火電廠高壓變頻器常見故障及處理措施

摘 要：火電廠機組的高效運行，高壓變頻器發(fā)揮著重要作用。作為火電廠的常用設(shè)備，高壓變頻器可以實現(xiàn)對火電廠運行能耗的有效控制，達到節(jié)能降耗的效果。但由于火電廠運行環(huán)境的特殊性，再加之檢修不及時，高壓變頻器易發(fā)生故障，影響火電廠機組的穩(wěn)定運行。因此文中從高壓變頻器工作原理和應(yīng)用優(yōu)勢入手，分析了火電廠對高壓變頻器的配置要求，并進一步闡述了火電廠高壓變頻器常見故障及處理措施。

關(guān)鍵詞：火電廠；高壓變頻器；配置；故障；處理

高壓變頻器作為火力發(fā)電廠的重要設(shè)備，對電廠運行設(shè)備穩(wěn)定性和安全性具有較好的提升作用。在實際運行過程中，高壓變頻器根據(jù)機組運行負荷要求，向電動機提供變頻電源，改變電機轉(zhuǎn)速，有利于降低設(shè)備能耗，提升電廠節(jié)能運行的整體水平。特別是將高壓變頻器在風(fēng)機和水泵中應(yīng)用，可以起到減阻降耗及衡功減荷的作用。為了保證變頻器穩(wěn)定的運行，需要加強對高壓變頻器常見故障的分析，并采取有效的措施進行處理，為火電廠高效運行打下堅實的基礎(chǔ)。

一、高壓變頻器工作原理及應(yīng)用優(yōu)勢

（一）高壓變頻器工作原理

變頻器可以將工頻電源轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌l率的電源，高壓變頻器具體組成部分以移相變壓器、功率單元及控制單元等為主。移相變壓器為變頻器每個功率單元供電，功率單元作為小型的低壓變頻器，可以光纖信號接收，對單相脈沖電流波形的輸出進行調(diào)節(jié)，并在輸出過程中應(yīng)用疊波技術(shù)，控制高壓變頻器輸出電壓中的諧波含量，有效提升變頻器的輸出性能?？刂茊卧M成相對復(fù)雜，在運行過程中，借助光纖板各功率單元傳遞數(shù)據(jù)信號，功率單元接收信號后進行相應(yīng)動作指令，出現(xiàn)故障后將故障代碼傳遞給光纖板。通過信號板進行變頻器電壓和電流信號的采集，采集的信號通過隔離和濾波處理后再進行轉(zhuǎn)換，為變頻器控制和保護提供信號。主控板控制電機會借助單片機實現(xiàn)，并通過相應(yīng)的通訊口與工控機進行數(shù)據(jù)交換，更好地反映出變頻器的狀態(tài)參數(shù)。工控機承擔(dān)著數(shù)據(jù)、信息處理和外部通信聯(lián)系等任務(wù)，還能夠?qū)﹄姍C進行過載和過流保護，為用戶提供監(jiān)控界面?？刂茊卧械腜LC主要承擔(dān)著變頻器內(nèi)開關(guān)信號和現(xiàn)場操作信號的處理工作[1]。

（二）高壓變頻器應(yīng)用優(yōu)勢

高壓變頻器在火電廠中應(yīng)用，在節(jié)能降耗、保護設(shè)備及提高運行自動化水平等方面發(fā)揮著重要的作用。在實際電廠機組低負荷下運行過程中，存在部分有功功率消耗的問題，借助變頻器在降低電動機轉(zhuǎn)速的同時，還能夠滿足實際運行需求，有效控制功率消耗。而且火電廠機組設(shè)備存在購置價格及維護費用高的問題，為了延長機組設(shè)備使用壽命，實現(xiàn)對火電廠生產(chǎn)成本的有效控制，應(yīng)借助變頻器實現(xiàn)對設(shè)備的有效保護。特別是在設(shè)備啟動過程中，應(yīng)用變頻器可以保證設(shè)備啟動時壓力的平穩(wěn)性，減少電機受到的沖擊。機組低負荷運行狀態(tài)下，變頻器隨著負荷變化對設(shè)備轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，不僅能夠減少設(shè)備磨損，還有利于延長設(shè)備使用壽命。高壓變頻器運行過程中，可以實現(xiàn)對輸出頻率的靈活調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍相對較寬，對外接口支持遠程控制，這也使變頻調(diào)速的動態(tài)響應(yīng)、智能控制和便捷通信等功能更為完善，自動化水平大幅度提升。而且高壓變頻器的應(yīng)用，電機實現(xiàn)了軟啟動，啟運過程中對電網(wǎng)的沖擊較小，有利于保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

二、火電廠對高壓變頻器的配置要求

（一）變頻器容量富余度要求

由于變頻器傳給電機的是脈沖電流，工作時脈沖數(shù)值大于供電電流。火電廠選擇變頻器時，在確定變頻器容量時應(yīng)考慮變頻器的額定電流，同時還需要留有適量的余量空間。這也需要在實際運行時，宜根據(jù)工作最大電流確定變頻器容量富余度。

（二）高壓變頻器系統(tǒng)設(shè)備要求

1.變頻器運行過程檢測

火電廠高壓變頻器在長時間運行狀態(tài)下易發(fā)生故障，日常工作中應(yīng)加強對設(shè)備巡視檢查工作的重視，保證高壓變頻器運行的穩(wěn)定性和安全性。而且不同變頻器運行功能各異，運轉(zhuǎn)過程中免不了會產(chǎn)生振動，需要工作人員對各臺設(shè)備的振動頻率應(yīng)加強關(guān)注，特別是發(fā)電機出現(xiàn)低頻振動和較大噪聲時，需要檢查設(shè)備運行狀況，確保設(shè)備運行的安全性和穩(wěn)定性。

2.高壓變頻器的平時保養(yǎng)和檢修問題

火電廠高壓變頻器工作環(huán)境較為苛刻，在長時間運行過程中易發(fā)生故障，特別是日常保養(yǎng)不到位的情況下，一旦高壓變頻器出現(xiàn)故障，需要停機檢修，不僅會影響電廠正常運行，還會帶來較大的經(jīng)濟損失。因此火電廠內(nèi)的高壓變頻器，宜間隔一段時間即應(yīng)進行一次徹底保養(yǎng)。具體保養(yǎng)工作開展之前，設(shè)備應(yīng)停車，并認真做好清潔處理，針對設(shè)備各個部分運行情況進行檢查。完成保養(yǎng)后還要檢驗回路電流，符合工作要求后再啟動設(shè)備。

（三）溫度、濕度監(jiān)測要求

火電廠高壓變頻器運行過程中對溫度和濕度要求較高，運行環(huán)境中的溫度和濕度直接關(guān)系到設(shè)備運行效率和使用壽命。由于高壓變頻器內(nèi)部以大功率電子元件為主，對溫度具有較強的敏感性，一般情況下工作環(huán)境溫度應(yīng)保持在0℃～55℃，25℃左右為運行的最佳溫度[2]。一些特定電子元件溫度要求相對較低，可以根據(jù)電子元件允許的最大溫度進行控制。另外，高壓變頻器對工作環(huán)境的干燥性具有相應(yīng)的要求，實際工作中應(yīng)做好工作環(huán)境濕度的控制，避免濕氣過重出現(xiàn)水霧或是凝結(jié)引發(fā)短路觸電危險。因此高壓變頻器運行過程中，在強化對溫濕度控制的同時，還要借助排風(fēng)管道替換室內(nèi)熱氣和濕氣，確保高壓變頻器運行環(huán)境與要求相符。

（四）電源側(cè)開關(guān)柜保護要求

高壓變頻器設(shè)備內(nèi)部的電子元件在低電壓、高電壓、短路和過載的情況下易被燒毀或損壞，將PLC控制系統(tǒng)控制的變頻器故障報警接觸器設(shè)置在電源開關(guān)柜內(nèi)，電源端設(shè)置開關(guān)，保護柜內(nèi)應(yīng)具備熔斷器電路開關(guān)、隔離保護開關(guān)和應(yīng)急使用開關(guān)，實現(xiàn)對過流、過壓、瞬時斷電、短路、欠壓和缺相等的保護。另外，應(yīng)保留原有工頻回路與變頻回路的互鎖控制，選擇快速熔斷器，實現(xiàn)對高壓變頻器的有效保護。

三、高壓變頻器常見故障及處理措施

（一）變頻器過流故障處理

高壓變頻器發(fā)生過流故障時，輸出電流會大于內(nèi)部整定電流值，出現(xiàn)過流故障時，當(dāng)電流和過流時間超過一定范圍，變頻器會發(fā)生跳閘。高壓變頻器發(fā)生過流故障的原因較多，與主控板、模擬接口板檢測回路、霍爾電流傳感器、電機過載、模擬接口板與電流傳感器間接線松動等情況息息相關(guān)。在變頻器檢修過程中，應(yīng)對模數(shù)轉(zhuǎn)換板的粉塵和油污情況進行檢查，定期對模數(shù)轉(zhuǎn)換板進行吹風(fēng)，利用清洗劑擦拭表面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在腐蝕現(xiàn)象時，宜采取相應(yīng)的防腐蝕處理措施。另外，針對具體故障，需要根據(jù)故障現(xiàn)象借助元件替換法排除故障。

（二）外部通信故障處理

火電廠高壓變頻器運行過程中，外部通信故障較為常見，具體以通信報警和通信故障等為主。通信故障發(fā)生時，多是由于通信接口板出現(xiàn)問題，也可能是光纖衰耗及光纖連接頭脫落，當(dāng)變頻器采集板和電源板發(fā)生故障時也會引發(fā)變頻器外部通信故障。針對外部通信故障處理時，一般需要以故障報文為依據(jù)，逐一排查易發(fā)生故障的部位[3]。如某電廠機組凝結(jié)水泵變頻器運行過程中出現(xiàn)跳閘，故障報文表明為通信故障。機組人員進行檢查，確認變頻器回路元件運行狀態(tài)正常后，復(fù)位信號后故障消失，將該機組凝結(jié)水泵變頻器投入試運行，沒有異常情況發(fā)生，但運行十多個小時后再次發(fā)生跳閘，報文仍顯示為通信故障。機組人員通過對變頻器通信接口板、光纖接頭、光纖衰耗值進行檢查，沒有異常情況，故障仍存在。以替換的方法對變頻器采集板和工控機進行更換，故障仍沒排除。檢修人員接通變頻器控制電源，電源板指示燈閃爍，斷開電源重新上電后指示燈不亮，依此判斷為電源板故障，將新的電源板更換后，故障消失，機組凝結(jié)水泵投入運行后，一切正常。導(dǎo)致這種故障的主要原因是機組凝結(jié)水泵變頻器長時間帶電運行，電源板元件出現(xiàn)老化引發(fā)故障。針對這種情況，日常維護工作中宜根據(jù)裝置電源運行時間及時進行更換，并保證冷卻風(fēng)機正常運行，這樣電源板元器件不會因為過熱出現(xiàn)損壞的問題。

（三）功率單元過電壓和欠電壓故障處理

功率單元故障是高壓變頻器運行中最常見的故障，特別是熔斷器、單元控制板及光纖等故障經(jīng)常發(fā)生。功率單元過電壓產(chǎn)生的原因主要是由于電網(wǎng)側(cè)電壓過高，功率單元、主控箱光線板及CPU等故障也會引發(fā)過電壓故障。熔斷器故障發(fā)生時，可以根據(jù)人機界面顯示的故障信息對故障進行查找，及時更換故障熔斷器即可[4]。功率單元控制板作為功率單元通信和控制的重要設(shè)備，在日常運行過程中，當(dāng)控制板存在過多粉塵時，會對元件散熱性能帶來影響，在環(huán)境濕度較大的情況下，元器件管腳還會被腐蝕，造成控制板損壞。針對這種情況，需要針對變頻器功率單元解體后進行清掃，清理干凈后再回裝，有效降低單元控制板故障。光纖故障需要針對光纖、熔斷器和光纖板開展排查，并對損壞的部件及時進行更換。功率單元欠電壓故障與電網(wǎng)側(cè)電壓偏低、功率單元控制板故障、輸入側(cè)整流回路故障及電網(wǎng)斷電等具有直接關(guān)系，因此在日常運行過程中，應(yīng)針對變頻器輸入電壓加大監(jiān)測力度，確保輸入電壓波動在正常范圍內(nèi)。另外，針對電源輸入側(cè)線路接線情況開展重點檢查，一旦有松動宜做好緊固處理，并利用示波器對三相輸入電壓進行測試，檢查電源波形是否正常。

（四）變頻器過熱故障處理

借助溫度開關(guān)對變頻器運行溫度進行監(jiān)控，一旦運行溫度超出設(shè)定值，變頻器會發(fā)生報警，當(dāng)變頻器超溫運行超出一定時間時，變頻器會發(fā)出超溫信號，引發(fā)變頻器跳閘故障。變頻器出現(xiàn)過熱情況時，主要表現(xiàn)為兩種情況，即輕度過熱和重度過熱。當(dāng)冷風(fēng)機出現(xiàn)故障，進風(fēng)口和出風(fēng)口不通暢，設(shè)備出現(xiàn)過載情況，溫控儀故障及運行環(huán)境溫度高等也會引發(fā)輕度過熱問題。針對變頻器輕度過熱故障，處理時應(yīng)檢查變壓器進風(fēng)口堵塞情況，并做好疏通工作。同時還要對冷風(fēng)機參數(shù)、變壓器繞組接觸及設(shè)備過載運行等情況進行檢查，及時對異常情況進行處理，使變頻器保持穩(wěn)定的運行溫度。當(dāng)運行環(huán)境溫度過高或是冷卻風(fēng)機及溫度控制儀等故障都會引發(fā)變頻器重度過熱。在日常運行過程中，應(yīng)控制變頻器運行環(huán)境溫度，并針對變頻器小間室內(nèi)的通風(fēng)情況進行定期檢查，定期對濾網(wǎng)進行清理，針對功率柜進風(fēng)口風(fēng)量開展檢查，條件允許的情況下可以安裝風(fēng)扇或是空調(diào)。另外，還要做好冷卻風(fēng)機、變頻器接線、絕緣的檢查工作，針對異常情況及時處理，并定期更換變形和老化的絕緣片及絕緣柱，做好緊固工作。

（五）變頻器啟動即跳閘故障處理

火電廠變頻器運行過程中，當(dāng)電機回路出現(xiàn)短路和缺相，功率單元局部存在短路及驅(qū)動板故障，或是主控板輸出信號不良，這些問題都會導(dǎo)致變頻器啟動即出現(xiàn)跳閘故障。針對故障處理過程中，應(yīng)對電機是否正常運行進行檢查，明確是否存在短路和缺相等問題，特別要檢查工頻電流，確保其處于正常范圍內(nèi)[5]。還要針對電纜和輸出電壓互感器的絕緣及接線柜輸出螺栓松動和燒斷等情況進行認真檢查，并根據(jù)實際檢查結(jié)果，及時更換故障元件或?qū)ο嚓P(guān)部件進行緊固處理。功率單元存在的局部短路或是驅(qū)動板故障，應(yīng)檢查功率單元報警模塊，當(dāng)對模塊進行更換后，故障仍沒有排除時，宜進一步排查故障單元。具體操作時，將高壓電源斷開，采取有效防護措施拆開功率單元三相輸出銅排，再接通高壓電，利用萬用表對某功率單元的輸出電壓值進行測試，再針對其他功率單元輸出電壓值逐一開展測試，找出輸出電壓值異常的功率單元，明確故障點，再根據(jù)故障點問題采取相應(yīng)的處理措施。

結(jié)束語

高壓變頻器是火電廠機組中較為重要的設(shè)備之一，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且電子元件較多，在實際運行過程中，受制于火電廠運行環(huán)境的影響，高壓變頻器易發(fā)生故障，且故障類型多種多樣，一旦無法及時判斷和處理故障，必然會對設(shè)備的正常運行帶來較大的影響。但高壓變頻器大部分故障產(chǎn)生原因具有多樣性，應(yīng)與實際情況相結(jié)合，從多個層面進行排查。日常電廠運行過程中，還要加強對高壓變頻器維護和檢修工作的重視，針對易發(fā)生故障部位應(yīng)重點進行排查，定期更換易損部件，并對設(shè)備元件上的灰塵進行清理，實時關(guān)注變頻器運行工況，排除隱患，有效降低高壓變頻器故障發(fā)生率，為高壓變頻器的正常運行打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

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