电厂10 kV高压变频器故障分析及改进方案

刘志国

(苏晋朔州煤矸石发电有限公司，山西 朔州 036000)

0 引言

某2×660 MW 火力发电厂，单台锅炉配套2 台一次风机、2 台二次风机，采用施耐德ATV1200A 型10 kV 变频器加鼠笼式异步电动机驱动方式，以满足不同工况下的风量调节兼顾节能的目的。一次风机电机额定功率6 300 kW，二次风机电机额定功率3 800 kW。该电厂两台机组自投产以来，风机变频器故障频发，维修周期长、经济损失大，给机组带来很大的安全隐患。下面对该电厂变频器出现故障情况以及相应的改造方案和防范措施进行分析。

1 单元故障情况

单元故障为变频器“ 重故障” 的一种形式，功率单元串联叠加型变频器发生单元故障将直接影响变频器的输出，造成变频器跳闸。单元故障分为多种类型，通常报文为“ 光纤故障” ，现场检查能发现不同程度功率单元内部整流、逆变回路元件损坏、炸裂现象。造成“ 光纤故障” 的直接原因为功率单元直流母线电压消失，单元控制板供电中断，与主控箱通信中断。现场更换功率单元备件后故障消除。

2 单元故障原因分析

1) 现场共计解体检查5 个功率单元，全部为IGBT 损坏。从IGBT 炸毁情况来看，均为同一桥臂两只IGBT 同时导通，或无法正常关断导致的直通炸毁。一般可能导致此类故障原因为驱动异常。导致同一桥臂的两只IGBT 同时导通的故障因素可能与主控箱的控制模式或控制质量有关。

2) 通过对多块故障功率单元对比分析，排除一部分驱动异常情况，存在同桥臂下出现一只IGBT 失效或异常导通的可能性。导致IGBT 失效一般为过压和过流两类故障因素，过压因素可能为电压波动或谐波影响导致的器件过压损坏，也有可能与控制参数设置有关；过流因素可能为该器件工作负荷中芯片温升较高超过安全工作区曲线或者负载过载、短路等。

3) 由于无法针对每块功率单元运行情况进行详细分析，根据功率单元故障存在无规律、不确定性，器件个体差异导致的因素较大，排除功率单元设计缺陷。

4) 根据对10 kV 母线电压的监视，母线电压谐波分量在合格范围内，电能质量符合标准，排除电网波动、谐波干扰因素即供电电源因素造成的功率单元故障情况。

5) 该高压变频器主控箱存在低配情况。通过调研其他厂该型变频器的使用情况，该品牌高压变频器口碑良好，无频繁故障的记录，结合该厂变频器运行温度、灰尘等环境情况分析，该型号变频器生产批次主控箱存在问题概率较大，在变频运行中出现控制出错与现场出现的故障现象吻合。该电厂风机变频器主控箱采用低配版2407 型控制器，属于2009 年产品，已停止更新，在控制方式、技术支持、软硬件兼容性上落后于高配版本28335 型控制器，28335 型主控箱作为新一代控制器广泛应用于各发电企业，在性能及可靠性上也优于2407 型控制器。

6) 风机变频器控制模式选择不当。该厂8 台风机变频器，控制方式均采用矢量控制方式，同类型风机变频器的控制模式多采用VF 控制。以下对矢量模式与VF 模式进行优缺点及应用场合对比，结果如表1 所示。

表1 变频器矢量模式与VF 模式控制模式对比

通过对比发现，发电厂一、二次风机变频器更适用VF 控制模式。

3 改进方案与防范措施

1) 更换变频器主控箱。将原2407 型主控箱更换为28335 型主控箱，相应的二次回路进行改造。改造后对主控箱进行静态调试，检查各系统、参数均正常。

2) 修改控制模式为VF 控制。修改控制模式后对变频器调速参数进行优化(根据现场整定启动初始频率和加、减速时间)、调试，使满足启动条件。

3) 提高检修人员责任心。按照点检定修的原则，落实设备责任制，定期对现场设备进行检查、分析、诊断，提出检修计划与检修方案，避免因维护不到位造成设备带病运行或故障。

4) 后期逐步将改进方案推广应用到其他设备上，避免应因设备原因造成机组停运和经济损失。

4 控制电源故障分析与处理

该电厂一、二次风机变频器控制电源为一路交流220 V+UPS 供电模式，发生UPS 输出故障或电池故障时造成控制电源掉电，变频器停机。UPS装置长期运行内部蓄电池容量会持续下降，按照5年周期更换，费用较高。根据充放电试验要求需加强UPS 生命周期监测，维护工作量大。

基于以上原因，提出双电源切换改造方案。拆除原有UPS 装置，从机组UPS 馈线屏新增一路交流220 V 控制电源与原有控制电源组成双电源，通过PC 级双电源切换装置实现无扰切换，保证了在一路控制电源丢失后另一路控制电源可靠供电、静态、带载切换试验(双电源切换时间在10 ms 左右)满足现场要求，改造后未再发生控制电源故障事件。

5 结束语

通过对高压变频器的故障分析，证明在选用高压变频器的同时要认真论证该系列型号变频器的特性、控制模式及参数的整定，避免由于选型及参数错误、设计缺陷等造成使用过程中故障率高，从而造成经济损失。同时，在变频技术高度发展的情况下，维护人员要加强技术理论储备以适应新形势、新技术下的运维理念，为公司的发展注入活力，为机组的安全提供保障。