淮阴三站变频设备存在问题及改进措施

(江苏省灌溉总渠管理处，江苏 淮安 223200)

淮阴三站变频设备存在问题及改进措施

杨俊杨燕顾翔

(江苏省灌溉总渠管理处，江苏 淮安 223200)

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。高压大功率变频调速装置被广泛地应用于大型矿泉水应用生产厂、石油化工、市政供水、冶金钢铁、电力能源等行业的各种风机、水泵、压缩机、轧钢机等。近年来，变频技术在水利大型泵站得到应用，淮阴三站是南水北调第一个应用变频技术的泵站，但由于泵站变频器位置在主厂房负一层，湿度较大，容易进尘，且泵站机组运行时间不确定，会出现诸多故障，本文从管理单位使用和维护角度，对变频器维护保养提出了改进措施，供同行参考。

泵站；变频器；故障；处理

1 工程概况

淮阴三站是南水北调东线第三梯级泵站，具有向北调水、改善水环境、提高航运保证率等功能。该泵站设计流量为100m3/s，设计扬程为4.28m，安装4台套178GZ-4.78变频调节贯流泵，配TBP2200-48/3000同步变频电机，叶轮直径3.20m，单机流量 33.40m3/s，功率2200kW，总装机容量8800kW。水泵由电机直联启动，电机布置在水泵内。电机通过变频器和变压器与50Hz的供电电网相连，同步转速通过变频输出频率控制，调整范围为0～50Hz。流量通过控制泵组转速来控制，由变频器(VDF)控制电机实现。合理的结构和有效的控制使机组紧凑、高效、可靠。

2 泵站变频器简介

2.1 设计原理

完美无谐波高压变频器采用隔离变压器和电力电子部分集成一体式设计，具有体积小、安装方便等优点。其10kV的电网电压经过干式隔离变压器降为6kV后，再经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电。功率单元为三相输人、单相输出的交直流PWM电压源逆变器结构，相邻功率单元串联起来，形成Y型结构，实现变压变频的高压输出，供给高压电动机。该站输出电压等级为6kV，每相由5个额定电压为690V的功率单元串联而成，输出相电压最高可达3450V，线电压达6kV左右，改变每相功率单元的串联个数或功率单元的电压等级，就可以实现不同电压等级的高压输出。其设计原理如下图所示。

输出电压等级为6kV的完美无谐波变频器设计原理图

2.2 变频器运行特点

该站选用的是GENⅢ/E空冷型完美无谐波系列高压变频器，在由公用电网(50Hz)供电时，电机速度是固定的，完美无谐波系列高压变频器通过将固定频率、固定电压的公用电源转换为可变频率、可变电压的电源而改变电机速度，这种变换是电子式的，无任何运动部件。与老式变频器不同，完美无谐波系列变频器有如下特点：不会使配电系统产生明显的谐波失真；不需要电源滤波器；对敏感设备无干扰；不会使功率因数补偿电容器产生谐振问题；功率因数高，在整个速度范围内典型值为95%或更高，无需进行功率因数补偿；无需因输出谐波而降低电机的任何额定值，与直接采用电网电压相比，电机不产生额外热量；不会产生引起机械共振的转矩脉动；不会使电机噪音明显增加；不会对电机绝缘产生明显影响；采用完全模块化结构，如有需要，可在数分钟内更换损坏的模块，基于微处理的高级诊断程序可精确查找任何故障位置。

3 变频器运用中出现的问题及原因分析

该站是南水北调第一个应用变频技术的泵站。投入运行至今，变频器经常出现故障，据统计，自2009年投入使用，8年来损坏的元器件有10多件，尤其是近两年来，故障更是频繁，共有7个元件损坏，分别为单元控制板2块、光纤接口板2块、调制板1块、WAGO电源模块1块、控制单元电容1个。如此高的故障率大大影响泵站的安全运行。

原因：该泵站变频器布置在主厂房负一层走道处，湿度较大，长期停机会发现柜内元件有潮湿凝露现象；变频器柜冷却方式为外循环风冷，冷却空气由安装在变压器柜顶上的轴流风机从单元柜前门抽进，进入变频器柜，出风口在变压器柜顶上，但由于变频器柜所处的工作环境差，抽进冷却空气的同时，容易进尘；水利单位泵站机组运行的时间不确定，须根据水情及上级调度指令来执行，有时大半年甚至一年没有开机任务，变频器长期处于无高压状态，导致每次送高压时故障频发。

4 变频器改进措施

4.1 湿度较大问题改进措施

给4台变频器变压器柜和变频器柜各增加一个加热器，以便在变频器停止时保持变频器柜温度恒定，提高变频器运行的稳定性。原变频器冷却风机是变频器柜有400V工作电源时就开启，通过改变风机工作条件，给风机新增一个继电器和输出模块，让风机在高压停止时停止工作，避免温度无法保持。保存4台变频器原始程序存档，增加程序控制加热器和风机的工作。改造完成后，进行所有变频器新增接线和程序后送控制电源检查，4台变频器8个加热器正常工作，风机未运行，送高压电后4台变频器的所有风机正常运转，加热器停止工作。停送高压电后加热器开使工作，10min风机停止运行。与新增控制程序动作一致，达到了预期目标。改造后变频器柜内保持温度恒定，之后未发现柜内元件有潮湿凝露现象。

4.2 针对变频器柜内元器件容易积尘问题改进措施

每次运行前进行一次全面除尘维护，及时清理变频器柜盘面的防尘过滤网，对变频器易损的元器件，如调制板、光纤接口板，须打开面板拔出后用电工刷进行除尘维护。此外，原有的防尘过滤网在泵站开机变频器投入运行后无法对过滤网进行及时清理(清理须打开柜门，而变频器运行时不能打开柜门)，该站在变频器柜外部增加一层带磁条可拆卸的滤网，发现滤网表面积尘较多时可随时拆卸清理。

4.3 变频器长期处于无高压状态改进措施

购置了1台三相可控硅调压器，在每次送高压电前，如环境温度超过40℃，或者功率单元超过3个月没有通额度电压，需要电容重整定，用调压器对4台变频器进行反送电试验，预先对电容进行激活，提高电容活性，然后再送高压电运行,避免了故障出现。

5 结 语

淮阴三站变频器位置在主厂房负一层，湿度较大，容易进尘，且泵站机组运行时间不确定，会出现诸多故障，本文从管理单位使用和维护角度，对变频器维护保养提出了改进措施，供同行参考。

[1] 黄慧敏. 通用变频器应用中的问题及对策[J]. 矿山机械， 2004(11).

[2] 郭森民. 关于正确使用变频器的探讨[J]. 木材加工机械， 2002(3).

ProblemsandImprovementMeasuresinHuaiyinNo.3StationFrequencyConversionEquipment

YANG Jun, YANG Yan, GU Xiang

(JiangsuIrrigationChannelManagementOffice,Huai’an223200,China)

Frequency converter belongs to a power control device which transforms industrial frequency power supply into another frequency by using on-off function of power semiconductor devices. High voltage high power frequency conversion speed regulating device has been widely used in various fans, water pumps, compressors, rolling mills, etc. of large mineral water plant, petrochemical industry, municipal water supply, metallurgical steel, electric power and other industries. In recent years, the frequency conversion technology is applied in water conservancy large pumping station. Huaiyin No.3 station is the first pumping station applying frequency conversion technology in South-to-north Water Diversion Project. However, since the pumping station frequency converter is located on-1F of main workshop. The humidity is high, and dust can enter the equipment easily. The operation time of the pumping station unit is uncertain. Many failures appear. In the paper, improvement measures are proposed on the frequency converter maintenance and repair from the application and maintenance perspective of management unit, thereby providing reference for peers.

pumping station; frequency converter; failure; handling

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.010.004

TV675

B

1673-8241(2017)010-0012-03