高壓變頻器應用過程中的常見問題分析及解決對策

高寶用

（萬華化學股份有限公司，山東煙臺264006）

0 引言

隨著我國社會經濟的高速發展，高壓變頻器在我國水泥、礦山、石化、電力等相關行業有了大量的應用，其所實現的軟啟動節能、變頻節能等相關功能，有力提升和促進了電力生產節能降耗活動的能力和水平。對于發電廠來說，耗能設備主要包括風機、泵等，這些設備的耗電量占比過去一直高達70%以上，非常需要高壓變頻器來進行優化和提升。盡管現階段我國電廠應用高壓變頻器來降低能耗已處于現實應用階段，積累了相對豐富的經驗，然而，需要注意的是，相關技術還存在優化和提升的空間，在現實應用過程中還表現出各種各樣的問題，所以，研究高壓變頻器應用過程中的常見問題就有著重要的理論意義和現實指導意義。

1 高壓變頻器在電廠的應用

1.1 節能降耗

在電動機的泵、風機等相關設備上采用高壓變頻器，較之過去所采用的節流擋板、液力耦合器等方式來說，表現出非常明顯的節能降耗效果。以風機為例，較之過去所采用的風門調節方式和擋板調節方式來說，高壓變頻調節能夠實現的節能降耗水平在30%～50%；而就水泵來說，如果采取高壓變頻調節，通常情況下其節能水平可達到20%～30%。

科學合理地應用高壓變頻器，可在大幅降低發電廠廠用電率的同時明顯提升經濟指標。顯然，在市場經濟體系下，指標更為優秀的發電機組擁有更強的市場競爭力，可以幫助企業追求更高的經濟效益。

1.2 提升系統穩定性

通常情況下，高壓變頻器都是靠近設備就地安裝，且由于高壓變頻器都存在著大容量的電容器，從而減少了電動機系統的無功需求，這就在減少線路損耗、增強系統穩定性的同時，有效提升了系統的電能質量。

1.3 削弱系統沖擊

在政府政策的大力引導、相關技術進步的影響下，我國陸續投產了大量參數性能優秀、容量高的發電機組，所配套上馬的循環水泵、給水泵、凝結水泵、一次風機、引風機等主要輔機，所配置的高壓電動機容量也持續提升。在現實生產過程中，它們的啟動電流倍數相對較大，若采取直接工頻啟動的方式，有可能會造成電網電壓瞬時大幅波動情況的出現，導致嚴重的后果。但如果采用了高壓變頻器，就能夠很好地解決這些問題，削弱大電流對電動機、電纜和開關所造成的沖擊。同時，利用平滑加速啟動方式，還能夠有效地避免對水泵、風機葉輪、軸承等所造成的機械沖擊，延長設備的使用年限。

1.4 降低設備故障概率

現實研究表明，設備的過電流、過電壓、電動力沖擊、發熱、磨損和振動是導致調節擋板、電動機、水泵、風機等出現故障的最為主要的原因；就軸承的使用年限來說，同機械轉速有著直接的關聯。因為現階段機組負荷率相對較低，如果對低工況狀態下的設備采用變頻調節方式，可有效減少噪音、振動和設備磨損情況的出現，延長設備的使用年限，降低維護工作所帶來的成本費用。

2 高壓變頻器在現實應用中的常見問題及相關解決對策

筆者將在下文結合現實案例分析高壓變頻器應用過程中的常見問題，并有針對性地提出相應的解決方案。

某廠所使用的引風機電機功率為2 000 kW，額定電流為236 A，額定電壓為6 kV，采用了東方日立公司的高壓變頻器，調頻變速系統采用的是一拖一的方式。

2.1 變頻器控制電源

由于變頻器主控系統穩定性水平直接影響和決定了高壓變頻器的運行穩定性，因此，變頻器主控電源能否可靠穩定運行就具有至關重要的意義。就該廠的變頻器控制電源來說，主要是為PLC、光纖通信板、I/O接口板以及主控板供電，采取的是雙路供電方式，即交流+直流的方式，控制電源接線方式如圖1所示。

通過圖1能夠看出，盡管采用了雙路供電方式作為電源輸入，然而在逆變器之后，對于負載的供電仍然還是單路方式。對于電源模塊、UPS、電源逆變器等設備來說，內部有著非常繁多的元器件，所以供電可靠性實質還是停留在相對較低的水平。在現實運行中，就曾由于UPS的問題影響了發電機組的正常運行。

解決方案：針對上述問題，為有效提升供電安全性與可靠性，對供電回路進行了針對性的改造，具體如圖2所示。將24 V直流電源作為PLC的工作電源，通過雙電源模塊和雙路供電方式對PLC、光纖通信板、主控板等進行供電，即便出現一路電源故障或者是元器件故障，相關設備和板件仍能保持正常供電。

圖2 優化后的變頻器控制電源供電系統

2.2 變頻與工頻切換

筆者認為，必須重點關注的問題包括：

（1）電動機殘壓問題、變頻器電壓與母線電壓同期問題。

（2）切換狀態下，能否保證生產活動正常有序地進行。

（3）變頻器出現重大故障必須倒換到工頻運行狀態下時，因為現階段變頻器還無法對切換原因進行智能分析，若是出現電動機故障，切換之后勢必會對電動機再次造成不必要的故障沖擊。

結合上文所述案例，對于問題（1），首先把高壓變頻器的輸入、輸出開關做跳閘處理，接著再延時合上旁路開關。現實數據表明，電動機殘壓要想衰減至40%的水平通常需要1.5 s左右的時間，這樣才能實現較為安全的切換。對于問題（2），實際運行表明，切換后爐膛壓力可以達到相關要求，實現安全切換。對于問題（3），筆者的觀點是，是否采用變頻器切換功能，需要從技術、經濟和安全等多方面來進行考慮，投入切換功能雖然會產生一些問題，但總體來說，利大于弊。

3 結語

高壓變頻器在現實應用過程中會遇到各式各樣的問題，必須結合現實情況來有針對性地分析和解決。首先，必須基于負載要求來綜合性地考慮變頻器的控制電源，以便最大限度地提升供電可靠性；其次，對于現實應用活動來說，在設計變頻切換工頻的過程中，不僅需要保證用電安全性，而且還要盡可能地提升生產工藝水平。

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