作用未完全停止，處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，約5HZ頻率。在變頻器啟動時，輸出頻率設(shè)置為0HZ逐步提升至給定頻率 10HZ，電機實際頻率與變頻器初始頻率不一致，出現(xiàn)了較大的制動力，造成變頻器輸出過流，報重故障。

為驗證以上結(jié)論，進行第三次切換啟動，條件為：將風(fēng)機人為制動到0轉(zhuǎn)速后，用變頻器啟動，風(fēng)機可正常啟動。

3.3.3預(yù)防措施

（1）一次風(fēng)機變頻器啟動前，應(yīng)就地檢查風(fēng)機是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，如有正向或反向旋轉(zhuǎn)情況，需查明原因，并對風(fēng)機進行制動后再啟動。

（2）對變頻器啟動邏輯進行修改，分為三次啟動，前兩次啟動為瞬啟-瞬停，用作風(fēng)機的制動，使風(fēng)機趨近于零轉(zhuǎn)速，第三次啟動為變頻器的正式啟動。

4 結(jié)束語

近年來，高壓變頻器出現(xiàn)故障的頻率在逐年升高，主要原因是變頻器使用年限過長，主板、采樣板、功率模塊、霍爾傳感器等主要元件出現(xiàn)老化現(xiàn)象，在日常運行及維護中很難對以上元件的完好程度進行判斷。且因各元件的老化及特殊運行條件的出現(xiàn)，導(dǎo)致故障現(xiàn)象更為多樣化，增大了在發(fā)生故障時進行判斷的難度。目前高壓變頻器各元件價格昂貴，對于多數(shù)企業(yè)來說，很難一次性進行更新。所以在日常的運行維護中，除了做好定期清掃、檢查外，還要根據(jù)各類元件發(fā)生故障的頻率和類別進行統(tǒng)計分析，合理的安排更換時機。

參考文獻

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