淺析輔機環保設備電除塵高頻電源原理及故障處理

薛天來（江蘇徐塘發電有限責任公司,江蘇 徐州 221300）

淺析輔機環保設備電除塵高頻電源原理及故障處理

薛天來
（江蘇徐塘發電有限責任公司,江蘇 徐州 221300）

摘 要：本文例舉了某電廠新改造電除塵高頻電源在運行檢修過程中所遇到的故障實例，深入分析了影響其安全穩定運行的原因并提出了相關解決辦法。

關鍵詞：高頻電源；IGBT串聯諧振；故障速排

隨著國家對電力環保的要求標準越來越高，各大火電廠也愈發重視PM等污染物的減排工作，相繼升級原電除塵電力電子高耗低能設備并對進行了改造；高頻電源便是設備升級換代后的產物，相較于改造前電除塵電源，更加環保，除塵效率更高。鑒于國內大規模使用高頻電源，由于是新設備﹑新技術其IGBΤ串聯諧振回路的應用相關故障分析普遍較少，遇到問題更加難以入手。筆者通過新改造高頻電源設備在運行過程中的出現的故障案例，分析其原因和快速排除解決方法。

1 高頻電源主要工作原理

由交流電源接入整流模塊，經濾波及三相全波整流器后變成直流，再接入高頻逆變回路，將直流轉換為高頻交流，最后經高頻變壓器、整流橋后輸出平穩直流到負載。

高頻開關電路(高頻電源)主要由整流濾波電路，全橋變換電路，PWM控制電路，穩壓、限壓電路，穩流、限流電路，保護電路，以及控制電路等組成。三相電網（或單相）電壓經電源開關后，進行整流濾波，得到的520Vdc（單相為300Vdc）的平滑直流電壓供給逆變電路。逆變電路主要由大功率IGBΤ模塊（或場效應MOSFEΤ模塊）組成全橋變換電路，在電阻、電容、電感串聯電路中，出現電源、電壓、電流同相位現象，叫做串聯諧振，其特點是：電路呈純電阻性，電源、電壓和電流同相位，電抗X等于0，阻抗Z等于電阻R，此時電路的阻抗最小，電流最大，在電感和電容上可能產生比電源電壓大很多倍的高電壓，因此串聯諧振也稱電壓諧振。當負載要求功率超過100KW時單通道的IGBΤ串聯諧振回路顯得入不敷出時，就需要雙通道的IGBΤ串聯諧振回路通過LC回路諧振到變壓器一次側。（詳如圖1）

圖1

2 高頻電源故障速排

（1）某廠高頻電源頻繁損壞故障實例：2月份，有四臺高頻電源先后報警IGBΤ1/2過流保護或IGBΤ1/2驅動故障---直流母排1/2電壓低并跳閘；

圖2

圖3

記錄數據顯示為直流母排1，直流母排2電壓低， IGBΤ1、IGBΤ2過流保護。（如上圖2、圖3）

通過調閱歷史運行數據看出，故障時新投運的16臺高頻電源運行的頻率高頻電源運行的頻率為5～6KHZ,二次電壓為29～46KV，并持續數天，而數天前運行數據為12～18KHZ,二次電壓為47～61KV。考慮到該批次變頻電源已平穩運行一月有余，而運行工況不變， 變化的僅僅為高頻電源的運行頻率，懷疑問題出在運行頻率上，通過詢問運行操作人員，確認由于該段時間電廠供電負荷不大，為節能考慮，在此期間為運行人員在滿足除塵效率的基礎上人為降低高頻電源的運行頻率方式，運行頻率由20K左右降低為5K左右。

通過現場示波器測試觀察，高頻電源在3～9KHZ范圍內時，觸發IGBΤ的脈沖出現嚴重干擾，通過實驗，可以明確的是發生損壞情況是在低頻運行情況下發生的。低頻下IGBΤ燒毀原因極有可能為低頻下干擾嚴重造成，經過與廠家溝通，廠家將高頻電源頻率允許運行區間調整為12KHZ以上,并在軟件中固化。

（2）3月份，有4臺高頻電源發生相似故障，大部分為過流保護或母排電壓底，打開高頻電源內部發現，4臺高頻電源發生不同程度的IGBΤ損壞，其中有一臺嚴重損壞。經過調閱運行歷史數據發現，上述高頻電源在事故前均正常運行， 未出現異常運行情況，運行頻率也在12kHZ以上。由于影響高頻電源的干擾已經基本排除，該故障的發生原因應該與頻率無關，而是由其他原因造成，筆者經過與廠家深入交流分析， 從該高頻電源的內部結構、軟件控制原理著手，發現該高頻電源設計上可能存在一定缺陷，本來由于該高頻電源雙通道運行，一旦高頻電源內部任何一只或一組IGBΤ發生嚴重故障時，保護均應該自動跳開電源，保護IGBΤ的安全， 而根據現場現象來看，顯然兩組IGBΤ同時損壞，保護沒有起到應有的保護作用。經過再次與設計該高頻電源的廠家技術人員交流，廠家技術人員最終承認該高頻電源可能存在設計缺陷，設計時未能將現場運行中的各種工況考慮周全，該高頻電源采用雙通道運行時，觸發IBGΤ脈沖為隨機觸發，即高頻電源雙通道隨機運行，這樣在一組IGBΤ本身故障時，保護可以進行保護， 而在外部電場發生故障（開路、短路等），有可能會導致高頻電源隨機切換至另一通道運行，而保護來不及動作便切換至另一路運行，在保護來不及保護另一路IGBΤ的情況下，有可能導致兩路均IGBΤ均擊穿損壞。該問題已由設計廠家進行軟件修改處理。

（3）4月份，整個4月份運行比較穩定， 但也發生數起常規故障，其中一起比較耐人回味：

該臺高頻電源之前一直穩定運行已有2,3個月， 未發生任何故障，自4月份以來， 偶爾會出現跳閘，報警為母排電壓低， 斷電復位后可以繼續運行好幾天，不久又會出現報警跳閘，振打一直正常運行，當時懷疑電場內部積灰嚴重所致，在整臺爐停運后，電除塵機務人員對電場內部檢查后確認內部無任何問題，電氣人員對空電場進行絕緣測試也無問題，由于停爐時間比較長，為了徹底解決該問題，由于常規試驗檢查無任何端倪，電氣人員想到了一個比較笨但是非常實用的辦法--更換元器件來解決該問題。先是通過高壓引線， 將一臺以前正常運行的高頻電源引入電場，高頻電源正常運行，排除了電場內部故障。接著將懷疑有問題的高頻電源內部元器件甚至包括變壓器都進行更換處理，故障依舊。在苦于無法解決問題的時候，由于巧合，偶然發現變壓器低壓引線沒有固定，直接接在高頻電源輸出端子上，由于引線較長， 耷拉在變壓器器身一螺栓處，檢查該處， 發現該處電纜包裹的熱塑套管下部保護電纜護套已磨出及其微小的一個斑點。自此原因搞清， 因電除塵頂部在運行中有振動，加之變壓器低壓電纜過長未固定，長時間摩擦所致。由于該故障比較隱蔽，運行中設備振動小時，故障點正常，振動較大時發生故障，而保護跳閘后又可以再開起來，由于面板畫面反應的僅僅是母線電壓低， 通過對各元器件試驗又無法發現，所以查找比較困難。一旦找到后解決起就很簡單， 將其進行處理固定即可，再對其他電源進行舉一反三檢查處理即可。

（4）5月份，高頻電源發生故障頻率顯著升高，基本全是超溫跳閘現象， 分析認為，該高頻電源由于長期帶電運行， 導致無法進行吹灰清掃，內部積灰嚴重引起導致高頻電源內部溫度過高，超溫跳閘。該類缺陷比較好處理，定期進行吹灰清掃工作即可。

（5）一般查找高頻電源故障步驟：一般廠家說明書內均包含故障處理步驟， 本文列舉常規故障處理流程步驟圖。（如圖4、圖5）

圖4

圖5

3 減少高頻電源故障發生的有效措施

高頻電源的穩定運行對電廠安全經濟效益的作用不言而喻。為了減少高頻電源故障發生的臺次數，這就需要相關操作和檢修人員對其運行原理深入了解，排除可能導致其故障的因素，及時預防。

3.1 設立專業人員進行巡視檢查

為了避免高頻電源的異常工況導致故障發生，需要設立專門的工作人員對其進行巡視，DCS畫面和現場均需定期巡視，報警畫面及時翻看，記錄各時間段內電壓電流頻率溫度火化率等主要運行數據，重點檢查各設備運行溫度和聲響。一旦發現異常狀況，及時通知相關檢修人員處理處理。相關工作人員必須經過專業培訓及學習才能上崗。

3.2 健全規章制度

每個電廠都應根據自己設備的特點制定一套自己的檢修運行規程，并嚴格按照檢修運行規程操作，特別是定期清掃吹灰工作必須制度化，建立各高頻電源設備臺賬，缺陷分析記錄等。

4 結語

通過對高頻電源的工作原理論分析及雙通道IGBΤ串聯諧振回路典型電路應用，對此設備檢修及故障速排獨到見解，易于掌握。

當然技術永無止境，歡迎廣大技術專家和讀者共同探討，為國家的電力環保貢獻綿薄之力，使中國的藍天更藍。

參考文獻：

[1]電廠電氣二次設備檢修規程[Z].

[2]廠家說明書[S].