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简析处理高压变频器故障的有效措施

2020-06-02 2147 上传者：管理员

摘要：文章简单介绍了高压变频器的结构原理,总结高压变频器应用及维护经验,探讨高压变频器常见故障的处理方法,充分发挥高压变频器的功能和作用,保障其稳定运行,提升效率,减少设备事故发生率,为发电厂的正常运转提供重要的安全保障,提高变频器节能效果。

关键词：
功率单元
常见故障
移相变压器
高压变频器
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变频器是电气传动控制领域中的重要设备,随着电力电子大功率器件技术的迅速发展,高压变频器发展有了新的飞跃,为响应节能降耗的能源形势要求,需将高压变频器广泛应用于各发电厂。高压变频器通过改变电源频率,来启动电机和进行无级调速,减小启动电流、消除对电气和机械的冲击,根据系统需求调节设备工艺参数,实现节能效果,简化工艺机械结构。高压变频器虽能改变传动设备运行效果及提升运行效率,但在运行过程中出现了新的问题,高压变频器中出现的一系列故障成为发电系统薄弱环节,需对其进行分析并采取有效措施来改善这一状况。

1、高压变频器结构原理

高压变频器以多个功率单元串联多电平输出高压为当前主流产品,主电路采用交-直-交变流结构。成套高压变频器主要由高压开关设备、移相变压器、功率单元、控制单元及冷却设备组成。高压开关设备用于接通断开的输入电源和负载,切换工频旁路;移相变压器将网侧高压变换为多组低压,各副边绕组采用延边三角接法,相互之间有一定的相位差。功率单元是变频器核心,采用多重电路新型接法结构将其均分成三组,每组一相,每个单元将三相交流电进行整流储能滤波逆变后输出单相低压交流电,每组多个功率单元输出侧串联形成高压,各单元具有故障自检自动退出功能,非故障单元正常工作可保障电机继续运行或自动切换到高压旁路工频运行,避免停机造成损失,模块化设计利于故障时迅速替换。控制单元对变频器主回路进行检测、控制及保护,对外传输接收指令信号及参数,控制单元通过光纤对每一个功率单元进行整流、逆变控制与检测,实现电气隔离。冷却风扇安装于高变频器柜顶,以往外抽风方式进行风冷。

2、高压变频器在运行中常见的故障

2.1 环境因素引发故障

高压变频器对运行环境有着较高要求,运行效率95%就有5%功耗产生热量,环境温度要求不高于40℃,每升高1℃按照降额5%使用;空气湿度、高凝露、粉尘附着于电器元件,会影响电气绝缘及电气性能;高压变频器发热量很大,散热风扇工作带进粉尘,停运的高压变频器受潮凝露,影响运行及安全。移相变达到130℃报警、140℃跳闸,运行中整流及逆变器件达到85℃保护停机、达到125℃将被过热烧坏。

空调故障、风量不足、冷却风道不畅、环境温度高等导致过热移相变压器温控保护动作和功率单元热保护动作的发生;散热风机及抽风机工作产生负压,吸入潮气粉尘导致凝露粉尘附着,将引起绝缘能力降低发生接地或短路故障;粉尘及凝露影响控制单元与功率单元光纤通信及控制。

2.2 控制电源故障

高压变频器控制电源薄弱但尤为重要,它是变频器工作的先行条件,为散热风机、高压开关、控制器、PLC、触摸屏等提供电源。控制电源取自两个独立的三相AC380 V电源,一是来自低压厂用电系统,二是来自移相变二次侧控制电源绕组。正常运行时由外部电源供电,当外部电源失电时自动切换至内部电源,设有开关电源将AC220 V变成CD24 V弱电部件供电,配有UPS防切换过程AC220 V断电。UPS故障、开关电源损坏、控制电源接线问题将引发高压跳闸、高压变频器突然停机。

2.3 电气接线及硬件故障

高压变频器电路结构复杂、电气元件较多,发生的硬件故障主要有:光纤头松动积灰导致控制器与功率单元通讯中断,引发故障停机、功率单元控制错乱器件损坏等;高压过电压保护器性能下降内部击穿产生电弧损坏周边元件;移相变二次绕组引线接头接触不良发热烧断;功率单元整流逆变器件、储能电容击穿产生电弧导致功率单元故障。以上故障现象均为严重故障,将会立即跳闸停机,故障电弧若不能快速切断对高压变频器损伤则是毁灭性的。

2.4 参数设置及操作引起的故障

高压变频器参数设置项目繁多,设置不合理将影响后期带负荷运行,甚至出现故障停机。如对电动机绕组阻抗参数设置偏小,高负荷运行时出现过载故障;加减速时间设置过短及启动频率下限值过低,高负荷运行时启动及加速过程出现过流故障、减速及停机过程出现过压故障,特别是负荷惯量大的设备;高压变频器具备120%过载能力,允许3 s 150%过载,达到200%过电流立即停机,保护定值设置偏低在工艺系统扰动时,常出现运行过流现象;变频器内部故障自动切工频功能参数设置不合理,变频自动切工频失败导致停机。以上故障现象反映了高压变频器参数设置不合理。

高压变频器操作步骤较多须严格按照正确的步骤进行操作,实际应用中出现不少因人为失误引发故障及设备损坏的现象。如运行中的给水泵高压变频器故障停机,因操作过程电源断路器、接触器、刀闸及启动(停止)指令操作顺序有误,耽误备用设备启动导致机组停机;设备启动前电机处于旋转状态俗称飞车现象,启动高压变频器过程报过流或过压故障,发电厂引风机为双台并列配置、当风门导叶关闭不严时受另一台运行的引风机风力反推影响产生反转现象。

3、处理高压变频器以上故障的有效措施

3.1 改善运行环境条件

为改善高压变频器运行环境条件,提出以下几点措施:一是合理设计安装变频器室送风排风管,将变频器散热排风通过风管直接排到室外,在各风机出口安装逆止阀,防止热量积于室内;安装新风送风装置及入口过滤器,通过风管分配给各变频器提高散热效果;做好变频器室密封,调整新风送风装置保持室内微正压运行,防止因负压吸入室外粉尘;定期清理各风口过滤网。

二是加装散热风机及温湿控制加热、改冷却风通路,在移相变压器三相绕组底部安装散热风机往上吹,提高有效散热风量;在移相变压器及功率单元柜内底部,安装温室控制加热装置,变频器停运时自动投入加热防止凝露;根据柜顶风机个数用绝缘板将功率单元进行分隔,在柜门冷风入口内侧安装绝缘导流板,减小变频器内部散热风短路,提高冷却风在功率单元内的流量及散热效果。

三是安装循环水冷却器,利用发电厂冷却水在变频器室内安装水冷却器,与空调组合,将送风装置新风进行冷却降低变频器运行环境温度,防止空调故障时保证变频器室温。营造恒温、干燥、无尘运行环境且提高变频器散热效果。

3.2 解决控制电源故障问题

为保证控制电源稳定可靠,明确控制电源负荷类型对其作相应改进,三相AC380 V电源用于柜顶散热风机及AC220 V控制电源,AC220 V单相UPS用于控制高压开关及开关电源。在实际应用中为解决控制电源问题,做以下技术改造:将高压变频器高压开关AC220 V电源改用220 V直流电源,由电气系统直流屏蓄电池供电;配置一套DC24 V直流屏,集中给各高压变频器的控制器、PLC、触摸屏供电;合理配置控制电源各级断路器保护参数,避免越级跳闸造成扩大影响范围;以上方案可以省掉UPS及开关电源装置,减少换流环节,提高电源可靠性避免控制电源问题高压变频器突然停机。

3.3 预防电气接线及硬件故障

电气故障往往因检修维护不到位保护不完善引发,就前文的电气接线及硬件故障现象采取以下防护措施:对高压变频器进行定期维护检修及清洁,检查紧固接线端子,清理光纤插头;根据电气预防性试验规范对高压设备进行试验,判断元件性能,及时更换,以排除隐患,过电压保护器更换选用无间隙过电压保护,有间隙过电压保护器外橡胶护套因密封不严造成阀片及间隙受潮引发击穿。为防止弧光性故障剧烈,而燃烧毁坏高压变频器,提出安装弧光保护,在高压变频器薄弱元件处安装弧光传感器,一旦检测到故障,弧光能够在几个毫秒内发出保护动作指令,实现快速切断电源遏制电弧剧烈燃烧。

3.4 合理设置参数及避免误操作

设备参数应准确,根据生产工艺及时探索调整高压变频器运行参数。电动机参数必须实测或参考出厂参数设置;适当调高变频器启动频率下限运行值,在高负荷情况寻找加减速曲线规律,适当调整加减速时间,同时调小风机或水泵入口阀门,减小机械负荷波动;高压变频器过流过载保护参数,用于保护变频器本身器件,具有承受最大定值的能力,适当调高保护定值;对工艺系统重要负荷,设置变频故障自动切工频功能,高压厂用电系统具备工频直启容量,根据工艺系统能力适当调低切换频率条件。

提高自控程度精细化操作,通过DCS控制系统设计高压变频器停送电逻辑,实现一键操作,采集各步骤操作前必备的状态信号作为闭锁,防止误动作,一键停送电功能可减少人为操作疏忽,提高效率;采集高压变频器已上电备妥信号及停止信号,作为闭锁,DCS系统收到被妥信号方可发启动指令,同理DCS系统收到停止信号方可发停电指令;对于引风机因风门导叶关闭不严引起飞车情况,避免另一台风机高速运行时启动停运风机,安排两台风机在同一时间段启动。安装制动器防止风机被反推反转,安装制动器前实践证明,可通过工频直启拖入正传后,手动切换到工频运行。

4、结语

高压变频器应用及维护,应研读高压变频器厂家说明书,明确重要参数,提高自控程度培养人员技能精细化操作,改善运行环境条件,定期维护保养。在多种负荷工况下精心调试,以满足工艺系统高负荷安全可靠运行要求。为提高变频器可靠性设计选型很重要,提议新设计中选用功率单元具有逆变回馈电能及电子开关旁路的高压变频器,多余能量可回馈电网实现更加节能。

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