電廠10 kV高壓變頻器故障分析及改進(jìn)方案

劉志國(guó)

(蘇晉朔州煤矸石發(fā)電有限公司，山西 朔州 036000)

0 引言

某2×660 MW 火力發(fā)電廠，單臺(tái)鍋爐配套2 臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、2 臺(tái)二次風(fēng)機(jī)，采用施耐德ATV1200A 型10 kV 變頻器加鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，以滿(mǎn)足不同工況下的風(fēng)量調(diào)節(jié)兼顧節(jié)能的目的。一次風(fēng)機(jī)電機(jī)額定功率6 300 kW，二次風(fēng)機(jī)電機(jī)額定功率3 800 kW。該電廠兩臺(tái)機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，風(fēng)機(jī)變頻器故障頻發(fā)，維修周期長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)損失大，給機(jī)組帶來(lái)很大的安全隱患。下面對(duì)該電廠變頻器出現(xiàn)故障情況以及相應(yīng)的改造方案和防范措施進(jìn)行分析。

1 單元故障情況

單元故障為變頻器“ 重故障” 的一種形式，功率單元串聯(lián)疊加型變頻器發(fā)生單元故障將直接影響變頻器的輸出，造成變頻器跳閘。單元故障分為多種類(lèi)型，通常報(bào)文為“ 光纖故障” ，現(xiàn)場(chǎng)檢查能發(fā)現(xiàn)不同程度功率單元內(nèi)部整流、逆變回路元件損壞、炸裂現(xiàn)象。造成“ 光纖故障” 的直接原因?yàn)楣β蕟卧绷髂妇€電壓消失，單元控制板供電中斷，與主控箱通信中斷?，F(xiàn)場(chǎng)更換功率單元備件后故障消除。

2 單元故障原因分析

1) 現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)解體檢查5 個(gè)功率單元，全部為IGBT 損壞。從IGBT 炸毀情況來(lái)看，均為同一橋臂兩只IGBT 同時(shí)導(dǎo)通，或無(wú)法正常關(guān)斷導(dǎo)致的直通炸毀。一般可能導(dǎo)致此類(lèi)故障原因?yàn)轵?qū)動(dòng)異常。導(dǎo)致同一橋臂的兩只IGBT 同時(shí)導(dǎo)通的故障因素可能與主控箱的控制模式或控制質(zhì)量有關(guān)。

2) 通過(guò)對(duì)多塊故障功率單元對(duì)比分析，排除一部分驅(qū)動(dòng)異常情況，存在同橋臂下出現(xiàn)一只IGBT 失效或異常導(dǎo)通的可能性。導(dǎo)致IGBT 失效一般為過(guò)壓和過(guò)流兩類(lèi)故障因素，過(guò)壓因素可能為電壓波動(dòng)或諧波影響導(dǎo)致的器件過(guò)壓損壞，也有可能與控制參數(shù)設(shè)置有關(guān)；過(guò)流因素可能為該器件工作負(fù)荷中芯片溫升較高超過(guò)安全工作區(qū)曲線或者負(fù)載過(guò)載、短路等。

3) 由于無(wú)法針對(duì)每塊功率單元運(yùn)行情況進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)功率單元故障存在無(wú)規(guī)律、不確定性，器件個(gè)體差異導(dǎo)致的因素較大，排除功率單元設(shè)計(jì)缺陷。

4) 根據(jù)對(duì)10 kV 母線電壓的監(jiān)視，母線電壓諧波分量在合格范圍內(nèi)，電能質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，排除電網(wǎng)波動(dòng)、諧波干擾因素即供電電源因素造成的功率單元故障情況。

5) 該高壓變頻器主控箱存在低配情況。通過(guò)調(diào)研其他廠該型變頻器的使用情況，該品牌高壓變頻器口碑良好，無(wú)頻繁故障的記錄，結(jié)合該廠變頻器運(yùn)行溫度、灰塵等環(huán)境情況分析，該型號(hào)變頻器生產(chǎn)批次主控箱存在問(wèn)題概率較大，在變頻運(yùn)行中出現(xiàn)控制出錯(cuò)與現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象吻合。該電廠風(fēng)機(jī)變頻器主控箱采用低配版2407 型控制器，屬于2009 年產(chǎn)品，已停止更新，在控制方式、技術(shù)支持、軟硬件兼容性上落后于高配版本28335 型控制器，28335 型主控箱作為新一代控制器廣泛應(yīng)用于各發(fā)電企業(yè)，在性能及可靠性上也優(yōu)于2407 型控制器。

6) 風(fēng)機(jī)變頻器控制模式選擇不當(dāng)。該廠8 臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻器，控制方式均采用矢量控制方式，同類(lèi)型風(fēng)機(jī)變頻器的控制模式多采用VF 控制。以下對(duì)矢量模式與VF 模式進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)比，結(jié)果如表1 所示。

表1 變頻器矢量模式與VF 模式控制模式對(duì)比

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，發(fā)電廠一、二次風(fēng)機(jī)變頻器更適用VF 控制模式。

3 改進(jìn)方案與防范措施

1) 更換變頻器主控箱。將原2407 型主控箱更換為28335 型主控箱，相應(yīng)的二次回路進(jìn)行改造。改造后對(duì)主控箱進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，檢查各系統(tǒng)、參數(shù)均正常。

2) 修改控制模式為VF 控制。修改控制模式后對(duì)變頻器調(diào)速參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)整定啟動(dòng)初始頻率和加、減速時(shí)間)、調(diào)試，使?jié)M足啟動(dòng)條件。

3) 提高檢修人員責(zé)任心。按照點(diǎn)檢定修的原則，落實(shí)設(shè)備責(zé)任制，定期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行檢查、分析、診斷，提出檢修計(jì)劃與檢修方案，避免因維護(hù)不到位造成設(shè)備帶病運(yùn)行或故障。

4) 后期逐步將改進(jìn)方案推廣應(yīng)用到其他設(shè)備上，避免應(yīng)因設(shè)備原因造成機(jī)組停運(yùn)和經(jīng)濟(jì)損失。

4 控制電源故障分析與處理

該電廠一、二次風(fēng)機(jī)變頻器控制電源為一路交流220 V+UPS 供電模式，發(fā)生UPS 輸出故障或電池故障時(shí)造成控制電源掉電，變頻器停機(jī)。UPS裝置長(zhǎng)期運(yùn)行內(nèi)部蓄電池容量會(huì)持續(xù)下降，按照5年周期更換，費(fèi)用較高。根據(jù)充放電試驗(yàn)要求需加強(qiáng)UPS 生命周期監(jiān)測(cè)，維護(hù)工作量大。

基于以上原因，提出雙電源切換改造方案。拆除原有UPS 裝置，從機(jī)組UPS 饋線屏新增一路交流220 V 控制電源與原有控制電源組成雙電源，通過(guò)PC 級(jí)雙電源切換裝置實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換，保證了在一路控制電源丟失后另一路控制電源可靠供電、靜態(tài)、帶載切換試驗(yàn)(雙電源切換時(shí)間在10 ms 左右)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)要求，改造后未再發(fā)生控制電源故障事件。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高壓變頻器的故障分析，證明在選用高壓變頻器的同時(shí)要認(rèn)真論證該系列型號(hào)變頻器的特性、控制模式及參數(shù)的整定，避免由于選型及參數(shù)錯(cuò)誤、設(shè)計(jì)缺陷等造成使用過(guò)程中故障率高，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，在變頻技術(shù)高度發(fā)展的情況下，維護(hù)人員要加強(qiáng)技術(shù)理論儲(chǔ)備以適應(yīng)新形勢(shì)、新技術(shù)下的運(yùn)維理念，為公司的發(fā)展注入活力，為機(jī)組的安全提供保障。