6 kV风机变频器故障分析

慕容永坚

(云浮发电厂，广东 云浮 527328)

0 引言

在发电企业中，发电机组并不是一直保持满负荷运行，通常在额定负荷的50% ～100%之间变化，以满足电网负荷的要求。发电机组负荷变化会影响锅炉系统相关设备的调整，其中锅炉的送风量和引风量也会随着发电机负荷的调整而调整，运行人员通过改变风机静叶的角度来调整风量。采用该方法尽管比采用改变入口挡板的开度实现风量调整的方法有一定的节能效果，但节流损失仍很大，特别是在发电机负荷比较低的情况下运行，电动机输出的功率大部分消耗在挡板上，节流损失则更加严重。另一方面，静叶调节迟缓会造成发电机组负荷调整响应迟滞，在异步电动机启动时，启动电流一般达到电动机额定电流的5～8倍，对电动机、电缆的冲击较大，对厂用电系统稳定运行也有一定的影响，强大的冲击转矩和冲击电流会缩短电动机和风机的使用寿命。高压变频器的诞生改变了单纯靠调节静叶的角度或者调节挡板的开度来调整风机风量，它依靠改变绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)可控硅的导通角间接改变输出电流及输出电压，也改变了输出的频率，通过远方对高压变频器给定频率来改变风机的转速，进而改变风量，以满足不同负荷的变化，这是解决以上问题的有效方法。因高压变频器在各行业中应用广泛，采用高压变频器给定频率控制技术来改变风机的转速的方法，以达到节能之目的。但大量引进高压变频器并不能保证高压变频器的质量，特别是变频器内部控制回路的设计不一定也能跟得上科技进步的步伐。本文以云浮发电厂#6机组#1二次风机变频器故障为例进行分析，强调高压变频器控制回路设计的重要性，提出了合理的防范措施。

1 故障的发生过程及检查处理情况

2011－09－14 T 23:45，云浮发电厂#6机组6 kV风机变频器在分散控制系统(DCS)上发“声故障报警”、“轻故障报警”信号，运行人员检查就地变频器、液晶面板上显示“控制电源掉电”信息，变频器控制柜内的备用(控制)电源开关跳闸，柜内有焦味，出现上述问题后，立即通知电气检修人员进行检查。2011－09－15 T 00:13，#6机组炉膛负压低2值锅炉主燃料跳闸(MFT)动作，跳#6锅炉#1，#2二次风机。

2011－09－15 T 00:25，电气检修人员到达现场，二次风机变频器室内有一股烧焦味，经查#6机组6 kV风机变频器控制柜主电源(直流控制电源)开关处在合闸状态，备用电源(交流控制电源)开关跳闸，控制面板失电，220 V AC控制电源UPS2装置已关机。电气检修人员用万用表检测主电源(直流控制电源)开关下侧电压正常，但逆变电源装置(UPS1)输出侧无电压输出，如图1所示。检查发现控制柜内模块检测电源变压器T3有明显的烧焦痕迹，如图2所示。模块检测电源变压器T3输入侧开关已跳闸。最后由厂家更换逆变电源，取消模块检测电源回路后送电，#6机组6 kV风机控制回路电源恢复正常。

2 风机变频器故障原因分析

根据现场情况和变频器液晶控制面板记录及热工DCS记录，分析事故产生的原因。

#6机组6 kV风机变频器控制柜模块检测电源变压器T3运行中线圈短路烧坏，短路电流冲击导致UPS1故障截止其电源输出，当逆变UPS1后的电压检测继电器K2检测没有电压后将控制电源切至旁边供电，因线圈短路没有消失，当切换到旁路由备用电源(交流控制电源)供电时，跳开备用电源(交流控制电源)空气开关，同时模块检测电源变压器T3的交流输入开关跳闸切除短路故障，但UPS1不能恢复正常供电，220 V UPS2因失去输入电源而靠自身蓄电池向变频器提供控制电源，由于UPS2失去电源后只能给变频器提供20min控制电源，当UPS2电能耗尽后，变频器完全失去控制电源，变频器各功率模块的IGBT因无触发脉冲而立刻截止输出，导致电动机电流消失而停运。变频器完全失去控制电源后，不能向DCS发出重故障信号以及跳开6kV开关。变频器失去控制电源大概1 min后，由于#1二次风机变频器重故障信号未发出，#6锅炉#1二次风机6 kV开关无法连跳，#6机组6 kV风机入口风门开度本来因#6机组6 kV风机跳闸切为0，但#6机组6 kV风机6 kV开关因控制电源失电造成变频器重故障没有发出，无法连跳而导致入口挡板保持100%不变，#1，#2引风机由于前馈控制的作用出现反调，#6机组炉膛负压高，MFT跳#6机组6 kV风机开关。

图1 #6机组#1二次风机变频器控制原理图(已注明故障时情况)

图2 模块检测电源变压器T3图片

3 故障暴露的问题

(1)变频器控制柜模块检测电源变压器T3存在质量问题，UPS1可靠性低。

(2)内部控制电源系统存在以下问题:

1)控制系统虽然由交、直流2路电源供电，需经过同一个逆变电源装置转换，且逆变电源装置在短路故障切除后不能自动恢复正常供电。

2)逆变电源装置虽然还有交流旁路，但该交流旁路回路与逆变电源装置的交流输入回路共用1个开关，当逆变电源装置输出中断而接通交流旁路时，由于输入侧交流电源开关已跳开，交流旁路也失去供电电源。

3)逆变电源输出侧无电压监测信号回路，当逆变器输入侧空气开关未跳开的情况下，无法判断逆变电源是否正常提供控制电源。

(3)变频器控制电源由交、直流2路外接电源供电，当逆变电源故障时，还可以切换到旁路控制电源供电且配置了UPS，生产厂家认为比较可靠，忽视了控制电源内部结构及元器件可靠性问题。

4 防范措施

(1)检查其他高压变频器回路。请厂家有关人员确认是否还存在隐患，模块检测电源只是在厂家现场检修功率模块时使用，模块检测电源不影响变频器的正常运行，可临时断开所有高压变频器的模块，检测电源变压器开关，以减少控制电源掉电的几率。

(2)提高逆变电源的可靠性。要求厂家有关人员对变频器逆变电源装置故障切除后不能自动恢复供电问题尽快做出明确答复，将逆变电源装置更换为质量性能有保证的著名品牌产品，以提高逆变电源的可靠性。

(3)扩大检查。检查云浮发电厂所有变频器内部回路在可靠性方面是否存在明显缺陷，要求跟踪各变频器厂家进行可靠性自查，发现问题及时编制整改方案，汇总后制订整改计划。

(4)重新核查控制电源的空气开关的选型问题，保证控制回路的空气开关选型正解，不能存在越级跳闸的隐患。

(5)在逆变电源装置的下侧增加一个失电告警送至DCS的“控制电源掉电的轻故障”信息，运行人员能及时发现并处理。

5 结束语

随着电力电子技术的迅猛发展，高压变频器技术日益显现出其优异的节能效果，要使变频器及发电机组能安全、稳定运行，必须重视变频器内各控制回路及逻辑的可靠性，在生产厂家对变频器内元件进行选型时，必须选择质量稳定的元器件，要能承受温度、湿度、振动、粉尘及腐蚀气体对元器件的影响，这样才能延长变频器的使用寿命，减少因突发故障造成的各种损失。

［1］李方园.变频器原理与维修［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［2］王兆义.变频器应用［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［3］姚志松，吴军.电动机节能方法与变频器应用实例［M］.北京:中国电力出版社，2010.

［4］邹森元.电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点［M］.北京:中国电力出版社，2005.