淺談高壓變頻器幾種故障分析及處理

張佳音

摘 要： 介紹了發電廠一次風機、凝結水泵等輔機設備高壓變頻器系統幾種故障分析及處理。通過高壓變頻器的工作原理對變頻器的故障現象、故障原因及處理措施的描述，總結異步電動機變頻器故障處理經驗，進一步提高變頻器長周期穩定運行，有效發揮其節能作用。

關鍵詞： 高壓變頻器;故障分析;故障處理;防范措施

一次風機、凝結水泵等轉機是火力發電廠重要的輔機設備，其運行穩定性直接影響著機組的安全及經濟指標。目前無論家用還是工業用調速傳動裝置，都可使用變頻器傳動方式來實現，其中風機和泵類機械的節能效果最為顯著。故在火力發電機組中高壓變頻器得到了廣泛的應用。但由于多數火力發電廠運行年數較多，變頻器運行時間多數已超過了10年以上，因元件老化及特殊運行工況下，變頻器故障頻繁發生，給機組的長周期及經濟運行帶來了隱患。所以準確地排除故障，保證高壓變頻器穩定運行是目前火力發電廠電氣專業需要研究的重要問題之一。

1 變頻器節能原理

火力發電廠為了維持正常運行，設置了各類水泵及風機設備，廠用能耗主要來自這些轉動設備，由于容量設計和工作條件的原因，多水泵、風機類負載都存在不同程度的電能浪費，在煤炭價格上漲、電網負荷空間狹小的今天，節約能源已經是發電企業經營發展的重中之重。

傳統的風機、水泵流量的設計均以運行最大需求來設計，但在實際使用中，由于生產需要、季節溫度變化等原因，往往比設計流量小的多。通常情況下其流量的調整基本都采用調整閥門或檔板的開度來實現，這種控制方法實質是通過改變管網阻力大小來改變流量，當所需流量減少時，過剩的風機、水泵功率將導致壓力增加造成很大的能量損耗。

由流體力學原理可知：流量與轉速的一次方成正比，壓力與轉速的開平方成正比，功率與轉速的開三次方成正比。故變頻器可在保持閥門、擋板開度不變的前提下，通過改變風機的轉速來調節流量，實質就是通過減少流體動力來節省電能。采用變頻控制方式可從根本上消除風機、水泵設備在不同工作條件下出現動力浪費的現象及擋板、閥門調節時產生的阻力，使風機、水泵運行在最佳工作狀態。

2 變頻器系統組成

某發電廠一次風機、凝結水泵高壓變頻器主體結構包括旁路柜、變壓器柜、模塊柜、控制柜。

2.1旁路柜

可在故障情況下執行工頻旁路運行功能，輸入高壓電源線從該柜進入變壓器柜，到電機的輸出電源線也從該柜引出，凝結水泵變頻器未設計旁路柜，電源線直接進入變頻器柜。

2.2 變壓器柜

裝有移相變壓器，原邊繞組為高壓直接輸入，副邊繞組為各個功率模塊提供交流輸入電壓。副邊繞組通過移相技術，對電網諧波污染小，使電網輸入側的諧波總量降低到4%以下，滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準。

2.3 模塊柜

內部模塊設計為三相6個功率模塊串聯方式，每相功率模塊輸出串聯后構成逆變主回路，輸出高壓正弦波直接驅動高壓電機。

2.4 控制柜

裝有變頻器的控制系統，包括主控系統、電氣控制系統，用戶I/O端子。控制柜為變頻器工作的指揮中心，所有通訊、遠控、保護、告警等功能均在此盤柜內實現。

3 變頻器故障現象及原因分析

3.1 霍爾傳感器故障

3.1.1故障現象

某發電廠3號爐甲、乙一次風機變頻器均出現了相同現象，即變頻器故障跳閘，自動切至工頻運行，DCS變頻器故障信號顯示重故障，變頻器報文顯示“輸入過流”。

3.1.2故障原因及處理

（1）檢查故障時變頻器輸入電流曲線，發現變頻器輸入采集電流出現了突然增大現象，超過了變頻器過流保護定值，導致過流保護動作，造成變頻器重故障跳閘。

（2）檢查6千伏電源開關柜輸出電流曲線，發現開關側電流未發生突變現象。

（3）變頻器輸入端霍爾傳感器、與6千伏電源開關輸出端電流互感器在一次系統中安裝位置一致，所以無論在運行中或是在故障時，兩處電流值也應一致。故判斷一次系統并未發生故障，故障原因應為霍爾傳感器二次側輸出故障或變頻器采樣板故障造成，因采樣板出現故障概率相對較小，且造價昂貴，故將更換霍爾傳感器作為第一處理方案。

（4）變頻器電源輸入及輸出側的A、C相各安裝了一支霍爾傳感器，B相電流由軟件計算得出，更換全部傳感器后投入運行，未再發生此故障。

3.1.3預防措施

（1）建議對于高壓變頻器輸入、輸出霍爾傳感器每5年更換一次，并使用由變頻器廠家提供的霍爾傳感器。

（2）定期查看變頻器模擬量采集報文，發現有電流突變、擺動等情況，及時停運變頻器進行處理。

3.2 變頻器主控制板故障

3.2.1故障現象

某發電廠凝結水泵變頻器自動停機，工頻備用泵未聯啟。DCS未發出變頻器故障信號，變頻器就地報文顯示“高壓掉電”。47分鐘后，高壓開關自動分閘，無任何故障告警及操作記錄。

3.2.2故障原因及處理

（1）變頻器停運及開關自動跳閘原因

查閱DCS曲線，變頻器停運前運行電流平穩，無突變現象，無任告警信號，判斷一次系統正常。“高壓掉電”信號取自高壓開關輔助接點，檢查高壓開關未跳閘，各輔助接點接觸可靠，判斷開關正常。變頻器發出“高壓掉電”告警后，延時3S告警未消失，應發處重故障信號，同時跳高壓開關，但實際并未發出。變頻器停運47分鐘后，變頻器發出了跳高壓開關指令，使高壓開關分閘。

通過以上分析確定為變頻器主板故障，誤發“高壓掉電”及跳高壓開關指令。

（2）備用凝結水泵未聯啟原因

凝結水泵變頻運行時，備用泵聯啟條件為：凝結水泵高壓開關跳閘或變頻器重故障。凝結水泵變頻器停運后并未發出重故障告警，且在停運47分鐘后高壓開關方跳閘，兩個條件均未滿足，故備用泵未能聯啟。

（3）對變頻器主控制板進行更換，重新輸入參數，再次投入運行后，未再發生此故障。

3.2.3預防措施

（1）建議每8年對變頻器主板進行一次升級或更換。

（2）為確保備用泵可靠聯啟，在熱工邏輯中增加系統壓力條件，當壓力降低到指定數值后，用三取二方式聯啟備用泵。

3.3 變頻器因制動力作用而啟動失敗

3.3.1故障現象

某發電廠因空氣預熱器故障導致半側風煙系統停運，故障處理后進行系統恢復。變頻啟動甲一次風機時，變頻器報重故障，直接切至工頻啟動運行;同時風機出口擋板DCS內顯示故障;查閱一次風機變頻器報文，顯示“輸出過流”。擋板門故障處理結束后，再次停止一次風機，由工頻切換至變頻運行。啟動時同樣出現了“輸出過流”故障，由變頻切至工頻運行。

3.3.2故障原因及處理

（1）第一次啟動故障原因

風機出口擋板門關閉不嚴，風機停運后由于反向風力作用，使電機處于反向旋轉狀態，啟動過程中出現較大的制動力，造成變頻器輸出過流，報重故障。

（2）第二次啟動故障原因

由于工頻切換變頻操作過程較快，風機因慣性作用未完全停止，處于正轉狀態，約5HZ頻率。在變頻器啟動時，輸出頻率設置為0HZ逐步提升至給定頻率 10HZ，電機實際頻率與變頻器初始頻率不一致，出現了較大的制動力，造成變頻器輸出過流，報重故障。

為驗證以上結論，進行第三次切換啟動，條件為：將風機人為制動到0轉速后，用變頻器啟動，風機可正常啟動。

3.3.3預防措施

（1）一次風機變頻器啟動前，應就地檢查風機是否處于靜止狀態，如有正向或反向旋轉情況，需查明原因，并對風機進行制動后再啟動。

（2）對變頻器啟動邏輯進行修改，分為三次啟動，前兩次啟動為瞬啟-瞬停，用作風機的制動，使風機趨近于零轉速，第三次啟動為變頻器的正式啟動。

4 結束語

近年來，高壓變頻器出現故障的頻率在逐年升高，主要原因是變頻器使用年限過長，主板、采樣板、功率模塊、霍爾傳感器等主要元件出現老化現象，在日常運行及維護中很難對以上元件的完好程度進行判斷。且因各元件的老化及特殊運行條件的出現，導致故障現象更為多樣化，增大了在發生故障時進行判斷的難度。目前高壓變頻器各元件價格昂貴，對于多數企業來說，很難一次性進行更新。所以在日常的運行維護中，除了做好定期清掃、檢查外，還要根據各類元件發生故障的頻率和類別進行統計分析，合理的安排更換時機。

參考文獻

[1] ?韓安榮. 通用變頻器及其應用. 北京機械工業出版社，2000.1.

[2] ?流體力學（第3版）. 清華大學出版社，2015.7.