高压变频器应用过程中的常见问题分析及解决对策

高宝用

（万华化学股份有限公司，山东烟台264006）

0 引言

随着我国社会经济的高速发展，高压变频器在我国水泥、矿山、石化、电力等相关行业有了大量的应用，其所实现的软启动节能、变频节能等相关功能，有力提升和促进了电力生产节能降耗活动的能力和水平。对于发电厂来说，耗能设备主要包括风机、泵等，这些设备的耗电量占比过去一直高达70%以上，非常需要高压变频器来进行优化和提升。尽管现阶段我国电厂应用高压变频器来降低能耗已处于现实应用阶段，积累了相对丰富的经验，然而，需要注意的是，相关技术还存在优化和提升的空间，在现实应用过程中还表现出各种各样的问题，所以，研究高压变频器应用过程中的常见问题就有着重要的理论意义和现实指导意义。

1 高压变频器在电厂的应用

1.1 节能降耗

在电动机的泵、风机等相关设备上采用高压变频器，较之过去所采用的节流挡板、液力耦合器等方式来说，表现出非常明显的节能降耗效果。以风机为例，较之过去所采用的风门调节方式和挡板调节方式来说，高压变频调节能够实现的节能降耗水平在30%～50%；而就水泵来说，如果采取高压变频调节，通常情况下其节能水平可达到20%～30%。

科学合理地应用高压变频器，可在大幅降低发电厂厂用电率的同时明显提升经济指标。显然，在市场经济体系下，指标更为优秀的发电机组拥有更强的市场竞争力，可以帮助企业追求更高的经济效益。

1.2 提升系统稳定性

通常情况下，高压变频器都是靠近设备就地安装，且由于高压变频器都存在着大容量的电容器，从而减少了电动机系统的无功需求，这就在减少线路损耗、增强系统稳定性的同时，有效提升了系统的电能质量。

1.3 削弱系统冲击

在政府政策的大力引导、相关技术进步的影响下，我国陆续投产了大量参数性能优秀、容量高的发电机组，所配套上马的循环水泵、给水泵、凝结水泵、一次风机、引风机等主要辅机，所配置的高压电动机容量也持续提升。在现实生产过程中，它们的启动电流倍数相对较大，若采取直接工频启动的方式，有可能会造成电网电压瞬时大幅波动情况的出现，导致严重的后果。但如果采用了高压变频器，就能够很好地解决这些问题，削弱大电流对电动机、电缆和开关所造成的冲击。同时，利用平滑加速启动方式，还能够有效地避免对水泵、风机叶轮、轴承等所造成的机械冲击，延长设备的使用年限。

1.4 降低设备故障概率

现实研究表明，设备的过电流、过电压、电动力冲击、发热、磨损和振动是导致调节挡板、电动机、水泵、风机等出现故障的最为主要的原因；就轴承的使用年限来说，同机械转速有着直接的关联。因为现阶段机组负荷率相对较低，如果对低工况状态下的设备采用变频调节方式，可有效减少噪音、振动和设备磨损情况的出现，延长设备的使用年限，降低维护工作所带来的成本费用。

2 高压变频器在现实应用中的常见问题及相关解决对策

笔者将在下文结合现实案例分析高压变频器应用过程中的常见问题，并有针对性地提出相应的解决方案。

某厂所使用的引风机电机功率为2 000 kW，额定电流为236 A，额定电压为6 kV，采用了东方日立公司的高压变频器，调频变速系统采用的是一拖一的方式。

2.1 变频器控制电源

由于变频器主控系统稳定性水平直接影响和决定了高压变频器的运行稳定性，因此，变频器主控电源能否可靠稳定运行就具有至关重要的意义。就该厂的变频器控制电源来说，主要是为PLC、光纤通信板、I/O接口板以及主控板供电，采取的是双路供电方式，即交流+直流的方式，控制电源接线方式如图1所示。

通过图1能够看出，尽管采用了双路供电方式作为电源输入，然而在逆变器之后，对于负载的供电仍然还是单路方式。对于电源模块、UPS、电源逆变器等设备来说，内部有着非常繁多的元器件，所以供电可靠性实质还是停留在相对较低的水平。在现实运行中，就曾由于UPS的问题影响了发电机组的正常运行。

解决方案：针对上述问题，为有效提升供电安全性与可靠性，对供电回路进行了针对性的改造，具体如图2所示。将24 V直流电源作为PLC的工作电源，通过双电源模块和双路供电方式对PLC、光纤通信板、主控板等进行供电，即便出现一路电源故障或者是元器件故障，相关设备和板件仍能保持正常供电。

图2 优化后的变频器控制电源供电系统

2.2 变频与工频切换

笔者认为，必须重点关注的问题包括：

（1）电动机残压问题、变频器电压与母线电压同期问题。

（2）切换状态下，能否保证生产活动正常有序地进行。

（3）变频器出现重大故障必须倒换到工频运行状态下时，因为现阶段变频器还无法对切换原因进行智能分析，若是出现电动机故障，切换之后势必会对电动机再次造成不必要的故障冲击。

结合上文所述案例，对于问题（1），首先把高压变频器的输入、输出开关做跳闸处理，接着再延时合上旁路开关。现实数据表明，电动机残压要想衰减至40%的水平通常需要1.5 s左右的时间，这样才能实现较为安全的切换。对于问题（2），实际运行表明，切换后炉膛压力可以达到相关要求，实现安全切换。对于问题（3），笔者的观点是，是否采用变频器切换功能，需要从技术、经济和安全等多方面来进行考虑，投入切换功能虽然会产生一些问题，但总体来说，利大于弊。

3 结语

高压变频器在现实应用过程中会遇到各式各样的问题，必须结合现实情况来有针对性地分析和解决。首先，必须基于负载要求来综合性地考虑变频器的控制电源，以便最大限度地提升供电可靠性；其次，对于现实应用活动来说，在设计变频切换工频的过程中，不仅需要保证用电安全性，而且还要尽可能地提升生产工艺水平。

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