高壓變頻裝置運行中存在的問題分析及對策

王會勤，謝葛尚

（浙能溫州發電有限公司，浙江 溫州 325602）

為降低廠用電耗能，某廠5、6號機組一次風機和凝泵電動機安裝了日立公司產DHVECTOL-HI系列變頻器。據運行統計分析，一次風機和凝泵的節電率分別為31.5%和56.9%，節能效果顯著。但是，高壓變頻器投用也會帶來新的問題，如廠用電系統電壓波動對變頻器瞬停的影響、變頻器的散熱冷卻及凝泵變頻的接線方式等。這些問題應引起重視，并采取必要的防范及改進措施。

1 變頻器瞬停故障

某日因220 kV電網故障，6號機廠用電系統電壓突降。故障錄波器記錄顯示，6 kV 6A段母線電壓降至86.17%，6 kV 6B段母線電壓降至86.08%，持續時間40 ms。6號A、B一次風機變頻器輕故障報警，瞬停保護啟動。

根據廠家提供的相關資料得知，變頻器檢測到主電源故障即停止輸出，電動機處于自由惰走狀態。若主電源2 s內恢復正常，變頻器恢復輸出，電動機轉速逐漸恢復正常。

根據統計，自高壓變頻器投入運行以來，瞬停保護頻繁發生。因外部故障而造成的瞬停達11次，因大容量電動機啟動引起的瞬停為1次，可見廠用電系統電壓波動對高壓變頻器運行的影響很大。

2 影響變頻器瞬停保護的因素

2.1 變頻器瞬停保護動作原理及作用

變頻器在輸入側設置一隔離移相變壓器，將高壓的交流電轉變為多組低壓交流電，每組低壓交流電分別輸入到一個功率單元 （見圖1），經整流、濾波變為直流電，再經過逆變成為交流電，逆變器由4個IGBT（絕緣柵雙極晶體管）構成。若干功率單元的交流輸出串接形成高壓的交流電源。6 kV電壓等級變頻器每相有8組單元串聯疊加輸出，波形非常接近于正弦波。

圖1 變頻器功率單元結構圖

功率單元整流器DS的輸入電壓隨著變頻器主電源電壓的下降而下降，因整流器輸出端的電容器有較強的儲能功能，電容器的端電壓下降不明顯。當功率單元整流器DS的輸入電壓快速下降到一定值時，整流橋上二極管因正向電壓太低而不能導通，整流器停止輸出。若此時逆變器仍保持工作狀態，則由電容器暫時單獨向逆變器提供能量，電容器上的能量急劇減少，電壓迅速下降。待整流器DS的輸入電壓恢復至一定值時，整流橋上二極管因正向電壓足夠大再次導通，整流器重新產生輸出。

當變頻器檢測到主電源電壓＜80%，即停止輸出，電動機自由惰走，如果主電源電壓恢復至＞90%，則變頻器立即跟蹤電動機實際轉速，重新產生輸出，電動機轉速逐漸恢復正常設定值，若主電源電壓2 s內未達到90%，則變頻器跳閘，重故障報警。變頻器主電源電壓降低到一定值，變頻器停止輸出是為了保護變頻設備必須采取的措施。

在發電廠的實際生產過程中，引起變頻器主電源電壓突變的因素很多，如母線電源切換、大容量電動機啟停及外部故障切除等。若變頻器經常性出現停運將嚴重影響發電機組的安全、經濟運行。

2.2 廠用電系統電源切換的影響

目前廠用電源快速切換裝置已在大容量發電機組廠用電系統中廣泛使用。各種類型切換裝置一般都具有并聯快速切換、串聯快速切換、同期捕捉及低電壓或工作電源偷跳觸發的非正常切換功能。

目前各類微機型的電源快速切換裝置可靠性都較高，一般情況下均能完成快速切換，同期捕捉及非正常切換在實際運行中很少發生。母線電壓最惡劣的情況為串聯快速切換時有大容量電動機啟動。切換時的電壓波動將導致母線電壓低至80%以下，從目前了解的情況來看，無論進口還是國產變頻器均無法承受這一電壓擾動。

2.3 大容量電動機啟動的影響

大容量電動機全電壓啟動時，啟動電流將達到5～7倍的額定電流，同時將導致母線電壓較大幅度下降，整個啟動時間將達到10～15 s。在6 kV母線正常運行狀態下，大容量電動機啟動引起母線電壓的下降值，可用下式計算 （忽略預接負荷及線路阻抗）：

式中：Ks為電動機啟動電流倍數；Ie為電動機額定電流；Xxt為電源的計算電抗。

大容量電動機啟動對6 kV母線電壓影響的計算結果如表1所示，在不同運行方式下，其最大的電壓下降值約為20%的額定電壓。

表1 大容量電動機啟動時對6 kV母線電壓的影響%Ue

根據故障錄波器的記錄，正常運行狀態下（最大運行方式），電動給水泵空載啟動后，6 kV母線電壓下降11%～14%，增壓風機空載啟動后，6 kV母線電壓下降9%～12%。據此分析，大容量電動機全電壓啟動時，雖然啟動過程持續時間較長，但6 kV母線電壓基本能維持在80%以上。

2.4 外部故障的影響

當廠用電系統或相連電網線路發生短路故障時，將造成6 kV母線電壓驟降。由于故障類型、故障點位置及開關類型不同，母線電壓恢復時間也不相同。各類廠用電系統故障中，以同一母線相鄰一次回路發生三相短路故障影響最為惡劣。電網故障以線路在220 kV母線附近發生三相短路故障影響最為惡劣。

外部故障對母線電壓波動的幅值影響很大，但持續的時間都較短，主要是因為開關的固有分閘時間都較短，一般小于50 ms。微機型的保護裝置動作時間一般小于30 ms。故障切除后，母線電壓的恢復過程一般只需3～5個周波。變頻器無法躲過此類干擾，因此瞬停保護的動作電壓設定必須與動作延時設定密切配合。

2.5 變頻器瞬停影響的對策

綜合以上分析，為防止變頻器頻繁進入瞬停狀態，應對其保護的整定參數進行修改。在保證變頻器安全運行的前提下，瞬停保護動作電壓設為額定電壓的65%～80%，延時設為2～3 s較為合適。

針對變頻裝置在運行中瞬停保護動作過于頻繁的問題，在保證變頻裝置安全運行的前提下，將變頻器的瞬停動作電壓整定值由80%降至75%，恢復延時仍為2 s。

結合設備檢修機會，對三期6套變頻裝置的瞬停保護參數進行了修改。保護參數改進后，變頻裝置運行平穩，未發生瞬停現象，保證了機組的安全可靠運行。

3 其它問題及對策

3.1 高壓變頻器散熱

為了提高高壓大功率變頻器的應用穩定性，解決變頻器散熱問題，目前均采用密閉式空調冷卻。一次風機變頻器室建造在相應空預器下面，并且靠近出灰設備，空氣中含塵量大，不利于空調的運行。在實際運行中曾多次出現一次風機變頻器室空調的室外機散熱片被灰塵堵塞，造成所有空調停運，變頻器室溫度突升至40℃，因運行人員及時發現并處理才未造成變頻器跳閘。

目前使用的空調不具備電源恢復后的自啟動功能。在廠用電系統切換過程中，空調在電壓較低時將自動停運，電壓恢復后并不會自動啟動，使變頻器的安全運行存在較大隱患。

要提高空調工作的可靠性，可選用在電源停止恢復后可自啟動的工業空調，在變頻裝置運行時，需對空調的運行加強檢查和維護，發現問題及時處理。另外，也可改變變頻器冷卻方式的設計，由密閉式空調冷卻改為通風冷卻。

3.2 凝泵變頻器的接線方式

因機組的凝泵設計為一用一備，考慮經濟性，變頻器改造時只對其中一臺泵配置變頻器。這樣會造成一臺泵長期運行，而另一臺泵處于備用狀態，基本不運行，運行方式不合理。可對凝泵的變頻器一次接線方式進行改造，增加切換回路并修改相應的熱工邏輯，實現一臺變頻器帶任何一臺凝泵運行。

4 結語

配置高壓變頻器的輔機一般都是重要輔機，這些輔機的事故停運極有可能造成機組大幅甩負荷，甚至引起機組事故停運，其損失遠非節能效益可以彌補的。因此，機組及設備的安全可靠運行更為重要。在高壓變頻器運行中要充分考慮上述問題，保證變頻裝置的安全可靠運行，切實發揮節能作用。

[1]東方日立（成都）電控設備有限公司.DHVECTOL-HI用戶使用手冊[G].

[2]劉一福，周東生，李必偉.發電廠應用高壓變頻節能改造的若干問題[J].電力設備，2007，8（9）:53-56.