淺議高壓變頻器在火電廠中的運行與維護

孫晉志　張馨文

（華電國際十里泉發(fā)電廠）

淺議高壓變頻器在火電廠中的運行與維護

孫晉志張馨文

（華電國際十里泉發(fā)電廠）

本文簡單列舉了華電國際十里泉發(fā)電廠所采用的高壓變頻器類型，對高壓變頻器的結(jié)構(gòu)與工作原理進行了簡要介紹，從運行和維護兩方面給出了具體建議及措施，并結(jié)合該廠高壓變頻器的典型故障進行了實例分析。

高壓變頻器；運行；維護；實例分析

0　引言

華電國際十里泉發(fā)電廠共安裝了五種型號的高壓變頻器，均為直接高-高、交-直-交、電壓源型變頻器，分別是北京合康億盛 HIVERT兩臺、西門子羅賓康NBH一臺、北京利德華福Harvest一臺、國電南自ASD6000S和ASD6000U各兩臺。

1　高壓變頻器結(jié)構(gòu)與原理

高壓變頻器以改變電機輸入電源頻率的方式實現(xiàn)對電機的調(diào)速，該廠所使用的五種高壓變頻器在結(jié)構(gòu)上大同小異，主要包括主電路和控制系統(tǒng)兩部分。

（1）主電路包括移相變壓器和功率模塊兩部分

移相變壓器通常選用強迫風冷的干式變，一次側(cè)與進線高壓直連采用 Y接法；二次側(cè)繞組采用延邊△接法，相互間存在一定相位差，該相位差由功率單元的數(shù)量及變頻器的電壓等級決定。功率模塊的電源輸入 R、S、T由變壓器二次線圈的三相低壓提供，直流環(huán)節(jié)電容充電的工作由三相二極管全波整流完成，電容上的電壓提供給IGBT組成的H型單相逆變橋，采用PWM方式控制Q1～Q4的導通和關斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。任一功率單元發(fā)生故障無法繼續(xù)運行時，該單元及其相應的兩相單元將自動旁路。各功率模塊結(jié)構(gòu)相同，相互間可以替換，其典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。

（2）控制系統(tǒng)包括主控系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩部分

主控系統(tǒng)包括主控板和光通訊子板，主要完成開關量及模擬量的輸入輸出、控制信號的生成、編解碼和系統(tǒng)自診斷等功能。電氣控制系統(tǒng)包括電源、邏輯控制和人機界面等部分，主要完成變頻器輸入輸出信號的控制、外部故障的檢測、信息處理和與外部的通訊等功能。

圖 各功率模塊典型結(jié)構(gòu)圖

2　高壓變頻器的運行

1）高壓變頻器選用時除應滿足《火電廠風機水泵用高壓變頻器》（DLT 994—2006）及《火電廠高壓變頻器運行與維護規(guī)范》（DLT 1195—2012）中的規(guī)定外，還應注意選用可靠性高、口碑好的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，裝置內(nèi)部主要元器件包括主控板、IGBT、電容等應選用進口名牌產(chǎn)品。

2）變頻器安裝時應以就近原則，盡可能縮短與電機之間的電纜長度；當電纜長度超過100m時，應充分考慮電纜電容的影響。

3）加強變頻器濾網(wǎng)、變頻器室空調(diào)濾網(wǎng)清潔度的檢查，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)臟污及時清理。

4）每班檢查變頻器室空調(diào)的工作情況，檢查空調(diào)電源箱內(nèi)接線有無發(fā)熱現(xiàn)象，加強變頻器冷卻風機的檢查，檢查變頻器內(nèi)部有無異音，如有異常應立即處理。

5）數(shù)據(jù)記錄：運行人員應每班檢查記錄變頻器及電機的運行參數(shù)并與正常數(shù)據(jù)對照比較，發(fā)現(xiàn)異常應及時處理，其中變頻器室內(nèi)溫、濕度超限應遠傳報警。

6）夏季多雨季節(jié)，應做好降雨時的巡回檢查，檢查變頻器室內(nèi)有無滲漏現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)漏點應立即對變頻器采取遮擋措施并聯(lián)系處理，防止雨水進入變頻器內(nèi)部。停運期間，室內(nèi)外溫差較大時應注意檢查變頻器有無凝露情況。

7）高壓變頻器運行中進行升、降頻調(diào)節(jié)時要注意控制單位時間調(diào)整步長在裝置許可范圍內(nèi)。變頻器停運時應按照先降低變頻器輸出頻率至最小再延時斷開進線斷路器的順序進行操作，禁止直接在運行狀態(tài)拉開進線斷路器進行停運操作（故障處理除外）。

8）進行變頻器啟動操作時，應確保能夠隨時斷開進線斷路器，防止變頻器單元故障時因保護裝置感受到的故障電流小不動作而導致故障擴大。

9）應提前制定變頻器故障情況下的應急措施，采用切換旁路、聯(lián)啟備用設備、加大同類設備出力等手段，保證機組運行安全。

3　高壓變頻器的維護

1）對變頻器的內(nèi)部邏輯尤其新上變頻器的邏輯要認真進行審查，裝置內(nèi)部定義的輕、重故障動作邏輯要與生產(chǎn)現(xiàn)場要求相一致。對帶有自動旁路的變頻器，檢修時要模擬故障進行旁路切換試驗，保證切換可靠性。

2）變頻器的內(nèi)部參數(shù)設置要納入繼電保護定值管理，嚴格審批、修改流程。

3）變頻器裝置電源應穩(wěn)定可靠，避免與上級電源大功率設備接在同一段母線上，防止因電壓波動造成變頻器跳閘，重要輔機（如一次風機）變頻器電源可以接主廠房UPS電源。變頻器本身UPS裝置應完整可靠，結(jié)合設備停電檢查機會進行UPS裝置斷電切換試驗，確?？煽總溆?。

4）檢修定期工作：高壓變頻器尤其是功率單元柜和變壓器柜在運行中散熱所需通風量較大，導致表面積塵嚴重，應定期清潔除塵。室內(nèi)高壓變頻器進風口濾網(wǎng)應每月清理一次，室外高壓變頻器進風口濾網(wǎng)應每周清理一次，同時根據(jù)濾網(wǎng)檢查情況及運行環(huán)境的變化還應及時調(diào)整濾網(wǎng)清理的周期。

5）日常檢查：變頻器運行參數(shù)全面檢查每周一次，內(nèi)容包括檢查記錄電壓、電流、環(huán)境溫度、變頻器運行中散熱器的溫度、有無異音及異常的振動、風扇運轉(zhuǎn)是否正常、功率單元輸出之間是否平衡等內(nèi)容。

6）變頻器保養(yǎng)：室內(nèi)變頻器應每半年保養(yǎng)一次，室外變頻器應每季度保養(yǎng)一次，同時保養(yǎng)周期還應根據(jù)運行狀況及時調(diào)整。保養(yǎng)內(nèi)容主要有：清掃設備內(nèi)部的積灰、臟物；檢查緊固所有電氣連接；檢查各回路有無放電或發(fā)熱變色痕跡、電阻及電解電容有無異常變化等。保養(yǎng)結(jié)束后，要進行變頻器的低壓上電靜態(tài)調(diào)試及UPS斷電試驗，檢查功率單元及UPS工作情況，必要時進行更換。

7）維護后：檢查有無掉落的導線、螺絲等，防止變頻器因此發(fā)生短路；電氣回路進行過較大改動后，應認真檢查所有電氣連接線，確保連接正確、可靠，防止“反送電”事故的發(fā)生。

8）長時間停用的變頻器啟動前或更換長期備用的功率單元備品時，應先進行預充電。高壓變頻器在不啟動的前提下可整體進行上高壓充電，功率單元備品可直接施加400V低壓電源進行預充電，防止功率單元內(nèi)電容因突然啟動時的充電電流過大而造成損壞。

9）電子元器件建議更換周期如下表所示。

表 建議更換周期表

4　實例分析

1）2014年 7月 17日 11∶30，7#機組負荷279.49MW，A吸風機變頻電流由224A上升到284A。變頻器輕故障信號發(fā)出，電機繞組溫度同時由 64℃上升到13∶02的130℃高Ⅰ值報警。就地實測電機93℃，到7#機A吸風機變頻器室檢查發(fā)現(xiàn)變頻器C6驅(qū)動模塊故障信號發(fā)出，聯(lián)系中調(diào)經(jīng)同意7#機組AGC退出，14∶02時7#機組降負荷A吸風機停運時變頻器發(fā)出重故障報警并跳閘。就地檢查發(fā)現(xiàn)7#爐A吸風機變頻器柜內(nèi)變壓器與C6驅(qū)動模塊之間電源電纜接線鼻已完全燒斷，接線板絕緣卡座受熱碳化變形。

原因分析：電纜接線鼻出廠時壓接不良，長期運行中過流發(fā)熱，引起變頻器輸出電流不平衡，變頻器輕故障發(fā)出，電機繞組線圈受變頻器不平衡輸出電流影響過流發(fā)熱造成繞組溫度升高報警。變頻器柜內(nèi)變壓器與C6驅(qū)動模塊之間電源電纜的接線鼻完全燒斷后，變頻器發(fā)出重故障報警并跳閘。

2）2015年4月2日11∶06，6#機組負荷275MW，A、B、C、D排粉機，A、C、D磨煤機運行，6#爐D磨煤機運行中突然跳閘，B吸風機變頻器故障，電流到零，A吸風機電流急劇上升最高至309A，變頻器電流則為363A。11∶30時6#爐B吸風機變頻器在復位后重新啟動。

原因分析：6#爐 B吸風機變頻器出廠默認啟動方式為正常啟動，在電壓波動低于70%變頻器停止輸出電流，并當電壓波動時間小于1s時無故障信息報出。在磨煤機電機相間短路過程中引起 6kV、400V母線電壓的波動最低下降到額定電壓47%，電壓劇烈波動時長 40ms，已滿足變頻器高壓失電保護動作條件，保護動作后導致變頻器無電流輸出，但此時變頻器處于待機狀態(tài)無故障報警信息輸出。

3）2015年4月2日18∶28，運行人員檢查發(fā)現(xiàn)6#機凝結(jié)水泵變頻變壓器溫度儀無顯示，隔離變柜頂風機運行正常，變頻器運行正常。檢修人員初步檢查各控制電源和風扇電源開關未跳閘，判斷可能溫控儀損壞。4月3日17∶00，利用凝泵定期切換機會，將6#機凝結(jié)水泵變頻器停運檢查發(fā)現(xiàn)溫控儀電源無電，溫控儀接臨時電源檢查正常。

原因分析：因檢查發(fā)現(xiàn)溫控儀電源無電，接臨時電源檢查正常，判斷變頻器自身 UPS裝置已損壞，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該UPS裝置確無電壓輸出。20∶34更換備品UPS裝置后溫控儀顯示恢復正常，變頻器重新投入運行。

5　結(jié)束語

高壓變頻器近幾年發(fā)展態(tài)勢迅猛，國內(nèi)生產(chǎn)制造廠商眾多，但大功率變頻器的安全可靠性仍存在較多問題?？紤]到大功率設備在電廠生產(chǎn)中的重要地位及大功率變頻器的可靠性較差，不建議對3000kW及以上設備進行變頻改造。對于采用100%容量設計，沒有備用手段的設備亦不建議進行變頻改造；同時風機變頻改造出現(xiàn)問題較多，包括葉片斷裂、振動大等，風機變頻改造尤其一次風機變頻改造應慎重。因此在進行高壓變頻器改造前，應對改造后的安全性和經(jīng)濟性進行充分評估論證。

［1］ 哈東萍. 變頻器的工作環(huán)境、常見故障及日常維護保養(yǎng)［J］. 科學時代， 2011（1）： 84-86.

［2］ 馬賢寧， 祁晨， 田美文， 等. 6kV高壓變頻器運行維護實踐［J］. 電力安全技術， 2013（12）： 50-52.

（2015-07-22）