胡文彬

（廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東汕尾 516623）

0 引言

廣東紅海灣發(fā)電有限公司1號機組配備兩臺100%容量的筒式凝結(jié)水泵，兩臺電機共用一套北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT高壓變頻器。輸入側(cè)移相變壓器將網(wǎng)側(cè)高壓變換為副邊的多組低壓，各副邊繞組在繞制時采用延邊三角接法，相互之間有一定的相位差。這種多級移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨立功率單元引起的諧波電流，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使變頻器網(wǎng)側(cè)電流近似為正弦波，其負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達到0.95以上。每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電：每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電。無須輸出濾波器；電機不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉輪的機械力。機組正常運行時，變頻器帶一臺凝結(jié)水泵電機運行，另一臺凝結(jié)水泵電機工頻備用。當凝結(jié)水泵變電機頻運行時差動保護壓板退出，電機工頻運行時差動保護投入。凝結(jié)水泵電機型號YKSL630-4，額定2000 kW，額定電壓6 kV，額定電流226.4 A，額定轉(zhuǎn)速1489 r/min。

1 故障情況

2020年12月13日19：58，1號機組發(fā)出“凝結(jié)水變頻器故障”“凝結(jié)水泵出口母管壓力低”聲光報警。1B凝泵電機變頻運行中跳閘，1A凝泵電機工頻聯(lián)啟成功。檢查1B凝泵開關(guān)電機差動保護裝置報“差動保護跳閘”報警。1號機組凝結(jié)水泵變頻器報系統(tǒng)故障：A1過壓；B1過壓；C1驅(qū)動故障；A2過壓；B2電源故障并且現(xiàn)場伴隨著很大的燒焦味。動作前電機電流136.57 A左右，無異常波動。電機跳閘后1B凝泵電機處測得電機相間絕緣均為0，相對地絕緣值為300 MΩ，1B凝泵電機正常。

辦理工作票，將故障功率模塊搬至檢修間檢查。功率模塊外殼一側(cè)被燒穿了一個大洞。拆開功率模塊外殼發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部整流橋被燒毀，電解電容被燒毀，功率模塊內(nèi)的二次導(dǎo)線被燒毀。其中最嚴重的是一次回路輸出端子導(dǎo)線被燒斷，并且發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線被燒段的正下方有一灘鐵水（圖1）。

圖1 故障部位

2 功率模塊燒毀原因分析

拆解功率模塊，發(fā)現(xiàn)U相輸出銅排與就近R相整流橋正負母排位置有明顯的短路放電燒毀的痕跡（圖2）。對燒毀器件進行常規(guī)的耐壓測試，發(fā)現(xiàn)除R相整流橋（擊穿）外，其他器件的靜態(tài)二極管特性全部正常，耐壓特性僅3只整流橋表面受燒毀碳化影響，無法通過耐壓測試。對均壓電阻測試正常，進行電容（CD138 400 V/6300μF）容值測試時發(fā)現(xiàn)部分容值異常，并對異常電容進行解剖發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部存在類似陽極引箔腐蝕開路的現(xiàn)象。對單元控制板和驅(qū)動板上電測試，波形正常（圖3）。

圖2 對單元控制板和驅(qū)動板上電測試，波形正常

通過解體功率模塊檢查再結(jié)合一些相關(guān)試驗分析，導(dǎo)致功率模塊損壞的原因可能有3種。

（1）C1功率模塊故障是由整流橋發(fā)熱導(dǎo)致的。整流橋是將移相變壓器副邊繞組輸入的交流電轉(zhuǎn)變成為直流電。它是由二極管三相全橋進行不控全波整流（全波就是電壓正半波和負半波都進行整流。相對應(yīng)的有半波整流，只有半個周波進行整流。不控即二極管沒有控制信號，正極電壓比負極高了就直接導(dǎo)通），電流如果過大，整流橋電流小，這樣就會導(dǎo)致整流橋嚴重發(fā)熱。從操作面板上參數(shù)檢查，并無發(fā)現(xiàn)電壓、電流有太大的波動。不會因為電流過大導(dǎo)致整流橋過熱。有整流橋在出廠時，平均整流電流小于預(yù)留余量標準值也就是電流虛標，就會導(dǎo)致此次的功率模塊燒毀。

（2）分別從U相輸出銅牌斷口兩側(cè)用1 kV搖表對斷口側(cè)打壓，發(fā)現(xiàn)斷口靠電源輸入側(cè)一處電壓打不上去（24 V），另一處斷口同樣用搖表打壓，電壓到799 V就停住了。最后用對V相銅牌輸出側(cè)進行打壓，電壓正常。得出第二種可能就是U相輸入銅牌支撐絕緣子一直處于絕緣惡化的過程，逐漸產(chǎn)生電流泄漏爬電現(xiàn)象，絕緣子逐漸發(fā)熱、絕緣逐漸惡化，最后導(dǎo)致絕緣子擊穿、功率模塊損壞。

（3）如果排除現(xiàn)場環(huán)境粉塵、潮濕等因素，多數(shù)情況下是電解電容腐蝕開路導(dǎo)致。以下4種情況會導(dǎo)致點解電容出現(xiàn)腐蝕性開路：①電容自身因素，原材料、生產(chǎn)工藝、制造過程等可能導(dǎo)致的鹵素超標，在電容工作時發(fā)生電化學腐蝕，導(dǎo)致在正常的壽命周期內(nèi)失效；②外部環(huán)境因素，電容壽命較容易受環(huán)境影響，環(huán)境溫度每升高5～10℃，其壽命則縮短50%，高溫加速電容失效；③腐蝕性氣體因素，周圍環(huán)境內(nèi)鹵素氣體達到一定的濃度，可通過電容表面滲透進入內(nèi)部，影響電容壽命；④其他因素，如電流增大（如現(xiàn)場高負荷電容發(fā)熱量大）、過電壓（電網(wǎng)電壓值偏高）、設(shè)計選型、使用年限長、接近產(chǎn)品周期末期等。

3 功率模塊改進措施

本次故障導(dǎo)致C1功率模塊嚴重損壞，已經(jīng)沒有修復(fù)價值。針對缺陷發(fā)生的原因，也借鑒其他廠對同類型事件的處理方法，總結(jié)出防止相同或類似缺陷發(fā)生的預(yù)防性措施及技術(shù)改進。

（1）動態(tài)監(jiān)視現(xiàn)場可能存在的電網(wǎng)波動、諧波干擾、同一母線下重載設(shè)備甩負載等可能導(dǎo)致電壓、電流波動以及負載工況異常的情況。

（2）定期對誘發(fā)散熱系統(tǒng)異常的情況進行預(yù)防性維護，如濾網(wǎng)堵塞、風道不合理、進出風不暢等可能引起設(shè)備運行溫度高的因素，并加以改善。

（3）電容在整個功率模塊中起到較重要的作用，在長期高頻諧波的作用下容易引起絕緣老化等問題，并且電容壽命受使用環(huán)境溫度影響很大。由于使用年限較長，老化也是導(dǎo)致設(shè)備故障的因素之一，逐步對舊設(shè)備改造，提前預(yù)防設(shè)備老化帶來的問題。

（4）功率模塊電解電容較容易受重載和高溫環(huán)境影響，如具備條件可對備用單元使用相同型號器件的功率模塊做預(yù)防性處理（更換電容、底座線纜、功率模塊內(nèi)部板級、新的備用模塊UV輸出銅排加裝熱縮套管等），防止出現(xiàn)類似此次功率單元內(nèi)部嚴重燒毀的情況。

4 變頻器狀態(tài)監(jiān)測升級改造可行性及方案

變頻器故障也是影響發(fā)電廠安全運行的一個重大隱患，不及時發(fā)現(xiàn)功率模塊故障則極有可能造成變頻器損壞的設(shè)備故障，甚至會影響機組負荷。幸運的是，當C1功率模塊故障時，變頻器重故障正確可靠動作，避免了缺陷擴大的可能性。因此有效的狀態(tài)監(jiān)測手段顯得尤為迫切和必要。

河南某水泥廠通過變頻監(jiān)測升級改造后報警發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行異常，通過線上診斷結(jié)合線下工程師上門調(diào)試解決客戶未來潛在的設(shè)備隱患，避免重大事故的發(fā)生。

重慶某熱電廠，變頻室漏雨，通過變頻監(jiān)測升級改造后報警并發(fā)送短信給設(shè)備管理工程師工程師及時切換至備用機，避免了一次非計劃停機。

控制柜內(nèi)安裝智能網(wǎng)關(guān)與柜內(nèi)PLC相連，在柜頂安裝天線，通過4G/5G網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備數(shù)據(jù)上傳。變頻器監(jiān)測軟件升級改造后提供一個手機跟電腦上均可使用的軟件。對變頻器監(jiān)控升級改造可以在很大程度上及時發(fā)現(xiàn)變頻器的故障并監(jiān)視變頻器的運行狀態(tài)：通過軟件隨時查看設(shè)備，對設(shè)備狀態(tài)盡在掌握；查看歷史運行數(shù)據(jù)/報警信息/維修記錄等情況；提供報警及短信，這樣能減少非計劃停機、縮短故障恢復(fù)時間，防患于未然。

5 結(jié)束語

凝結(jié)水泵是汽輪機熱力系統(tǒng)中的主要輔機設(shè)備之一，凝結(jié)水泵電機改為變頻調(diào)節(jié)后解決了由于電機啟動電流大對電機、傳動系統(tǒng)和主機的沖擊應(yīng)力，運行更為經(jīng)濟、平穩(wěn)、可靠，大大提高了設(shè)備的安全性和可靠性，同時降低了廠用電率，還可以有效解決凝結(jié)水泵故障率高、閥門節(jié)流損失大和調(diào)節(jié)控制滯后等困難，為深度節(jié)能降耗工作提供保障。

確保變頻器可靠連續(xù)運行，延長變頻器使用壽命的關(guān)鍵在于日常維護保養(yǎng)，由于溫度和灰塵對變頻器影響較大，所以應(yīng)加大設(shè)備的日常巡查和維護，掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，確保設(shè)備安全運行。