淮陰三站提高高壓變頻器運(yùn)行可靠性研究

(江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223001)

1 工程概述

淮陰三站工程位于江蘇省淮安市清江浦區(qū)和平鎮(zhèn)境內(nèi)，與淮陰一站并列布置，與淮陰一站、淮陰二站、洪澤站共同組成南水北調(diào)東線第三梯級(jí)，具有向北調(diào)水、改善水環(huán)境、提高航運(yùn)保證率等功能。淮陰三站設(shè)計(jì)流量為100m3/s，安裝4臺(tái)套178GZ- 4.78變頻調(diào)節(jié)貫流泵，配TBP2200- 48/3000同步電機(jī)，葉輪直徑3.20m, 單機(jī)流量33.40m3/s，功率2200kW，總裝機(jī)容量8800kW?；搓幦矩灹鞅糜呻姍C(jī)直聯(lián)啟動(dòng)，電機(jī)布置在水泵內(nèi)，電機(jī)通過(guò)變頻器和變壓器與50Hz的供電電網(wǎng)相連，同步轉(zhuǎn)速通過(guò)變頻輸出頻率控制，調(diào)整范圍為 0～50Hz，流量通過(guò)控制泵組轉(zhuǎn)速來(lái)控制，由變頻器(VDF) 控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)，合理的結(jié)構(gòu)和有效的控制使機(jī)組緊湊、高效、可靠，安全運(yùn)行。

2 故障分析

淮陰三站是南水北調(diào)東線工程第一個(gè)應(yīng)用變頻技術(shù)的泵站。投入運(yùn)行至今，變頻器故障頻繁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2009年投入使用以來(lái)，損壞的元器件較多，主要元件都是從西門(mén)子公司進(jìn)口，價(jià)格昂貴，給工程的日常維護(hù)帶來(lái)了不菲的費(fèi)用。尤其是近年來(lái)，隨著變頻設(shè)備主要部分元件的老化，故障更是頻繁，主要為單元控制板、光纖接口板、調(diào)制板 、WAG0 電源模塊、控制單元電容、I/O板、行程開(kāi)關(guān)、高壓絕緣監(jiān)測(cè)電阻等設(shè)備。如此高的故障率大大影響了泵站的安全運(yùn)行。

主要原因分析如下：淮陰三站變頻器布置在主廠房負(fù)一層，地面高程在正常下游水面以下，出風(fēng)口靠近河面濕度較大，長(zhǎng)期停機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)元件有潮濕凝露現(xiàn)象；變頻器柜冷卻方式為外循環(huán)風(fēng)冷，冷卻空氣由安裝在變壓器柜頂上的軸流風(fēng)機(jī)從單元柜前門(mén)抽進(jìn)，進(jìn)入變頻器柜，出風(fēng)口在變壓器柜頂上，但由于變頻器柜所處的工作環(huán)境差，抽進(jìn)冷卻空氣的同時(shí)，容易進(jìn)塵；每年調(diào)度運(yùn)行的線路及時(shí)間不確定，須根據(jù)水情及上級(jí)調(diào)度指令來(lái)執(zhí)行，有時(shí)大半年甚至幾年沒(méi)有開(kāi)機(jī)任務(wù)，變頻器長(zhǎng)期處于無(wú)高壓狀態(tài)，導(dǎo)致每次送高壓時(shí)故障頻發(fā)。

3 提高高壓變頻器運(yùn)行可靠性的措施

3.1 變頻器柜內(nèi)安裝加熱器

淮陰三站為南水北調(diào)工程項(xiàng)目，共有4臺(tái)變頻器。因?yàn)槠涮厥庑?，變頻器每年開(kāi)機(jī)時(shí)間較短甚至不開(kāi)機(jī)，變頻器經(jīng)常處于無(wú)高壓狀態(tài)，而現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境潮濕，導(dǎo)致每次送高壓故障頻發(fā)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和變頻器進(jìn)行改造。

2012 年11月，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境潮濕而且變頻器經(jīng)常處于無(wú)高壓狀態(tài)、停機(jī)時(shí)變頻器柜體潮濕、柜內(nèi)功率單元潮濕現(xiàn)象，對(duì)變頻器進(jìn)行改造。主要是給 4 臺(tái)變頻器變壓器柜和變頻器柜各增加1臺(tái)加熱器，以便在變頻器停止時(shí)保持變頻器柜溫度恒定，提高變頻器運(yùn)行的穩(wěn)定性；給風(fēng)機(jī)系統(tǒng)新增1個(gè)繼電器和輸出模塊，在高壓停止時(shí)風(fēng)機(jī)停止工作，避免溫度無(wú)法保持；保存4臺(tái)變頻器原始程序存檔，增加程序控制加熱器和風(fēng)機(jī)的工作。改造后檢查變頻器新增接線和程序后送控制電檢查，4 臺(tái)變頻器 8 個(gè)加熱器正常工作；風(fēng)機(jī)未運(yùn)行，送高壓電后4臺(tái)變頻器的所有風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，加熱器停止工作。停送高壓電后加熱器開(kāi)使工作，10min后風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。與新增控制程序動(dòng)作一致，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，改造后變頻器柜內(nèi)保持溫度恒定，之后每次停機(jī)沒(méi)有潮濕凝露現(xiàn)象，但部分二次設(shè)備接線端子仍然存在銹蝕氧化現(xiàn)象。

3.2 變頻器反送電

淮陰三站每季度按時(shí)開(kāi)展變頻器反送電檢測(cè)工作，通過(guò)對(duì)變頻器反送電，逐步升壓激活變頻器電容，升壓到380V后，觀察變頻器操作界面是否有故障顯示，從而了解變頻器狀況是否良好，經(jīng)逐臺(tái)檢測(cè)四臺(tái)變頻器無(wú)異常，即可對(duì)四臺(tái)變頻器投入高壓電進(jìn)行變頻器試運(yùn)行，確保變頻器運(yùn)行正常。

3.2.1 變頻器反送電前變頻器操作

a. 將變頻器模式由SMC改為OLTM。操作方法：先按 SHIFT 鍵一次，再按右鍵，輸入 2050 后按ENTER鍵兩次。按向上或者向下箭頭找到OLTM 后按ENTER鍵一次。再按 SHIFT后按ENTER，重復(fù)上述步驟2～3次可以退回顯示界面。

b. 斷開(kāi)變頻器輸入電纜和輸出電纜。

c. 檢查電子調(diào)壓器狀態(tài)，確認(rèn)輸入端和輸出端。調(diào)壓器的使能開(kāi)關(guān)應(yīng)該在 OFF 的位置，電位器向逆時(shí)針調(diào)到最小。將調(diào)壓器的輸入接在變頻器的 380V 控制電源的輸出端，接線前應(yīng)斷開(kāi)380V開(kāi)關(guān)。

d. 拆開(kāi)B1單元的中性點(diǎn)。將調(diào)壓器的輸出端接在B1功率單元的輸入端子上(線號(hào)對(duì)應(yīng)為 B1A、B1B、B1C)。

e. 檢查上述步驟無(wú)誤后送變頻器控制電源，待變頻器正常起來(lái)后準(zhǔn)備做反送電試驗(yàn)。

f. 合上調(diào)壓器的輸入開(kāi)關(guān)，使能信號(hào)調(diào)至ON 的位置，用萬(wàn)用表檢測(cè)輸出電壓。緩慢調(diào)節(jié)電位器。將電壓分別調(diào)至75V、150V、220V、300V、380V，升壓過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)單元有任何異常應(yīng)停止升壓。電壓回0后檢查功率單元。若升至 380V 無(wú)異常，變頻器能檢測(cè)到高壓，冷卻風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，觀察鍵盤(pán)有無(wú)故障。若有故障根據(jù)故障記錄更換備件，無(wú)故障降壓斷電后反送電結(jié)束。

3.2.2 變頻器反送電結(jié)束后操作

a. 將變頻器模式由OLTM改為SMC。操作方法：先按 SHIFT 鍵一次，再按右鍵，輸入2050后按ENTER鍵兩次。按向上或者向下箭頭找到SMC后按ENTER鍵一次。再按SHIFT 后按ENTER鍵，重復(fù)上述步驟2～3次可以退回顯示界面。

b. 恢復(fù)B1功率單元中性點(diǎn)接線?；謴?fù)變頻器輸入輸出接線。

4 高壓變頻器預(yù)防性維護(hù)(PMA)

變頻器預(yù)防性維護(hù)(PMA)是提高變頻器可靠性、降低維護(hù)成本和維修費(fèi)用、延長(zhǎng)變頻器使用壽命、減少意外停機(jī)的主要措施。其內(nèi)容是檢查變頻器目前存在的問(wèn)題，對(duì)變頻器進(jìn)行清潔，消除安全運(yùn)行隱患。這些隱患包括變頻器本身可能存在的一些技術(shù)性能的降低、器件老化，以及因設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的原因，可能對(duì)運(yùn)行產(chǎn)生的影響。對(duì)其加以預(yù)防或改進(jìn)，如房間空氣清潔度的改進(jìn)，環(huán)境溫度、濕度的降低改進(jìn)等。PMA的前提是無(wú)故障的可以正常運(yùn)行的設(shè)備，如變頻器存在故障需先對(duì)故障進(jìn)行維修處理后再實(shí)施維護(hù)工作。

預(yù)防性維護(hù)內(nèi)容如下：下載并保存變頻器故障、運(yùn)行、歷史記錄和變頻器參數(shù)及程序，檢查參數(shù)及程序有無(wú)變動(dòng)，程序改動(dòng)的原因及對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響；運(yùn)行環(huán)境的檢查，比如房間通風(fēng)散熱狀況、房間濕度，以及地面是否變形塌陷等，確定有無(wú)影響變頻器運(yùn)行的因素，提出改進(jìn)的意見(jiàn)；咨詢變頻器以往運(yùn)行狀態(tài)，所發(fā)生過(guò)的故障信息及所更換過(guò)的部件，根據(jù)運(yùn)行時(shí)間判斷，對(duì)已經(jīng)老化或達(dá)到預(yù)期壽命的部件建議進(jìn)行更換；確認(rèn)變頻器柜體完好無(wú)變形，柜體沒(méi)有掉漆及碰痕，柜門(mén)開(kāi)關(guān)自如，柜體接地可靠，門(mén)限位開(kāi)關(guān)工作可靠；用吸塵器和抹布對(duì)變壓器及絕緣柱、避雷器、輸入輸出電壓測(cè)量回路等進(jìn)行清潔，檢查變壓器二次側(cè)接線是否緊固，目測(cè)檢查確認(rèn)輸入輸出電纜絕緣；清潔并檢查變壓器風(fēng)機(jī)與單元柜風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，三相阻值均勻，熱保護(hù)和接觸器工作正常，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)無(wú)雜音；檢查并清潔所有開(kāi)關(guān)，接觸器及繼電器等部件接線牢固，表面干凈無(wú)灰塵，所有 I/O 端子確保接線牢固無(wú)松動(dòng)，所有開(kāi)關(guān)、接觸器及繼電器等部件接線牢固，表面干凈無(wú)灰塵；拆下電路板，清潔電路板上的灰塵，用橡皮清潔電路板接口；檢查各電源輸出電壓，確保電壓值在允許的范圍內(nèi)；在VFD正常運(yùn)行時(shí)，斷開(kāi)UPS 輸入，變頻器不受影響；拆下功率單元，清理灰塵，清潔單元控制板； 檢查電容，應(yīng)無(wú)漏液、無(wú)鼓脹現(xiàn)象，安全閥無(wú)冒尖突出；用萬(wàn)用表檢查整流管及IGBT，測(cè)量值應(yīng)均勻一致；功率單元內(nèi)部電容檢測(cè)，任意抽查兩個(gè)功率單元，并測(cè)量電容值，評(píng)估電容壽命情況，是否需要全部或部分更換電容；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，決定是否升級(jí)變頻器控制軟件版本；運(yùn)行變頻器并增減負(fù)荷，用TOOLSUITE 觀察輸出電流轉(zhuǎn)速等波形，如有異常情況，用示波器觀察 SIB 板測(cè)量點(diǎn)輸出電壓、電流并與手冊(cè)上的標(biāo)準(zhǔn)波形比較。

5 結(jié) 語(yǔ)

淮陰三站變頻器安裝位置在主廠房負(fù)一層，濕度較大，容易進(jìn)塵，且泵站機(jī)組運(yùn)行時(shí)間不確定，會(huì)出現(xiàn)諸多故障。本文針對(duì)變頻器日常維護(hù)保養(yǎng)提出了提高變頻器可靠運(yùn)行的措施。目前，淮陰三站變頻器通過(guò)采取以上措施，故障率大大減少。