淺析高頻電源故障及維護

國能太倉發電有限公司 肖立軍

某發電公司7號、8號機電除塵高頻電源采用原阿爾斯通SIR4-120產品，輸出最大電流1700mA，最大電壓70kV。設備自2015年投產至今多次發生看門狗報警故障；高頻電源DC-link電壓錯誤，跳閘故障；高頻電源冷卻液溫度高報警，跳閘故障；一次電壓低，跳閘故障；冷卻液液位低報警故障，經過治理以上故障基本消除。

1 高頻電源概述

1.1 高頻電源簡介

高頻高壓整流電源（以下簡稱“高頻電源”），屬于新一代電除塵器供電設備，在電力行業、冶金行業、水泥行業等諸多行業的煙氣粉塵治理中有著廣泛的應用，有效替代了傳統的可控硅工頻電源。高頻電源的推廣及應用不僅可以降低電除塵器的電能消耗，提高除塵效率，而且也對環境保護有著重要作用。

1.2 高頻電源系統構成及其工作原理

對于高頻電源而言，其是電除塵系統的核心構件，可以為電除塵系統提供穩定的高壓電場。高頻電源的構成部分主要包括交流配電模塊、整流模塊、直流配電模塊及集中監控模塊四大模塊，其中交流配電模塊主要是負責對交流電源進行處理、保護及監測，并和整流模塊接口；整流模塊是負責把交流電轉換成直流電；直流配電模塊是負責為直流負載進行供電；集中監控模塊是負責對交流輸入電源、整流模塊、輸出電源及蓄電池組進行智能管理，并實現數據監測、定值設定、越限報警。

高頻電源工作原理是：首先通過EMI濾波器過濾掉三相電網輸入電流中存在的雜波，并防止本機產生雜波反輸至公共電網中；再通過三相整流把電網交流電源整流成比較平滑的直流電，并輸入濾波器抑制變頻器產生的傳導干擾及輻射干擾，以便進行下一級變換；然后經逆變器把整流之后的直流電變換成高頻交流電。最后通過諧振網絡、高壓變壓器等為除塵器提供穩定可靠的直流電源，滿足除塵負載需要。高頻電源工作原理示意圖如圖1所示。

圖1 高頻電源系統原理

1.3 高頻電源的優勢

1.3.1 輸出平均電壓

電除塵器系統運行對電場電壓要求比較高，在此基礎上對荷電能量也有著較高的要求。通過應用高頻電源可以在有效控制各個電流脈沖的同時，也能夠有效控制脈沖的高度、寬度和頻率。另外，通過高頻電源也能夠任意轉換及調節電壓及電流波形，從而更好地滿足除塵設備對電場的需求。

1.3.2 高效的供電方式

高頻電源的供電方式為脈沖式供電，可以保證電除塵工藝三、四級電場的荷電功率不降低的情況，減少電源供電量損耗，這樣不僅可以提高電除塵的效率，而且也能夠大大降低電能消耗。

1.3.3 快速的火花處理

工頻電源供電過程中容易產生比較大的電流沖擊，而高頻電源的脈沖式供電可以保證出現火花時可以第一時間關閉供電脈沖，降低電火花能量。

2 高頻電源故障分析

2.1 高頻電源看門狗報警故障

設備投運后經常發生看門狗報警故障導致設備停運，檢查設備未見異常，設備重新啟動后運行正常。

2.1.1 高頻電源看門狗報警故障原因

一是控制器損壞不能夠正常工作，為了避免帶來其他電路設備的故障，控制器發出停運指令，停止SIR4整機設備的輸出；二是網絡沖突故障，由于外部的網絡，多個終端設備的訪問速率不同或網絡中存在其他非SIR4控制器的ModbusTCP/IP網絡接口設備，導致的網絡擁堵情況，從而導致控制器發出錯誤指令；三是控制器設計為兩種通信接口，FLAKT-BUS和MODBUS-TCP/IP兩種通訊方式，當FLAKT-BUS不使用的情況，控制器自身尋址錯誤，導致控制器產生Watchdogreset，T/Rtripped報警并跳閘。

2.1.2 高頻電源看門狗報警故障解決方案

一是若某同一臺控制器頻發該故障，在800h內連續發生了3次該故障，建議更換該控制器；二是合理的網絡優化；三是控制器軟件升級避免由于FLAKT-BUS通訊導致的Watchdogreset，T/Rtripped報警并跳閘，在SIR4控制器的最新軟件版本中包含了這個補丁的修正。

2.2 高頻電源DC-link電壓錯誤，跳閘故障

2.2.1 高頻電源DC-link電壓錯誤，跳閘故障原因

兩個PE單元DC-link平均值相差5%跳閘；每個PE單元DC-link最高電壓和最低電壓相差150V跳閘；兩個PE單元DC-link最高電壓和最低電壓相差50V跳閘。

2.2.2 高頻電源DC-link電壓錯誤，跳閘故障決絕方案

一是檢查高頻電源柜保險是否熔斷、是否合閘到位，如果保險熔斷需要更換新的保險，同時檢查設備是否存在故障。如果保險沒有合閘到位，需將保險重新合閘到位；二是用萬用表測量高頻電源直流輸出電壓是否低于規定值，如果低于規定值需要更換整流橋。如果輸出電壓在規定值范圍內，需要更換DC-link控制板。三是高頻電源濾波電感線圈絕緣下降，導致輸入波形畸變，高頻電源整流后DC-link電壓出現偏差，高頻電源停運。對絕緣能力降低的濾波電感線圈進行更換，設備重新投入后運行正常。

2.3 高頻電源冷卻液溫度高報警，跳閘故障

2.3.1 高頻電源冷卻液溫度高報警，跳閘故障原因及報警條件

故障原因。一是高頻電源外部濾網灰塵堵塞；二是高頻電源內部熱交換濾網灰塵堵塞；三是測量元件精度下降；四是采樣板故障。報警條件。如果冷卻水溫入口高于環境溫度25℃，冷卻液溫度高跳閘；如果兩個PE單元的溫度相差5℃，直接PE溫度高跳閘；如果兩個PE單元的溫度超過冷卻水溫15℃，直接PE溫度高跳閘。

2.3.2 高頻電源冷卻液溫度高報警，跳閘故障決絕方案

一是檢查高頻電源外部灰塵是否堵塞濾網，如果灰塵堵塞濾網需要定期清理濾網，一般情況下每兩個月清理一次。

二是檢查高頻電源內部熱交換器灰塵是否堵塞濾網，觀察散熱片之間的縫隙，在正常情況下，散熱片的縫隙是可以完全透光的。當觀察整個散熱片時，是可以通過外側直接看到內部變壓器的，也可以通過內部用電筒向外照射的方法來觀察。如果外部看不到電筒的光線，說明散熱片的散熱空隙已被灰塵堵塞，這時需要對濾網進行清理。清理的方式可以通過用橡膠刷對這些濾網的兩面進行清理，也可以采用細的鐵絲對局部堵塞嚴重的縫隙處進行疏通。在做完這些處理之后，用風筒反復向內、向外吹掃散熱片。直到透過濾網縫隙觀察到內部元器件，而無東西堵塞在散熱片濾網空隙處。

三是對于運行時間超過兩年的SIR4高頻電源，應著重對散熱片進行清掃。在長時間的運行過程中，由于結露的原因會有部分灰塵黏附在散熱片內部，而不容易通過風筒的吹掃將其排出散熱片，最終導致散熱不利，冷卻液溫度高，以致使整臺高頻電源長期處于一個高溫運行的狀態，對設備的使用壽命是非常不利的。

四是針對散熱片濾網堵塞問題國能太倉公司加強日常溫度檢測，當發現某一高頻電源溫度過高時，采取不停運設備，使用毛刷清掃散熱片表面附著的灰塵，目前取得較好效果，因溫度升高導致的報警，設備停運顯著降低。

五是溫度測點精度降低，需要更換溫度測點。

六是采樣板故障，需要更換采樣板。

2.4 一次電壓低，跳閘故障

高頻電源內置母線電壓低于標稱電壓95%報警，低于85%跳閘，高于10%跳閘。

2.4.1 一次電壓低，跳閘故障原因

輸入電源缺相，電壓互感器測量不準確，供電母線電壓波動或大設備啟動臨時對母線電壓的影響。

2.4.2 一次電壓低，跳閘故障決絕方案

一是提高電源供電質量，保證三相電源平衡；二是更換電壓互感器；三是避免大的負荷在同一時間啟動。

2.5 二次電壓低，跳閘

當二次電壓低于跳閘設定值5kV，經30s后設備跳閘。

2.5.1 二次電壓低，跳閘的原因

電場內部短路或陰極線松動，轉換單元故障，跳閘設定值設置錯誤。

2.5.2 二次電壓低，跳閘的決絕方案

一是重新安裝、固定電廠內部陰極線；二是更換故障的轉換單元；三是重新調整跳閘值。

2.6 冷卻液液位低報警故障

當冷卻液液位低于報警值時，冷卻液發液位低報警。

2.6.1 冷卻液液位低報警故障原因

一是誤報警；二是冷卻系統漏液。

2.6.2 冷卻液液位低報警故障解決方案

一是如果冷卻液無泄漏，因氣溫降低導致液位降低，用合適份額的飲用水或者蒸餾水添加到儲液罐中，距儲液罐頂為30mm；二是若冷卻液發生泄漏需要檢查冷卻液發生泄漏的泄漏點，對泄漏冷卻液管道與各個設備的連接螺母處進行緊固或更換內部管路破裂的散熱片。

2.7 凝露

2.7.1 凝露原因分析

高頻電源內部設備凝露并累積成水通常需要滿足以下兩個條件：（1）空氣有較高的相對濕度；（2）發生凝露的設備溫度始終低于環境溫度。某公司所處地區雪、雨、霧天氣較多，空氣濕度較大，滿足條件（1）；條件（2）與環境溫度、通風方式、通風面積等因素有關。研究表明，當環境濕度不變時，在一定環境溫度范圍內，通風可以起到防凝露的作用。當環境溫度為30℃時，全通風無法發揮防凝露效應，反而會促進凝露的形成。當環境溫度不變時，環境相對濕度越高，全通風時凝露形成時間就越短。不同環境溫濕度條件下，當相對濕度分別為70%、80%、90%時，凝露時間均隨環境溫度升高呈現先增大后減小的變化趨勢。通風面積的不同也會影響凝露的形成時間，但并非通風面積越大，防凝露效果越好；對一定形式的戶外設備，存在一個最佳通風面積，超過該面積時，通風面積越大，凝露形成時間就越短。

2.7.2 消除凝露

一是針對高頻電源上部原防雨棚較小、無法徹底起到防雨水作用的情況，采取在高頻電源周圍及上方裝設半封閉彩鋼房的措施。二是尋求生產廠家技術支持，將故障率高的二次電壓、電流有源采樣板、模擬板更換為避免因電源問題導致故障的全封閉無源板件，無源采樣板插、接件也采用全封閉防水式，以消除有源采樣板插、接件不能有效防止水氣進入板件內部的弊端。

3 高頻電源日常維護注意事項

高頻電源不允許高壓輸出開路，不允許做開路試驗，遇天氣寒冷且電源停運時間較長后需要檢查冷卻液冰點，高頻電源啟動前需要送電暖機，暖機時間為20min，調整二次電流至500mA后開啟高壓，調整二次電流至常規值[1]。定期清掃過濾網，每兩個月需一次；定期清掃電源柜及控制柜，每三個月一次；定期清掃高頻電源內部，每六個月一次。當整流橋的溫度超過冷卻液進口溫度的15℃或冷卻液進口溫度超過環境溫度的25℃時需立即停機對高頻電源內部清掃。每半年檢查一次高頻電源殼體外部有無漏油；高頻電源高壓瓷瓶有無漏油；檢查變壓器表面有無漏油。液位正常值為30mm，若液位低于30mm需適量添加冷卻液。要分類建立設備檔案，準確記錄設備生產日期、安裝投產日期，登記各種隨機資料如圖紙、說明書、出廠檢測報告、工程驗收報告。建立設備機歷薄，并在機歷薄中記錄設備歷次障礙發生的時間、處理過程及處理結果，設備改動情況說明、改動圖紙及改動審批報告。

通過對高頻電源故障及日常維護分析，為同類設備的日常維護、故障處理提供了寶貴經驗，確保環保設備可靠運行，防止環保事件的發生。