6 kV風(fēng)機(jī)變頻器故障分析

慕容永堅

(云浮發(fā)電廠，廣東 云浮 527328)

0 引言

在發(fā)電企業(yè)中，發(fā)電機(jī)組并不是一直保持滿負(fù)荷運行，通常在額定負(fù)荷的50% ～100%之間變化，以滿足電網(wǎng)負(fù)荷的要求。發(fā)電機(jī)組負(fù)荷變化會影響鍋爐系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的調(diào)整，其中鍋爐的送風(fēng)量和引風(fēng)量也會隨著發(fā)電機(jī)負(fù)荷的調(diào)整而調(diào)整，運行人員通過改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度來調(diào)整風(fēng)量。采用該方法盡管比采用改變?nèi)肟趽醢宓拈_度實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)整的方法有一定的節(jié)能效果，但節(jié)流損失仍很大，特別是在發(fā)電機(jī)負(fù)荷比較低的情況下運行，電動機(jī)輸出的功率大部分消耗在擋板上，節(jié)流損失則更加嚴(yán)重。另一方面，靜葉調(diào)節(jié)遲緩會造成發(fā)電機(jī)組負(fù)荷調(diào)整響應(yīng)遲滯，在異步電動機(jī)啟動時，啟動電流一般達(dá)到電動機(jī)額定電流的5～8倍，對電動機(jī)、電纜的沖擊較大，對廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定運行也有一定的影響，強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流會縮短電動機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。高壓變頻器的誕生改變了單純靠調(diào)節(jié)靜葉的角度或者調(diào)節(jié)擋板的開度來調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)量，它依靠改變絕緣柵雙極型晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)可控硅的導(dǎo)通角間接改變輸出電流及輸出電壓，也改變了輸出的頻率，通過遠(yuǎn)方對高壓變頻器給定頻率來改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變風(fēng)量，以滿足不同負(fù)荷的變化，這是解決以上問題的有效方法。因高壓變頻器在各行業(yè)中應(yīng)用廣泛，采用高壓變頻器給定頻率控制技術(shù)來改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的方法，以達(dá)到節(jié)能之目的。但大量引進(jìn)高壓變頻器并不能保證高壓變頻器的質(zhì)量，特別是變頻器內(nèi)部控制回路的設(shè)計不一定也能跟得上科技進(jìn)步的步伐。本文以云浮發(fā)電廠#6機(jī)組#1二次風(fēng)機(jī)變頻器故障為例進(jìn)行分析，強(qiáng)調(diào)高壓變頻器控制回路設(shè)計的重要性，提出了合理的防范措施。

1 故障的發(fā)生過程及檢查處理情況

2011－09－14 T 23:45，云浮發(fā)電廠#6機(jī)組6 kV風(fēng)機(jī)變頻器在分散控制系統(tǒng)(DCS)上發(fā)“聲故障報警”、“輕故障報警”信號，運行人員檢查就地變頻器、液晶面板上顯示“控制電源掉電”信息，變頻器控制柜內(nèi)的備用(控制)電源開關(guān)跳閘，柜內(nèi)有焦味，出現(xiàn)上述問題后，立即通知電氣檢修人員進(jìn)行檢查。2011－09－15 T 00:13，#6機(jī)組爐膛負(fù)壓低2值鍋爐主燃料跳閘(MFT)動作，跳#6鍋爐#1，#2二次風(fēng)機(jī)。

2011－09－15 T 00:25，電氣檢修人員到達(dá)現(xiàn)場，二次風(fēng)機(jī)變頻器室內(nèi)有一股燒焦味，經(jīng)查#6機(jī)組6 kV風(fēng)機(jī)變頻器控制柜主電源(直流控制電源)開關(guān)處在合閘狀態(tài)，備用電源(交流控制電源)開關(guān)跳閘，控制面板失電，220 V AC控制電源UPS2裝置已關(guān)機(jī)。電氣檢修人員用萬用表檢測主電源(直流控制電源)開關(guān)下側(cè)電壓正常，但逆變電源裝置(UPS1)輸出側(cè)無電壓輸出，如圖1所示。檢查發(fā)現(xiàn)控制柜內(nèi)模塊檢測電源變壓器T3有明顯的燒焦痕跡，如圖2所示。模塊檢測電源變壓器T3輸入側(cè)開關(guān)已跳閘。最后由廠家更換逆變電源，取消模塊檢測電源回路后送電，#6機(jī)組6 kV風(fēng)機(jī)控制回路電源恢復(fù)正常。

2 風(fēng)機(jī)變頻器故障原因分析

根據(jù)現(xiàn)場情況和變頻器液晶控制面板記錄及熱工DCS記錄，分析事故產(chǎn)生的原因。

#6機(jī)組6 kV風(fēng)機(jī)變頻器控制柜模塊檢測電源變壓器T3運行中線圈短路燒壞，短路電流沖擊導(dǎo)致UPS1故障截止其電源輸出，當(dāng)逆變UPS1后的電壓檢測繼電器K2檢測沒有電壓后將控制電源切至旁邊供電，因線圈短路沒有消失，當(dāng)切換到旁路由備用電源(交流控制電源)供電時，跳開備用電源(交流控制電源)空氣開關(guān)，同時模塊檢測電源變壓器T3的交流輸入開關(guān)跳閘切除短路故障，但UPS1不能恢復(fù)正常供電，220 V UPS2因失去輸入電源而靠自身蓄電池向變頻器提供控制電源，由于UPS2失去電源后只能給變頻器提供20min控制電源，當(dāng)UPS2電能耗盡后，變頻器完全失去控制電源，變頻器各功率模塊的IGBT因無觸發(fā)脈沖而立刻截止輸出，導(dǎo)致電動機(jī)電流消失而停運。變頻器完全失去控制電源后，不能向DCS發(fā)出重故障信號以及跳開6kV開關(guān)。變頻器失去控制電源大概1 min后，由于#1二次風(fēng)機(jī)變頻器重故障信號未發(fā)出，#6鍋爐#1二次風(fēng)機(jī)6 kV開關(guān)無法連跳，#6機(jī)組6 kV風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門開度本來因#6機(jī)組6 kV風(fēng)機(jī)跳閘切為0，但#6機(jī)組6 kV風(fēng)機(jī)6 kV開關(guān)因控制電源失電造成變頻器重故障沒有發(fā)出，無法連跳而導(dǎo)致入口擋板保持100%不變，#1，#2引風(fēng)機(jī)由于前饋控制的作用出現(xiàn)反調(diào)，#6機(jī)組爐膛負(fù)壓高，MFT跳#6機(jī)組6 kV風(fēng)機(jī)開關(guān)。

圖1 #6機(jī)組#1二次風(fēng)機(jī)變頻器控制原理圖(已注明故障時情況)

圖2 模塊檢測電源變壓器T3圖片

3 故障暴露的問題

(1)變頻器控制柜模塊檢測電源變壓器T3存在質(zhì)量問題，UPS1可靠性低。

(2)內(nèi)部控制電源系統(tǒng)存在以下問題:

1)控制系統(tǒng)雖然由交、直流2路電源供電，需經(jīng)過同一個逆變電源裝置轉(zhuǎn)換，且逆變電源裝置在短路故障切除后不能自動恢復(fù)正常供電。

2)逆變電源裝置雖然還有交流旁路，但該交流旁路回路與逆變電源裝置的交流輸入回路共用1個開關(guān)，當(dāng)逆變電源裝置輸出中斷而接通交流旁路時，由于輸入側(cè)交流電源開關(guān)已跳開，交流旁路也失去供電電源。

3)逆變電源輸出側(cè)無電壓監(jiān)測信號回路，當(dāng)逆變器輸入側(cè)空氣開關(guān)未跳開的情況下，無法判斷逆變電源是否正常提供控制電源。

(3)變頻器控制電源由交、直流2路外接電源供電，當(dāng)逆變電源故障時，還可以切換到旁路控制電源供電且配置了UPS，生產(chǎn)廠家認(rèn)為比較可靠，忽視了控制電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)及元器件可靠性問題。

4 防范措施

(1)檢查其他高壓變頻器回路。請廠家有關(guān)人員確認(rèn)是否還存在隱患，模塊檢測電源只是在廠家現(xiàn)場檢修功率模塊時使用，模塊檢測電源不影響變頻器的正常運行，可臨時斷開所有高壓變頻器的模塊，檢測電源變壓器開關(guān)，以減少控制電源掉電的幾率。

(2)提高逆變電源的可靠性。要求廠家有關(guān)人員對變頻器逆變電源裝置故障切除后不能自動恢復(fù)供電問題盡快做出明確答復(fù)，將逆變電源裝置更換為質(zhì)量性能有保證的著名品牌產(chǎn)品，以提高逆變電源的可靠性。

(3)擴(kuò)大檢查。檢查云浮發(fā)電廠所有變頻器內(nèi)部回路在可靠性方面是否存在明顯缺陷，要求跟蹤各變頻器廠家進(jìn)行可靠性自查，發(fā)現(xiàn)問題及時編制整改方案，匯總后制訂整改計劃。

(4)重新核查控制電源的空氣開關(guān)的選型問題，保證控制回路的空氣開關(guān)選型正解，不能存在越級跳閘的隱患。

(5)在逆變電源裝置的下側(cè)增加一個失電告警送至DCS的“控制電源掉電的輕故障”信息，運行人員能及時發(fā)現(xiàn)并處理。

5 結(jié)束語

隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓變頻器技術(shù)日益顯現(xiàn)出其優(yōu)異的節(jié)能效果，要使變頻器及發(fā)電機(jī)組能安全、穩(wěn)定運行，必須重視變頻器內(nèi)各控制回路及邏輯的可靠性，在生產(chǎn)廠家對變頻器內(nèi)元件進(jìn)行選型時，必須選擇質(zhì)量穩(wěn)定的元器件，要能承受溫度、濕度、振動、粉塵及腐蝕氣體對元器件的影響，這樣才能延長變頻器的使用壽命，減少因突發(fā)故障造成的各種損失。

［1］李方園.變頻器原理與維修［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］王兆義.變頻器應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［3］姚志松，吳軍.電動機(jī)節(jié)能方法與變頻器應(yīng)用實例［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［4］鄒森元.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動裝置反事故措施要點［M］.北京:中國電力出版社，2005.