SH-HVF型高壓變頻器常見(jiàn)故障及處理方法

SH-HVF型高壓變頻器常見(jiàn)故障及處理方法摘要：高壓變頻器是當(dāng)前發(fā)電企業(yè)節(jié)能改造常用的設(shè)備，對(duì)于提高發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益、降低損耗發(fā)揮著十分重要的作用。由于高壓變頻器的使用日益頻繁，各種故障也經(jīng)常發(fā)生，影響到高壓變頻器的正常運(yùn)行。本文介紹了垞城電力有限責(zé)任公司所使用的湖北三環(huán)SH-HVF型高壓變頻器在運(yùn)行中發(fā)生過(guò)的故障及解決辦法，為其他同類型高壓變頻器使用單位日常維護(hù)和檢查提供借鑒和參考。關(guān)鍵詞：高壓變頻器故障處理SH-HVF-Y6K/1250高壓變頻器是由湖北三環(huán)公司制造，直接高-變換的功率6單元串聯(lián)方式、逆變回路同步移相SPWM控制方法和電機(jī)矢量控制的電壓源型變頻器。采用單元串聯(lián)，每相為6個(gè)輸出電壓為577V功率單元串聯(lián)構(gòu)成，同時(shí)可選配一單元為熱備冗余單元，每單元配置旁路，單元故障時(shí)旁路動(dòng)作，輸出線電壓6即，輸入變壓器中心點(diǎn)采用不接地方式。1SH-HVF高壓變頻器性能特點(diǎn)SH-HVF-Y6K/1250高壓變頻器采用高頻PWM同步整流控制技術(shù)，使輸入電流經(jīng)整流后十分接近正弦波，并且具備和輸入電壓相同的相位?？刂撇糠植捎肈SP+FPGA控制，可靠性高，擁有完備的故障的自診斷及保護(hù)功能?？刂乒裆系挠|摸屏可以查看記錄、設(shè)置參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)操作等，具備全面的故障監(jiān)測(cè)電路、及時(shí)的故障報(bào)警保護(hù)和準(zhǔn)確的故障記錄保存，事件記錄和追憶功能，負(fù)荷管理功能，提供歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)及曲線?？刂齐妱?dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的150%?200%；在低頻（如6Hz）啟動(dòng)時(shí)的力矩大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩；制動(dòng)力矩大于額定轉(zhuǎn)矩；具有零速200%制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中的定點(diǎn)停車；高壓瞬時(shí)掉電10個(gè)周波內(nèi)能輸出轉(zhuǎn)矩?zé)o脈動(dòng)。電源部分選用了多重化技術(shù)的的輸入移相干式變壓器，絕緣等級(jí)H級(jí)，可設(shè)定告警點(diǎn)以及故障點(diǎn)。裝置過(guò)載能力強(qiáng)，裝置在部件溫度允許范圍內(nèi)允許長(zhǎng)期1.1倍過(guò)載運(yùn)行，額定1.25倍過(guò)載、時(shí)間60S的反時(shí)限過(guò)流保護(hù)，當(dāng)運(yùn)行電流為1.25-1.5倍時(shí)執(zhí)行，當(dāng)運(yùn)行電流超過(guò)2倍時(shí)立即保護(hù)。此型高壓變頻器具備高性能價(jià)格比，高功率體積比，功率單元模塊化結(jié)構(gòu)，可以互換，維護(hù)簡(jiǎn)單，功率單元光纖通訊控制，完全電氣隔離。變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩具有窄脈沖，高控制精度，有效地避免機(jī)械共振的產(chǎn)生，減少傳動(dòng)部分的損耗，基本和工頻時(shí)一樣的電應(yīng)力強(qiáng)度，電動(dòng)機(jī)噪聲也與工頻時(shí)類似。有較小的輸出du/dt，具備可靠性高、效率高的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)的總效率在額定工況時(shí)可以達(dá)到96%以上，變頻部分的效率則大于98%。在20%-100%負(fù)荷范圍內(nèi)，功率因素大于0.95。輸入電壓范圍寬，可短時(shí)承受-30%的電壓降落。在90%—115%輸入電壓范圍內(nèi)可長(zhǎng)時(shí)間額定運(yùn)行。2SH-HVF高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)該型高壓變頻器同時(shí)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：1、單元旁路與整體旁路設(shè)計(jì)為了保證變頻器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行，SH-HVF系列高壓變頻器為用戶提供了功率單元機(jī)械旁路功能，當(dāng)單元故障時(shí)，一旦檢測(cè)到就會(huì)將故障功率單元的輸出信號(hào)清除不用并將故障的功率單元旁路不用，整個(gè)過(guò)程將是在線自動(dòng)完成，無(wú)需對(duì)裝置停運(yùn)進(jìn)行調(diào)整，極大地提高了系統(tǒng)可靠性，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行甚至不需要降負(fù)荷運(yùn)行。圖1自動(dòng)旁路技術(shù)原理功率單元旁路其原理實(shí)現(xiàn)圖見(jiàn)圖1。即當(dāng)變頻器單獨(dú)某一功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，被系統(tǒng)檢測(cè)到以后由系統(tǒng)按照設(shè)定的控制方式進(jìn)行運(yùn)行方式的調(diào)整，將故障功率單元旁路后，相應(yīng)調(diào)整其他功率單元的運(yùn)行方式，保證系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。采用功率單元自動(dòng)旁路功能既可以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，又可以滿足對(duì)可靠性要求比較高的用戶的要求［25」除了功率單元旁路設(shè)計(jì)之外，同時(shí)該型變頻器還具有整臺(tái)變頻器旁路設(shè)計(jì)，其原理如下所示：圖2高壓變頻器旁路示意圖為了保證即使在變頻器故障時(shí)電機(jī)仍可以正常運(yùn)行，避免影響正常生產(chǎn)的進(jìn)行，SH-HVF-Y6K/1250高壓變頻器除了單元旁路外同時(shí)還有旁路可以隔離整臺(tái)變頻器的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。高壓變頻器裝置配有分自動(dòng)和手動(dòng)旁路柜兩種旁路開(kāi)關(guān)柜。手動(dòng)旁路：即通過(guò)QF1、QF3的斷開(kāi)，同時(shí)閉合QF2實(shí)現(xiàn)變頻器由工頻到變頻狀態(tài)的切換或者反之，以便于在變頻器故障時(shí)隔離變頻器方便檢修。自動(dòng)旁路：通過(guò)自動(dòng)旁路技術(shù)的應(yīng)用，既可以實(shí)現(xiàn)高壓變頻器在正常狀態(tài)下的軟啟動(dòng)，也能夠?qū)崿F(xiàn)從變頻運(yùn)行狀態(tài)到工頻運(yùn)行狀態(tài)的無(wú)縫銜接；當(dāng)變頻器裝置發(fā)生一些故障無(wú)法維持變頻運(yùn)行時(shí)，將由系統(tǒng)控制自動(dòng)將其切換為工頻，不需停運(yùn)設(shè)備進(jìn)行切換，保證了連續(xù)運(yùn)行的需要，實(shí)現(xiàn)不斷電切換。2、冗余單元設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，用戶可采用一單元冗余配置方案，從而可以滿足運(yùn)行中最多三單元故障時(shí)，變頻器仍可以50Hz/6KV輸出，保證輔機(jī)出力不降低。變頻裝置功率單元采用冗余設(shè)計(jì)，每相1單元故障旁路后仍能不停機(jī)連續(xù)額定運(yùn)行，每相2單元故障旁路后輸出額定功率的76%。當(dāng)故障單元數(shù)大于6后跳機(jī)處理，通過(guò)自動(dòng)工頻旁路柜切換至外部工頻運(yùn)行。當(dāng)故障排除后，具備由工頻運(yùn)行方式切換到變頻運(yùn)行方式的功能。圖3冗余單元配置3、 無(wú)諧波設(shè)計(jì)采用多電平技術(shù)，通過(guò)多重疊加來(lái)降低諧波幅度和提高諧波次數(shù)，使諧波遠(yuǎn)小于國(guó)家要求。純凈的無(wú)諧波輸入對(duì)電網(wǎng)不存在任何干擾，同時(shí)可以保護(hù)各類電子設(shè)備的工作不受諧波干擾的影響；讓用戶無(wú)需考慮昂貴的諧波濾波器及由電網(wǎng)參數(shù)變化帶來(lái)的相關(guān)的諧振問(wèn)題。SH-HVF無(wú)諧波系列變頻器能滿足IEEE519-1992和GB/T14549-93對(duì)電壓失真最嚴(yán)格的要求，完全符合供電部門(mén)最嚴(yán)格的要求。4、 線電壓均衡技術(shù)線電壓均衡技術(shù)即指變頻器發(fā)生某一相某個(gè)單元的故障后，為了使輸出的電壓保持平衡，傳統(tǒng)的方法降另外兩相未故障的電壓至故障相電壓，會(huì)影響到整體處理。而線電壓均衡技術(shù)則通過(guò)相與相之間夾角的大小，保證最大的相電壓輸出且保持線電壓輸出均衡。因而常規(guī)方式下發(fā)生該情況只能輸出 60%的電壓，采用此技術(shù)后可以輸出80%的電壓。

圖4相電壓均衡技術(shù)如上圖所示，在A4、A5故障的情況下，傳統(tǒng)方式采用的是旁路B4、B5、C4、C5四個(gè)功率單元，以達(dá)到相電壓均衡，都降至原來(lái)的60%；新的技術(shù)則如下面一張圖所示，在故障情況下，通過(guò)調(diào)整相位角，使輸出電壓對(duì)稱，達(dá)到80%額定電壓，極大改善了設(shè)備運(yùn)行工況。3SH-HVF型高壓變頻器故障及處理3.1變頻器過(guò)熱導(dǎo)致故障11-3,#4機(jī)組運(yùn)行中，負(fù)荷110mw，一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行。4-1一次風(fēng)機(jī)自動(dòng)切工頻，故障信號(hào)“B3、B2單元故障”，報(bào)警燈亮，經(jīng)過(guò)檢修檢查后發(fā)現(xiàn)B2、B3兩個(gè)變頻器功率單元故障，聯(lián)系常見(jiàn)后對(duì)變頻器移相變壓器進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)在B相二次側(cè)繞組部分有燒損的痕跡。經(jīng)過(guò)檢查后判斷為B相過(guò)熱造成功率單元損壞，然后發(fā)現(xiàn)高壓變頻裝置的冷卻風(fēng)道有異物存在，堵塞了散熱通道，導(dǎo)致散熱不良，進(jìn)而由于熱量堆積引起移相變壓器過(guò)熱導(dǎo)致功率單元損壞。通過(guò)對(duì)事故現(xiàn)象的分析，我們?cè)诤罄m(xù)進(jìn)行了相應(yīng)的整改，主要是通過(guò)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，添加濾網(wǎng)避免異物進(jìn)入。然后將損壞功率單元返廠更換，在移相變壓器柜組底部增加冷卻風(fēng)機(jī)，形成對(duì)流的冷卻風(fēng)通道，增強(qiáng)變壓器柜的冷卻效果。將冷卻風(fēng)系統(tǒng)納入日常維護(hù)巡查范圍，及時(shí)檢查冷卻系統(tǒng)運(yùn)行情況，將冷卻風(fēng)道接通室外，熱風(fēng)直接排出，及時(shí)投運(yùn)6KV段室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行?？刂品矫鎰t將冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇跳閘接入報(bào)警信號(hào)，有任一臺(tái)風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，DCS系統(tǒng)界面可以給出報(bào)警信號(hào)，便于及時(shí)處理。3.2運(yùn)行中風(fēng)機(jī)電流波動(dòng)在系統(tǒng)改造完畢投運(yùn)的初始半年內(nèi)，#4、#5機(jī)組均出現(xiàn)了在正常運(yùn)行中，兩臺(tái)變頻器其中一臺(tái)輸出電流出現(xiàn)波動(dòng)，直接導(dǎo)致一次風(fēng)量大幅波動(dòng)，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。8-16，故障前#5爐負(fù)荷130MW，AGC運(yùn)行，#5-1、#5-2一次風(fēng)機(jī)電流均在60A左右，水冷風(fēng)室壓力12.9Kpa，水冷風(fēng)室風(fēng)量130kNm3/h。19：41#5-1一次風(fēng)機(jī)電流突然由60A降至38A，立即解除變頻器鎖定，手動(dòng)調(diào)整變頻器增大電流，但變頻器反饋反而向反方向降低，電流繼續(xù)降至10A左右，立即解除#5-2一次風(fēng)機(jī)變頻器鎖定，手動(dòng)增加5-2一次風(fēng)機(jī)出力至最大（126A）。就地檢查#5-1一次風(fēng)機(jī)變頻器，后經(jīng)檢修檢查確認(rèn)#5-1一次風(fēng)機(jī)變頻器B3功率單元壞，檢修更換功率單元后，重啟風(fēng)機(jī)恢復(fù)正常。經(jīng)過(guò)聯(lián)系廠家及現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真排查，發(fā)現(xiàn)變頻器在低輸出功率情況下易發(fā)生此種情況，初步判斷為變頻器輸出電流有擾動(dòng)造成風(fēng)機(jī)出力變化，有可能是控制干擾。通過(guò)聯(lián)系廠家重新處理了連接線纜的屏蔽接地，避免干擾信號(hào)的產(chǎn)生。同時(shí)在DCS邏輯組態(tài)中加入頻率鎖定功能，在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，將變頻器輸出信號(hào)加以鎖定，避免操作方面的干擾。為避免控制干擾，控制線路采用了屏蔽電纜且一側(cè)接地，布線時(shí)避免控制線與動(dòng)力線并行敷設(shè)在同一電纜托架內(nèi)；變頻器負(fù)載輸出線同樣采用屏蔽鎧裝電纜一端接地，以避免變頻器對(duì)附近的儀表產(chǎn)生干擾。3.3變頻器逆變單元故障2009-3-12,#4機(jī)組運(yùn)行，100mw負(fù)荷，兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，光字牌發(fā)出功率單元故障報(bào)警，就地檢查為4-2一次風(fēng)機(jī)變頻裝置“C2單元故障”報(bào)警燈亮，維持運(yùn)行至停爐檢修。停爐后，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)未C2功率單元內(nèi)部電容充放電回路的連接螺絲熔斷，從而引起功率單元故障，C2單元被切除。經(jīng)過(guò)廠家分析認(rèn)為，此螺絲處于功率單元內(nèi)部的電容充放電回路連接處，需要持續(xù)承受高壓直流電流，由于設(shè)備出廠時(shí)，此處緊固螺絲沒(méi)有緊固到位造成接觸不良，在運(yùn)行中因長(zhǎng)期承受運(yùn)行電流導(dǎo)致過(guò)熱而熔斷。后來(lái)針對(duì)該事故現(xiàn)象，我們采取的主要改進(jìn)措施為：1.將故障的C2功率單元更換為備品，然后將C2功率單元返廠維修；2.詳細(xì)檢查其他功率單元相關(guān)回路，避免類似情況的發(fā)生。3.4變頻器瞬停2-5，#4機(jī)組運(yùn)行，負(fù)荷120mw，早班進(jìn)行給水泵切換過(guò)程中，4-1、4-2變頻器自動(dòng)切換工頻運(yùn)行。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榻o水泵電機(jī)功率較大，啟動(dòng)瞬間造成6KV母線電壓下降且電壓下降持續(xù)時(shí)間達(dá)2s，導(dǎo)致變頻器瞬停保護(hù)動(dòng)作。由于電壓型變頻器功率單元具備大容量的電容器作為整流濾波環(huán)節(jié)，所以具有一定的儲(chǔ)能性，在輸入電壓下降的情況下，可以維持運(yùn)行一段時(shí)間。一般變頻器可以承受30%電壓下降和5個(gè)周期電源喪失，但是如果電壓下降時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則造成變頻裝置自動(dòng)切換工頻運(yùn)行。斷電時(shí)間在100ms以內(nèi)，沒(méi)有影響，變頻裝置繼續(xù)運(yùn)行；斷電時(shí)間到100ms以上，則啟動(dòng)瞬停保護(hù)，切換全工頻旁路；如果連續(xù)斷電，則不自動(dòng)切換，風(fēng)機(jī)停運(yùn)。通過(guò)和廠家的協(xié)調(diào)，將變頻器失電瞬停保護(hù)電壓定值相應(yīng)降低，以滿足在大容量輔機(jī)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)電壓下降需求，同時(shí)要求以后在啟動(dòng)給水泵等大容量設(shè)備之前，電氣專業(yè)將6KV母線電壓盡可能提高，躲開(kāi)電壓下降的區(qū)間，避免變頻器停運(yùn)保護(hù)動(dòng)作。4總結(jié)本文通過(guò)對(duì)SH-HVF型高壓變頻器故障情況的分析，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生既有安裝方面的原因，也有制造方面的問(wèn)題。因此為了保證變頻器長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定運(yùn)行，首先要加強(qiáng)設(shè)備檢驗(yàn)，把好出廠關(guān)，同時(shí)要嚴(yán)格按照變頻器的安裝調(diào)試方案進(jìn)行安裝和調(diào)試工作，盡量將所存在的問(wèn)題暴露在安裝調(diào)試階段。由于電力生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣、粉塵含量較大，高壓變頻器作為電子與電力電子設(shè)備較為精密，運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生損耗發(fā)熱需要散熱，通常這類型的變頻器采用的都是風(fēng)冷散熱，所以要充分考慮散熱系統(tǒng)的冗余度，保證變頻器在各種工作環(huán)境下的安全可靠運(yùn)行，注意選擇的變頻器結(jié)構(gòu)布局要合理，有利于散熱和風(fēng)道布置設(shè)計(jì)，注重提高散熱效率，保證系統(tǒng)的溫升低于設(shè)計(jì)，有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，可以經(jīng)過(guò)季節(jié)變化同時(shí)還可以經(jīng)受粉塵污染等惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。因?yàn)樽冾l器屬于電子產(chǎn)品，對(duì)環(huán)境要求高是不可避免的，特別是夏天高溫季節(jié)，變頻器的工作環(huán)境溫度有時(shí)達(dá)50°C以上，而低壓變頻器的散熱條件又比較差，從而造成功率轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的熱量積聚，最終導(dǎo)致設(shè)備損壞或是不能正常工作等故障，另外，變頻器的日常維護(hù)工作也頗為重要，比如積塵積灰容易造成電子元件絕緣水平下降等，這些情況與設(shè)計(jì)人員對(duì)變頻器知識(shí)的掌握程度與經(jīng)驗(yàn)不足也有一定關(guān)系。隨著現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的積累，在注重設(shè)備選型及質(zhì)量把關(guān)的同時(shí)，大力加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行管理，定期檢修維護(hù)，因而設(shè)備的可靠性得到很大提高，使用效果均比較好。通過(guò)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，這類型高壓變頻器較易因?yàn)楣β蕟卧收隙鴮?dǎo)致事故發(fā)生，因此選用合格的功率單元元器件就是十分重要的事情，電子功率元件的日常檢查維護(hù)也需要列入重點(diǎn)事項(xiàng)。同時(shí)在運(yùn)行中，要注重加強(qiáng)對(duì)變頻器的巡查力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在