高壓變頻器事故分析與防范措施

1 引言

　近幾年隨著國家對節能降耗工作的重視以及對變頻技術的推廣，特別是在電力、石油、化工等高耗能產業，高壓大功率變頻器得到了廣泛地應用，并且收到了良好的節能效果。但是高壓變頻器能否安全、可靠運行引起了相當高的重視。大唐淮北發電廠目前2臺引風機、2臺送風機和2臺凝結水泵已有工頻運行改造為變頻器運行，由于是單機運行風險比較大，因此對變頻器運行的可靠性要求非常高。下面就通過2起事故案例，來分析高壓功率變頻器出現故障對機組的正常運行所帶來的影響。

2 變頻器調速節能應用實例

　　以某發電廠#8爐的4臺高壓電機（2臺引風機、2臺送風機）改為變頻調速運行為例。6kv高壓電動機型號：ykk710-8型，1600kw，186a，746r/min，cosφ=0.861，y型接線。所配置的高壓變頻器型號：dhvectol- di02000/型，容量為sn2000kva，輸入：電壓6kv電流192.5a，輸出：電壓0~6kv；電流0~192.5a；頻率0~50hz。

　　由于變頻器功率大，發熱量較大，為保證足夠的通風冷卻效果，在變頻器功率柜和變壓器柜在柜頂分別獨立安裝了一套整體風扇，再經過室內空調，把熱風置換到室外，保證變頻器的整體冷卻通風要求。

　　2.1 電動機與風機之間的聯接
　　
　　如圖1所示，拆除原來電機與風機之間的液力耦合器，電機與風機之間加裝連接鋼軸，連接軸采用空心鋼軸。送風機傳動方式改為中間軸直連傳動，將原來彈性柱銷聯軸器，改為膜片式聯軸器，在兩副膜片式聯軸器中間，加裝一根中空的連接軸，膜片聯軸器的型號為form01-2501，中間軸型號為x430.10，其長度為1572mm，傳動部件總重為539kg。引風機傳動方式改為中間軸直連傳動，本次改造將原來彈性柱銷聯軸器，也改為膜片式聯軸器，在兩副膜片式聯軸器中間，加裝一根中空連接軸，膜片聯軸器的型號為form11，中間軸型號為x429.10，其長度為1750mm，傳動部件總重為649kg。并將引風機入口擋板門由手動控制改為電動控制，以滿足工頻狀況調節需要。這樣省略了電機移位、制作基礎的費用，節約改造資金。
　　
　　加裝引、送風入口擋板執行器4臺。在dcs系統中增加引、送風機變頻控制邏輯、入口擋板控制邏輯，并修改操作畫面。根據技術管理部門要求，完善并修改引、送風機、入口擋板相關聯鎖、保護、順控等邏輯。

　　2.2 改造前后系統對比
　　
　　(1)dhvect-di02000/06型變頻器調速范圍為0～100%；液力耦合器的調速范圍一般為40～95%，即高速段造成約5%的速度損失，影響機組出力。液力耦合器最低一般只能到額定速度的40%。
　　
　　(2)dhvect-di02000/06型變頻器在整個調速范圍內都具有較高的效率（大于97%），而液力耦合器越是在低速時效率越低。本身帶來不小的損耗，調速的節能效果大打折扣。
　　
　　(3)dhvect-di02000/06型變頻器對電機及負載機械實現真正的軟啟動，徹底解決了啟動沖擊問題，如果工作需要，電機可以在短時間內多次重復啟動。液力耦合器不能解決電機啟動問題，電機仍然為直接啟動，啟動電流大，并且不能頻繁啟動。
　　
　　(4)用dhvect-di02000/06型變頻器對電機調速時，只需脫開原來的開關和電機的連接電纜，加入變頻器即可，改造方案簡單。
　　
　　(5)dhvect-di0200/06型變頻器是高科技設備，可靠性高，基本免維護。而液力耦合器是機械設備，本身包含油路、水路等多套系統，故障率高，維修工作量大，造成了有效生產時間的縮短。
　　
　　本次變頻改造費用總投資445萬元，4臺變頻器投運后，經運行人員抄表統計，相對未改造前同等發電量情況下，每日可節約2.79萬kw/h，僅節約電費一項，在一年半內就可以將變頻器改造投資收回，節能效益很可觀。因此，高壓變頻裝置改造是節能降耗、挖潛增效、提高綜合經濟效益最直接有效的措施。高壓變頻器優越的調速性能和顯著的節能效果已經得驗證和認可。

2.3 施工改造的經驗體會
　　
　　(1)8號機引、送風機加裝變頻器改造工程，安裝施工簡單，即將原來高壓開關柜與電動機之間插入安裝變頻裝置，對原有接線改動不大；
　　
　　(2)變頻器操作使用方便，變頻器操作只有簡單的開、停機和頻率調整；
　　
　　(3)變頻裝置能進行無級調速，調速范圍廣，且調速精度高，適用性強；
　　
　　(4)變頻裝置保護功能完善，設備故障率低風機啟動平穩，啟動電流小，可靠性高；
　　
　　(5)電動機不需要長期高速運行，工作電流大幅度降低，節電效果明顯，電動機本身的使用壽命也大大延長；
　　
　　(6)由于變頻器取代了液力藕合器進行調速，消除了機械和液力藕合器高故障率的缺陷，設備維護費用大大降低；
　　
　　(7)由于電動機啟動電流很小，電動機可以頻繁啟動，電動機運行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。

3 故障過程及處理

　　案例一：2007年7月12日11:08，#6機正常運行負荷180mw，甲引風機變頻故障，#6爐甲引風機跳閘，dcs上顯示“#6爐甲引風機變頻器主板重故障”信號，變頻柜上顯示“主板重故障”，#6爐甲引風機切至工頻狀態。

　　經檢查分析，由于#6爐引風機變頻器室位于輸煤棧橋下面，大量的煤粉灰進入變頻器室，變頻器功率單元電氣元件由于長時間積灰，散熱性能差，使電氣元件溫度升高，絕緣降低，以至于燒毀。于是變頻器便發“主板重故障”信號，使#6爐甲引風機跳閘。問題發現以后，我們立即組織人員對功率單元進行了更換、調試，正常后切換為變頻運行。該事故說明變頻器安裝位置的選址非常重要。

　　案例二：2010年2月28日13:16，#8機組負荷195mw，16臺給粉機、甲丙二組制粉系統運行，各參數正常。運行中的甲送風機“變頻重故障”信號發出，甲送風機跳閘。立即投油助燃。增大乙送風機出力（甲送風機入口擋板自動關閉），停運上排4臺給粉機，關對應的一次風門，推負荷至160mw。調整爐膛負壓和一次風壓正常。就地檢查甲送風機機械部分正常。變頻保護顯示：13時16分43秒發出“a4單元驅動故障”、“主板重故障”信號。變壓器柜顯示溫度：a相54℃、b相53℃、c相52℃。匯報值長，甲送風機切到工頻運行。

　　經檢查分析，如圖2所示，這是由于甲送風機變頻器a4功率單元逆變橋igbt過電流，使igbt元件承受過載所致，所以發出“a4單元驅動故障”、“主板重故障”信號，使#8爐甲送風機跳閘。發現問題后立即向聯系廠家匯報，并調運備品備件對功率單元進行了更換，并對#8爐甲送風機變頻器做了整體靜態試驗，待正常后轉為變頻運行。

　　案例三：變頻投運后曾發生2次，電流波動大（20hz時約20a），（30hz時約30a），（＞30hz時趨于0a）。繼續調節觀察發現是操作時，調節幅度較大，設備工況反饋不同步所致，后將調節幅度設置為1～2hz/次，現象消除。
8號爐乙引風機變頻器的“變壓器溫度超高”跳閘，切工頻啟動“反時限過電流”保護跳，檢查保護定值不適應工頻啟動要求，定值修改后工頻運行正常。某日發出“高壓掉電”信號。變壓器柜顯示溫度：a相51℃、b相48℃、c相53℃。8號乙引變頻器進行檢查，c相溫控器故障，變頻器溫控的測控元件故障，將其跳閘回路拆除。更換后恢復正常運行。

圖1 高壓變頻器現場電氣接線圖

圖2 igbt模塊封裝示意圖

4 存在的問題及影響
　　
　　(1)變頻器的安裝位置選擇不當，工作環境差；
　　
　　(2)變頻器備品備件不充足；
　　
　　(3)維護人員對變頻器技術掌握不夠全面；
　　
　　(4)減少了變頻器的在線運行時間，電能損耗增加，廠用電率升高，影響了發電廠電量。

5 應對措施
　　
　　(1)變頻器安裝位置要好。應制定變頻器維修制度，定期進行變頻器濾網清掃，并利用大、小修的機會，對變頻器內部電氣元件仔細清掃檢查，防止有松動或接觸不良。變頻器室的照明要正常，通風要良好，環境溫度應保持在0～40℃。
　　
　　(2)對于重要設備，為了盡快恢復可能出現的故障，備件十分重要。在變頻器裝置內的部件發生故障時，為縮短設備的停止時間，需要準備備件。更換單個元件需要花費很長時間，因此建議以單元為單位更換。
　　
　　(3)加強對現場維護人員的技術培訓工作，使之深入了解變頻器的結構、原理，正確掌握變頻器出現故障的處理方法，縮短事故處理時間，提高工作效率。

　　(4)運行人員應加強對變頻器的巡視檢查，制定巡檢制度，做好事故預想與危險點分析，進一步提高運行人員的事故處理能力，確保機組安全、高效、穩定運行。

6 結束語

　　高壓變頻技術的推廣以及顯著的經濟效益，受到眾多行業的青睞。尤其是高壓變頻器具有良好的調速性能，啟動性能好，控制精度高，能適應發電廠不同時段的負荷調節動態特性的要求。因此要采取針對性的措施做好變頻器的運行維護，延長高壓變頻器在線運行時間和使用壽命，降低電能損耗，節約廠用電率，對節能減排以及提高發電廠的綜合競爭力具有重要意義。