火电厂高压变频器故障分析及应用探讨

杨军

摘要：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。

关键词：高压变频器；故障；分析

现在大型火电厂由于高压辅机多，厂用电的高低对效益有着重大的影响，所以为降低厂用电都广泛应用变频调速技术。火电厂应用变频器能实现节能降耗，同时就要求我们针对变频器出现的故障及时消除，从而保证机组安全稳定的运行。

一、高压变频器的广泛应用

火电厂锅炉引风机是锅炉助燃的主要部分，将锅炉燃烧产生的高温烟气经静电除尘器、烟囱排出。火电厂动力锅炉的输出功率随着电功率输出的大小而改变，锅炉的煤输入量与一二次风机的送风量有一定的比例关系。引风机与一二次风机按一定比例联合调节，可以实现锅炉的稳定燃烧，在稳态情况下，一二次风机与引风机可达到动态平衡。但电网负荷随时都在改变，随着发电机输出功率的降低，锅炉出力也要相应调整，锅炉的吸风量、送风量相应减少。目前电厂普遍采用常规的控制方法将风机的挡板关小一些，以节流达到减少吸、送风量的目的，但这种调节方法有一定的缺陷。其一，调节动作较迟缓，很难达到最佳调节的目的。其二，挡板调节虽能达到调节吸送风量的目的，但会产生节流损耗，随着挡板开度的减小，风机的节流损耗加剧，大量电能被浪费在挡板上。其三，异步电动机在启动时启动电流一般达到电机额定电流的6～8倍，对电网冲击较大，同时强大冲击转矩对电机和风机的使用寿命存在很多不利影响。其四，由于转速较高，对电机所驱动的机械设备存在较大的磨损。

风机、水泵存在一个共同的特点：转速在±20%范围内变化时，风机、水泵的效率大致不变，并且流量与转速的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。当风机、水泵转速降低以后，其轴功率随转速的三次方降低，驱动风机、水泵的电动机所需的电功率亦可大大减少，所以调速调节是风机和水泵节能的重要途径。在泵与风机的各种流量的调节方式中，节流调节最为简单，而且也是当前各火电厂的主要调节方式，但是浪费电力最多。由于变频调速在频率范围、动态响应、低频转速、转差补偿、功率因数、工作效率等方面是以往的交流调速方式无法比拟的，因此开展变频调速节能势在必行。

二、变频器常见故障分析

1、主控制电源故障

变频器出现主电源故障时，变频器向DCS报出轻故障信号，在触摸屏上有相应的故障内容显示，同时变频器的控制电源自动切换到备用控制电源，系统可以正常运行，用户检测主控制电源进线电压是否正常，找到主控制电源故障的原因。

2、备用控制电源故障

变频器正常运行时，控制部分是主控制电源供电，当主控制电源出现故障时，变频器的控制电源自动切换到备用控制电源。但控制系统一直要检测备用电源是否正常，当备用控制电源出现故障时，变频器向DCS报出轻故障信号，在触摸屏上显示备用控制电源故障，系统可以正常运行，用户应检查备用控制电源故障原因。

3、冷卻风扇电源故障

变频器正常运行时，冷却风扇是由变频器主变压器（移相变压器）的一组辅助输出电源供电，当出现冷却风扇电源故障时，变频器向DCS报出轻故障信号，在触摸屏上有相应的故障类型显示，系统可以正常运行，但变频器内模块或者移相变压器的温度会根据变频器所带负载大小有所上升，若负载较大时则会逐渐上升直到变频器内的模块或者移相变压器报出温度过高故障。出现冷却风扇电源故障时用户可以根据整个系统的情况尽早将变频器停下或者切换到工频方式运行检查冷却风扇电源故障原因。

4、门开关故障

变频器的模块柜和变压器柜的柜门均装有位置开关，用于检测变频器正常运行时柜门是否可靠关上，当变频器出现门开关故障时，说明柜门被误打开或者变频器内部的位置开关有故障，出现门开关故障时，系统仍能够正常运行，但用户应尽快检查柜门是否关好或者找到合适的时间将变频器停下或者切换到工频方式运行以检查柜门的位置开关是否有问题。

5、主板与PLC通信故障

变频器控制柜内主控板与PLC通过PPI电缆连接，当出现主板与PLC通信故障时，变频器向DCS报出轻故障信号，在触摸屏上显示主板与PLC通信故障，系统能够正常运行，但触摸屏内容不再刷新，用户应检查主控板与PLC之间的PPI电缆是否连接可靠。

6、高压掉电

变频器正常运行时，电气部分对用户的6KV状态是通过6KV开关的辅助触点进行检测的，当变频器检测到辅助触点断开，变频器向DCS报出重故障信号，在触摸屏上显示高压掉电，系统停止运行。

7、系统过流

变频器的输入、输出均有电流检测，正常情况下，变频器的过流保护值是变频器额定电流的1.5倍，当输入、输出电流有效值超过过流保护点时，变频器向DCS报出重故障信号，在触摸屏上有相应的故障内容显示，同时给出跳高压开关信号，系统停止运行。

8、系统过载

变频器的过载保护值是电机额定电流的1.2倍，并且持续1分钟，当电机电流超过过载保护点时，变频器按照电机额定电流的1.2倍，运行1分钟的反时限计时保护，变频器向DCS报出重故障信号，在触摸屏上有相应的故障内容显示，同时给出跳高压开关信号，系统停止运行。

9、通信故障

变频器的控制部分和高压部分的信号传输是通过光纤进行，包括上行光纤和下行光纤，正常运行时，如果上行光纤、下行光纤或两端的发送和接受部分有故障时，变频器向DCS报出重故障信号，在触摸屏上有相应的故障显示，同时给出跳高压开关信号，系统停止运行。

四、结束语

峰谷差较大，调峰调频任务重，低负荷运行时间长，风机启停频繁，严重影响电动机的使用寿命；引风机输送的介质是锅炉燃烧产生的烟气，风机高速运行时，飞灰对风机叶片磨损较大；机组低负荷时如果两台风机运行裕度较大，一台风机运行出现风量不足的问题，实际运行中只能开两台风机运行，存在“大马拉小车”的现象，浪费电能，所以火电厂进行高压变频改造是势在必行的。

参考文献：

[1] 吴必科.电站锅炉引风机电流偏差大的原因分析及对策[J].电站系统工程，2004.

[2] 孙月亮，刘金园，董泽.三种锅炉引风机设置方案的技术经济分析[J].华北电力技术，2010.

[3] 施侠，黄定忠.高压变频调速装置在电站锅炉送引风机上应用[J].上海节能，2009.

[4]中国电器工业协会变频器分会组编.高压变频器应用手册.机械工业出版社，2009-5-1：383.

[5]刘美俊编著.变频器应用与维护技术.中国电力出版社，2008-1-1：405.endprint