高压变频装置运行中存在的问题分析及对策

王会勤，谢葛尚

（浙能温州发电有限公司，浙江 温州 325602）

为降低厂用电耗能，某厂5、6号机组一次风机和凝泵电动机安装了日立公司产DHVECTOL-HI系列变频器。据运行统计分析，一次风机和凝泵的节电率分别为31.5%和56.9%，节能效果显著。但是，高压变频器投用也会带来新的问题，如厂用电系统电压波动对变频器瞬停的影响、变频器的散热冷却及凝泵变频的接线方式等。这些问题应引起重视，并采取必要的防范及改进措施。

1 变频器瞬停故障

某日因220 kV电网故障，6号机厂用电系统电压突降。故障录波器记录显示，6 kV 6A段母线电压降至86.17%，6 kV 6B段母线电压降至86.08%，持续时间40 ms。6号A、B一次风机变频器轻故障报警，瞬停保护启动。

根据厂家提供的相关资料得知，变频器检测到主电源故障即停止输出，电动机处于自由惰走状态。若主电源2 s内恢复正常，变频器恢复输出，电动机转速逐渐恢复正常。

根据统计，自高压变频器投入运行以来，瞬停保护频繁发生。因外部故障而造成的瞬停达11次，因大容量电动机启动引起的瞬停为1次，可见厂用电系统电压波动对高压变频器运行的影响很大。

2 影响变频器瞬停保护的因素

2.1 变频器瞬停保护动作原理及作用

变频器在输入侧设置一隔离移相变压器，将高压的交流电转变为多组低压交流电，每组低压交流电分别输入到一个功率单元 （见图1），经整流、滤波变为直流电，再经过逆变成为交流电，逆变器由4个IGBT（绝缘栅双极晶体管）构成。若干功率单元的交流输出串接形成高压的交流电源。6 kV电压等级变频器每相有8组单元串联叠加输出，波形非常接近于正弦波。

图1 变频器功率单元结构图

功率单元整流器DS的输入电压随着变频器主电源电压的下降而下降，因整流器输出端的电容器有较强的储能功能，电容器的端电压下降不明显。当功率单元整流器DS的输入电压快速下降到一定值时，整流桥上二极管因正向电压太低而不能导通，整流器停止输出。若此时逆变器仍保持工作状态，则由电容器暂时单独向逆变器提供能量，电容器上的能量急剧减少，电压迅速下降。待整流器DS的输入电压恢复至一定值时，整流桥上二极管因正向电压足够大再次导通，整流器重新产生输出。

当变频器检测到主电源电压＜80%，即停止输出，电动机自由惰走，如果主电源电压恢复至＞90%，则变频器立即跟踪电动机实际转速，重新产生输出，电动机转速逐渐恢复正常设定值，若主电源电压2 s内未达到90%，则变频器跳闸，重故障报警。变频器主电源电压降低到一定值，变频器停止输出是为了保护变频设备必须采取的措施。

在发电厂的实际生产过程中，引起变频器主电源电压突变的因素很多，如母线电源切换、大容量电动机启停及外部故障切除等。若变频器经常性出现停运将严重影响发电机组的安全、经济运行。

2.2 厂用电系统电源切换的影响

目前厂用电源快速切换装置已在大容量发电机组厂用电系统中广泛使用。各种类型切换装置一般都具有并联快速切换、串联快速切换、同期捕捉及低电压或工作电源偷跳触发的非正常切换功能。

目前各类微机型的电源快速切换装置可靠性都较高，一般情况下均能完成快速切换，同期捕捉及非正常切换在实际运行中很少发生。母线电压最恶劣的情况为串联快速切换时有大容量电动机启动。切换时的电压波动将导致母线电压低至80%以下，从目前了解的情况来看，无论进口还是国产变频器均无法承受这一电压扰动。

2.3 大容量电动机启动的影响

大容量电动机全电压启动时，启动电流将达到5～7倍的额定电流，同时将导致母线电压较大幅度下降，整个启动时间将达到10～15 s。在6 kV母线正常运行状态下，大容量电动机启动引起母线电压的下降值，可用下式计算 （忽略预接负荷及线路阻抗）：

式中：Ks为电动机启动电流倍数；Ie为电动机额定电流；Xxt为电源的计算电抗。

大容量电动机启动对6 kV母线电压影响的计算结果如表1所示，在不同运行方式下，其最大的电压下降值约为20%的额定电压。

表1 大容量电动机启动时对6 kV母线电压的影响%Ue

根据故障录波器的记录，正常运行状态下（最大运行方式），电动给水泵空载启动后，6 kV母线电压下降11%～14%，增压风机空载启动后，6 kV母线电压下降9%～12%。据此分析，大容量电动机全电压启动时，虽然启动过程持续时间较长，但6 kV母线电压基本能维持在80%以上。

2.4 外部故障的影响

当厂用电系统或相连电网线路发生短路故障时，将造成6 kV母线电压骤降。由于故障类型、故障点位置及开关类型不同，母线电压恢复时间也不相同。各类厂用电系统故障中，以同一母线相邻一次回路发生三相短路故障影响最为恶劣。电网故障以线路在220 kV母线附近发生三相短路故障影响最为恶劣。

外部故障对母线电压波动的幅值影响很大，但持续的时间都较短，主要是因为开关的固有分闸时间都较短，一般小于50 ms。微机型的保护装置动作时间一般小于30 ms。故障切除后，母线电压的恢复过程一般只需3～5个周波。变频器无法躲过此类干扰，因此瞬停保护的动作电压设定必须与动作延时设定密切配合。

2.5 变频器瞬停影响的对策

综合以上分析，为防止变频器频繁进入瞬停状态，应对其保护的整定参数进行修改。在保证变频器安全运行的前提下，瞬停保护动作电压设为额定电压的65%～80%，延时设为2～3 s较为合适。

针对变频装置在运行中瞬停保护动作过于频繁的问题，在保证变频装置安全运行的前提下，将变频器的瞬停动作电压整定值由80%降至75%，恢复延时仍为2 s。

结合设备检修机会，对三期6套变频装置的瞬停保护参数进行了修改。保护参数改进后，变频装置运行平稳，未发生瞬停现象，保证了机组的安全可靠运行。

3 其它问题及对策

3.1 高压变频器散热

为了提高高压大功率变频器的应用稳定性，解决变频器散热问题，目前均采用密闭式空调冷却。一次风机变频器室建造在相应空预器下面，并且靠近出灰设备，空气中含尘量大，不利于空调的运行。在实际运行中曾多次出现一次风机变频器室空调的室外机散热片被灰尘堵塞，造成所有空调停运，变频器室温度突升至40℃，因运行人员及时发现并处理才未造成变频器跳闸。

目前使用的空调不具备电源恢复后的自启动功能。在厂用电系统切换过程中，空调在电压较低时将自动停运，电压恢复后并不会自动启动，使变频器的安全运行存在较大隐患。

要提高空调工作的可靠性，可选用在电源停止恢复后可自启动的工业空调，在变频装置运行时，需对空调的运行加强检查和维护，发现问题及时处理。另外，也可改变变频器冷却方式的设计，由密闭式空调冷却改为通风冷却。

3.2 凝泵变频器的接线方式

因机组的凝泵设计为一用一备，考虑经济性，变频器改造时只对其中一台泵配置变频器。这样会造成一台泵长期运行，而另一台泵处于备用状态，基本不运行，运行方式不合理。可对凝泵的变频器一次接线方式进行改造，增加切换回路并修改相应的热工逻辑，实现一台变频器带任何一台凝泵运行。

4 结语

配置高压变频器的辅机一般都是重要辅机，这些辅机的事故停运极有可能造成机组大幅甩负荷，甚至引起机组事故停运，其损失远非节能效益可以弥补的。因此，机组及设备的安全可靠运行更为重要。在高压变频器运行中要充分考虑上述问题，保证变频装置的安全可靠运行，切实发挥节能作用。

[1]东方日立（成都）电控设备有限公司.DHVECTOL-HI用户使用手册[G].

[2]刘一福，周东生，李必伟.发电厂应用高压变频节能改造的若干问题[J].电力设备，2007，8（9）:53-56.