淺析輔機(jī)環(huán)保設(shè)備電除塵高頻電源原理及故障處理

薛天來(lái)（江蘇徐塘發(fā)電有限責(zé)任公司,江蘇 徐州 221300）

淺析輔機(jī)環(huán)保設(shè)備電除塵高頻電源原理及故障處理

薛天來(lái)
（江蘇徐塘發(fā)電有限責(zé)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(yùn)行檢修過(guò)程中所遇到的故障實(shí)例，深入分析了影響其安全穩(wěn)定運(yùn)行的原因并提出了相關(guān)解決辦法。

關(guān)鍵詞：高頻電源；IGBT串聯(lián)諧振；故障速排

隨著國(guó)家對(duì)電力環(huán)保的要求標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，各大火電廠也愈發(fā)重視PM等污染物的減排工作，相繼升級(jí)原電除塵電力電子高耗低能設(shè)備并對(duì)進(jìn)行了改造；高頻電源便是設(shè)備升級(jí)換代后的產(chǎn)物，相較于改造前電除塵電源，更加環(huán)保，除塵效率更高。鑒于國(guó)內(nèi)大規(guī)模使用高頻電源，由于是新設(shè)備﹑新技術(shù)其IGBΤ串聯(lián)諧振回路的應(yīng)用相關(guān)故障分析普遍較少，遇到問(wèn)題更加難以入手。筆者通過(guò)新改造高頻電源設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的出現(xiàn)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(jīng)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(zhuǎn)換為高頻交流，最后經(jīng)高頻變壓器、整流橋后輸出平穩(wěn)直流到負(fù)載。

高頻開(kāi)關(guān)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(wěn)壓、限壓電路，穩(wěn)流、限流電路，保護(hù)電路，以及控制電路等組成。三相電網(wǎng)（或單相）電壓經(jīng)電源開(kāi)關(guān)后，進(jìn)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(chǎng)效應(yīng)MOSFEΤ模塊）組成全橋變換電路，在電阻、電容、電感串聯(lián)電路中，出現(xiàn)電源、電壓、電流同相位現(xiàn)象，叫做串聯(lián)諧振，其特點(diǎn)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(shí)電路的阻抗最小，電流最大，在電感和電容上可能產(chǎn)生比電源電壓大很多倍的高電壓，因此串聯(lián)諧振也稱電壓諧振。當(dāng)負(fù)載要求功率超過(guò)100KW時(shí)單通道的IGBΤ串聯(lián)諧振回路顯得入不敷出時(shí)，就需要雙通道的IGBΤ串聯(lián)諧振回路通過(guò)LC回路諧振到變壓器一次側(cè)。（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(shí)例：2月份，有四臺(tái)高頻電源先后報(bào)警IGBΤ1/2過(guò)流保護(hù)或IGBΤ1/2驅(qū)動(dòng)故障---直流母排1/2電壓低并跳閘；

圖2

圖3

記錄數(shù)據(jù)顯示為直流母排1，直流母排2電壓低， IGBΤ1、IGBΤ2過(guò)流保護(hù)。（如上圖2、圖3）

通過(guò)調(diào)閱歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)看出，故障時(shí)新投運(yùn)的16臺(tái)高頻電源運(yùn)行的頻率高頻電源運(yùn)行的頻率為5～6KHZ,二次電壓為29～46KV，并持續(xù)數(shù)天，而數(shù)天前運(yùn)行數(shù)據(jù)為12～18KHZ,二次電壓為47～61KV。考慮到該批次變頻電源已平穩(wěn)運(yùn)行一月有余，而運(yùn)行工況不變， 變化的僅僅為高頻電源的運(yùn)行頻率，懷疑問(wèn)題出在運(yùn)行頻率上，通過(guò)詢問(wèn)運(yùn)行操作人員，確認(rèn)由于該段時(shí)間電廠供電負(fù)荷不大，為節(jié)能考慮，在此期間為運(yùn)行人員在滿足除塵效率的基礎(chǔ)上人為降低高頻電源的運(yùn)行頻率方式，運(yùn)行頻率由20K左右降低為5K左右。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)示波器測(cè)試觀察，高頻電源在3～9KHZ范圍內(nèi)時(shí)，觸發(fā)IGBΤ的脈沖出現(xiàn)嚴(yán)重干擾，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以明確的是發(fā)生損壞情況是在低頻運(yùn)行情況下發(fā)生的。低頻下IGBΤ燒毀原因極有可能為低頻下干擾嚴(yán)重造成，經(jīng)過(guò)與廠家溝通，廠家將高頻電源頻率允許運(yùn)行區(qū)間調(diào)整為12KHZ以上,并在軟件中固化。

（2）3月份，有4臺(tái)高頻電源發(fā)生相似故障，大部分為過(guò)流保護(hù)或母排電壓底，打開(kāi)高頻電源內(nèi)部發(fā)現(xiàn)，4臺(tái)高頻電源發(fā)生不同程度的IGBΤ損壞，其中有一臺(tái)嚴(yán)重?fù)p壞。經(jīng)過(guò)調(diào)閱運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，上述高頻電源在事故前均正常運(yùn)行， 未出現(xiàn)異常運(yùn)行情況，運(yùn)行頻率也在12kHZ以上。由于影響高頻電源的干擾已經(jīng)基本排除，該故障的發(fā)生原因應(yīng)該與頻率無(wú)關(guān)，而是由其他原因造成，筆者經(jīng)過(guò)與廠家深入交流分析， 從該高頻電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、軟件控制原理著手，發(fā)現(xiàn)該高頻電源設(shè)計(jì)上可能存在一定缺陷，本來(lái)由于該高頻電源雙通道運(yùn)行，一旦高頻電源內(nèi)部任何一只或一組IGBΤ發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，保護(hù)均應(yīng)該自動(dòng)跳開(kāi)電源，保護(hù)IGBΤ的安全， 而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)象來(lái)看，顯然兩組IGBΤ同時(shí)損壞，保護(hù)沒(méi)有起到應(yīng)有的保護(hù)作用。經(jīng)過(guò)再次與設(shè)計(jì)該高頻電源的廠家技術(shù)人員交流，廠家技術(shù)人員最終承認(rèn)該高頻電源可能存在設(shè)計(jì)缺陷，設(shè)計(jì)時(shí)未能將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中的各種工況考慮周全，該高頻電源采用雙通道運(yùn)行時(shí)，觸發(fā)IBGΤ脈沖為隨機(jī)觸發(fā)，即高頻電源雙通道隨機(jī)運(yùn)行，這樣在一組IGBΤ本身故障時(shí)，保護(hù)可以進(jìn)行保護(hù)， 而在外部電場(chǎng)發(fā)生故障（開(kāi)路、短路等），有可能會(huì)導(dǎo)致高頻電源隨機(jī)切換至另一通道運(yùn)行，而保護(hù)來(lái)不及動(dòng)作便切換至另一路運(yùn)行，在保護(hù)來(lái)不及保護(hù)另一路IGBΤ的情況下，有可能導(dǎo)致兩路均IGBΤ均擊穿損壞。該問(wèn)題已由設(shè)計(jì)廠家進(jìn)行軟件修改處理。

（3）4月份，整個(gè)4月份運(yùn)行比較穩(wěn)定， 但也發(fā)生數(shù)起常規(guī)故障，其中一起比較耐人回味：

該臺(tái)高頻電源之前一直穩(wěn)定運(yùn)行已有2,3個(gè)月， 未發(fā)生任何故障，自4月份以來(lái)， 偶爾會(huì)出現(xiàn)跳閘，報(bào)警為母排電壓低， 斷電復(fù)位后可以繼續(xù)運(yùn)行好幾天，不久又會(huì)出現(xiàn)報(bào)警跳閘，振打一直正常運(yùn)行，當(dāng)時(shí)懷疑電場(chǎng)內(nèi)部積灰嚴(yán)重所致，在整臺(tái)爐停運(yùn)后，電除塵機(jī)務(wù)人員對(duì)電場(chǎng)內(nèi)部檢查后確認(rèn)內(nèi)部無(wú)任何問(wèn)題，電氣人員對(duì)空電場(chǎng)進(jìn)行絕緣測(cè)試也無(wú)問(wèn)題，由于停爐時(shí)間比較長(zhǎng)，為了徹底解決該問(wèn)題，由于常規(guī)試驗(yàn)檢查無(wú)任何端倪，電氣人員想到了一個(gè)比較笨但是非常實(shí)用的辦法--更換元器件來(lái)解決該問(wèn)題。先是通過(guò)高壓引線， 將一臺(tái)以前正常運(yùn)行的高頻電源引入電場(chǎng)，高頻電源正常運(yùn)行，排除了電場(chǎng)內(nèi)部故障。接著將懷疑有問(wèn)題的高頻電源內(nèi)部元器件甚至包括變壓器都進(jìn)行更換處理，故障依舊。在苦于無(wú)法解決問(wèn)題的時(shí)候，由于巧合，偶然發(fā)現(xiàn)變壓器低壓引線沒(méi)有固定，直接接在高頻電源輸出端子上，由于引線較長(zhǎng)， 耷拉在變壓器器身一螺栓處，檢查該處， 發(fā)現(xiàn)該處電纜包裹的熱塑套管下部保護(hù)電纜護(hù)套已磨出及其微小的一個(gè)斑點(diǎn)。自此原因搞清， 因電除塵頂部在運(yùn)行中有振動(dòng)，加之變壓器低壓電纜過(guò)長(zhǎng)未固定，長(zhǎng)時(shí)間摩擦所致。由于該故障比較隱蔽，運(yùn)行中設(shè)備振動(dòng)小時(shí)，故障點(diǎn)正常，振動(dòng)較大時(shí)發(fā)生故障，而保護(hù)跳閘后又可以再開(kāi)起來(lái)，由于面板畫(huà)面反應(yīng)的僅僅是母線電壓低， 通過(guò)對(duì)各元器件試驗(yàn)又無(wú)法發(fā)現(xiàn)，所以查找比較困難。一旦找到后解決起就很簡(jiǎn)單， 將其進(jìn)行處理固定即可，再對(duì)其他電源進(jìn)行舉一反三檢查處理即可。

（4）5月份，高頻電源發(fā)生故障頻率顯著升高，基本全是超溫跳閘現(xiàn)象， 分析認(rèn)為，該高頻電源由于長(zhǎng)期帶電運(yùn)行， 導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行吹灰清掃，內(nèi)部積灰嚴(yán)重引起導(dǎo)致高頻電源內(nèi)部溫度過(guò)高，超溫跳閘。該類缺陷比較好處理，定期進(jìn)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(shuō)明書(shū)內(nèi)均包含故障處理步驟， 本文列舉常規(guī)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(fā)生的有效措施

高頻電源的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電廠安全經(jīng)濟(jì)效益的作用不言而喻。為了減少高頻電源故障發(fā)生的臺(tái)次數(shù)，這就需要相關(guān)操作和檢修人員對(duì)其運(yùn)行原理深入了解，排除可能導(dǎo)致其故障的因素，及時(shí)預(yù)防。

3.1 設(shè)立專業(yè)人員進(jìn)行巡視檢查

為了避免高頻電源的異常工況導(dǎo)致故障發(fā)生，需要設(shè)立專門的工作人員對(duì)其進(jìn)行巡視，DCS畫(huà)面和現(xiàn)場(chǎng)均需定期巡視，報(bào)警畫(huà)面及時(shí)翻看，記錄各時(shí)間段內(nèi)電壓電流頻率溫度火化率等主要運(yùn)行數(shù)據(jù)，重點(diǎn)檢查各設(shè)備運(yùn)行溫度和聲響。一旦發(fā)現(xiàn)異常狀況，及時(shí)通知相關(guān)檢修人員處理處理。相關(guān)工作人員必須經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)及學(xué)習(xí)才能上崗。

3.2 健全規(guī)章制度

每個(gè)電廠都應(yīng)根據(jù)自己設(shè)備的特點(diǎn)制定一套自己的檢修運(yùn)行規(guī)程，并嚴(yán)格按照檢修運(yùn)行規(guī)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(shè)備臺(tái)賬，缺陷分析記錄等。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高頻電源的工作原理論分析及雙通道IGBΤ串聯(lián)諧振回路典型電路應(yīng)用，對(duì)此設(shè)備檢修及故障速排獨(dú)到見(jiàn)解，易于掌握。

當(dāng)然技術(shù)永無(wú)止境，歡迎廣大技術(shù)專家和讀者共同探討，為國(guó)家的電力環(huán)保貢獻(xiàn)綿薄之力，使中國(guó)的藍(lán)天更藍(lán)。

參考文獻(xiàn)：

[1]電廠電氣二次設(shè)備檢修規(guī)程[Z].

[2]廠家說(shuō)明書(shū)[S].