火力發(fā)電廠高壓變頻器的故障分析和維護(hù)

謝天事

（國能神福（龍巖）發(fā)電有限公司 福建省龍巖市 364000）

盡管高壓變頻器技術(shù)取得了良好的節(jié)能效果，但是，部分廠家在生產(chǎn)高壓變頻器期間，僅僅片面化地考慮高壓變頻器的節(jié)能效果，卻忽視了高壓變頻器的運(yùn)行性能，導(dǎo)致所生產(chǎn)的高壓變頻器經(jīng)常出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定問題，這將給高壓電機(jī)的運(yùn)行造成不良的影響。為了確保高壓變頻器更好地適應(yīng)火力發(fā)電廠運(yùn)行環(huán)境，提高高壓變頻器的運(yùn)行性能，如何科學(xué)地分析和維護(hù)高壓變頻器是維修人員必須思考和解決的問題。

1 高壓變頻器散熱方案設(shè)計(jì)不當(dāng)引起故障

對(duì)于火力發(fā)電廠而言，在使用高壓變頻器期間，經(jīng)常面臨比較復(fù)雜、惡劣的工作環(huán)境，而高壓變頻器對(duì)環(huán)境潔凈性、散熱性提出了更高的要求[1]。因此，綜合考慮高壓變頻器的散熱設(shè)計(jì)水平以及安裝環(huán)境顯得尤為重要，任何一個(gè)小的失誤，將會(huì)直接影響高壓變頻器的運(yùn)行，進(jìn)而給火力發(fā)電廠造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。

1.1 案例分析

為了更好地分析和處理高壓變頻器散熱方案不合理問題，現(xiàn)以西南地區(qū)某一電廠為例，對(duì)該問題進(jìn)行針對(duì)分析和處理。某電廠在改造風(fēng)機(jī)變頻器期間，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了高壓變頻器室散熱方案，該方案具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：通過利用變頻器柜，完成對(duì)相應(yīng)風(fēng)道的設(shè)置，同時(shí)，還要在風(fēng)道的兩個(gè)不同側(cè)面，選用合適的抽風(fēng)機(jī)方式[2]，確保變頻器形成的熱量被全部輸送到室外。此外，為了避免周邊環(huán)境粉塵過多對(duì)高壓變頻器運(yùn)行性能產(chǎn)生不良影響，需要將濾網(wǎng)設(shè)置在柜門，以確保室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性，另外，還要在變頻器四周設(shè)置一臺(tái)空調(diào)[3]。

1.2 故障原因分析

該變頻器剛投入使用時(shí)間不長(zhǎng)，出現(xiàn)頻繁跳閘現(xiàn)象，此時(shí)，變頻器的功率模塊溫度相對(duì)較高，使得引風(fēng)機(jī)被迫終止運(yùn)行[4]，經(jīng)過分析后，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致變頻器頻繁跳閘的原因主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）柜頂風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量較大，而變頻器室附近所安裝的進(jìn)風(fēng)口較小，使得變頻器室內(nèi)的負(fù)壓呈現(xiàn)出不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這無疑降低了功率單元換熱效率。

（2）對(duì)于變頻器室而言，其進(jìn)風(fēng)口附近存在大量的粉塵，一旦這些粉塵被吸入到變頻器室內(nèi)，變頻濾網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，這無疑降低了變頻器進(jìn)風(fēng)量，使得功率單元內(nèi)部的換熱效率不斷下降。

（3）變頻器室內(nèi)安裝和使用了兩臺(tái)不同型號(hào)的高壓變頻器[5]，單臺(tái)高壓變頻器額定功率達(dá)到了3200kW，按照發(fā)熱量的4%為比例進(jìn)行計(jì)算，兩臺(tái)變頻器所獲得的發(fā)熱量共達(dá)到了2×1600×4%=128kW，在額定負(fù)載環(huán)境下，變頻器頻率高達(dá)45Hz，因此，兩臺(tái)不同型號(hào)的變頻器’所產(chǎn)生的總發(fā)熱量達(dá)到了90kW 左右，此外，變頻器室內(nèi)所配置和使用的空調(diào)較少，僅僅只有四臺(tái)，這些空調(diào)的制冷功率僅僅為46kW，一旦環(huán)境溫度超過了所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，將會(huì)難以滿足變頻器運(yùn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

1.3 故障解決措施

維修人員根據(jù)以上原因進(jìn)行分析和研究，拆除風(fēng)道和變頻器柜上的抽風(fēng)機(jī)，然后在變頻器室設(shè)置兩臺(tái)制冷功率分別為28kW 的空調(diào)，并將空調(diào)位置設(shè)置在變頻器柜門的對(duì)面，此外，還要徹底關(guān)閉整個(gè)變頻器室[6]，僅僅借助空調(diào)對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行冷卻處理。當(dāng)變頻器室內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造結(jié)束后，兩臺(tái)高壓變頻器再次投入使用，發(fā)現(xiàn)變頻器運(yùn)行正常穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)模塊超溫現(xiàn)象。

1.4 案例總結(jié)

通過總結(jié)以上案例，不難發(fā)現(xiàn)，變頻器內(nèi)部的功率模塊，在日常的運(yùn)行中，往往產(chǎn)生大量的熱量，對(duì)環(huán)境溫度變化情況表現(xiàn)出較高的敏感度，難以高溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行[7]。因此，廠家在設(shè)計(jì)變頻器室內(nèi)散熱方案期間，要充分考慮地區(qū)溫度、濕度以及散熱情況等問題，避免因變頻器運(yùn)行不久因溫度過高而出現(xiàn)一系列的故障問題，進(jìn)而給火力發(fā)電廠的生產(chǎn)造成了不可估量的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。由此可見，高壓變頻器在日常的運(yùn)行中，一旦出現(xiàn)散熱不良問題，將會(huì)直接影響高壓變頻器的運(yùn)行性能，所以，相關(guān)廠家要重視對(duì)這一問題的改進(jìn)和優(yōu)化，只有這樣，才能確保高壓變頻器散熱方案設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，為提高火力發(fā)電廠的管理經(jīng)營(yíng)水平，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化產(chǎn)生積極的影響。

2 高壓變頻器器件穩(wěn)定性不佳造成系統(tǒng)故障

通常情況下，高壓變頻器主要由以下幾個(gè)部分組成，分別是功率單元、變壓器單元、不間斷電源和控制單元。其中，功率單元和控制單元屬于高壓變頻器的核心零件，功率單元主要用于對(duì)工頻輸入方式的轉(zhuǎn)換，使其轉(zhuǎn)換為變頻輸出方式，控制單元主要用于對(duì)操作指令的接受和處理，同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變頻器的自動(dòng)化控制，還要對(duì)這些操作指令進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，使其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制指令。此外，對(duì)于控制功率單元而言，其變頻輸出主要包含以下兩個(gè)部分，分別是控制單元和功率單元，這兩大組成部分作為高壓變頻器的“心臟”，其運(yùn)行性能是否良好直接影響了高壓變頻器的工作效率和效果。此外，火力發(fā)電廠所使用的高壓輔機(jī)具有一定的重要性，需要確保其能夠長(zhǎng)時(shí)間地穩(wěn)定運(yùn)行。所以，在對(duì)變頻器進(jìn)行改造期間，需要充分考慮變頻器的穩(wěn)定性，只有這樣，才能從根本上解決變頻器、的故障問題，以確保火力發(fā)電廠的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。變頻器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1：變頻器結(jié)構(gòu)圖

2.1 案例分析

某電廠所應(yīng)用的引風(fēng)機(jī)，主要采用變頻方式進(jìn)行運(yùn)作，在外部設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，變頻器經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一系列的“重故障”信號(hào)，進(jìn)而引發(fā)頻繁跳閘現(xiàn)象，使得引風(fēng)機(jī)異常退出，無法正常運(yùn)行。維修人員經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)，引風(fēng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)任何異常問題，變頻器控制單元顯示頻顯示以下信息，如“A2 相過壓”，但是，通過檢查變頻器后，發(fā)現(xiàn)該變頻器A2 功率單元并沒有出現(xiàn)任何異常問題。又如：某火力發(fā)電廠在使用改造后的變頻器后發(fā)現(xiàn)，變頻器經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，經(jīng)常發(fā)出“輕故障”信號(hào)，通過將其切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)后，發(fā)現(xiàn)高壓變頻器內(nèi)部的功率單元模塊出現(xiàn)運(yùn)行異常問題，通過更換新的功率單元模塊，變頻器故障問題得以快速解決。

2.2 故障原因分析

維修人員通過對(duì)該模塊的檢查，發(fā)現(xiàn)該模塊單元控制板內(nèi)部電路出現(xiàn)短路現(xiàn)象，使得該模塊電源遭受損壞，導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)運(yùn)行異常問題，造成引風(fēng)機(jī)無故出現(xiàn)頻繁閃退現(xiàn)象。

2.3 故障解決措施

找到故障原因后，維修人員只需更新新的控制模塊，以上故障問題就能得以根本解決，才能確保高壓變頻器能夠穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行。

2.4 案例總結(jié)

通過總結(jié)以上案例，不難發(fā)現(xiàn)，引起變頻器出現(xiàn)運(yùn)行異常的根本原因是模塊內(nèi)部小零件出現(xiàn)不穩(wěn)定問題，使得整個(gè)變頻器無法正常運(yùn)行，進(jìn)而嚴(yán)重影響了火力發(fā)電廠的運(yùn)營(yíng)效果。為了避免以上故障現(xiàn)象的出現(xiàn)，火力發(fā)電廠在選用高壓變頻器期間，除了要綜合考慮一般企業(yè)運(yùn)行需求，還要充分結(jié)合發(fā)電企業(yè)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的所提出的特殊需求，對(duì)模塊內(nèi)部元器件的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，以保證這些元器件的穩(wěn)定性，只有這樣，才能提高發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行性能，不斷提高發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)力和市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力，為促進(jìn)發(fā)電企業(yè)的穩(wěn)定化、安全化生產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件。

3 控制系統(tǒng)與電廠控制系統(tǒng)配合不佳造成系統(tǒng)故障

目前，控制系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中得以廣泛應(yīng)用，而高壓輔機(jī)作為一種常用的設(shè)備，在日常的運(yùn)行中，均受到了控制系統(tǒng)的管控。在這樣的背景下，如果將高壓變頻技術(shù)應(yīng)用于高壓輔機(jī)中，那么控制系統(tǒng)會(huì)向高壓變頻器發(fā)送相應(yīng)的控制指令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變頻器的自動(dòng)化控制。確保高壓變頻器與控制系統(tǒng)兩者之間的相互配合，但是，由于不同廠家所設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的控制系統(tǒng)存在一定的差異性，導(dǎo)致控制系統(tǒng)在處理指令信號(hào)期間存在信號(hào)處理時(shí)須不統(tǒng)一問題，因此，對(duì)于高壓變頻器而言，在對(duì)其控制單元相關(guān)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，需用充分考慮控制系統(tǒng)在功能上的差異性，然后，選用合適的信號(hào)處理方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)，只有這樣，才能確保高壓變頻器與控制系統(tǒng)兩者之間積極配合和協(xié)作，避免因高壓變頻器與控制系統(tǒng)無法正確匹配而嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.1 案例分析

某火力發(fā)電廠將改造后的變頻器投入使用到實(shí)際的生產(chǎn)中，經(jīng)過一段時(shí)間使用后，通過借助控制系統(tǒng)顯示頻，發(fā)現(xiàn)變頻器的電流信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)顯示不穩(wěn)定，時(shí)有時(shí)無，通過采用“自動(dòng)”控制模式，系統(tǒng)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)退出。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，PLC 控制器與工控通訊之間無法穩(wěn)定連接，經(jīng)過維修人員廠檢確認(rèn)后，發(fā)現(xiàn)高壓變頻器內(nèi)部的通信程序無法正常運(yùn)行，導(dǎo)致控制系統(tǒng)無法正常穩(wěn)定地傳輸信號(hào)，從而造成高壓變頻器無法借助控制系統(tǒng)自動(dòng)可靠地運(yùn)行。

3.2 故障原因分析

對(duì)工控機(jī)進(jìn)行重新啟動(dòng)后，以上現(xiàn)象不再出現(xiàn)。但是，經(jīng)過一段時(shí)間后，以上現(xiàn)象又再次重現(xiàn)，工控機(jī)通信程序無法正常運(yùn)行，高壓變頻器自動(dòng)化控制失效。經(jīng)過維修人員檢查后確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)工控機(jī)內(nèi)部所編寫的通信程序存在一定的問題，無法與控制系統(tǒng)進(jìn)行完美配合，使得控制系統(tǒng)產(chǎn)生過多的冗余數(shù)據(jù)，造成工控機(jī)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，出現(xiàn)通信程序無法正常運(yùn)行的現(xiàn)象。

3.3 故障解決措施

經(jīng)過對(duì)故障原因分析后，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致以上故障出現(xiàn)的根本原因是工控機(jī)通訊程序升級(jí)不及時(shí)，為了解決以上故障問題，相關(guān)人員要定期對(duì)工控機(jī)通信程序進(jìn)行定期升級(jí)和優(yōu)化。

3.4 案例總結(jié)

通過總結(jié)以上案例，不難發(fā)現(xiàn)在控制系統(tǒng)的不斷應(yīng)用下，高壓變頻器在自動(dòng)化控制期間，不能僅僅依靠單一負(fù)荷控制方式，需要將其與現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行有效配合，一旦其配合效果不佳，將會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，從而給火力發(fā)電廠的日常管理帶來一系列的安全隱患。因此，廠家在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)期間，要在充分考慮火力發(fā)電廠具體控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，還要確保系統(tǒng)調(diào)試的嚴(yán)密性，只有這樣，才能進(jìn)一步提高控制單元的運(yùn)行性能，從而更好地促進(jìn)火力發(fā)電廠的可靠化、安全化生產(chǎn)。

4 結(jié)束語

綜上所述，高壓變頻器作為火力發(fā)電廠重要設(shè)備之一，一旦出現(xiàn)故障問題，將會(huì)直接影響電廠供電的穩(wěn)定性和可靠性，并給人們的生活、工作和生產(chǎn)造成極大的不便，為了進(jìn)一步提高高壓變頻器的運(yùn)行性能，維修人員嚴(yán)格按照保養(yǎng)和維修相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行科學(xué)維修，避免因該設(shè)備出現(xiàn)故障而影響火力發(fā)電廠的管理和經(jīng)營(yíng)，只有這樣，才能提高火力發(fā)電廠的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)火力發(fā)電廠的健康、可持續(xù)發(fā)展。