電廠10 kV高壓變頻器故障分析及改進方案

劉志國

(蘇晉朔州煤矸石發電有限公司，山西 朔州 036000)

0 引言

某2×660 MW 火力發電廠，單臺鍋爐配套2 臺一次風機、2 臺二次風機，采用施耐德ATV1200A 型10 kV 變頻器加鼠籠式異步電動機驅動方式，以滿足不同工況下的風量調節兼顧節能的目的。一次風機電機額定功率6 300 kW，二次風機電機額定功率3 800 kW。該電廠兩臺機組自投產以來，風機變頻器故障頻發，維修周期長、經濟損失大，給機組帶來很大的安全隱患。下面對該電廠變頻器出現故障情況以及相應的改造方案和防范措施進行分析。

1 單元故障情況

單元故障為變頻器“ 重故障” 的一種形式，功率單元串聯疊加型變頻器發生單元故障將直接影響變頻器的輸出，造成變頻器跳閘。單元故障分為多種類型，通常報文為“ 光纖故障” ，現場檢查能發現不同程度功率單元內部整流、逆變回路元件損壞、炸裂現象。造成“ 光纖故障” 的直接原因為功率單元直流母線電壓消失，單元控制板供電中斷，與主控箱通信中斷。現場更換功率單元備件后故障消除。

2 單元故障原因分析

1) 現場共計解體檢查5 個功率單元，全部為IGBT 損壞。從IGBT 炸毀情況來看，均為同一橋臂兩只IGBT 同時導通，或無法正常關斷導致的直通炸毀。一般可能導致此類故障原因為驅動異常。導致同一橋臂的兩只IGBT 同時導通的故障因素可能與主控箱的控制模式或控制質量有關。

2) 通過對多塊故障功率單元對比分析，排除一部分驅動異常情況，存在同橋臂下出現一只IGBT 失效或異常導通的可能性。導致IGBT 失效一般為過壓和過流兩類故障因素，過壓因素可能為電壓波動或諧波影響導致的器件過壓損壞，也有可能與控制參數設置有關；過流因素可能為該器件工作負荷中芯片溫升較高超過安全工作區曲線或者負載過載、短路等。

3) 由于無法針對每塊功率單元運行情況進行詳細分析，根據功率單元故障存在無規律、不確定性，器件個體差異導致的因素較大，排除功率單元設計缺陷。

4) 根據對10 kV 母線電壓的監視，母線電壓諧波分量在合格范圍內，電能質量符合標準，排除電網波動、諧波干擾因素即供電電源因素造成的功率單元故障情況。

5) 該高壓變頻器主控箱存在低配情況。通過調研其他廠該型變頻器的使用情況，該品牌高壓變頻器口碑良好，無頻繁故障的記錄，結合該廠變頻器運行溫度、灰塵等環境情況分析，該型號變頻器生產批次主控箱存在問題概率較大，在變頻運行中出現控制出錯與現場出現的故障現象吻合。該電廠風機變頻器主控箱采用低配版2407 型控制器，屬于2009 年產品，已停止更新，在控制方式、技術支持、軟硬件兼容性上落后于高配版本28335 型控制器，28335 型主控箱作為新一代控制器廣泛應用于各發電企業，在性能及可靠性上也優于2407 型控制器。

6) 風機變頻器控制模式選擇不當。該廠8 臺風機變頻器，控制方式均采用矢量控制方式，同類型風機變頻器的控制模式多采用VF 控制。以下對矢量模式與VF 模式進行優缺點及應用場合對比，結果如表1 所示。

表1 變頻器矢量模式與VF 模式控制模式對比

通過對比發現，發電廠一、二次風機變頻器更適用VF 控制模式。

3 改進方案與防范措施

1) 更換變頻器主控箱。將原2407 型主控箱更換為28335 型主控箱，相應的二次回路進行改造。改造后對主控箱進行靜態調試，檢查各系統、參數均正常。

2) 修改控制模式為VF 控制。修改控制模式后對變頻器調速參數進行優化(根據現場整定啟動初始頻率和加、減速時間)、調試，使滿足啟動條件。

3) 提高檢修人員責任心。按照點檢定修的原則，落實設備責任制，定期對現場設備進行檢查、分析、診斷，提出檢修計劃與檢修方案，避免因維護不到位造成設備帶病運行或故障。

4) 后期逐步將改進方案推廣應用到其他設備上，避免應因設備原因造成機組停運和經濟損失。

4 控制電源故障分析與處理

該電廠一、二次風機變頻器控制電源為一路交流220 V+UPS 供電模式，發生UPS 輸出故障或電池故障時造成控制電源掉電，變頻器停機。UPS裝置長期運行內部蓄電池容量會持續下降，按照5年周期更換，費用較高。根據充放電試驗要求需加強UPS 生命周期監測，維護工作量大。

基于以上原因，提出雙電源切換改造方案。拆除原有UPS 裝置，從機組UPS 饋線屏新增一路交流220 V 控制電源與原有控制電源組成雙電源，通過PC 級雙電源切換裝置實現無擾切換，保證了在一路控制電源丟失后另一路控制電源可靠供電、靜態、帶載切換試驗(雙電源切換時間在10 ms 左右)滿足現場要求，改造后未再發生控制電源故障事件。

5 結束語

通過對高壓變頻器的故障分析，證明在選用高壓變頻器的同時要認真論證該系列型號變頻器的特性、控制模式及參數的整定，避免由于選型及參數錯誤、設計缺陷等造成使用過程中故障率高，從而造成經濟損失。同時，在變頻技術高度發展的情況下，維護人員要加強技術理論儲備以適應新形勢、新技術下的運維理念，為公司的發展注入活力，為機組的安全提供保障。