張佳音

摘 要： 介紹了發(fā)電廠一次風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵等輔機(jī)設(shè)備高壓變頻器系統(tǒng)幾種故障分析及處理。通過(guò)高壓變頻器的工作原理對(duì)變頻器的故障現(xiàn)象、故障原因及處理措施的描述，總結(jié)異步電動(dòng)機(jī)變頻器故障處理經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提高變頻器長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，有效發(fā)揮其節(jié)能作用。

關(guān)鍵詞： 高壓變頻器;故障分析;故障處理;防范措施

一次風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵等轉(zhuǎn)機(jī)是火力發(fā)電廠重要的輔機(jī)設(shè)備，其運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響著機(jī)組的安全及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。目前無(wú)論家用還是工業(yè)用調(diào)速傳動(dòng)裝置，都可使用變頻器傳動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中風(fēng)機(jī)和泵類機(jī)械的節(jié)能效果最為顯著。故在火力發(fā)電機(jī)組中高壓變頻器得到了廣泛的應(yīng)用。但由于多數(shù)火力發(fā)電廠運(yùn)行年數(shù)較多，變頻器運(yùn)行時(shí)間多數(shù)已超過(guò)了10年以上，因元件老化及特殊運(yùn)行工況下，變頻器故障頻繁發(fā)生，給機(jī)組的長(zhǎng)周期及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)了隱患。所以準(zhǔn)確地排除故障，保證高壓變頻器穩(wěn)定運(yùn)行是目前火力發(fā)電廠電氣專業(yè)需要研究的重要問(wèn)題之一。

1 變頻器節(jié)能原理

火力發(fā)電廠為了維持正常運(yùn)行，設(shè)置了各類水泵及風(fēng)機(jī)設(shè)備，廠用能耗主要來(lái)自這些轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，由于容量設(shè)計(jì)和工作條件的原因，多水泵、風(fēng)機(jī)類負(fù)載都存在不同程度的電能浪費(fèi)，在煤炭?jī)r(jià)格上漲、電網(wǎng)負(fù)荷空間狹小的今天，節(jié)約能源已經(jīng)是發(fā)電企業(yè)經(jīng)營(yíng)發(fā)展的重中之重。

傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、水泵流量的設(shè)計(jì)均以運(yùn)行最大需求來(lái)設(shè)計(jì)，但在實(shí)際使用中，由于生產(chǎn)需要、季節(jié)溫度變化等原因，往往比設(shè)計(jì)流量小的多。通常情況下其流量的調(diào)整基本都采用調(diào)整閥門或檔板的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種控制方法實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變管網(wǎng)阻力大小來(lái)改變流量，當(dāng)所需流量減少時(shí)，過(guò)剩的風(fēng)機(jī)、水泵功率將導(dǎo)致壓力增加造成很大的能量損耗。

由流體力學(xué)原理可知：流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的開(kāi)平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的開(kāi)三次方成正比。故變頻器可在保持閥門、擋板開(kāi)度不變的前提下，通過(guò)改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，實(shí)質(zhì)就是通過(guò)減少流體動(dòng)力來(lái)節(jié)省電能。采用變頻控制方式可從根本上消除風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備在不同工作條件下出現(xiàn)動(dòng)力浪費(fèi)的現(xiàn)象及擋板、閥門調(diào)節(jié)時(shí)產(chǎn)生的阻力，使風(fēng)機(jī)、水泵運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)。

2 變頻器系統(tǒng)組成

某發(fā)電廠一次風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵高壓變頻器主體結(jié)構(gòu)包括旁路柜、變壓器柜、模塊柜、控制柜。

2.1旁路柜

可在故障情況下執(zhí)行工頻旁路運(yùn)行功能，輸入高壓電源線從該柜進(jìn)入變壓器柜，到電機(jī)的輸出電源線也從該柜引出，凝結(jié)水泵變頻器未設(shè)計(jì)旁路柜，電源線直接進(jìn)入變頻器柜。

2.2 變壓器柜

裝有移相變壓器，原邊繞組為高壓直接輸入，副邊繞組為各個(gè)功率模塊提供交流輸入電壓。副邊繞組通過(guò)移相技術(shù)，對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，使電網(wǎng)輸入側(cè)的諧波總量降低到4%以下，滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 模塊柜

內(nèi)部模塊設(shè)計(jì)為三相6個(gè)功率模塊串聯(lián)方式，每相功率模塊輸出串聯(lián)后構(gòu)成逆變主回路，輸出高壓正弦波直接驅(qū)動(dòng)高壓電機(jī)。

2.4 控制柜

裝有變頻器的控制系統(tǒng)，包括主控系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)，用戶I/O端子?？刂乒駷樽冾l器工作的指揮中心，所有通訊、遠(yuǎn)控、保護(hù)、告警等功能均在此盤柜內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

3 變頻器故障現(xiàn)象及原因分析

3.1 霍爾傳感器故障

3.1.1故障現(xiàn)象

某發(fā)電廠3號(hào)爐甲、乙一次風(fēng)機(jī)變頻器均出現(xiàn)了相同現(xiàn)象，即變頻器故障跳閘，自動(dòng)切至工頻運(yùn)行，DCS變頻器故障信號(hào)顯示重故障，變頻器報(bào)文顯示“輸入過(guò)流”。

3.1.2故障原因及處理

（1）檢查故障時(shí)變頻器輸入電流曲線，發(fā)現(xiàn)變頻器輸入采集電流出現(xiàn)了突然增大現(xiàn)象，超過(guò)了變頻器過(guò)流保護(hù)定值，導(dǎo)致過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，造成變頻器重故障跳閘。

（2）檢查6千伏電源開(kāi)關(guān)柜輸出電流曲線，發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)側(cè)電流未發(fā)生突變現(xiàn)象。

（3）變頻器輸入端霍爾傳感器、與6千伏電源開(kāi)關(guān)輸出端電流互感器在一次系統(tǒng)中安裝位置一致，所以無(wú)論在運(yùn)行中或是在故障時(shí)，兩處電流值也應(yīng)一致。故判斷一次系統(tǒng)并未發(fā)生故障，故障原因應(yīng)為霍爾傳感器二次側(cè)輸出故障或變頻器采樣板故障造成，因采樣板出現(xiàn)故障概率相對(duì)較小，且造價(jià)昂貴，故將更換霍爾傳感器作為第一處理方案。

（4）變頻器電源輸入及輸出側(cè)的A、C相各安裝了一支霍爾傳感器，B相電流由軟件計(jì)算得出，更換全部傳感器后投入運(yùn)行，未再發(fā)生此故障。

3.1.3預(yù)防措施

（1）建議對(duì)于高壓變頻器輸入、輸出霍爾傳感器每5年更換一次，并使用由變頻器廠家提供的霍爾傳感器。

（2）定期查看變頻器模擬量采集報(bào)文，發(fā)現(xiàn)有電流突變、擺動(dòng)等情況，及時(shí)停運(yùn)變頻器進(jìn)行處理。

3.2 變頻器主控制板故障

3.2.1故障現(xiàn)象

某發(fā)電廠凝結(jié)水泵變頻器自動(dòng)停機(jī)，工頻備用泵未聯(lián)啟。DCS未發(fā)出變頻器故障信號(hào)，變頻器就地報(bào)文顯示“高壓掉電”。47分鐘后，高壓開(kāi)關(guān)自動(dòng)分閘，無(wú)任何故障告警及操作記錄。

3.2.2故障原因及處理

（1）變頻器停運(yùn)及開(kāi)關(guān)自動(dòng)跳閘原因

查閱DCS曲線，變頻器停運(yùn)前運(yùn)行電流平穩(wěn)，無(wú)突變現(xiàn)象，無(wú)任告警信號(hào)，判斷一次系統(tǒng)正常?！案邏旱綦姟毙盘?hào)取自高壓開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)，檢查高壓開(kāi)關(guān)未跳閘，各輔助接點(diǎn)接觸可靠，判斷開(kāi)關(guān)正常。變頻器發(fā)出“高壓掉電”告警后，延時(shí)3S告警未消失，應(yīng)發(fā)處重故障信號(hào)，同時(shí)跳高壓開(kāi)關(guān)，但實(shí)際并未發(fā)出。變頻器停運(yùn)47分鐘后，變頻器發(fā)出了跳高壓開(kāi)關(guān)指令，使高壓開(kāi)關(guān)分閘。

通過(guò)以上分析確定為變頻器主板故障，誤發(fā)“高壓掉電”及跳高壓開(kāi)關(guān)指令。

（2）備用凝結(jié)水泵未聯(lián)啟原因

凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行時(shí)，備用泵聯(lián)啟條件為：凝結(jié)水泵高壓開(kāi)關(guān)跳閘或變頻器重故障。凝結(jié)水泵變頻器停運(yùn)后并未發(fā)出重故障告警，且在停運(yùn)47分鐘后高壓開(kāi)關(guān)方跳閘，兩個(gè)條件均未滿足，故備用泵未能聯(lián)啟。

（3）對(duì)變頻器主控制板進(jìn)行更換，重新輸入?yún)?shù)，再次投入運(yùn)行后，未再發(fā)生此故障。

3.2.3預(yù)防措施

（1）建議每8年對(duì)變頻器主板進(jìn)行一次升級(jí)或更換。

（2）為確保備用泵可靠聯(lián)啟，在熱工邏輯中增加系統(tǒng)壓力條件，當(dāng)壓力降低到指定數(shù)值后，用三取二方式聯(lián)啟備用泵。

3.3 變頻器因制動(dòng)力作用而啟動(dòng)失敗

3.3.1故障現(xiàn)象

某發(fā)電廠因空氣預(yù)熱器故障導(dǎo)致半側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)停運(yùn)，故障處理后進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)。變頻啟動(dòng)甲一次風(fēng)機(jī)時(shí)，變頻器報(bào)重故障，直接切至工頻啟動(dòng)運(yùn)行;同時(shí)風(fēng)機(jī)出口擋板DCS內(nèi)顯示故障;查閱一次風(fēng)機(jī)變頻器報(bào)文，顯示“輸出過(guò)流”。擋板門故障處理結(jié)束后，再次停止一次風(fēng)機(jī)，由工頻切換至變頻運(yùn)行。啟動(dòng)時(shí)同樣出現(xiàn)了“輸出過(guò)流”故障，由變頻切至工頻運(yùn)行。

3.3.2故障原因及處理

（1）第一次啟動(dòng)故障原因

風(fēng)機(jī)出口擋板門關(guān)閉不嚴(yán)，風(fēng)機(jī)停運(yùn)后由于反向風(fēng)力作用，使電機(jī)處于反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)較大的制動(dòng)力，造成變頻器輸出過(guò)流，報(bào)重故障。

（2）第二次啟動(dòng)故障原因

由于工頻切換變頻操作過(guò)程較快，風(fēng)機(jī)因慣性作用未完全停止，處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，約5HZ頻率。在變頻器啟動(dòng)時(shí)，輸出頻率設(shè)置為0HZ逐步提升至給定頻率 10HZ，電機(jī)實(shí)際頻率與變頻器初始頻率不一致，出現(xiàn)了較大的制動(dòng)力，造成變頻器輸出過(guò)流，報(bào)重故障。

為驗(yàn)證以上結(jié)論，進(jìn)行第三次切換啟動(dòng)，條件為：將風(fēng)機(jī)人為制動(dòng)到0轉(zhuǎn)速后，用變頻器啟動(dòng)，風(fēng)機(jī)可正常啟動(dòng)。

3.3.3預(yù)防措施

（1）一次風(fēng)機(jī)變頻器啟動(dòng)前，應(yīng)就地檢查風(fēng)機(jī)是否處于靜止?fàn)顟B(tài)，如有正向或反向旋轉(zhuǎn)情況，需查明原因，并對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)后再啟動(dòng)。

（2）對(duì)變頻器啟動(dòng)邏輯進(jìn)行修改，分為三次啟動(dòng)，前兩次啟動(dòng)為瞬啟-瞬停，用作風(fēng)機(jī)的制動(dòng)，使風(fēng)機(jī)趨近于零轉(zhuǎn)速，第三次啟動(dòng)為變頻器的正式啟動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，高壓變頻器出現(xiàn)故障的頻率在逐年升高，主要原因是變頻器使用年限過(guò)長(zhǎng)，主板、采樣板、功率模塊、霍爾傳感器等主要元件出現(xiàn)老化現(xiàn)象，在日常運(yùn)行及維護(hù)中很難對(duì)以上元件的完好程度進(jìn)行判斷。且因各元件的老化及特殊運(yùn)行條件的出現(xiàn)，導(dǎo)致故障現(xiàn)象更為多樣化，增大了在發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行判斷的難度。目前高壓變頻器各元件價(jià)格昂貴，對(duì)于多數(shù)企業(yè)來(lái)說(shuō)，很難一次性進(jìn)行更新。所以在日常的運(yùn)行維護(hù)中，除了做好定期清掃、檢查外，還要根據(jù)各類元件發(fā)生故障的頻率和類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，合理的安排更換時(shí)機(jī)。

參考文獻(xiàn)

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