孫晉志　張馨文

（華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠）

淺議高壓變頻器在火電廠中的運(yùn)行與維護(hù)

孫晉志張馨文

（華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠）

本文簡(jiǎn)單列舉了華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠所采用的高壓變頻器類型，對(duì)高壓變頻器的結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，從運(yùn)行和維護(hù)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(jìn)行了實(shí)例分析。

高壓變頻器；運(yùn)行；維護(hù)；實(shí)例分析

0　引言

華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠共安裝了五種型號(hào)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(tái)、西門子羅賓康NBH一臺(tái)、北京利德華福Harvest一臺(tái)、國(guó)電南自ASD6000S和ASD6000U各兩臺(tái)。

1　高壓變頻器結(jié)構(gòu)與原理

高壓變頻器以改變電機(jī)輸入電源頻率的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)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(qiáng)迫風(fēng)冷的干式變，一次側(cè)與進(jìn)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(jí)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(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。任一功率單元發(fā)生故障無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，該單元及其相應(yīng)的兩相單元將自動(dòng)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(guān)量及模擬量的輸入輸出、控制信號(hào)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(jī)界面等部分，主要完成變頻器輸入輸出信號(hào)的控制、外部故障的檢測(cè)、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(yùn)行

1）高壓變頻器選用時(shí)除應(yīng)滿足《火電廠風(fēng)機(jī)水泵用高壓變頻器》（DLT 994—2006）及《火電廠高壓變頻器運(yùn)行與維護(hù)規(guī)范》（DLT 1195—2012）中的規(guī)定外，還應(yīng)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(yīng)選用進(jìn)口名牌產(chǎn)品。

2）變頻器安裝時(shí)應(yīng)以就近原則，盡可能縮短與電機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度；當(dāng)電纜長(zhǎng)度超過(guò)100m時(shí)，應(yīng)充分考慮電纜電容的影響。

3）加強(qiáng)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(shí)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(wú)發(fā)熱現(xiàn)象，加強(qiáng)變頻器冷卻風(fēng)機(jī)的檢查，檢查變頻器內(nèi)部有無(wú)異音，如有異常應(yīng)立即處理。

5）數(shù)據(jù)記錄：運(yùn)行人員應(yīng)每班檢查記錄變頻器及電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)并與正常數(shù)據(jù)對(duì)照比較，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)處理，其中變頻器室內(nèi)溫、濕度超限應(yīng)遠(yuǎn)傳報(bào)警。

6）夏季多雨季節(jié)，應(yīng)做好降雨時(shí)的巡回檢查，檢查變頻器室內(nèi)有無(wú)滲漏現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)應(yīng)立即對(duì)變頻器采取遮擋措施并聯(lián)系處理，防止雨水進(jìn)入變頻器內(nèi)部。停運(yùn)期間，室內(nèi)外溫差較大時(shí)應(yīng)注意檢查變頻器有無(wú)凝露情況。

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

8）進(jìn)行變頻器啟動(dòng)操作時(shí)，應(yīng)確保能夠隨時(shí)斷開進(jìn)線斷路器，防止變頻器單元故障時(shí)因保護(hù)裝置感受到的故障電流小不動(dòng)作而導(dǎo)致故障擴(kuò)大。

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

3　高壓變頻器的維護(hù)

1）對(duì)變頻器的內(nèi)部邏輯尤其新上變頻器的邏輯要認(rèn)真進(jìn)行審查，裝置內(nèi)部定義的輕、重故障動(dòng)作邏輯要與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)要求相一致。對(duì)帶有自動(dòng)旁路的變頻器，檢修時(shí)要模擬故障進(jìn)行旁路切換試驗(yàn)，保證切換可靠性。

2）變頻器的內(nèi)部參數(shù)設(shè)置要納入繼電保護(hù)定值管理，嚴(yán)格審批、修改流程。

3）變頻器裝置電源應(yīng)穩(wěn)定可靠，避免與上級(jí)電源大功率設(shè)備接在同一段母線上，防止因電壓波動(dòng)造成變頻器跳閘，重要輔機(jī)（如一次風(fēng)機(jī)）變頻器電源可以接主廠房UPS電源。變頻器本身UPS裝置應(yīng)完整可靠，結(jié)合設(shè)備停電檢查機(jī)會(huì)進(jìn)行UPS裝置斷電切換試驗(yàn)，確保可靠備用。

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(yùn)行中散熱所需通風(fēng)量較大，導(dǎo)致表面積塵嚴(yán)重，應(yīng)定期清潔除塵。室內(nèi)高壓變頻器進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng)應(yīng)每月清理一次，室外高壓變頻器進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng)應(yīng)每周清理一次，同時(shí)根據(jù)濾網(wǎng)檢查情況及運(yùn)行環(huán)境的變化還應(yīng)及時(shí)調(diào)整濾網(wǎng)清理的周期。

5）日常檢查：變頻器運(yùn)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(yùn)行中散熱器的溫度、有無(wú)異音及異常的振動(dòng)、風(fēng)扇運(yùn)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(yīng)每半年保養(yǎng)一次，室外變頻器應(yīng)每季度保養(yǎng)一次，同時(shí)保養(yǎng)周期還應(yīng)根據(jù)運(yùn)行狀況及時(shí)調(diào)整。保養(yǎng)內(nèi)容主要有：清掃設(shè)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(wú)放電或發(fā)熱變色痕跡、電阻及電解電容有無(wú)異常變化等。保養(yǎng)結(jié)束后，要進(jìn)行變頻器的低壓上電靜態(tài)調(diào)試及UPS斷電試驗(yàn)，檢查功率單元及UPS工作情況，必要時(shí)進(jìn)行更換。

7）維護(hù)后：檢查有無(wú)掉落的導(dǎo)線、螺絲等，防止變頻器因此發(fā)生短路；電氣回路進(jìn)行過(guò)較大改動(dòng)后，應(yīng)認(rèn)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(zhǎng)時(shí)間停用的變頻器啟動(dòng)前或更換長(zhǎng)期備用的功率單元備品時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行預(yù)充電。高壓變頻器在不啟動(dòng)的前提下可整體進(jìn)行上高壓充電，功率單元備品可直接施加400V低壓電源進(jìn)行預(yù)充電，防止功率單元內(nèi)電容因突然啟動(dòng)時(shí)的充電電流過(guò)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(shí)例分析

1）2014年 7月 17日 11∶30，7#機(jī)組負(fù)荷279.49MW，A吸風(fēng)機(jī)變頻電流由224A上升到284A。變頻器輕故障信號(hào)發(fā)出，電機(jī)繞組溫度同時(shí)由 64℃上升到13∶02的130℃高Ⅰ值報(bào)警。就地實(shí)測(cè)電機(jī)93℃，到7#機(jī)A吸風(fēng)機(jī)變頻器室檢查發(fā)現(xiàn)變頻器C6驅(qū)動(dòng)模塊故障信號(hào)發(fā)出，聯(lián)系中調(diào)經(jīng)同意7#機(jī)組AGC退出，14∶02時(shí)7#機(jī)組降負(fù)荷A吸風(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí)變頻器發(fā)出重故障報(bào)警并跳閘。就地檢查發(fā)現(xiàn)7#爐A吸風(fēng)機(jī)變頻器柜內(nèi)變壓器與C6驅(qū)動(dòng)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(shí)壓接不良，長(zhǎng)期運(yùn)行中過(guò)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(jī)繞組線圈受變頻器不平衡輸出電流影響過(guò)流發(fā)熱造成繞組溫度升高報(bào)警。變頻器柜內(nèi)變壓器與C6驅(qū)動(dòng)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(bào)警并跳閘。

2）2015年4月2日11∶06，6#機(jī)組負(fù)荷275MW，A、B、C、D排粉機(jī)，A、C、D磨煤機(jī)運(yùn)行，6#爐D磨煤機(jī)運(yùn)行中突然跳閘，B吸風(fēng)機(jī)變頻器故障，電流到零，A吸風(fēng)機(jī)電流急劇上升最高至309A，變頻器電流則為363A。11∶30時(shí)6#爐B吸風(fēng)機(jī)變頻器在復(fù)位后重新啟動(dòng)。

原因分析：6#爐 B吸風(fēng)機(jī)變頻器出廠默認(rèn)啟動(dòng)方式為正常啟動(dòng)，在電壓波動(dòng)低于70%變頻器停止輸出電流，并當(dāng)電壓波動(dòng)時(shí)間小于1s時(shí)無(wú)故障信息報(bào)出。在磨煤機(jī)電機(jī)相間短路過(guò)程中引起 6kV、400V母線電壓的波動(dòng)最低下降到額定電壓47%，電壓劇烈波動(dòng)時(shí)長(zhǎng) 40ms，已滿足變頻器高壓失電保護(hù)動(dòng)作條件，保護(hù)動(dòng)作后導(dǎo)致變頻器無(wú)電流輸出，但此時(shí)變頻器處于待機(jī)狀態(tài)無(wú)故障報(bào)警信息輸出。

3）2015年4月2日18∶28，運(yùn)行人員檢查發(fā)現(xiàn)6#機(jī)凝結(jié)水泵變頻變壓器溫度儀無(wú)顯示，隔離變柜頂風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，變頻器運(yùn)行正常。檢修人員初步檢查各控制電源和風(fēng)扇電源開關(guān)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(jī)會(huì)，將6#機(jī)凝結(jié)水泵變頻器停運(yùn)檢查發(fā)現(xiàn)溫控儀電源無(wú)電，溫控儀接臨時(shí)電源檢查正常。

原因分析：因檢查發(fā)現(xiàn)溫控儀電源無(wú)電，接臨時(shí)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(wú)電壓輸出。20∶34更換備品UPS裝置后溫控儀顯示恢復(fù)正常，變頻器重新投入運(yùn)行。

5　結(jié)束語(yǔ)

高壓變頻器近幾年發(fā)展態(tài)勢(shì)迅猛，國(guó)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(wèn)題。考慮到大功率設(shè)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(duì)3000kW及以上設(shè)備進(jìn)行變頻改造。對(duì)于采用100%容量設(shè)計(jì)，沒(méi)有備用手段的設(shè)備亦不建議進(jìn)行變頻改造；同時(shí)風(fēng)機(jī)變頻改造出現(xiàn)問(wèn)題較多，包括葉片斷裂、振動(dòng)大等，風(fēng)機(jī)變頻改造尤其一次風(fēng)機(jī)變頻改造應(yīng)慎重。因此在進(jìn)行高壓變頻器改造前，應(yīng)對(duì)改造后的安全性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行充分評(píng)估論證。

［1］ 哈東萍. 變頻器的工作環(huán)境、常見(jiàn)故障及日常維護(hù)保養(yǎng)［J］. 科學(xué)時(shí)代， 2011（1）： 84-86.

［2］ 馬賢寧， 祁晨， 田美文， 等. 6kV高壓變頻器運(yùn)行維護(hù)實(shí)踐［J］. 電力安全技術(shù)， 2013（12）： 50-52.

（2015-07-22）