浅议高压变频器在火电厂中的运行与维护

孙晋志　张馨文

（华电国际十里泉发电厂）

浅议高压变频器在火电厂中的运行与维护

孙晋志张馨文

（华电国际十里泉发电厂）

本文简单列举了华电国际十里泉发电厂所采用的高压变频器类型，对高压变频器的结构与工作原理进行了简要介绍，从运行和维护两方面给出了具体建议及措施，并结合该厂高压变频器的典型故障进行了实例分析。

高压变频器；运行；维护；实例分析

0　引言

华电国际十里泉发电厂共安装了五种型号的高压变频器，均为直接高-高、交-直-交、电压源型变频器，分别是北京合康亿盛 HIVERT两台、西门子罗宾康NBH一台、北京利德华福Harvest一台、国电南自ASD6000S和ASD6000U各两台。

1　高压变频器结构与原理

高压变频器以改变电机输入电源频率的方式实现对电机的调速，该厂所使用的五种高压变频器在结构上大同小异，主要包括主电路和控制系统两部分。

（1）主电路包括移相变压器和功率模块两部分

移相变压器通常选用强迫风冷的干式变，一次侧与进线高压直连采用 Y接法；二次侧绕组采用延边△接法，相互间存在一定相位差，该相位差由功率单元的数量及变频器的电压等级决定。功率模块的电源输入 R、S、T由变压器二次线圈的三相低压提供，直流环节电容充电的工作由三相二极管全波整流完成，电容上的电压提供给IGBT组成的H型单相逆变桥，采用PWM方式控制Q1～Q4的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。任一功率单元发生故障无法继续运行时，该单元及其相应的两相单元将自动旁路。各功率模块结构相同，相互间可以替换，其典型结构如下图所示。

（2）控制系统包括主控系统和电气控制系统两部分

主控系统包括主控板和光通讯子板，主要完成开关量及模拟量的输入输出、控制信号的生成、编解码和系统自诊断等功能。电气控制系统包括电源、逻辑控制和人机界面等部分，主要完成变频器输入输出信号的控制、外部故障的检测、信息处理和与外部的通讯等功能。

图 各功率模块典型结构图

2　高压变频器的运行

1）高压变频器选用时除应满足《火电厂风机水泵用高压变频器》（DLT 994—2006）及《火电厂高压变频器运行与维护规范》（DLT 1195—2012）中的规定外，还应注意选用可靠性高、口碑好的优质产品，装置内部主要元器件包括主控板、IGBT、电容等应选用进口名牌产品。

2）变频器安装时应以就近原则，尽可能缩短与电机之间的电缆长度；当电缆长度超过100m时，应充分考虑电缆电容的影响。

3）加强变频器滤网、变频器室空调滤网清洁度的检查，发现滤网脏污及时清理。

4）每班检查变频器室空调的工作情况，检查空调电源箱内接线有无发热现象，加强变频器冷却风机的检查，检查变频器内部有无异音，如有异常应立即处理。

5）数据记录：运行人员应每班检查记录变频器及电机的运行参数并与正常数据对照比较，发现异常应及时处理，其中变频器室内温、湿度超限应远传报警。

6）夏季多雨季节，应做好降雨时的巡回检查，检查变频器室内有无渗漏现象，发现漏点应立即对变频器采取遮挡措施并联系处理，防止雨水进入变频器内部。停运期间，室内外温差较大时应注意检查变频器有无凝露情况。

7）高压变频器运行中进行升、降频调节时要注意控制单位时间调整步长在装置许可范围内。变频器停运时应按照先降低变频器输出频率至最小再延时断开进线断路器的顺序进行操作，禁止直接在运行状态拉开进线断路器进行停运操作（故障处理除外）。

8）进行变频器启动操作时，应确保能够随时断开进线断路器，防止变频器单元故障时因保护装置感受到的故障电流小不动作而导致故障扩大。

9）应提前制定变频器故障情况下的应急措施，采用切换旁路、联启备用设备、加大同类设备出力等手段，保证机组运行安全。

3　高压变频器的维护

1）对变频器的内部逻辑尤其新上变频器的逻辑要认真进行审查，装置内部定义的轻、重故障动作逻辑要与生产现场要求相一致。对带有自动旁路的变频器，检修时要模拟故障进行旁路切换试验，保证切换可靠性。

2）变频器的内部参数设置要纳入继电保护定值管理，严格审批、修改流程。

3）变频器装置电源应稳定可靠，避免与上级电源大功率设备接在同一段母线上，防止因电压波动造成变频器跳闸，重要辅机（如一次风机）变频器电源可以接主厂房UPS电源。变频器本身UPS装置应完整可靠，结合设备停电检查机会进行UPS装置断电切换试验，确保可靠备用。

4）检修定期工作：高压变频器尤其是功率单元柜和变压器柜在运行中散热所需通风量较大，导致表面积尘严重，应定期清洁除尘。室内高压变频器进风口滤网应每月清理一次，室外高压变频器进风口滤网应每周清理一次，同时根据滤网检查情况及运行环境的变化还应及时调整滤网清理的周期。

5）日常检查：变频器运行参数全面检查每周一次，内容包括检查记录电压、电流、环境温度、变频器运行中散热器的温度、有无异音及异常的振动、风扇运转是否正常、功率单元输出之间是否平衡等内容。

6）变频器保养：室内变频器应每半年保养一次，室外变频器应每季度保养一次，同时保养周期还应根据运行状况及时调整。保养内容主要有：清扫设备内部的积灰、脏物；检查紧固所有电气连接；检查各回路有无放电或发热变色痕迹、电阻及电解电容有无异常变化等。保养结束后，要进行变频器的低压上电静态调试及UPS断电试验，检查功率单元及UPS工作情况，必要时进行更换。

7）维护后：检查有无掉落的导线、螺丝等，防止变频器因此发生短路；电气回路进行过较大改动后，应认真检查所有电气连接线，确保连接正确、可靠，防止“反送电”事故的发生。

8）长时间停用的变频器启动前或更换长期备用的功率单元备品时，应先进行预充电。高压变频器在不启动的前提下可整体进行上高压充电，功率单元备品可直接施加400V低压电源进行预充电，防止功率单元内电容因突然启动时的充电电流过大而造成损坏。

9）电子元器件建议更换周期如下表所示。

表 建议更换周期表

4　实例分析

1）2014年 7月 17日 11∶30，7#机组负荷279.49MW，A吸风机变频电流由224A上升到284A。变频器轻故障信号发出，电机绕组温度同时由 64℃上升到13∶02的130℃高Ⅰ值报警。就地实测电机93℃，到7#机A吸风机变频器室检查发现变频器C6驱动模块故障信号发出，联系中调经同意7#机组AGC退出，14∶02时7#机组降负荷A吸风机停运时变频器发出重故障报警并跳闸。就地检查发现7#炉A吸风机变频器柜内变压器与C6驱动模块之间电源电缆接线鼻已完全烧断，接线板绝缘卡座受热碳化变形。

原因分析：电缆接线鼻出厂时压接不良，长期运行中过流发热，引起变频器输出电流不平衡，变频器轻故障发出，电机绕组线圈受变频器不平衡输出电流影响过流发热造成绕组温度升高报警。变频器柜内变压器与C6驱动模块之间电源电缆的接线鼻完全烧断后，变频器发出重故障报警并跳闸。

2）2015年4月2日11∶06，6#机组负荷275MW，A、B、C、D排粉机，A、C、D磨煤机运行，6#炉D磨煤机运行中突然跳闸，B吸风机变频器故障，电流到零，A吸风机电流急剧上升最高至309A，变频器电流则为363A。11∶30时6#炉B吸风机变频器在复位后重新启动。

原因分析：6#炉 B吸风机变频器出厂默认启动方式为正常启动，在电压波动低于70%变频器停止输出电流，并当电压波动时间小于1s时无故障信息报出。在磨煤机电机相间短路过程中引起 6kV、400V母线电压的波动最低下降到额定电压47%，电压剧烈波动时长 40ms，已满足变频器高压失电保护动作条件，保护动作后导致变频器无电流输出，但此时变频器处于待机状态无故障报警信息输出。

3）2015年4月2日18∶28，运行人员检查发现6#机凝结水泵变频变压器温度仪无显示，隔离变柜顶风机运行正常，变频器运行正常。检修人员初步检查各控制电源和风扇电源开关未跳闸，判断可能温控仪损坏。4月3日17∶00，利用凝泵定期切换机会，将6#机凝结水泵变频器停运检查发现温控仪电源无电，温控仪接临时电源检查正常。

原因分析：因检查发现温控仪电源无电，接临时电源检查正常，判断变频器自身 UPS装置已损坏，经检查发现该UPS装置确无电压输出。20∶34更换备品UPS装置后温控仪显示恢复正常，变频器重新投入运行。

5　结束语

高压变频器近几年发展态势迅猛，国内生产制造厂商众多，但大功率变频器的安全可靠性仍存在较多问题。考虑到大功率设备在电厂生产中的重要地位及大功率变频器的可靠性较差，不建议对3000kW及以上设备进行变频改造。对于采用100%容量设计，没有备用手段的设备亦不建议进行变频改造；同时风机变频改造出现问题较多，包括叶片断裂、振动大等，风机变频改造尤其一次风机变频改造应慎重。因此在进行高压变频器改造前，应对改造后的安全性和经济性进行充分评估论证。

［1］ 哈东萍. 变频器的工作环境、常见故障及日常维护保养［J］. 科学时代， 2011（1）： 84-86.

［2］ 马贤宁， 祁晨， 田美文， 等. 6kV高压变频器运行维护实践［J］. 电力安全技术， 2013（12）： 50-52.

（2015-07-22）