鐘國亮 胡 波 黃春偉

（1.廣州華潤熱電有限公司，廣東 廣州 511455；2.廣州智光電氣股份有限公司，廣東 廣州 510700）

1 概述

某電廠投產(chǎn)以來綜合廠用電率一直偏高，據(jù)統(tǒng)計綜合廠用電率達(dá)8.19%，一定程度上影響到電廠的經(jīng)濟(jì)效益。為響應(yīng)國家“節(jié)能降耗”的號召，提高設(shè)備自動化水平，降低廠用電率，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平,該電廠在2009～2010年期間對凝結(jié)水泵、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)及增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造。使用國內(nèi)一線品牌ZINVERT 系列高壓變頻器，對應(yīng)的型號分別為：A6H-1250/06Y、A5H-1600/06Y、A7H-3750/06Y、A7H-2800/06Y，其中凝結(jié)水泵變頻器配置了自動旁路柜，在凝結(jié)水泵變頻器故障時能自動切工頻運(yùn)行。其余風(fēng)機(jī)變頻器配置了隔離刀閘柜，風(fēng)機(jī)變頻器故障時需手動切換至工頻運(yùn)行。該電廠為2×300MW 燃煤熱電聯(lián)供機(jī)組，單臺一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行時只能帶160MW 左右的負(fù)荷，單臺引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時只能帶200MW 左右的負(fù)荷，風(fēng)機(jī)的突然停運(yùn)甚至可能造成機(jī)組停運(yùn)。隨著電改的深入，電廠發(fā)電負(fù)荷管控更加嚴(yán)苛，未來負(fù)荷“日清日結(jié)”，對燃煤發(fā)電企業(yè)來說將是一個巨大的挑戰(zhàn)，如何提高高壓變頻器運(yùn)行的可靠性就顯得尤為重要。

2 變頻器散熱系統(tǒng)核算及優(yōu)化

為節(jié)約電能，提高高壓變頻器改造效益，將變頻器功率單元柜與移相變壓器隔開在不同的房間，功率單元柜與控制柜為室內(nèi)空調(diào)循環(huán)冷卻，移相變壓器和旁路刀閘柜為強(qiáng)制風(fēng)冷，移相變房間墻體開孔設(shè)墻體濾網(wǎng)進(jìn)風(fēng)，柜頂設(shè)有風(fēng)道，風(fēng)機(jī)將柜內(nèi)熱風(fēng)吹至室外。移相變壓器為H 級絕緣，能長期耐受較高溫度運(yùn)行，對環(huán)境溫度要求不高。利用此特性，移相變壓器采用室外強(qiáng)制通風(fēng)方式，能降低高壓變頻器冷卻所需的耗能，相比移相變室內(nèi)空調(diào)循環(huán)冷卻方式，能節(jié)省更多的空調(diào)耗能，經(jīng)濟(jì)性更好。

2.1 功率單元柜房間散熱系統(tǒng)核算

變頻器功率器件損耗，如SGCT、IGBT、IGCT 等，在設(shè)備運(yùn)行時因為高頻開關(guān)切換，以及導(dǎo)通壓降等，會產(chǎn)生低通損耗與開關(guān)損耗，可以達(dá)到電動機(jī)功率的2%左右[1]。為此，對現(xiàn)有功率單元柜房間散熱系統(tǒng)進(jìn)行了必要的核算，核算情況見表一。

變頻器為大量電子元器件的集成設(shè)備，其中功率單元柜與控制柜對環(huán)境溫度要求較高。變頻器廠家要求變頻器需運(yùn)行在-5～45℃、濕度20～95%之間，一般應(yīng)控制環(huán)境溫度在40℃內(nèi)。從表一可看出，#2、#3 變頻器室功率單元柜房間總制冷量雖小于房間總發(fā)熱量，因變頻器并不是長時間滿功率運(yùn)行，房間年度最高溫度都能滿足變頻器運(yùn)行對環(huán)境溫度的要求。#1 增壓風(fēng)機(jī)功率單元柜房間總制冷量雖大于房間總發(fā)熱量，可房間年度最高溫度36℃偏高，因空調(diào)運(yùn)行多年，制冷性能下降較快，有必要對房間空調(diào)進(jìn)行更新?lián)Q代。

2.2 房間溫度監(jiān)視

在變頻器室每個房間顯眼的地方放置溫濕度計，方便巡檢時查看；在功率單元柜房間設(shè)置在線溫度測點，信號遠(yuǎn)傳至集控DCS，房間溫度實時監(jiān)控，并設(shè)有溫度報警值，空調(diào)出現(xiàn)故障或房間溫度過高時能及時發(fā)現(xiàn)并處理。

2.3 電氣回路優(yōu)化

高壓變頻器所有散熱風(fēng)機(jī)原設(shè)計共用一個電源開關(guān)，若其中一臺散熱風(fēng)機(jī)故障將導(dǎo)致電源開關(guān)跳閘，所有散熱風(fēng)機(jī)停運(yùn)，從而導(dǎo)致變頻器過熱故障跳閘。對每臺柜頂散熱風(fēng)機(jī)回路進(jìn)行優(yōu)化，增加獨立控制的電源空開，一臺散熱風(fēng)機(jī)故障不影響其它散熱風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，且處理單臺風(fēng)機(jī)故障變頻器可不停運(yùn)處理。

3 變頻器啟停管理

（1）加強(qiáng)變頻器定值管理，合理設(shè)置變頻器加速、減速時間，避免變頻器過流、過壓報警。根據(jù)負(fù)荷的不同，變頻器加速時間設(shè)定在70～120s，減速時間設(shè)定在70～300s。變頻器停運(yùn)時應(yīng)按照先降低變頻器輸出頻率至最小再延時斷開進(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）[2]。變頻器運(yùn)行狀態(tài)下直接斷開進(jìn)線斷路器，會對變頻器造成較大的沖擊，影響變頻器電子元器件壽命。故應(yīng)對運(yùn)行人員加強(qiáng)操作培訓(xùn)，修改運(yùn)行規(guī)程有關(guān)變頻器運(yùn)維的內(nèi)容。

（2）變頻器停運(yùn)后，及時開啟移相變房間的除濕機(jī)，功率單元柜房間可將部分空調(diào)關(guān)閉，部分空調(diào)設(shè)置為除濕模式，視天氣潮濕情況及停運(yùn)時間長短判斷（一般停運(yùn)48h以上），將停運(yùn)的變頻器進(jìn)風(fēng)口墻體濾網(wǎng)、室外出口風(fēng)道用塑料布包好，減小濕氣進(jìn)入，防止變頻器停運(yùn)后受潮。

表一：變頻器散熱系統(tǒng)核算表

（3）大容量高壓電動機(jī)，如增壓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的縱差保護(hù)應(yīng)在變頻運(yùn)行時退出，工頻旁路時投入。

（4）當(dāng)負(fù)載能夠帶動電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，變頻器啟動前應(yīng)將電機(jī)轉(zhuǎn)軸采取機(jī)械制動。如2017 年10 月10 日#2 增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行引起2B 引風(fēng)機(jī)變頻器失速報警，造成功率單元C1過壓、直流電容警告，從而引起功率單元直流電壓保護(hù)重故障頻發(fā)，因故障時間短且恢復(fù)快，未達(dá)到定值延時，故變頻器并未因重故障而跳閘。失速時變頻器將被鎖住，頻率已不能調(diào)節(jié)，此時需停運(yùn)變頻器，將電機(jī)轉(zhuǎn)軸采取機(jī)械制動后再重新啟動變頻器。

（5）長時間停用的變頻器啟動前或更換長期備用的功率單元備品時，應(yīng)先進(jìn)行預(yù)充電。高壓變頻器在不啟動的前提下可整體進(jìn)行上高壓電充電，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)電容因突然啟動時的充電電流過大而造成損壞[3]。對變頻器預(yù)充電10min 以上再啟動變頻器運(yùn)行，能有效地減少變頻器啟動過程故障。

4 日常維護(hù)及檢修

變頻器保持適宜的溫濕度、潔凈度，對其日常維護(hù)及檢修到位，是變頻器正常運(yùn)行的基本保證。

（1）變頻器每天至少巡檢兩次，檢查周圍環(huán)境的溫濕度，空調(diào)運(yùn)行正常且風(fēng)口朝上不對變頻器直吹避免設(shè)備受潮氧化，最好在空調(diào)出風(fēng)口處加裝擋風(fēng)罩進(jìn)行隔離；設(shè)備無異常的振動、噪聲和氣味；檢查控制器面板的LED 和LCD 顯示是否正常，LCD 顯示有無報警信息，最近有無事件記錄需處理；移相變溫控器顯示是否正常及超溫；經(jīng)常使用1張A4 紙檢查變壓器柜、功率單元柜進(jìn)風(fēng)口風(fēng)量，看紙張是否能被過濾網(wǎng)牢牢吸住，如有問題應(yīng)及時排除[4]。

（2）濾網(wǎng)應(yīng)定期清洗更換，濾網(wǎng)在回裝之前應(yīng)保證徹底晾干，以免造成設(shè)備生銹或影響柜內(nèi)絕緣性能，根據(jù)粉塵情況制定清洗周期。在空調(diào)入風(fēng)口加裝3M 空氣凈化濾網(wǎng)并定期更換，可降低功率單元柜房間的粉塵含量。

（3）每季度進(jìn)行變頻器紅外熱成像工作并做好記錄，能較為及時的發(fā)現(xiàn)設(shè)備過熱點或隱患。

（4）功率單元易出現(xiàn)故障，每種類型變頻器最少備一件功率單元備件，同時適當(dāng)采購散熱風(fēng)扇、繼電器等備件，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時能及時恢復(fù)運(yùn)行。變頻器各備件應(yīng)存放在恒溫恒溫倉庫，確保備件完好無損。

（5）盡管定期清洗了濾網(wǎng)，因變頻器對室外抽風(fēng)散熱形成了負(fù)壓，粉塵不可避免的進(jìn)入柜體內(nèi)，建議每半年最少一次停電清灰檢查，螺栓緊固，絕緣子清掃，按預(yù)試規(guī)程周期和內(nèi)容要求進(jìn)行嚴(yán)格的試驗。對系統(tǒng)輸入端進(jìn)行電氣絕緣檢測試驗時，應(yīng)將整流變壓器的鐵心和所有二次出線短接并接地后進(jìn)行；對系統(tǒng)輸出端進(jìn)行電氣絕緣檢測試驗時，輸出電纜不得接入單元輸出，否則將造成功率逆變系統(tǒng)損壞[5]?？紤]每次機(jī)組大小修承接的單位不一樣，試驗人員技術(shù)水平也有高低，為避免試驗人員誤操作損壞變頻器，每次檢修前應(yīng)對試驗人員進(jìn)行詳細(xì)的交底。

（6）變頻器檢修后應(yīng)上電進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試項目有①小電壓試驗：移相變高壓側(cè)接入400V 電壓，將控制器頻率調(diào)整到50HZ，測量各功率單元輸出電壓是否一致、平衡，電壓一般為36V 左右，試驗時需注意安全，防止高壓觸電；②模擬故障重啟：高壓開關(guān)或刀閘斷開，模擬待機(jī)運(yùn)行，拔一根光纖迅速恢復(fù)，報故障停機(jī)，瞬時恢復(fù)（5s 內(nèi)故障恢復(fù)）；③模擬試運(yùn)行：可驗證控制系統(tǒng)及散熱風(fēng)扇運(yùn)行是否正常；④充放電試驗：上高壓充電，5min 后斷高壓，查看單元直流電壓下降緩慢，各電壓值無明顯偏差，直到電壓降低至能打開柜門為止，下降時間應(yīng)超過10min 以上，此試驗?zāi)茯炞C電容的好壞；⑤控制電源切換試驗：上高壓，檢查UPS 狀態(tài)正常，測量UPS 輸出電壓正常，斷外供380V電源，觀察控制器顯示屏無閃爍，散熱風(fēng)扇運(yùn)行正常，送外供380V 電源，自動切回此電源，觀察控制器顯示屏無閃爍，風(fēng)扇運(yùn)行正常，此試驗可間接驗證UPS 的狀況及固態(tài)繼電器的好壞；⑥單元旁路試驗：可驗證單元旁路功能是否正常。當(dāng)某個單元故障時，同時將與其不同相的同級其它兩個單元輸出旁路短接，而其它級的功率單元仍輸出，保證系統(tǒng)在一定的帶載能力下維持負(fù)載的持續(xù)運(yùn)行，從而大大增加了系統(tǒng)的可靠性。其中③⑤⑥為檢修后必做試驗項目，其它為選做項目。

5 預(yù)防性更換及維保升級

通過模擬實驗提出了UPS 改進(jìn)措施：將原來廠家設(shè)計選型的上?？迫A的后備式 UPS 更換為山特的在線式UPS，查閱圖紙將電氣原理圖中不重要的負(fù)荷改接至其他電源，保證 UPS 負(fù)載的可靠性。建議在機(jī)組大、小修期間，對UPS 進(jìn)行充放電試驗，要求帶載輸出時間 > 5 分鐘，定期預(yù)防性更換UPS，建議更換周期為3～4 年左右[6]。

風(fēng)扇、板件等定期預(yù)防性更換，建議風(fēng)扇運(yùn)行時間大于35000 小時或4～5 年進(jìn)行更換，控制器電源板、PWB 二次電源板、信號預(yù)處理板、模擬板等更換周期為4～5 年。

2016 年對#2 機(jī)組引風(fēng)機(jī)高壓變頻器進(jìn)行了全面維保，42 臺功率單元返廠檢測，更換旁路接觸器，測試單元體旁路功能，對功率單元電解電容進(jìn)行檢測，內(nèi)部其他元器件檢測，對性能存在嚴(yán)重下降的予以更換，對單元體進(jìn)行深度清灰、清潔，減小灰塵對內(nèi)部器件散熱、絕緣等方面的影響，延長單元體的使用壽命；板件預(yù)防性更換，升級主板程序；對功率柜、變壓器柜、旁路柜內(nèi)外進(jìn)行全面清潔清灰，對系統(tǒng)內(nèi)部一次電纜、二次布線及連接進(jìn)行檢查，對布線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對絕緣薄弱處進(jìn)行加強(qiáng)處理；對變頻系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)性能測試，控制電源切換試驗、單元體旁路試驗、空載試驗、滿載試驗等。經(jīng)廠家全面維保，#2 機(jī)組引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行可靠性有所提高。

功率單元最易發(fā)生故障，約占變頻器發(fā)生故障的80%，現(xiàn)有變頻器已運(yùn)行10 年，隨著電子元器件的老化，設(shè)備壽命周期的接近，盡管變頻器維護(hù)到位，但變頻器故障率還是有逐年增加的趨勢，有計劃的對功率單元和控制系統(tǒng)升級換代或變頻器整體改造，有利于機(jī)組的穩(wěn)定性。

6 結(jié)論

通過對高壓變頻器歷年來出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，總結(jié)多年變頻器運(yùn)維經(jīng)驗，提出了多項有效的措施，從而提高了變頻器運(yùn)行的可靠性，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的節(jié)能效益。