高壓變頻器在火力發(fā)電廠運(yùn)行中常見問題分析

陳達(dá)文

摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，火力發(fā)電廠的各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)也逐漸趨成熟。科技化、節(jié)能化、綠色化和高效性的新科學(xué)技術(shù)是現(xiàn)代電力企業(yè)的發(fā)展方向。高壓變頻器在火力發(fā)電廠的使用經(jīng)過多年的發(fā)展實(shí)踐，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益，過程中也積累了較多的經(jīng)驗(yàn)，日漸趨向成熟，但高壓變頻器在火力發(fā)電廠的使用屬于高技術(shù)設(shè)備，國內(nèi)的生產(chǎn)管理?xiàng)l件還存在很多安全隱患。本文從高壓變頻器的自身缺陷、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境和設(shè)備控制系統(tǒng)等幾方面闡述高壓變頻器在火力發(fā)電廠運(yùn)行中常出現(xiàn)的問題，并進(jìn)行分析，給出一些改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；火力發(fā)電；運(yùn)行問題；變頻改造

高壓變頻技術(shù)作為一種較為高端和成熟的生產(chǎn)技術(shù)，給生產(chǎn)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但部分廠家在生產(chǎn)過程中只強(qiáng)調(diào)了變頻器的通用性能，而忽略了其對(duì)于不同組合設(shè)備的特殊要求，導(dǎo)致了部分產(chǎn)品在投入使用后未能達(dá)到預(yù)期的效果，在設(shè)備運(yùn)行過程中潛伏安全隱患，直接或間接地威脅了企業(yè)的生命財(cái)產(chǎn)安全。再加上部分企業(yè)在自行安裝使用過程中沒有規(guī)范安裝，產(chǎn)品環(huán)境條件達(dá)不到，出現(xiàn)散熱性能不好、設(shè)備穩(wěn)定性差、變頻控制效果不明顯，以及和其他設(shè)備配合不起來，協(xié)調(diào)性達(dá)不到要求的情況。若能很好地掌握高壓變頻器平時(shí)出現(xiàn)故障的排除知識(shí)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)就能更快更好地排除故障，解決問題。

1高壓變頻器的重要作用

高壓變頻器在火力發(fā)電廠的作用主要有兩個(gè)方面，一是在風(fēng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)減阻降耗的功能，另一個(gè)則是在水泵中的衡功減荷作用。

現(xiàn)在大型火力發(fā)電廠的鍋爐蒸發(fā)量高達(dá)100-200噸/時(shí)，各種設(shè)備對(duì)電量的需求非常的大。通過后臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)可知，如果電廠發(fā)100度電，那么將有8度左右用于自身發(fā)電消耗，其中消耗比重最大的就是風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)消耗。使用變頻器之后，可以達(dá)到風(fēng)機(jī)變頻軟啟動(dòng)的效果，減少了啟動(dòng)振動(dòng)和啟動(dòng)電流沖擊，從而實(shí)現(xiàn)隨時(shí)啟動(dòng)和停止的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，通過高壓變頻器的調(diào)節(jié)，可以把以前的風(fēng)門送風(fēng)調(diào)節(jié)方式優(yōu)化成變頻調(diào)節(jié)方式，從而實(shí)現(xiàn)從0到100的無間歇調(diào)節(jié)，加上PLC調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、載荷等參數(shù)的監(jiān)測(cè)控制；高壓變頻器用在火力發(fā)電廠還有一個(gè)重要的作用就是提高高壓電源型單元串聯(lián)電平結(jié)構(gòu)，促進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。火電廠的水泵在進(jìn)水和出水的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷的峰值和低值，這之間有較大差額，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行有一定影響，通過高壓變頻器對(duì)水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)作用，這樣無論是高流量、高負(fù)荷運(yùn)載還是低流量、低負(fù)荷，都能在很大程度上使電機(jī)消耗功率接近額定功率，從而達(dá)到降低功耗的作用。

2火電廠對(duì)高壓變頻器的配置要求

2.1變頻器容量富裕度要求

在選擇變頻器的容量時(shí)，首先要考慮的是變頻器的額定電流，由于變頻器傳給電機(jī)的是脈沖電流，所以工作時(shí)脈沖數(shù)值會(huì)比供電電流要大。此外，還應(yīng)給變頻器留有適量的余量空間。因此在其運(yùn)行過程中可以按工作的最大電流來選擇。

2.2高壓變頻器系統(tǒng)設(shè)備要求

2.2.1變頻器運(yùn)行過程檢測(cè)

火電廠的高壓變頻器長時(shí)間處于運(yùn)行狀態(tài)，在設(shè)備開機(jī)過程中，要做好平時(shí)的巡視檢查工作，進(jìn)行細(xì)致和有重點(diǎn)地查看，這樣才能保證高壓變頻器的穩(wěn)定性和安全性。不僅如此，每臺(tái)變頻器工作運(yùn)行功能不同，只要運(yùn)轉(zhuǎn)都會(huì)存在振動(dòng)，工作人員要隨時(shí)注意各臺(tái)設(shè)備的振動(dòng)頻率，尤其是當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)低頻振動(dòng)和較大噪音時(shí)，要檢查設(shè)備運(yùn)行狀況是否正常，以保證設(shè)備正常運(yùn)行。

2.2.2高壓變頻器的平時(shí)保養(yǎng)和檢修問題

火電廠內(nèi)的高壓變頻器的工作環(huán)境本來就比較苛刻，加上高壓變頻器維修復(fù)雜，價(jià)格高昂，電廠發(fā)電量巨大，如果不注意平時(shí)保養(yǎng)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，就要停下這個(gè)工作系統(tǒng)進(jìn)行檢修，由此帶來的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的。所以每隔一段時(shí)間都要對(duì)設(shè)備進(jìn)行一次徹底地保養(yǎng)。在保養(yǎng)前應(yīng)先將設(shè)備全面停車，然后進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)徹底地清潔，并檢查設(shè)備各個(gè)部分運(yùn)行是否正常。保養(yǎng)過后有一項(xiàng)特別重要的工作就是進(jìn)行回路電流的檢驗(yàn)，達(dá)到工作要求后方能再次啟動(dòng)設(shè)備。

2.3溫度、濕度監(jiān)測(cè)要求

火電廠高壓變頻器對(duì)環(huán)境的溫度和濕度都有較高的要求，因?yàn)檫@直接影響到設(shè)備的運(yùn)行效率和使用壽命長短，其使用的環(huán)境要求粉塵、溫度和濕度必須符合變頻器運(yùn)行條件。高壓變頻器內(nèi)部多為大功率電子元件，對(duì)溫度尤其敏感，通常的工作溫度為0℃以上55℃以下。但為了更好地實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，應(yīng)盡量限制工作溫度在40℃以下最佳，最好能夠控制在25℃左右，特定的電子元件溫度要求較低的，還應(yīng)按照電子元件允許的最大溫度進(jìn)行溫度控制。至于設(shè)備的環(huán)境溫度則因地而異了，我國南北方氣候條件不一樣，變頻器的工作環(huán)境基本要求就是保持干燥，濕度不要超過95%，且無凝結(jié)或水霧，濕氣太重會(huì)起霧氣現(xiàn)象，造成短路觸電危險(xiǎn)。通過排風(fēng)管道設(shè)備替換室內(nèi)熱氣和濕氣，所在配電室盡量不用濕布拖地，以使室內(nèi)能夠保持長期干燥的狀態(tài)。

2.4電源側(cè)開關(guān)柜保護(hù)要求

高壓變頻器設(shè)備內(nèi)部多為電子元件，在低電壓、高電壓、短路、過載的情況下，都容易出現(xiàn)燒毀或者損壞情況。所以應(yīng)該在電源開關(guān)柜內(nèi)配置有PLC控制系統(tǒng)控制的變頻器故障報(bào)警接觸器。電源端一定要設(shè)置快關(guān)，在保護(hù)柜內(nèi)有熔斷器電路開關(guān)、隔離保護(hù)開關(guān)、應(yīng)急使用開關(guān)，實(shí)現(xiàn)過流、過壓、瞬時(shí)斷電、短路、欠壓、缺相等多種保護(hù)，并且保留原有的工頻回路與變頻回路互鎖控制，高壓變頻器尤其要選擇快速熔斷器才能達(dá)到保護(hù)作用。

3高壓變頻器運(yùn)行常見問題及原因

3.1高壓變頻器運(yùn)行常見問題

針對(duì)火電廠高壓變頻器的運(yùn)行條件，結(jié)合其所處的生產(chǎn)環(huán)境是高壓高熱的，而這個(gè)設(shè)備對(duì)自身工作溫度要求又高，對(duì)設(shè)備所處環(huán)境要求也較為嚴(yán)苛，就會(huì)出現(xiàn)很多問題。這些問題主要有變頻器超溫跳閘、功率單元故障、主板控制故障、測(cè)溫元件故障、控制回路故障這五大方面。高壓變頻器功率單元是個(gè)敏感部分，也是問題出現(xiàn)最多的最為繁瑣的一塊，故障主要有功率單元過壓、元件燒損、變頻器功率單元出現(xiàn)過熱、燒壞部分電子元件，導(dǎo)致該單元停止工作、過流等情況，出現(xiàn)以上幾種情況，通常會(huì)把電解電容、熔斷器、整流橋等元件燒壞。另外還有單元輸入缺相、驅(qū)動(dòng)設(shè)備異常、啟動(dòng)或瞬停無反應(yīng)、變頻器輸出過載等多方面細(xì)小問題。

3.2造成高壓變頻器運(yùn)行問題的主要原因

3.2.1自身設(shè)計(jì)缺陷

高壓變頻器的功率單元諧波不能相互抵消，當(dāng)設(shè)備處于低于額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，諧波的增加速度會(huì)很快，輸出額定波形失真，增加了電機(jī)的重復(fù)峰值電壓，絕緣效果減弱，由此會(huì)使得電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩減小，抖動(dòng)和發(fā)熱都增加，隨之噪聲也會(huì)相應(yīng)的大起來，對(duì)工作人員在管理設(shè)備時(shí)帶來一定影響。

3.2.2高壓變頻器運(yùn)行環(huán)境

當(dāng)工作溫度太低或者溫度變化過大時(shí)，變頻器內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)小水珠貼附在設(shè)備內(nèi)外表面，這種情況下就會(huì)很大程度上降低變頻器的絕緣性能，從而可能致使電路發(fā)生短路。這里可以通過加快排風(fēng)力度，增加干燥劑和加熱器的使用以革除水霧的產(chǎn)生源頭。還有就是電氣環(huán)境的影響，可分為靜電耦合干擾、靜電感應(yīng)干擾和線路接觸不良干擾三個(gè)主要方面。所謂靜電耦合干擾指的就是控制電纜或通訊總線和它們周圍的電氣回路發(fā)生靜電耦合，從而生成的電勢(shì)產(chǎn)生的干擾，這種情況下我們可以把電纜或者總線遠(yuǎn)離變頻器和接觸器，各種不同功能的電源線路分開收放，當(dāng)然也可以在這些線路之間放置絕緣體，或者也可以放置導(dǎo)電裝置（比如接地線）將靜電吸走；靜電感應(yīng)是由磁通量變化產(chǎn)生的，磁通量越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)就越大，同時(shí)電纜在連接過程中無意間形成的閉環(huán)面積大小也會(huì)影響磁通量的大小，這里還是同樣的方法，把形成回路的電纜能分開的就分開放置，保持距離在30cm以上。如果實(shí)在分不開，又會(huì)形成閉環(huán)圉，那就將這些纜線穿過鍍鋅管敷設(shè)，從而切斷通過閉環(huán)線圈磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件。

3.2.3高壓變頻器的控制系統(tǒng)

高壓變頻器的控制系統(tǒng)一般由控制器、I/O接口板和人機(jī)互動(dòng)界面所組成，其中控制器是由三塊光纖板、一塊信號(hào)板、一塊主控板和一塊電源板組成。各板之間通過總線底板連接，一塊光纖版控制一相的所有單元，通過信號(hào)傳送（PWM），工作模擬的方式進(jìn)行。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，單元給光纖板發(fā)出形成的故障代碼信號(hào)。問題一般就出在這個(gè)過程中，變頻器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了故障，比如出現(xiàn)“單元過熱故障”時(shí)，變頻器會(huì)發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)，并在人機(jī)互動(dòng)界面上做出提示，或者通過指示燈的常亮或頻閃來發(fā)出警報(bào)，此時(shí)如果工作人員在設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒來解決問題或沒解決好故障，那么功率單元故障將全部切除，變頻器在系統(tǒng)預(yù)設(shè)程序下控制變頻器跳閘。

4結(jié)論

高壓變頻器屬于高科技產(chǎn)品，國內(nèi)各種設(shè)備與變頻器搭配使用的情況很多，近幾年國內(nèi)關(guān)于變頻器的生產(chǎn)使用技術(shù)也日趨成熟。但高壓變頻器的使用雖然也多，在國內(nèi)這種設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)卻不及國外，所以好多廠商都引進(jìn)國外的大設(shè)備投入國內(nèi)使用，因此在平時(shí)維護(hù)保養(yǎng)和修理費(fèi)用的投入也不少。為了設(shè)備能更長時(shí)間地工作，我們就需要安全、規(guī)范、正確地使用。所有管理和監(jiān)管人員都必須懂得變頻器的工作原理，懂得故障查找。如果沒有專業(yè)工作人員，也應(yīng)該派出員工到相關(guān)技術(shù)部門培訓(xùn)學(xué)習(xí)，掌握高頻變頻器的工作原理、運(yùn)行流程和維護(hù)保養(yǎng)知識(shí)和技能之后方能持證上崗。對(duì)于火電廠，應(yīng)該建立健全變頻器使用流程，每天都做好運(yùn)行狀態(tài)記錄，保養(yǎng)記錄及故障排檢記錄。同時(shí)也重視變頻器的工作環(huán)境監(jiān)測(cè)，使高壓變頻器在一個(gè)適合的溫度、濕度物理環(huán)境中工作，如此便可延遲設(shè)備的使用壽命，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]孫德輝.基于GPRS的無線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，23（7）：104106

[2]張永鵬，王平.火力發(fā)電廠高壓變頻器運(yùn)行常見問題分析[J]2011.05

[3]能源部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)（二）[M].北京：水利電力出版社

[4]何加銘.嵌入式32位微處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：北京電子工業(yè)出版社，2006

[5]羅毅.火力發(fā)電廠高壓變頻器的運(yùn)行與維護(hù)[J].重慶電力高報(bào)，2011（06）

[6]曹漢禮.淺議高壓變頻器的日常維護(hù)技術(shù)[J].電子世界，2014（16）