某發(fā)電廠一起高壓變頻器故障分析與處理

摘 要：某電廠一臺(tái)高壓變頻器發(fā)生短路故障，變頻器功率單元功率模塊IGBT炸裂，電容噴發(fā)，單元板，驅(qū)動(dòng)板，二極管，可控硅等燒黑損壞，模塊外殼炸裂，燒化；變頻器旁路柜工頻回路真空接觸器真空包炸裂。文章就變頻器的這起短路故障發(fā)生的原因、故障處理、改造方案以及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行了分析、闡述。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；功率單元；短路故障；安全隱患

1 變頻器概況

（1）變頻器額定輸入電壓：6KV±10%；額定容量：1750KVA，由變壓器、功率單元、控制回路三部分組成；功率模塊由熔斷器、整流橋、電解電容等組成。

（2）變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)為發(fā)電廠鍋爐一次風(fēng)機(jī)乙電機(jī)，電機(jī)額定功率：1400KW；定子額定電壓：6000V；定子額定電流：155.8A。

（3）變頻器輕、重故障定義：變頻器輕故障是指不影響變頻器運(yùn)行的故障，如單元旁路、變壓器輕度過(guò)熱、單元柜風(fēng)機(jī)故障、電機(jī)輕度過(guò)載、UPS輸入掉電、工控機(jī)故障等問(wèn)題。變頻器重故障是指出現(xiàn)后變頻器立即停機(jī)并切斷輸入側(cè)高壓的故障，如旁路單元數(shù)目超過(guò)設(shè)定值、變壓器嚴(yán)重過(guò)熱、閉環(huán)運(yùn)行時(shí)給定和反饋掉線、變頻器過(guò)流等問(wèn)題。

2 故障現(xiàn)象

2.1 故障前期的操作

機(jī)組小修時(shí)對(duì)鍋爐一次風(fēng)機(jī)乙電機(jī)進(jìn)行了檢修，電機(jī)重新安裝后校方向，電氣運(yùn)行人員根據(jù)值長(zhǎng)命令在變頻器工頻情況下測(cè)搖鍋爐一次風(fēng)機(jī)乙電機(jī)絕緣，確定絕緣良好后將一次風(fēng)機(jī)乙變頻器由工頻改為變頻狀態(tài)，一次風(fēng)機(jī)乙電源開關(guān)改為熱備用狀態(tài)，鍋爐運(yùn)行人員DCS遠(yuǎn)控合閘啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)乙。

2.2 故障現(xiàn)象

鍋爐運(yùn)行人員DCS遠(yuǎn)控合一次風(fēng)機(jī)乙電源開關(guān)，三秒鐘左右電氣控制盤機(jī)組“6kV B段低電壓動(dòng)作”保護(hù)報(bào)警，鍋爐控制盤顯示變頻器“重”故障，一次風(fēng)機(jī)乙電源開關(guān)跳閘。現(xiàn)場(chǎng)檢查母線室有焦臭味和煙，一次風(fēng)機(jī)乙電源開關(guān)綜保顯示“速斷”保護(hù)動(dòng)作，顯示故障電流130A（電流折算至一次側(cè)為7800A）。

對(duì)變頻器現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，功率柜功率模塊A1、B1、C1、A2、B2、C2的IGBT炸裂，電容噴發(fā)，單元板，驅(qū)動(dòng)板，二極管，可控硅等燒黑損壞，模塊外殼炸裂，燒化。其余模塊皆有不同程度損壞。控制柜的人機(jī)界面、時(shí)間發(fā)生混亂，時(shí)間回到出廠時(shí)間。旁路柜工頻側(cè)真空接觸器KM3真空包炸毀。

3 故障分析

（1）變頻器記錄顯示：鍋爐一次風(fēng)機(jī)乙變頻啟動(dòng)，輸入電流27.56A，無(wú)輸出，A1、B1、C1、A2、B2、C2功率模塊發(fā)“光纖故障”。

（2）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)確認(rèn)模塊A3、A4、A5無(wú)異常，其余12塊功率模塊不同程度損壞，其中A1、B1、C1、A2、B2、C2功率模塊損毀嚴(yán)重。

（3）測(cè)搖變頻器出線電纜絕緣良好，測(cè)搖電動(dòng)機(jī)絕緣良好，測(cè)量電動(dòng)機(jī)帶出線電纜的直阻確認(rèn)直阻無(wú)異常，判斷電動(dòng)機(jī)及出線電纜無(wú)異常。

（4）現(xiàn)場(chǎng)檢查一次風(fēng)機(jī)乙電源開關(guān)綜保顯示“速斷”保護(hù)動(dòng)作，顯示故障電流130A（電流折算至一次側(cè)為7800A），可以判斷變頻器發(fā)生了短路故障。變頻器停運(yùn)前一直運(yùn)行正常，變頻器停運(yùn)后并未進(jìn)行檢修工作，現(xiàn)場(chǎng)打開功率單元柜，未發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致短路的任何異物，KM3真空接觸器真空包炸毀，由此推測(cè)變頻器的短路點(diǎn)應(yīng)該在KM3真空接觸器處。推斷可能的故障原因是變頻器的工頻回路與變頻回路同時(shí)接通，導(dǎo)致短路故障燒毀KM3和變頻器功率模塊。

（5）一個(gè)月前此臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)的鍋爐一次風(fēng)機(jī)乙電機(jī)的接線盒與電動(dòng)機(jī)本體之間密封不好，導(dǎo)致運(yùn)行中雨水進(jìn)入接線盒發(fā)生了短路接地故障，接線盒內(nèi)三相引接線緊固螺栓燒毀，出線套管及三相電纜出線絕緣皮老化。短路故障后對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了檢修維護(hù)，但未對(duì)變頻器進(jìn)行檢查，真空接觸器沒(méi)有進(jìn)行過(guò)相關(guān)試驗(yàn)。

（6）一次風(fēng)機(jī)乙啟動(dòng)時(shí)變頻器在變頻狀態(tài)，電氣運(yùn)行在變頻器工頻狀態(tài)確認(rèn)電動(dòng)機(jī)絕緣良好后將一次風(fēng)機(jī)乙變頻器由工頻改為變頻狀態(tài)時(shí)操作順序?yàn)椋合确珠_真空接觸器KM3，然后分別合上真空接觸器KM1、KM2、隔離閘刀QS1、QS2（接線原理見(jiàn)圖1），變頻器拖動(dòng)電機(jī)投入運(yùn)行是由鍋爐運(yùn)行通過(guò)DCS遠(yuǎn)程操作合上變頻器電源開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。

電氣運(yùn)行操作時(shí)是憑借聲音和指示燈指示情況，在判斷真空接觸器KM3已經(jīng)分開時(shí)再合上真空接觸器KM1、KM2、隔離閘刀QS1、QS2的，電氣運(yùn)行對(duì)此種操作較為熟練，操作簡(jiǎn)單不復(fù)雜，而且真空接觸器KM2與KM3間存在電氣閉鎖，在KM2接通時(shí)KM3不能合閘，同理KM3接通時(shí)KM2也不能合閘，理論上分析在沒(méi)分開真空接觸器KM3情況下也就是工頻回路沒(méi)切斷情況下變頻回路不能投入，電氣誤操作的可能性很小。

（7）綜上所述，變頻器短路故障的可能原因是一個(gè)月前的電機(jī)短路故障使真空接觸器KM3有損傷，運(yùn)行操作分開KM3時(shí)接觸器時(shí)接觸器實(shí)際并沒(méi)有完全斷開，此時(shí)檢測(cè)其分閘信號(hào)的輔助觸點(diǎn)已經(jīng)動(dòng)作到位，系統(tǒng)認(rèn)為已分閘，指示燈指示分閘，這樣投入變頻器的變頻回路，鍋爐啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)乙合電源開關(guān)時(shí)，變頻器的工頻、變頻回路同時(shí)通電投用，導(dǎo)致短路故障燒毀KM3和變頻器功率模塊。

4 事故處理

（1）經(jīng)檢測(cè)損毀的功率模塊維修價(jià)值不大，因此對(duì)損毀的功率模塊進(jìn)行了整體更換；對(duì)功率單元柜進(jìn)行了清理、擦拭，更換通信光纜，并重新進(jìn)行調(diào)試、試驗(yàn)。（2）一次風(fēng)機(jī)變頻器變頻啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)生的真空接觸器KM3真空包爆炸及功率模塊損壞事故暴露出變頻器工頻旁路的設(shè)計(jì)缺陷：工頻旁路只用真空接觸器來(lái)切斷回路，不可靠，存在較大安全隱患，容易發(fā)生短路故障。針對(duì)設(shè)計(jì)缺陷，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，事故后電廠對(duì)變頻器旁路柜進(jìn)行了改造：將工頻旁路真空接觸器及變頻回路真空接觸器全部取消，工頻旁路增設(shè)閘刀，加裝機(jī)械閉鎖，工頻、變頻回路均由閘刀控制；如原理圖（圖2）所示：旁路柜改造后由三個(gè)高壓隔離閘刀QS1、QS2、QS3組成，QS2和QS3不能同時(shí)合閘，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻器變頻運(yùn)行時(shí)QS1和QS2閉合，QS3斷開；工頻運(yùn)行時(shí)QS3閉合，QS1和QS2斷開。隔離開關(guān)分別選用GN19系列單投和雙投戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)，相間距為210mm；單投隔離開關(guān)的進(jìn)線端的三個(gè)絕緣端子為高壓帶電顯示裝置的三個(gè)傳感器。此種設(shè)計(jì)從根本上消除了安全隱患。（3）對(duì)一次風(fēng)機(jī)乙電源開關(guān)進(jìn)行了檢查、試驗(yàn)，合格后變頻器投入運(yùn)行。

5 事故得到的警示

（1）室外露天布置的高壓電動(dòng)機(jī)檢修時(shí)應(yīng)注意對(duì)接線盒密封情況的檢查，避免發(fā)生接線盒密封不嚴(yán)進(jìn)水短路故障。（2）系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，應(yīng)對(duì)短路故障可能產(chǎn)生影響的所有設(shè)備、元件進(jìn)行徹底檢驗(yàn)，避免存在安全隱患引發(fā)后續(xù)事故。

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