高压变频器事故分析与防范措施

1 引言

大唐淮北发电厂目前2台引风机、2台送风机和2台凝结水泵已有工频运行改造为变频器运行，由于是单机运行风险比较大，因此对变频器运行的可靠性要求非常高。下面就通过2起事故案例，来分析高压功率变频器出现故障对机组的正常运行所带来的影响。

2 变频器调速节能应用实例

以某发电厂#8炉的4台高压电机(2台引风机、2台送风机)改为变频调速运行为例。6kv高压电动机型号：ykk710-8型，1600kw，186a，746r/min，cosφ=0.861，y型接线。所配置的高压变频器型号：dhvectol- di02000/型，容量为sn2000kva，输入：电压6kv电流192.5a，输出：电压0~6kv;电流0~192.5a;频率0~50hz。

由于变频器功率大，发热量较大，为保证足够的通风冷却效果，在变频器功率柜和变压器柜在柜顶分别独立安装了一套整体风扇，再经过室内空调，把热风置换到室外，保证变频器的整体冷却通风要求。

2.1 电动机与风机之间的联接

如图1所示，拆除原来电机与风机之间的液力耦合器，电机与风机之间加装连接钢轴，连接轴采用空心钢轴。送风机传动方式改为中间轴直连传动，将原来弹性柱销联轴器，改为膜片式联轴器，在两副膜片式联轴器中间，加装一根中空的连接轴，膜片联轴器的型号为form01-2501，中间轴型号为x430.10，其长度为1572mm，传动部件总重为539kg。引风机传动方式改为中间轴直连传动，本次改造将原来弹性柱销联轴器，也改为膜片式联轴器，在两副膜片式联轴器中间，加装一根中空连接轴，膜片联轴器的型号为form11，中间轴型号为x429.10，其长度为1750mm，传动部件总重为649kg。并将引风机入口挡板门由手动控制改为电动控制，以满足工频状况调节需要。这样省略了电机移位、制作基础的费用，节约改造资金。

图1 高压变频器现场电气接线图

加装引、送风入口挡板执行器4台。在dcs系统中增加引、送风机变频控制逻辑、入口挡板控制逻辑，并修改操作画面。根据技术管理部门要求，完善并修改引、送风机、入口挡板相关联锁、保护、顺控等逻辑。

2.2 改造前后系统对比

(1)dhvect-di02000/06型变频器调速范围为0～100%;液力耦合器的调速范围一般为40～95%，即高速段造成约5%的速度损失，影响机组出力。液力耦合器最低一般只能到额定速度的40%。

(2)dhvect-di02000/06型变频器在整个调速范围内都具有较高的效率(大于97%)，而液力耦合器越是在低速时效率越低。本身带来不小的损耗，调速的节能效果大打折扣。

(3)dhvect-di02000/06型变频器对电机及负载机械实现真正的软启动，彻底解决了启动冲击问题，如果工作需要，电机可以在短时间内多次重复启动。液力耦合器不能解决电机启动问题，电机仍然为直接启动，启动电流大，并且不能频繁启动。

(4)用dhvect-di02000/06型变频器对电机调速时，只需脱开原来的开关和电机的连接电缆，加入变频器即可，改造方案简单。

(5)dhvect-di0200/06型变频器是高科技设备，可靠性高，基本免维护。而液力耦合器是机械设备，本身包含油路、水路等多套系统，故障率高，维修工作量大，造成了有效生产时间的缩短。

本次变频改造费用总投资445万元，4台变频器投运后，经运行人员抄表统计，相对未改造前同等发电量情况下，每日可节约2.79万kw/h，仅节约电费一项，在一年半内就可以将变频器改造投资收回，节能效益很可观。因此，高压变频装置改造是节能降耗、挖潜增效、提高综合经济效益最直接有效的措施。高压变频器优越的调速性能和显著的节能效果已经得验证和认可。

2.3 施工改造的经验体会

(1)8号机引、送风机加装变频器改造工程，安装施工简单，即将原来高压开关柜与电动机之间插入安装变频装置，对原有接线改动不大;

(2)变频器操作使用方便，变频器操作只有简单的开、停机和频率调整;

(3)变频装置能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，适用性强;

(4)变频装置保护功能完善，设备故障率低风机启动平稳，启动电流小，可靠性高;

(5)电动机不需要长期高速运行，工作电流大幅度降低，节电效果明显，电动机本身的使用寿命也大大延长;

(6)由于变频器取代了液力藕合器进行调速，消除了机械和液力藕合器高故障率的缺陷，设备维护费用大大降低;

(7)由于电动机启动电流很小，电动机可以频繁启动，电动机运行振动及噪声明显下降，轴承温度也有很大的下降。[p] 3 故障过程及处理

案例一：2007年7月12日11:08，#6机正常运行负荷180mw，甲引风机变频故障，#6炉甲引风机跳闸，dcs上显示“#6炉甲引风机变频器主板重故障”信号，变频柜上显示“主板重故障”，#6炉甲引风机切至工频状态。

经检查分析，由于#6炉引风机变频器室位于输煤栈桥下面，大量的煤粉灰进入变频器室，变频器功率单元电气元件由于长时间积灰，散热性能差，使电气元件温度升高，绝缘降低，以至于烧毁。于是变频器便发“主板重故障”信号，使#6炉甲引风机跳闸。问题发现以后，我们立即组织人员对功率单元进行了更换、调试，正常后切换为变频运行。该事故说明变频器安装位置的选址非常重要。

案例二：2010年2月28日13:16，#8机组负荷195mw，16台给粉机、甲丙二组制粉系统运行，各参数正常。运行中的甲送风机“变频重故障”信号发出，甲送风机跳闸。立即投油助燃。增大乙送风机出力(甲送风机入口挡板自动关闭)，停运上排4台给粉机，关对应的一次风门，推负荷至160mw。调整炉膛负压和一次风压正常。就地检查甲送风机机械部分正常。变频保护显示：13时16分43秒发出“a4单元驱动故障”、“主板重故障”信号。变压器柜显示温度：a相54℃、b相53℃、c相52℃。汇报值长，甲送风机切到工频运行。

经检查分析，如图2所示，这是由于甲送风机变频器a4功率单元逆变桥igbt过电流，使igbt元件承受过载所致，所以发出“a4单元驱动故障”、“主板重故障”信号，使#8炉甲送风机跳闸。发现问题后立即向联系厂家汇报，并调运备品备件对功率单元进行了更换，并对#8炉甲送风机变频器做了整体静态试验，待正常后转为变频运行。

案例三：变频投运后曾发生2次，电流波动大(20hz时约20a)，(30hz时约30a)，(>30hz时趋于0a)。继续调节观察发现是操作时，调节幅度较大，设备工况反馈不同步所致，后将调节幅度设置为1～2hz/次，现象消除。

8号炉乙引风机变频器的“变压器温度超高”跳闸，切工频启动“反时限过电流”保护跳，检查保护定值不适应工频启动要求，定值修改后工频运行正常。某日发出“高压掉电”信号。变压器柜显示温度：a相51℃、b相48℃、c相53℃。8号乙引变频器进行检查，c相温控器故障，变频器温控的测控元件故障，将其跳闸回路拆除。更换后恢复正常运行。

图2 igbt模块封装示意图

4 存在的问题及影响

(1)变频器的安装位置选择不当，工作环境差;

(2)变频器备品备件不充足;

(3)维护人员对变频器技术掌握不够全面;

(4)减少了变频器的在线运行时间，电能损耗增加，厂用电率升高，影响了发电厂电量。

5 应对措施

(1)变频器安装位置要好。应制定变频器维修制度，定期进行变频器滤网清扫，并利用大、小修的机会，对变频器内部电气元件仔细清扫检查，防止有松动或接触不良。变频器室的照明要正常，通风要良好，环境温度应保持在0～40℃。

(2)对于重要设备，为了尽快恢复可能出现的故障，备件十分重要。在变频器装置内的部件发生故障时，为缩短设备的停止时间，需要准备备件。更换单个元件需要花费很长时间，因此建议以单元为单位更换。

(3)加强对现场维护人员的技术培训工作，使之深入了解变频器的结构、原理，正确掌握变频器出现故障的处理方法，缩短事故处理时间，提高工作效率。

(4)运行人员应加强对变频器的巡视检查，制定巡检制度，做好事故预想与危险点分析，进一步提高运行人员的事故处理能力，确保机组安全、高效、稳定运行。

6 结束语

高压变频器具有良好的调速性能，启动性能好，控制精度高，能适应发电厂不同时段的负荷调节动态特性的要求。因此要采取针对性的措施做好变频器的运行维护，延长高压变频器在线运行时间和使用寿命，降低电能损耗，节约厂用电率，对节能减排以及提高发电厂的综合竞争力具有重要意义。