火電廠高壓變頻器故障分析及應(yīng)用探討

楊軍

摘要：變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；故障；分析

現(xiàn)在大型火電廠由于高壓輔機多，廠用電的高低對效益有著重大的影響，所以為降低廠用電都廣泛應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)?；痣姀S應(yīng)用變頻器能實現(xiàn)節(jié)能降耗，同時就要求我們針對變頻器出現(xiàn)的故障及時消除，從而保證機組安全穩(wěn)定的運行。

一、高壓變頻器的廣泛應(yīng)用

火電廠鍋爐引風(fēng)機是鍋爐助燃的主要部分，將鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)靜電除塵器、煙囪排出。火電廠動力鍋爐的輸出功率隨著電功率輸出的大小而改變，鍋爐的煤輸入量與一二次風(fēng)機的送風(fēng)量有一定的比例關(guān)系。引風(fēng)機與一二次風(fēng)機按一定比例聯(lián)合調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)鍋爐的穩(wěn)定燃燒，在穩(wěn)態(tài)情況下，一二次風(fēng)機與引風(fēng)機可達(dá)到動態(tài)平衡。但電網(wǎng)負(fù)荷隨時都在改變，隨著發(fā)電機輸出功率的降低，鍋爐出力也要相應(yīng)調(diào)整，鍋爐的吸風(fēng)量、送風(fēng)量相應(yīng)減少。目前電廠普遍采用常規(guī)的控制方法將風(fēng)機的擋板關(guān)小一些，以節(jié)流達(dá)到減少吸、送風(fēng)量的目的，但這種調(diào)節(jié)方法有一定的缺陷。其一，調(diào)節(jié)動作較遲緩，很難達(dá)到最佳調(diào)節(jié)的目的。其二，擋板調(diào)節(jié)雖能達(dá)到調(diào)節(jié)吸送風(fēng)量的目的，但會產(chǎn)生節(jié)流損耗，隨著擋板開度的減小，風(fēng)機的節(jié)流損耗加劇，大量電能被浪費在擋板上。其三，異步電動機在啟動時啟動電流一般達(dá)到電機額定電流的6～8倍，對電網(wǎng)沖擊較大，同時強大沖擊轉(zhuǎn)矩對電機和風(fēng)機的使用壽命存在很多不利影響。其四，由于轉(zhuǎn)速較高，對電機所驅(qū)動的機械設(shè)備存在較大的磨損。

風(fēng)機、水泵存在一個共同的特點：轉(zhuǎn)速在±20%范圍內(nèi)變化時，風(fēng)機、水泵的效率大致不變，并且流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)風(fēng)機、水泵轉(zhuǎn)速降低以后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，驅(qū)動風(fēng)機、水泵的電動機所需的電功率亦可大大減少，所以調(diào)速調(diào)節(jié)是風(fēng)機和水泵節(jié)能的重要途徑。在泵與風(fēng)機的各種流量的調(diào)節(jié)方式中，節(jié)流調(diào)節(jié)最為簡單，而且也是當(dāng)前各火電廠的主要調(diào)節(jié)方式，但是浪費電力最多。由于變頻調(diào)速在頻率范圍、動態(tài)響應(yīng)、低頻轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差補償、功率因數(shù)、工作效率等方面是以往的交流調(diào)速方式無法比擬的，因此開展變頻調(diào)速節(jié)能勢在必行。

二、變頻器常見故障分析

1、主控制電源故障

變頻器出現(xiàn)主電源故障時，變頻器向DCS報出輕故障信號，在觸摸屏上有相應(yīng)的故障內(nèi)容顯示，同時變頻器的控制電源自動切換到備用控制電源，系統(tǒng)可以正常運行，用戶檢測主控制電源進(jìn)線電壓是否正常，找到主控制電源故障的原因。

2、備用控制電源故障

變頻器正常運行時，控制部分是主控制電源供電，當(dāng)主控制電源出現(xiàn)故障時，變頻器的控制電源自動切換到備用控制電源。但控制系統(tǒng)一直要檢測備用電源是否正常，當(dāng)備用控制電源出現(xiàn)故障時，變頻器向DCS報出輕故障信號，在觸摸屏上顯示備用控制電源故障，系統(tǒng)可以正常運行，用戶應(yīng)檢查備用控制電源故障原因。

3、冷卻風(fēng)扇電源故障

變頻器正常運行時，冷卻風(fēng)扇是由變頻器主變壓器（移相變壓器）的一組輔助輸出電源供電，當(dāng)出現(xiàn)冷卻風(fēng)扇電源故障時，變頻器向DCS報出輕故障信號，在觸摸屏上有相應(yīng)的故障類型顯示，系統(tǒng)可以正常運行，但變頻器內(nèi)模塊或者移相變壓器的溫度會根據(jù)變頻器所帶負(fù)載大小有所上升，若負(fù)載較大時則會逐漸上升直到變頻器內(nèi)的模塊或者移相變壓器報出溫度過高故障。出現(xiàn)冷卻風(fēng)扇電源故障時用戶可以根據(jù)整個系統(tǒng)的情況盡早將變頻器停下或者切換到工頻方式運行檢查冷卻風(fēng)扇電源故障原因。

4、門開關(guān)故障

變頻器的模塊柜和變壓器柜的柜門均裝有位置開關(guān)，用于檢測變頻器正常運行時柜門是否可靠關(guān)上，當(dāng)變頻器出現(xiàn)門開關(guān)故障時，說明柜門被誤打開或者變頻器內(nèi)部的位置開關(guān)有故障，出現(xiàn)門開關(guān)故障時，系統(tǒng)仍能夠正常運行，但用戶應(yīng)盡快檢查柜門是否關(guān)好或者找到合適的時間將變頻器停下或者切換到工頻方式運行以檢查柜門的位置開關(guān)是否有問題。

5、主板與PLC通信故障

變頻器控制柜內(nèi)主控板與PLC通過PPI電纜連接，當(dāng)出現(xiàn)主板與PLC通信故障時，變頻器向DCS報出輕故障信號，在觸摸屏上顯示主板與PLC通信故障，系統(tǒng)能夠正常運行，但觸摸屏內(nèi)容不再刷新，用戶應(yīng)檢查主控板與PLC之間的PPI電纜是否連接可靠。

6、高壓掉電

變頻器正常運行時，電氣部分對用戶的6KV狀態(tài)是通過6KV開關(guān)的輔助觸點進(jìn)行檢測的，當(dāng)變頻器檢測到輔助觸點斷開，變頻器向DCS報出重故障信號，在觸摸屏上顯示高壓掉電，系統(tǒng)停止運行。

7、系統(tǒng)過流

變頻器的輸入、輸出均有電流檢測，正常情況下，變頻器的過流保護(hù)值是變頻器額定電流的1.5倍，當(dāng)輸入、輸出電流有效值超過過流保護(hù)點時，變頻器向DCS報出重故障信號，在觸摸屏上有相應(yīng)的故障內(nèi)容顯示，同時給出跳高壓開關(guān)信號，系統(tǒng)停止運行。

8、系統(tǒng)過載

變頻器的過載保護(hù)值是電機額定電流的1.2倍，并且持續(xù)1分鐘，當(dāng)電機電流超過過載保護(hù)點時，變頻器按照電機額定電流的1.2倍，運行1分鐘的反時限計時保護(hù)，變頻器向DCS報出重故障信號，在觸摸屏上有相應(yīng)的故障內(nèi)容顯示，同時給出跳高壓開關(guān)信號，系統(tǒng)停止運行。

9、通信故障

變頻器的控制部分和高壓部分的信號傳輸是通過光纖進(jìn)行，包括上行光纖和下行光纖，正常運行時，如果上行光纖、下行光纖或兩端的發(fā)送和接受部分有故障時，變頻器向DCS報出重故障信號，在觸摸屏上有相應(yīng)的故障顯示，同時給出跳高壓開關(guān)信號，系統(tǒng)停止運行。

四、結(jié)束語

峰谷差較大，調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)重，低負(fù)荷運行時間長，風(fēng)機啟停頻繁，嚴(yán)重影響電動機的使用壽命；引風(fēng)機輸送的介質(zhì)是鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣，風(fēng)機高速運行時，飛灰對風(fēng)機葉片磨損較大；機組低負(fù)荷時如果兩臺風(fēng)機運行裕度較大，一臺風(fēng)機運行出現(xiàn)風(fēng)量不足的問題，實際運行中只能開兩臺風(fēng)機運行，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，浪費電能，所以火電廠進(jìn)行高壓變頻改造是勢在必行的。

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