一起空冷風機變頻器跳閘原因分析及控制措施

張東平

摘 要：隨著發電廠對空冷風機系統整體水平的要求越來越高，風機變頻器安全運行尤為重要。文章通過時一起空冷高頻變頻器跳閘原因進行分析，更好的提出故障處理的方法。

關鍵詞：空冷變頻器；過壓跳閘；控制措施

1 概述

變頻器在當今工業中起著舉足輕重的作用，電廠空冷凝汽器系統空冷風機的變頻器在日常運行中（尤其在夏季）經常遇到變頻器報警、跳閘等故障情況，而變頻器的跳閘直接影響真空，進而影響負荷率及機組的安全性與經濟性。本文通過一起空冷風機過壓跳閘運行分析處理，提出了空冷風機變頻器故障跳閘處理措施。

2 設備參數

侯馬熱電分公司，每臺空冷機組配置30臺風機（其中：6臺為可逆轉風機），安裝成6列。每臺風機配置一臺變頻器電機功率132kW，變頻器采用西門子6SE6440-2UD41-6GB1，變頻器功率160kW，變頻器應采用工業型、重載型、全面矢量控制型產品。

3 變頻器過電壓危害

3.1 變頻器基本原理

變頻器的基本組成電路是整流電路和逆變電路兩部分，整流電路是將工頻交流電整流成直流電。逆變電路再將直流電逆變成頻率和電壓可調的交流電。變頻調速裝置一般是均采用交—直—交電壓模式。

3.2 過電壓保護動作原理

變頻器的過電壓集中表現在直流母線的支流電壓上。正常情況下，變頻器直流電為三相全波整流后的平均值。若以380V線電壓計算，則平均直流電壓Ud=1.35U線=513V。在過電壓發生時，直流母線的儲能電容將被充電，當電壓上至760V左右時，變頻器過電壓保護動作。因此，對變頻器來說，都有一個正常的工作電壓范圍，當電壓超過這個范圍時，過電壓保護就會動作。

3.3 變頻器過電壓危害

變頻器過電壓危害主要有以下三點：一是電網電壓升高會增加電機鐵芯磁通，很容易造成磁路飽和，加大勵磁電流，導致電機溫升過大，損傷電機；二是電網電壓升高會使中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，對電機絕緣壽命有很大的影響；三是對中間直流回路濾波電容器壽命影響很大，甚至會引起電容器爆裂。

變頻器過電壓一般是指中間直流回路過電壓，變頻器過電壓產生后，變頻器為了防止內部電路損壞，其過電壓保護功能將動作，使變頻器停止運行，導致設備無法正常工作。因此必須采取措施消除過電壓，防止故障的發生。

4 故障發生及處理過程

4.1 事件經過

2016年4月15日、5月21日，1C給水泵啟動過程中，空冷風機分別有6臺和3臺兩次空冷風機跳閘，變頻器均報過壓故障。

4.2 檢查過程

（1）對跳閘風機變頻器裝置及定值進行檢查，且與當時沒跳閘的變頻器參數對比，所有參數都一致。

（2）對空冷變頻器接地系統進行檢查測試，測試數據為0.45兆歐，測試結果符合要求。

4.3 調取DCS數據分析

4.3.1 電壓變化情況

在DCS調取曲線發現，1C給水泵工頻啟動時，導致1#機6kVA段母線下降至5.5kV，空冷PCA段母線電壓下降至350V。

4.3.2當時風機運行參數分析

當時，變頻器的實際運行情況，并非每次1C給水泵工頻啟動時都會導致變頻器故障跳閘，且即使發生故障跳閘，也是隨機出現，而非固定某臺變頻器。如：1列2號風機在4月15日啟動1C給水泵時掉閘，在DCS調取曲線發現，該頻率當時在7秒時間內由50HZ降至49HZ后跳閘，而在4月21日啟動時就未跳閘。在DCS調取4月21日1列2號風機頻率曲線發現，當時其頻率波動約12秒后恢復正常。

4.4 原因分析

（1）以1列2號風機運行情況分析，4月15日1列2號風機因電壓波動跳閘，5月21日1列2號風機在電壓波動時正常運行，可見變頻器自身有一定的抗電壓波動能力。

（2）根據變頻器的壓頻比輸出要求，380V對應50Hz輸出頻率，350V對應42Hz輸出頻率。在當時電壓降低至350V，風機轉速不能降至變頻器對應42Hz頻率，變頻器實際轉速高于變頻器指令轉速，也就是說電機轉子轉速超過了同步轉速，電機轉差率為負，轉子繞組切割磁場方向與電動機正常狀態相反，其產生的電磁轉矩為阻礙旋轉方向的轉矩，所以電動機處于發電狀態，負載動能被“再生”成為電能。

“再生”能量經逆變對變頻器直流儲能電容器充電，使直流母線電壓上升，這就是再生過電壓，等電壓上升至700V時，變頻器過電壓保護動作，風機運行停止，為了避免此情況發生，應采取措施使變頻器實際轉速接近變頻器指令轉速。

5 控制措施

要解決6kV母線電壓波動降低時，因DCS給定指令不變化，使得變頻器實際轉速高于變頻器本身指令轉速，有以下兩個解決途徑：

5.1 在DCS上增加一個聯鎖邏輯

（1）6kVA段1C給水泵啟動命令發出同時（A段），若1-4列風機變頻器轉速反饋>47Hz，將變頻器調速指令強制為47Hz，延時7秒后，解除強制。

（2）6kVB段1C給水泵啟動命令發出同時（B段），若5-6列風機變頻器轉速反饋>47Hz，將變頻器調速指令強制為47Hz，延時7秒后，解除強制。

5.2 將P1245（動能緩沖接通閥值）由76%調為最低值65%

（1）P1245（動能緩沖接通閥值）定義：當電網電壓波動時，利用旋轉設備中的動能，補充到直流回路，從而緩沖電壓波動，防止跳閘。這樣由于通過運動中再生能量，保持直流鏈路的電壓在跳閘閾值以上，傳動保持運轉。當在該段時間內電壓一旦恢復后，變頻器就會控制電機再次加速至其額定速度。

（2）根據廠家說明書：P1245（V）=P1245（%）/100*√2*P0210（變頻器工作電壓）。當P1245（%）設定為65%（最低）時，電源電壓設定380V時，P1245（V）=349V。與當時跳閘時空冷PC段電壓值（350V）幾乎吻合。

綜合分析以上兩種措施，認為第2種（修改參數）措施風險小、可靠，首先考慮。

6 控制措施實施結果

將空冷變頻器動能緩沖接通閥值由76%調為65%后，至今運行三個月，在啟動給水泵時，沒發生類似空冷風機變頻器跳閘問題。

7 結束語

隨著變頻器應用范圍的擴大，變頻器運行故障越來越多，我們要更好的掌握變頻器可能出現的問題和處理方法，在變頻器發生故障時，及時處理和分析故障原因，實現節能減排，提高電廠經濟效益。

參考文獻

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