6 kV風機變頻器故障分析

慕容永堅

(云浮發電廠，廣東 云浮 527328)

0 引言

在發電企業中，發電機組并不是一直保持滿負荷運行，通常在額定負荷的50% ～100%之間變化，以滿足電網負荷的要求。發電機組負荷變化會影響鍋爐系統相關設備的調整，其中鍋爐的送風量和引風量也會隨著發電機負荷的調整而調整，運行人員通過改變風機靜葉的角度來調整風量。采用該方法盡管比采用改變入口擋板的開度實現風量調整的方法有一定的節能效果，但節流損失仍很大，特別是在發電機負荷比較低的情況下運行，電動機輸出的功率大部分消耗在擋板上，節流損失則更加嚴重。另一方面，靜葉調節遲緩會造成發電機組負荷調整響應遲滯，在異步電動機啟動時，啟動電流一般達到電動機額定電流的5～8倍，對電動機、電纜的沖擊較大，對廠用電系統穩定運行也有一定的影響，強大的沖擊轉矩和沖擊電流會縮短電動機和風機的使用壽命。高壓變頻器的誕生改變了單純靠調節靜葉的角度或者調節擋板的開度來調整風機風量，它依靠改變絕緣柵雙極型晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)可控硅的導通角間接改變輸出電流及輸出電壓，也改變了輸出的頻率，通過遠方對高壓變頻器給定頻率來改變風機的轉速，進而改變風量，以滿足不同負荷的變化，這是解決以上問題的有效方法。因高壓變頻器在各行業中應用廣泛，采用高壓變頻器給定頻率控制技術來改變風機的轉速的方法，以達到節能之目的。但大量引進高壓變頻器并不能保證高壓變頻器的質量，特別是變頻器內部控制回路的設計不一定也能跟得上科技進步的步伐。本文以云浮發電廠#6機組#1二次風機變頻器故障為例進行分析，強調高壓變頻器控制回路設計的重要性，提出了合理的防范措施。

1 故障的發生過程及檢查處理情況

2011－09－14 T 23:45，云浮發電廠#6機組6 kV風機變頻器在分散控制系統(DCS)上發“聲故障報警”、“輕故障報警”信號，運行人員檢查就地變頻器、液晶面板上顯示“控制電源掉電”信息，變頻器控制柜內的備用(控制)電源開關跳閘，柜內有焦味，出現上述問題后，立即通知電氣檢修人員進行檢查。2011－09－15 T 00:13，#6機組爐膛負壓低2值鍋爐主燃料跳閘(MFT)動作，跳#6鍋爐#1，#2二次風機。

2011－09－15 T 00:25，電氣檢修人員到達現場，二次風機變頻器室內有一股燒焦味，經查#6機組6 kV風機變頻器控制柜主電源(直流控制電源)開關處在合閘狀態，備用電源(交流控制電源)開關跳閘，控制面板失電，220 V AC控制電源UPS2裝置已關機。電氣檢修人員用萬用表檢測主電源(直流控制電源)開關下側電壓正常，但逆變電源裝置(UPS1)輸出側無電壓輸出，如圖1所示。檢查發現控制柜內模塊檢測電源變壓器T3有明顯的燒焦痕跡，如圖2所示。模塊檢測電源變壓器T3輸入側開關已跳閘。最后由廠家更換逆變電源，取消模塊檢測電源回路后送電，#6機組6 kV風機控制回路電源恢復正常。

2 風機變頻器故障原因分析

根據現場情況和變頻器液晶控制面板記錄及熱工DCS記錄，分析事故產生的原因。

#6機組6 kV風機變頻器控制柜模塊檢測電源變壓器T3運行中線圈短路燒壞，短路電流沖擊導致UPS1故障截止其電源輸出，當逆變UPS1后的電壓檢測繼電器K2檢測沒有電壓后將控制電源切至旁邊供電，因線圈短路沒有消失，當切換到旁路由備用電源(交流控制電源)供電時，跳開備用電源(交流控制電源)空氣開關，同時模塊檢測電源變壓器T3的交流輸入開關跳閘切除短路故障，但UPS1不能恢復正常供電，220 V UPS2因失去輸入電源而靠自身蓄電池向變頻器提供控制電源，由于UPS2失去電源后只能給變頻器提供20min控制電源，當UPS2電能耗盡后，變頻器完全失去控制電源，變頻器各功率模塊的IGBT因無觸發脈沖而立刻截止輸出，導致電動機電流消失而停運。變頻器完全失去控制電源后，不能向DCS發出重故障信號以及跳開6kV開關。變頻器失去控制電源大概1 min后，由于#1二次風機變頻器重故障信號未發出，#6鍋爐#1二次風機6 kV開關無法連跳，#6機組6 kV風機入口風門開度本來因#6機組6 kV風機跳閘切為0，但#6機組6 kV風機6 kV開關因控制電源失電造成變頻器重故障沒有發出，無法連跳而導致入口擋板保持100%不變，#1，#2引風機由于前饋控制的作用出現反調，#6機組爐膛負壓高，MFT跳#6機組6 kV風機開關。

圖1 #6機組#1二次風機變頻器控制原理圖(已注明故障時情況)

圖2 模塊檢測電源變壓器T3圖片

3 故障暴露的問題

(1)變頻器控制柜模塊檢測電源變壓器T3存在質量問題，UPS1可靠性低。

(2)內部控制電源系統存在以下問題:

1)控制系統雖然由交、直流2路電源供電，需經過同一個逆變電源裝置轉換，且逆變電源裝置在短路故障切除后不能自動恢復正常供電。

2)逆變電源裝置雖然還有交流旁路，但該交流旁路回路與逆變電源裝置的交流輸入回路共用1個開關，當逆變電源裝置輸出中斷而接通交流旁路時，由于輸入側交流電源開關已跳開，交流旁路也失去供電電源。

3)逆變電源輸出側無電壓監測信號回路，當逆變器輸入側空氣開關未跳開的情況下，無法判斷逆變電源是否正常提供控制電源。

(3)變頻器控制電源由交、直流2路外接電源供電，當逆變電源故障時，還可以切換到旁路控制電源供電且配置了UPS，生產廠家認為比較可靠，忽視了控制電源內部結構及元器件可靠性問題。

4 防范措施

(1)檢查其他高壓變頻器回路。請廠家有關人員確認是否還存在隱患，模塊檢測電源只是在廠家現場檢修功率模塊時使用，模塊檢測電源不影響變頻器的正常運行，可臨時斷開所有高壓變頻器的模塊，檢測電源變壓器開關，以減少控制電源掉電的幾率。

(2)提高逆變電源的可靠性。要求廠家有關人員對變頻器逆變電源裝置故障切除后不能自動恢復供電問題盡快做出明確答復，將逆變電源裝置更換為質量性能有保證的著名品牌產品，以提高逆變電源的可靠性。

(3)擴大檢查。檢查云浮發電廠所有變頻器內部回路在可靠性方面是否存在明顯缺陷，要求跟蹤各變頻器廠家進行可靠性自查，發現問題及時編制整改方案，匯總后制訂整改計劃。

(4)重新核查控制電源的空氣開關的選型問題，保證控制回路的空氣開關選型正解，不能存在越級跳閘的隱患。

(5)在逆變電源裝置的下側增加一個失電告警送至DCS的“控制電源掉電的輕故障”信息，運行人員能及時發現并處理。

5 結束語

隨著電力電子技術的迅猛發展，高壓變頻器技術日益顯現出其優異的節能效果，要使變頻器及發電機組能安全、穩定運行，必須重視變頻器內各控制回路及邏輯的可靠性，在生產廠家對變頻器內元件進行選型時，必須選擇質量穩定的元器件，要能承受溫度、濕度、振動、粉塵及腐蝕氣體對元器件的影響，這樣才能延長變頻器的使用壽命，減少因突發故障造成的各種損失。

［1］李方園.變頻器原理與維修［M］.北京:機械工業出版社，2005.

［2］王兆義.變頻器應用［M］.北京:機械工業出版社，2007.

［3］姚志松，吳軍.電動機節能方法與變頻器應用實例［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［4］鄒森元.電力系統繼電保護及安全自動裝置反事故措施要點［M］.北京:中國電力出版社，2005.