高壓變頻器節能效果及常見故障分析

摘 要：凝結水泵變頻改造后，大量減少節流損失，調節響應極快，效率提高。節能效果明顯。

關鍵詞：高壓； 變頻器； 改造；節能；故障；原因；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.052

0 引言

某廠1000MW機組凝結水泵及其電機一直采用定速交流電機拖動，因每天負荷變化大，僅能靠改變閥門的開度進行流量控制，效率低、能耗大，節流損失較大。新安裝的變頻裝置為空冷型Ⅲ型高壓變頻器，通過將廠用電源轉換為可變頻率、可變電壓的電源從而改變電機轉速，充分利用其能夠自動平滑調節電機負載轉速的特性，達到減少負載及電機的機械磨損、節省檢修費用，降低廠用電率等效果。實現節能、降低啟動電流的目的。空冷型Ⅲ型高壓變頻器主要由高壓刀閘柜、變壓器柜、功率單元柜、控制柜等部分組成。

1 高壓變頻器的優越性

本次改造引入的新一代高壓變頻器，采用直接高高變換方式，多電平串聯倍壓技術方案，優化的PWM控制算法，實現優質的可變頻變壓（VVVF）的正弦電壓和正弦電流輸出，整機效率≥98%，功率因數≥95%。優越性體現在以下幾個方面：

（1）節能作用。1）設備設計時需要滿足最大負荷連續運行工況，所以設計時會留有一定的余量，普通電機由于轉速不可調節，長時間運行會極大浪費能源，但高壓變頻器由于能調節轉速，所以可以節約一定的能源；2）高壓變頻器的效率可以達到98%以上，效率較高；3） 電廠負荷變化較大，凝結水流量變化也較大，但調門調節線性一般都比較差，忽高忽低，浪費很多能量；變頻改造后系統調節非常快，能節約大量能源；4） 功率因數能提高到0.95以上，減少大量的線路損耗；5）采用閥門調節時閥門無法保持全開，會產生大量的節流損失，經過變頻改造后，調門可以全開，避免了節流損失。（2）高壓變頻器軟啟動/軟停止時，能大大減少啟動沖擊電流，從而減少對電動機和電網的沖擊，有效降低了電機故障幾率，從而大大延長了電機使用壽命；（3）由于高壓變頻器輸入功率因數在0.95以上，不僅無需功率補償，還可提高電網的功率因數，減少了無功損失；（4）變頻調節后，不再需要手動調節，可延長負載以及進出口門的使用壽命，減少檢修維護費用；（5）由于高壓變頻器能平滑調節電機轉速，大大減少了負載以及電機的機械磨損，同時能降低軸承溫度，減少檢修費用，同時延長了設備的使用壽命；（6）使用變頻自動調節能提高系統運行的安全可靠性，提高設備自動化水平。

2 變頻原理

高壓變頻器將一定頻率、固定電壓的電源轉換為頻率可變、電壓可變的電源而改變電機速度。三相高壓電經高壓開關柜進入，經輸入降壓、移相給功率單元柜內的功率單元供電，功率單元分為三組，一組為一相，每相的功率單元的輸出相互連接。主控制柜中的控制單元通過光纖時對功率柜中的每一功率單元進行整流、逆變控制與檢測，這樣根據實際需要通過操作界面進行頻率的給定，控制單元把控制信息發送到功率單元進行相應得整流、逆變調整，輸出滿足負荷需求的電壓等級。

3 結構簡介

高壓變頻器柜由變壓器柜、功率單元柜，進線柜（含控制柜）三部分組成。

4 有關故障處理

4.1 變頻器故障

（1）將10kV開關停電，記錄故障信息，通知檢修人員，變頻器控制電源一般不要停電；（2）變頻器故障無法消除時，將凝結水泵方式轉為工頻。

4.2 功率單元溫度高

（1）檢查功率單元柜風機是否運行正常，濾網是否臟污；（2）檢查空調工作是否正常：濾網、出風溫度、風量情況；（3）如空調均故障，啟動排煙風機，聯系檢修處理；（4）如變頻器室配電箱電源失去，根據室溫情況打開全部門窗通風，做好啟動備用凝結水泵及減負荷準備。

4.3 變頻器運行中出現的故障情況

凝結水泵變頻器5月4日10：50，A9單元電壓異常報警（裝置告警燈未亮，信號也未發至DCS），下午15：50變頻器電流輸出也突降至零，30秒后，DCS發故障復位及跳閘指令。現場檢查A9單元電容爆裂。將A9更換為備用單元后，裝置重啟時A9單元整流元件再次燒損，同時報C7、C9電壓異常。對功率單元再次進行檢查，發現B7、B9單元電容損壞。另發生過一次變頻器運行中突然死機，電流輸出突降至零的情況。

（1）原因分析：1）變頻器一只單元報電壓異常，不作為報警輸出，也不做任何處置。發生的單元電壓異常有真假之分，有些是受系統電壓波動引起單元電壓波動，一般會很快恢復；還有些是元器件老化后出現單元電壓異常報警；2）凝結水泵變頻器電流輸出突降至零的情況，分析A9單元爆裂形成的短路弧光對主控板、PLC系統造成了干擾沖擊，導致裝置未能對單元故障及時作出反應，瞬間輸出閉鎖。30秒后的DCS故障復位及發出的停止指令，可能受PLC裝置重啟不成功影響而發出；3）凝結水泵變頻器死機問題，一是考慮主控板、PLC電源存在著波動，比如UPS輸出不穩定，二是考慮干擾問題，PLC接地端子接地的接法，PE線接到N端子存在混用的情況，三是程序死機，需要對程序再次仔細檢查和分析判斷。

（2）防范措施：1）對變頻器程序的報警輸出進行完善，將單元電壓異常報警引至報警燈和DCS；2）單元內的電容器屬于易損器件，使用2年以上的功率單元發報警應引起重視。如頻發告警，應對電容等進行檢查更換；3）長期未使用的備用功率單元在投入運行前，建議先采用三相低壓電源對單元內電容器進行預充電，防止上高壓時因充電電流大導致整流元件和電容器損壞；4）對可靠性要求高的系統建議采取自動旁路措施替代現有的手動旁路以保證系統可靠性。

5 改造后的節能效果

改造前，凝結水泵電流96A，改造后兩臺凝結水泵變頻投入自動，凝結水泵主控不投入自動，除氧器上水調閥投入自動，950MW負荷下，凝結水泵主控輸出96%左右，電流73/73A；550MW負荷下，凝結水泵主控輸出90%，凝結水泵電流52.4/52.1A，凝結水母管壓力2.85MPa。凝結水泵聯泵壓力修改后，機組負荷550MW，凝結水壓力由2.35MPa降至2.1MPa，凝結水泵轉速由1185r/min降至1130r/min，凝結水泵電機功率分別由725 kWh、750kWh降至665 kWh、670 kWh，持續6小時，節電：140*6=840 kWh/天。具有明顯的節能效果。

參考文獻：

[1] 鄒縣發電廠《1000MW機組集控運行規程》.

[2] 湖北三環III型高壓變頻器用戶手冊.

作者簡介：趙洪義（1972-），專科，技師，主要從事：電廠集控運行工作。endprint