火力發電廠高壓變頻器的故障分析和維護

張 錦

（國能榆次熱電有限公司， 山西 榆次 030600）

引言

高壓變頻器的生產技術體現在使用的各個環節，如果只片面地考慮高壓變頻器是否節能，卻不重視高壓變頻器的運行情況，會導致相應的產品問題，不能有效消除高壓變頻器在工作中出現的異常情況，對變頻器及所帶負載造成損壞。為了使高壓變頻器在火力發電廠能良好運行、優化高壓變頻器的工作狀況、降低維修頻率，需重視高壓變頻器的使用方法和日常維修工作。

1 高壓變頻器散熱方案設計不當引起故障

由于高壓變頻器對散熱性有著極為嚴苛的需求，因此，高壓變頻器的散熱水平和所處環境都會影響其運行狀況，造成火力發電廠運轉不暢，甚至會引發不可估量的事故[1]。

1.1 案例分析

以某電廠為例，在改造供熱循環泵的變頻過程中，對變頻器柜出風位置進行相應的風道處理，以保證變頻器的熱量能被風機以抽風方式輸出到室外，并在室內加裝空調設備，以控制變頻器室內溫度。改造完成后，供熱期來臨，變頻器在運行中發生多次變壓器超溫跳閘的情況。打開柜門，通過采取加裝通風機進行散熱，并控制變頻器出力等相關措施，變頻器跳閘次數有所減少。

1.2 故障原因分析

變頻器工作時間較短，卻極易出現超溫跳閘，經過多重分析，判斷出變頻器超溫跳閘主要由以下原因造成：

1）在設備日常運轉中，風機所產生的風量直接影響了到變頻器室內負壓力不斷增長，降低了熱能量的排出，使熱氣的轉換率不能得到及時處理。

2）變頻器風口附近的粉塵密度大，粉塵很容易吸附到變頻器的室內變頻器濾網，并出現粉塵堵塞的現象，降低了變頻器的變壓器柜進風口的風量和內部傳熱效率。

3）變頻器在額定負載的情況下，如果變頻器所散發的熱量大于制冷設備的制冷量，導致變頻器所散發的熱量不能被有效控制。

1.3 案例總結

在以上案例中，廠家在設計變頻器的同時要充分考慮不同的散熱方案，對變頻器的散熱功能進行多方面評估，要對高壓變頻器散熱問題的進行有效改善，在變頻器安全、穩定運行的同時提高火力發電，保證火力發電廠的經濟利益最大化。

2 高壓變頻器用變壓器絕緣損壞造成系統故障

高壓變頻器所使用的移相變壓器繞組的主絕緣和匝間絕緣是故障易發部位。

2.1 案例分析

某發電廠的熱網循環泵采用變頻運作方式，變頻器功率2 500 kW，配套電機2 200 kW，投產多年來運行正常。在2020 年供熱期到來后，變頻器突然發生重故障跳閘，現場檢查變頻器報B3模塊欠壓故障跳閘，現場有明顯的焦糊味，打開變壓器柜發現B 相繞組有中間有燒焦的痕跡。分析為變壓器長時間運行狀態，由于B 相繞組通風量不足，造成散熱困難，最終發生燒損情況。

2.2 故障原因分析

變頻器柜中的移相變壓器采用頂吸風機進行散熱，冷卻風通過柜門濾網及隔板對繞組進行散熱，由于隔板間隙過小，造成風量不足，尤其是B 相繞組處于變壓器中部，散熱條件較差，最終導致變壓器絕緣老化燒損。

2.3 故障解決措施

通過調整變壓器間隔內隔板間隙，保證繞組間有足夠的通風量，通過2 個月運行，變壓器繞組溫度在最高在120 ℃左右，未再發生燒損現象。變壓器修復后運行中的紅外成像，如圖1 所示。

2.4 案例總結

以上案例是變壓器冷卻不正常所造成的故障，在變頻器運行中，應加強對散熱系統進行檢查，并定期清理通風濾網，保證變頻器通風量充足，使其工作在一個溫度較低的環境下，才可以保證設備使用壽命。

3 由于變頻器模塊選用元件質量問題造成變頻器發生停機事件

高壓變頻器功率單元柜是一個復雜的系統，每相由5 個及以上相同的功率模塊串接而成，其中任何一個元件發生問題，均會影響整個變頻器的安全穩定運行[2]。而電解電容是高壓變頻器最容易發生故障的部件，由于長期超負荷運行、散熱條件差、或使用年限長造成電容器容量下降，變頻器濾波效果變差，均會造成直流母線電壓因負載的變化造成波動，造成變頻器在加速過程中報過流或減速中報過電壓故障。

3.1 案例分析1

某發電廠的一次風機采用利德華福品牌變頻器作為驅動。在變頻器停機過程中，B2C5模塊常報出過壓故障，通過外觀檢查該變頻器，多個功率模塊內部電容器上部有溢出的電解液及風干后的殘留物，檢查發現部分電容出現開路現象，由于該變頻器投產9 年以來，雖然對室內溫度、模塊的定期吹掃工作有嚴格要求，但從未進行電容器更換工作，導致變頻器由于電容使用時間過長，多個模塊電容內部發生損壞，造成該變頻器模塊電容容量不足，報過壓故障。

3.2 故障原因分析

經分析，該批次電容器為同一國產品牌，由于使用時間過長，電容器內部電解液對電容器內部導電鋁排長時間腐蝕，造成電容器開路，使整個模塊內部電容量減少，在減速過程中，由于電機的能量回饋，造成直流母線電壓升高，而電容總容量不足，無法抑制電壓上升，造成該模塊報過壓故障。

3.3 故障解決措施

在高壓變頻器檢修過程中，應定期對電容器進行容量檢查，必要時要抽檢一個批次的電容器，并進行設備健康分析，以確定下一步的維護計劃。

3.4 案例分析2

某發電廠的凝結水泵采用合康品牌變頻器作為驅動。在一次對功率柜進行吹掃維護后，變頻啟動過程A1 模塊報出光纖通訊故障，對模塊進行更換后仍未解決問題，對更換下的模塊進行測試，可以正常進行觸發及帶載，在更換備用光纖后變頻器恢復正常運行。

3.5 故障原因分析

經分析，在檢修過程中，檢修人員對模塊進行了拆裝工作，在拆裝模塊的過程中，檢修人員嘗試過手拉光纖纖芯的方式取下光纖，造成光纖纖芯與插頭分離，雖然可以正常插入變頻器模塊，但由于光纖纖芯與光纖發射接口存在一定距離，造成該模塊的狀態反饋無法正確傳到控制系統后臺，而變頻器在上電后，控制系統會檢測所有模塊與觸發板通訊情況，由于A1 模塊光纖接頭損壞，造成通訊不良，變頻器報光纖通訊故障。

3.6 故障解決措施

在高壓變頻器模塊拆裝的過程中，應對注意對光纖接頭進行保護工作，不能發生光纖彎折、受力等情況。安裝前，檢查光纖接頭是否有灰塵，纖芯是否與接頭平齊[3]。變頻器模塊拆下后，也應注意加強光纖接口的保護工作。

3.7 案例分析3

某發電廠采用合康品牌變頻器一拖一方式驅動凝結水泵，運行人員在巡檢中發現，變頻器顯示面板報單元旁路故障，但該模塊為使用不到2 年新模塊，更換備用模塊后變頻器恢復正常。

3.8 故障原因分析

經分析，變頻器模塊報出旁路故障為驅動故障，如圖2 所示，在驅動轉接板上一個TVS 管存在擊穿情況，更換后正常。

3.9 案例分析4

某發電廠采用合康品牌變頻器一拖一方式驅動循環泵。設備在使用6 個月后，在一次變頻器高壓開關合閘后，變頻器報A3模塊光纖通訊重故障跳閘，更換備用模塊后恢復正常。對損壞的模塊進行測試，發現輸入保險熔斷，整流橋短路燒損。

3.10 故障原因分析

通過聯系廠家進行分析，廠家告知，本次采購的2 臺變頻器使用的整流模塊為同一批次產品，由于模塊質量問題，在變頻器充電過程中，整流橋在大電流的沖擊下，容易發生短路燒損的安全隱患，本次故障屬于產品質量問題。

3.11 故障解決措施

通過與生家廠家進行溝通，廠家對2 臺變頻器共記30 個模塊全部進行換新處理，原模塊返廠進行維修。

3.12 案例總結

以上多個案例都是由變頻器采用不合格的元器件造成的故障，經排查，屬于零件參數不穩定所造成的故障，制造廠應對元件質量進行嚴格把控，確保電力系統安全、穩定、可靠運行。

4 結語

通過對某電廠高壓變頻器常見故障進行分析，總結了變頻器在運行及檢修中需要進行必要的定期檢查及維護工作，并且在源頭對高壓變頻器通風設計及內部元件器要嚴把質量關，確保高壓變頻器能長期安全、可靠運行，促進火力發電廠持續平穩發展，取得良好的社會效益和經濟效益。