高压变频器节能效果及常见故障分析

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　　摘 要：凝结水泵变频改造后，大量减少节流损失，调节响应极快，效率提高。节能效果明显。
　　关键词：高压； 变频器； 改造；节能；故障；原因；分析
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.052
　　0 引言
　　某厂1000MW机组凝结水泵及其电机一直采用定速交流电机拖动，因每天负荷变化大，仅能靠改变阀门的开度进行流量控制，效率低、能耗大，节流损失较大。新安装的变频装置为空冷型Ⅲ型高压变频器，通过将厂用电源转换为可变频率、可变电压的电源从而改变电机转速，充分利用其能够自动平滑调节电机负载转速的特性，达到减少负载及电机的机械磨损、节省检修费用，降低厂用电率等效果。实现节能、降低启动电流的目的。空冷型Ⅲ型高压变频器主要由高压刀闸柜、变压器柜、功率单元柜、控制柜等部分组成。
　　1 高压变频器的优越性
　　本次改造引入的新一代高压变频器，采用直接高高变换方式，多电平串联倍压技术方案，优化的PWM控制算法，实现优质的可变频变压（VVVF）的正弦电压和正弦电流输出，整机效率≥98%，功率因数≥95%。优越性体现在以下几个方面：
　　（1）节能作用。1）设备设计时需要满足最大负荷连续运行工况，所以设计时会留有一定的余量，普通电机由于转速不可调节，长时间运行会极大浪费能源，但高压变频器由于能调节转速，所以可以节约一定的能源；2）高压变频器的效率可以达到98%以上，效率较高；3） 电厂负荷变化较大，凝结水流量变化也较大，但调门调节线性一般都比较差，忽高忽低，浪费很多能量；变频改造后系统调节非常快，能节约大量能源；4） 功率因数能提高到0.95以上，减少大量的线路损耗；5）采用阀门调节时阀门无法保持全开，会产生大量的节流损失，经过变频改造后，调门可以全开，避免了节流损失。（2）高压变频器软启动/软停止时，能大大减少启动冲击电流，从而减少对电动机和电网的冲击，有效降低了电机故障几率，从而大大延长了电机使用寿命；（3）由于高压变频器输入功率因数在0.95以上，不仅无需功率补偿，还可提高电网的功率因数，减少了无功损失；（4）变频调节后，不再需要手动调节，可延长负载以及进出口门的使用寿命，减少检修维护费用；（5）由于高压变频器能平滑调节电机转速，大大减少了负载以及电机的机械磨损，同时能降低轴承温度，减少检修费用，同时延长了设备的使用寿命；（6）使用变频自动调节能提高系统运行的安全可靠性，提高设备自动化水平。
　　2 变频原理
　　高压变频器将一定频率、固定电压的电源转换为频率可变、电压可变的电源而改变电机速度。三相高压电经高压开关柜进入，经输入降压、移相给功率单元柜内的功率单元供电，功率单元分为三组，一组为一相，每相的功率单元的输出相互连接。主控制柜中的控制单元通过光纤时对功率柜中的每一功率单元进行整流、逆变控制与检测，这样根据实际需要通过操作界面进行频率的给定，控制单元把控制信息发送到功率单元进行相应得整流、逆变调整，输出满足负荷需求的电压等级。
　　3 结构简介
　　高压变频器柜由变压器柜、功率单元柜，进线柜（含控制柜）三部分组成。
　　4 有关故障处理
　　4.1 变频器故障
　　（1）将10kV开关停电，记录故障信息，通知检修人员，变频器控制电源一般不要停电；（2）变频器故障无法消除时，将凝结水泵方式转为工频。
　　4.2 功率单元温度高
　　（1）检查功率单元柜风机是否运行正常，滤网是否脏污；（2）检查空调工作是否正常：滤网、出风温度、风量情况；（3）如空调均故障，启动排烟风机，联系检修处理；（4）如变频器室配电箱电源失去，根据室温情况打开全部门窗通风，做好启动备用凝结水泵及减负荷准备。
　　4.3 变频器运行中出现的故障情况
　　凝结水泵变频器5月4日10：50，A9单元电压异常报警（装置告警灯未亮，信号也未发至DCS），下午15：50变频器电流输出也突降至零，30秒后，DCS发故障复位及跳闸指令。现场检查A9单元电容爆裂。将A9更换为备用单元后，装置重启时A9单元整流元件再次烧损，同时报C7、C9电压异常。对功率单元再次进行检查，发现B7、B9单元电容损坏。另发生过一次变频器运行中突然死机，电流输出突降至零的情况。
　　（1）原因分析：1）变频器一只单元报电压异常，不作为报警输出，也不做任何处置。发生的单元电压异常有真假之分，有些是受系统电压波动引起单元电压波动，一般会很快恢复；还有些是元器件老化后出现单元电压异常报警；2）凝结水泵变频器电流输出突降至零的情况，分析A9单元爆裂形成的短路弧光对主控板、PLC系统造成了干扰冲击，导致装置未能对单元故障及时作出反应，瞬间输出闭锁。30秒后的DCS故障复位及发出的停止指令，可能受PLC装置重启不成功影响而发出；3）凝结水泵变频器死机问题，一是考虑主控板、PLC电源存在着波动，比如UPS输出不稳定，二是考虑干扰问题，PLC接地端子接地的接法，PE线接到N端子存在混用的情况，三是程序死机，需要对程序再次仔细检查和分析判断。
　　（2）防范措施：1）对变频器程序的报警输出进行完善，将单元电压异常报警引至报警灯和DCS；2）单元内的电容器属于易损器件，使用2年以上的功率单元发报警应引起重视。如频发告警，应对电容等进行检查更换；3）长期未使用的备用功率单元在投入运行前，建议先采用三相低压电源对单元内电容器进行预充电，防止上高压时因充电电流大导致整流元件和电容器损坏；4）对可靠性要求高的系统建议采取自动旁路措施替代现有的手动旁路以保证系统可靠性。
　　5 改造后的节能效果
　　改造前，凝结水泵电流96A，改造后两台凝结水泵变频投入自动，凝结水泵主控不投入自动，除氧器上水调阀投入自动，950MW负荷下，凝结水泵主控输出96%左右，电流73/73A；550MW负荷下，凝结水泵主控输出90%，凝结水泵电流52.4/52.1A，凝结水母管压力2.85MPa。凝结水泵联泵压力修改后，机组负荷550MW，凝结水压力由2.35MPa降至2.1MPa，凝结水泵转速由1185r/min降至1130r/min，凝结水泵电机功率分别由725 kWh、750kWh降至665 kWh、670 kWh，持续6小时，节电：140*6=840 kWh/天。具有明显的节能效果。
　　参考文献：
　　[1] 邹县发电厂《1000MW机组集控运行规程》.
　　[2] 湖北三环III型高压变频器用户手册.
　　作者简介：赵洪义（1972-），专科，技师，主要从事：电厂集控运行工作。
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