火電廠高壓變頻器故障分析及應用探討

楊軍

摘要：變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。隨著現代電力電子技術和微電子技術的迅猛發展，高壓大功率變頻調速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯或單元串聯得到了很好的解決。

關鍵詞：高壓變頻器；故障；分析

現在大型火電廠由于高壓輔機多，廠用電的高低對效益有著重大的影響，所以為降低廠用電都廣泛應用變頻調速技術。火電廠應用變頻器能實現節能降耗，同時就要求我們針對變頻器出現的故障及時消除，從而保證機組安全穩定的運行。

一、高壓變頻器的廣泛應用

火電廠鍋爐引風機是鍋爐助燃的主要部分，將鍋爐燃燒產生的高溫煙氣經靜電除塵器、煙囪排出。火電廠動力鍋爐的輸出功率隨著電功率輸出的大小而改變，鍋爐的煤輸入量與一二次風機的送風量有一定的比例關系。引風機與一二次風機按一定比例聯合調節，可以實現鍋爐的穩定燃燒，在穩態情況下，一二次風機與引風機可達到動態平衡。但電網負荷隨時都在改變，隨著發電機輸出功率的降低，鍋爐出力也要相應調整，鍋爐的吸風量、送風量相應減少。目前電廠普遍采用常規的控制方法將風機的擋板關小一些，以節流達到減少吸、送風量的目的，但這種調節方法有一定的缺陷。其一，調節動作較遲緩，很難達到最佳調節的目的。其二，擋板調節雖能達到調節吸送風量的目的，但會產生節流損耗，隨著擋板開度的減小，風機的節流損耗加劇，大量電能被浪費在擋板上。其三，異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的6～8倍，對電網沖擊較大，同時強大沖擊轉矩對電機和風機的使用壽命存在很多不利影響。其四，由于轉速較高，對電機所驅動的機械設備存在較大的磨損。

風機、水泵存在一個共同的特點：轉速在±20%范圍內變化時，風機、水泵的效率大致不變，并且流量與轉速的一次方成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比。當風機、水泵轉速降低以后，其軸功率隨轉速的三次方降低，驅動風機、水泵的電動機所需的電功率亦可大大減少，所以調速調節是風機和水泵節能的重要途徑。在泵與風機的各種流量的調節方式中，節流調節最為簡單，而且也是當前各火電廠的主要調節方式，但是浪費電力最多。由于變頻調速在頻率范圍、動態響應、低頻轉速、轉差補償、功率因數、工作效率等方面是以往的交流調速方式無法比擬的，因此開展變頻調速節能勢在必行。

二、變頻器常見故障分析

1、主控制電源故障

變頻器出現主電源故障時，變頻器向DCS報出輕故障信號，在觸摸屏上有相應的故障內容顯示，同時變頻器的控制電源自動切換到備用控制電源，系統可以正常運行，用戶檢測主控制電源進線電壓是否正常，找到主控制電源故障的原因。

2、備用控制電源故障

變頻器正常運行時，控制部分是主控制電源供電，當主控制電源出現故障時，變頻器的控制電源自動切換到備用控制電源。但控制系統一直要檢測備用電源是否正常，當備用控制電源出現故障時，變頻器向DCS報出輕故障信號，在觸摸屏上顯示備用控制電源故障，系統可以正常運行，用戶應檢查備用控制電源故障原因。

3、冷卻風扇電源故障

變頻器正常運行時，冷卻風扇是由變頻器主變壓器（移相變壓器）的一組輔助輸出電源供電，當出現冷卻風扇電源故障時，變頻器向DCS報出輕故障信號，在觸摸屏上有相應的故障類型顯示，系統可以正常運行，但變頻器內模塊或者移相變壓器的溫度會根據變頻器所帶負載大小有所上升，若負載較大時則會逐漸上升直到變頻器內的模塊或者移相變壓器報出溫度過高故障。出現冷卻風扇電源故障時用戶可以根據整個系統的情況盡早將變頻器停下或者切換到工頻方式運行檢查冷卻風扇電源故障原因。

4、門開關故障

變頻器的模塊柜和變壓器柜的柜門均裝有位置開關，用于檢測變頻器正常運行時柜門是否可靠關上，當變頻器出現門開關故障時，說明柜門被誤打開或者變頻器內部的位置開關有故障，出現門開關故障時，系統仍能夠正常運行，但用戶應盡快檢查柜門是否關好或者找到合適的時間將變頻器停下或者切換到工頻方式運行以檢查柜門的位置開關是否有問題。

5、主板與PLC通信故障

變頻器控制柜內主控板與PLC通過PPI電纜連接，當出現主板與PLC通信故障時，變頻器向DCS報出輕故障信號，在觸摸屏上顯示主板與PLC通信故障，系統能夠正常運行，但觸摸屏內容不再刷新，用戶應檢查主控板與PLC之間的PPI電纜是否連接可靠。

6、高壓掉電

變頻器正常運行時，電氣部分對用戶的6KV狀態是通過6KV開關的輔助觸點進行檢測的，當變頻器檢測到輔助觸點斷開，變頻器向DCS報出重故障信號，在觸摸屏上顯示高壓掉電，系統停止運行。

7、系統過流

變頻器的輸入、輸出均有電流檢測，正常情況下，變頻器的過流保護值是變頻器額定電流的1.5倍，當輸入、輸出電流有效值超過過流保護點時，變頻器向DCS報出重故障信號，在觸摸屏上有相應的故障內容顯示，同時給出跳高壓開關信號，系統停止運行。

8、系統過載

變頻器的過載保護值是電機額定電流的1.2倍，并且持續1分鐘，當電機電流超過過載保護點時，變頻器按照電機額定電流的1.2倍，運行1分鐘的反時限計時保護，變頻器向DCS報出重故障信號，在觸摸屏上有相應的故障內容顯示，同時給出跳高壓開關信號，系統停止運行。

9、通信故障

變頻器的控制部分和高壓部分的信號傳輸是通過光纖進行，包括上行光纖和下行光纖，正常運行時，如果上行光纖、下行光纖或兩端的發送和接受部分有故障時，變頻器向DCS報出重故障信號，在觸摸屏上有相應的故障顯示，同時給出跳高壓開關信號，系統停止運行。

四、結束語

峰谷差較大，調峰調頻任務重，低負荷運行時間長，風機啟停頻繁，嚴重影響電動機的使用壽命；引風機輸送的介質是鍋爐燃燒產生的煙氣，風機高速運行時，飛灰對風機葉片磨損較大；機組低負荷時如果兩臺風機運行裕度較大，一臺風機運行出現風量不足的問題，實際運行中只能開兩臺風機運行，存在“大馬拉小車”的現象，浪費電能，所以火電廠進行高壓變頻改造是勢在必行的。

參考文獻：

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