1 引言
近幾年隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能降耗工作的重視以及對(duì)變頻技術(shù)的推廣，特別是在電力、石油、化工等高耗能產(chǎn)業(yè)，高壓大功率變頻器得到了廣泛地應(yīng)用，并且收到了良好的節(jié)能效果。但是高壓變頻器能否安全、可靠運(yùn)行引起了相當(dāng)高的重視。大唐淮北發(fā)電廠目前2臺(tái)引風(fēng)機(jī)、2臺(tái)送風(fēng)機(jī)和2臺(tái)凝結(jié)水泵已有工頻運(yùn)行改造為變頻器運(yùn)行，由于是單機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)比較大，因此對(duì)變頻器運(yùn)行的可靠性要求非常高。下面就通過(guò)2起事故案例，來(lái)分析高壓功率變頻器出現(xiàn)故障對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行所帶來(lái)的影響。
2 變頻器調(diào)速節(jié)能應(yīng)用實(shí)例
以某發(fā)電廠#8爐的4臺(tái)高壓電機(jī)（2臺(tái)引風(fēng)機(jī)、2臺(tái)送風(fēng)機(jī)）改為變頻調(diào)速運(yùn)行為例。6kv高壓電動(dòng)機(jī)型號(hào)：ykk710-8型，1600kw，186a，746r/min，cosφ=0.861，y型接線。所配置的高壓變頻器型號(hào)：dhvectol- di02000/型，容量為sn2000kva，輸入：電壓6kv電流192.5a，輸出：電壓0~6kv；電流0~192.5a；頻率0~50hz。
由于變頻器功率大，發(fā)熱量較大，為保證足夠的通風(fēng)冷卻效果，在變頻器功率柜和變壓器柜在柜頂分別獨(dú)立安裝了一套整體風(fēng)扇，再經(jīng)過(guò)室內(nèi)空調(diào)，把熱風(fēng)置換到室外，保證變頻器的整體冷卻通風(fēng)要求。
2.1 電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)接
如圖1所示，拆除原來(lái)電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間的液力耦合器，電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間加裝連接鋼軸，連接軸采用空心鋼軸。送風(fēng)機(jī)傳動(dòng)方式改為中間軸直連傳動(dòng)，將原來(lái)彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，改為膜片式聯(lián)軸器，在兩副膜片式聯(lián)軸器中間，加裝一根中空的連接軸，膜片聯(lián)軸器的型號(hào)為form01-2501，中間軸型號(hào)為x430.10，其長(zhǎng)度為1572mm，傳動(dòng)部件總重為539kg。引風(fēng)機(jī)傳動(dòng)方式改為中間軸直連傳動(dòng)，本次改造將原來(lái)彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，也改為膜片式聯(lián)軸器，在兩副膜片式聯(lián)軸器中間，加裝一根中空連接軸，膜片聯(lián)軸器的型號(hào)為form11，中間軸型號(hào)為x429.10，其長(zhǎng)度為1750mm，傳動(dòng)部件總重為649kg。并將引風(fēng)機(jī)入口擋板門(mén)由手動(dòng)控制改為電動(dòng)控制，以滿足工頻狀況調(diào)節(jié)需要。這樣省略了電機(jī)移位、制作基礎(chǔ)的費(fèi)用，節(jié)約改造資金。
加裝引、送風(fēng)入口擋板執(zhí)行器4臺(tái)。在dcs系統(tǒng)中增加引、送風(fēng)機(jī)變頻控制邏輯、入口擋板控制邏輯，并修改操作畫(huà)面。根據(jù)技術(shù)管理部門(mén)要求，完善并修改引、送風(fēng)機(jī)、入口擋板相關(guān)聯(lián)鎖、保護(hù)、順控等邏輯。
2.2 改造前后系統(tǒng)對(duì)比
(1)dhvect-di02000/06型變頻器調(diào)速范圍為0～100%；液力耦合器的調(diào)速范圍一般為40～95%，即高速段造成約5%的速度損失，影響機(jī)組出力。液力耦合器最低一般只能到額定速度的40%。
(2)dhvect-di02000/06型變頻器在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的效率（大于97%），而液力耦合器越是在低速時(shí)效率越低。本身帶來(lái)不小的損耗，調(diào)速的節(jié)能效果大打折扣。
(3)dhvect-di02000/06型變頻器對(duì)電機(jī)及負(fù)載機(jī)械實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動(dòng)，徹底解決了啟動(dòng)沖擊問(wèn)題，如果工作需要，電機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)多次重復(fù)啟動(dòng)。液力耦合器不能解決電機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題，電機(jī)仍然為直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大，并且不能頻繁啟動(dòng)。
(4)用dhvect-di02000/06型變頻器對(duì)電機(jī)調(diào)速時(shí)，只需脫開(kāi)原來(lái)的開(kāi)關(guān)和電機(jī)的連接電纜，加入變頻器即可，改造方案簡(jiǎn)單。
(5)dhvect-di0200/06型變頻器是高科技設(shè)備，可靠性高，基本免維護(hù)。而液力耦合器是機(jī)械設(shè)備，本身包含油路、水路等多套系統(tǒng)，故障率高，維修工作量大，造成了有效生產(chǎn)時(shí)間的縮短。
本次變頻改造費(fèi)用總投資445萬(wàn)元，4臺(tái)變頻器投運(yùn)后，經(jīng)運(yùn)行人員抄表統(tǒng)計(jì)，相對(duì)未改造前同等發(fā)電量情況下，每日可節(jié)約2.79萬(wàn)kw/h，僅節(jié)約電費(fèi)一項(xiàng)，在一年半內(nèi)就可以將變頻器改造投資收回，節(jié)能效益很可觀。因此，高壓變頻裝置改造是節(jié)能降耗、挖潛增效、提高綜合經(jīng)濟(jì)效益最直接有效的措施。高壓變頻器優(yōu)越的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果已經(jīng)得驗(yàn)證和認(rèn)可。
1 引言
近幾年隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能降耗工作的重視以及對(duì)變頻技術(shù)的推廣，特別是在電力、石油、化工等高耗能產(chǎn)業(yè)，高壓大功率變頻器得到了廣泛地應(yīng)用，并且收到了良好的節(jié)能效果。但是高壓變頻器能否安全、可靠運(yùn)行引起了相當(dāng)高的重視。大唐淮北發(fā)電廠目前2臺(tái)引風(fēng)機(jī)、2臺(tái)送風(fēng)機(jī)和2臺(tái)凝結(jié)水泵已有工頻運(yùn)行改造為變頻器運(yùn)行，由于是單機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)比較大，因此對(duì)變頻器運(yùn)行的可靠性要求非常高。下面就通過(guò)2起事故案例，來(lái)分析高壓功率變頻器出現(xiàn)故障對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行所帶來(lái)的影響。
2 變頻器調(diào)速節(jié)能應(yīng)用實(shí)例
以某發(fā)電廠#8爐的4臺(tái)高壓電機(jī)（2臺(tái)引風(fēng)機(jī)、2臺(tái)送風(fēng)機(jī)）改為變頻調(diào)速運(yùn)行為例。6kv高壓電動(dòng)機(jī)型號(hào)：ykk710-8型，1600kw，186a，746r/min，cosφ=0.861，y型接線。所配置的高壓變頻器型號(hào)：dhvectol- di02000/型，容量為sn2000kva，輸入：電壓6kv電流192.5a，輸出：電壓0~6kv；電流0~192.5a；頻率0~50hz。
由于變頻器功率大，發(fā)熱量較大，為保證足夠的通風(fēng)冷卻效果，在變頻器功率柜和變壓器柜在柜頂分別獨(dú)立安裝了一套整體風(fēng)扇，再經(jīng)過(guò)室內(nèi)空調(diào)，把熱風(fēng)置換到室外，保證變頻器的整體冷卻通風(fēng)要求。
2.1 電動(dòng)機(jī)與風(fēng)機(jī)之間的聯(lián)接
如圖1所示，拆除原來(lái)電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間的液力耦合器，電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間加裝連接鋼軸，連接軸采用空心鋼軸。送風(fēng)機(jī)傳動(dòng)方式改為中間軸直連傳動(dòng)，將原來(lái)彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，改為膜片式聯(lián)軸器，在兩副膜片式聯(lián)軸器中間，加裝一根中空的連接軸，膜片聯(lián)軸器的型號(hào)為form01-2501，中間軸型號(hào)為x430.10，其長(zhǎng)度為1572mm，傳動(dòng)部件總重為539kg。引風(fēng)機(jī)傳動(dòng)方式改為中間軸直連傳動(dòng)，本次改造將原來(lái)彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，也改為膜片式聯(lián)軸器，在兩副膜片式聯(lián)軸器中間，加裝一根中空連接軸，膜片聯(lián)軸器的型號(hào)為form11，中間軸型號(hào)為x429.10，其長(zhǎng)度為1750mm，傳動(dòng)部件總重為649kg。并將引風(fēng)機(jī)入口擋板門(mén)由手動(dòng)控制改為電動(dòng)控制，以滿足工頻狀況調(diào)節(jié)需要。這樣省略了電機(jī)移位、制作基礎(chǔ)的費(fèi)用，節(jié)約改造資金。
加裝引、送風(fēng)入口擋板執(zhí)行器4臺(tái)。在dcs系統(tǒng)中增加引、送風(fēng)機(jī)變頻控制邏輯、入口擋板控制邏輯，并修改操作畫(huà)面。根據(jù)技術(shù)管理部門(mén)要求，完善并修改引、送風(fēng)機(jī)、入口擋板相關(guān)聯(lián)鎖、保護(hù)、順控等邏輯。
2.2 改造前后系統(tǒng)對(duì)比
(1)dhvect-di02000/06型變頻器調(diào)速范圍為0～100%；液力耦合器的調(diào)速范圍一般為40～95%，即高速段造成約5%的速度損失，影響機(jī)組出力。液力耦合器最低一般只能到額定速度的40%。
(2)dhvect-di02000/06型變頻器在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高的效率（大于97%），而液力耦合器越是在低速時(shí)效率越低。本身帶來(lái)不小的損耗，調(diào)速的節(jié)能效果大打折扣。
(3)dhvect-di02000/06型變頻器對(duì)電機(jī)及負(fù)載機(jī)械實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動(dòng)，徹底解決了啟動(dòng)沖擊問(wèn)題，如果工作需要，電機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)多次重復(fù)啟動(dòng)。液力耦合器不能解決電機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題，電機(jī)仍然為直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大，并且不能頻繁啟動(dòng)。
(4)用dhvect-di02000/06型變頻器對(duì)電機(jī)調(diào)速時(shí)，只需脫開(kāi)原來(lái)的開(kāi)關(guān)和電機(jī)的連接電纜，加入變頻器即可，改造方案簡(jiǎn)單。
(5)dhvect-di0200/06型變頻器是高科技設(shè)備，可靠性高，基本免維護(hù)。而液力耦合器是機(jī)械設(shè)備，本身包含油路、水路等多套系統(tǒng)，故障率高，維修工作量大，造成了有效生產(chǎn)時(shí)間的縮短。
本次變頻改造費(fèi)用總投資445萬(wàn)元，4臺(tái)變頻器投運(yùn)后，經(jīng)運(yùn)行人員抄表統(tǒng)計(jì)，相對(duì)未改造前同等發(fā)電量情況下，每日可節(jié)約2.79萬(wàn)kw/h，僅節(jié)約電費(fèi)一項(xiàng)，在一年半內(nèi)就可以將變頻器改造投資收回，節(jié)能效益很可觀。因此，高壓變頻裝置改造是節(jié)能降耗、挖潛增效、提高綜合經(jīng)濟(jì)效益最直接有效的措施。高壓變頻器優(yōu)越的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果已經(jīng)得驗(yàn)證和認(rèn)可。
2.3 施工改造的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)
(1)8號(hào)機(jī)引、送風(fēng)機(jī)加裝變頻器改造工程，安裝施工簡(jiǎn)單，即將原來(lái)高壓開(kāi)關(guān)柜與電動(dòng)機(jī)之間插入安裝變頻裝置，對(duì)原有接線改動(dòng)不大；
(2)變頻器操作使用方便，變頻器操作只有簡(jiǎn)單的開(kāi)、停機(jī)和頻率調(diào)整；
(3)變頻裝置能進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，適用性強(qiáng)；
(4)變頻裝置保護(hù)功能完善，設(shè)備故障率低風(fēng)機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，可靠性高；
(5)電動(dòng)機(jī)不需要長(zhǎng)期高速運(yùn)行，工作電流大幅度降低，節(jié)電效果明顯，電動(dòng)機(jī)本身的使用壽命也大大延長(zhǎng)；
(6)由于變頻器取代了液力藕合器進(jìn)行調(diào)速，消除了機(jī)械和液力藕合器高故障率的缺陷，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用大大降低；
(7)由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流很小，電動(dòng)機(jī)可以頻繁啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行振動(dòng)及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。
3 故障過(guò)程及處理
案例一：2007年7月12日11:08，#6機(jī)正常運(yùn)行負(fù)荷180mw，甲引風(fēng)機(jī)變頻故障，#6爐甲引風(fēng)機(jī)跳閘，dcs上顯示“#6爐甲引風(fēng)機(jī)變頻器主板重故障”信號(hào)，變頻柜上顯示“主板重故障”，#6爐甲引風(fēng)機(jī)切至工頻狀態(tài)。
經(jīng)檢查分析，由于#6爐引風(fēng)機(jī)變頻器室位于輸煤棧橋下面，大量的煤粉灰進(jìn)入變頻器室，變頻器功率單元電氣元件由于長(zhǎng)時(shí)間積灰，散熱性能差，使電氣元件溫度升高，絕緣降低，以至于燒毀。于是變頻器便發(fā)“主板重故障”信號(hào)，使#6爐甲引風(fēng)機(jī)跳閘。問(wèn)題發(fā)現(xiàn)以后，我們立即組織人員對(duì)功率單元進(jìn)行了更換、調(diào)試，正常后切換為變頻運(yùn)行。該事故說(shuō)明變頻器安裝位置的選址非常重要。
案例二：2010年2月28日13:16，#8機(jī)組負(fù)荷195mw，16臺(tái)給粉機(jī)、甲丙二組制粉系統(tǒng)運(yùn)行，各參數(shù)正常。運(yùn)行中的甲送風(fēng)機(jī)“變頻重故障”信號(hào)發(fā)出，甲送風(fēng)機(jī)跳閘。立即投油助燃。增大乙送風(fēng)機(jī)出力（甲送風(fēng)機(jī)入口擋板自動(dòng)關(guān)閉），停運(yùn)上排4臺(tái)給粉機(jī)，關(guān)對(duì)應(yīng)的一次風(fēng)門(mén)，推負(fù)荷至160mw。調(diào)整爐膛負(fù)壓和一次風(fēng)壓正常。就地檢查甲送風(fēng)機(jī)機(jī)械部分正常。變頻保護(hù)顯示：13時(shí)16分43秒發(fā)出“a4單元驅(qū)動(dòng)故障”、“主板重故障”信號(hào)。變壓器柜顯示溫度：a相54℃、b相53℃、c相52℃。匯報(bào)值長(zhǎng)，甲送風(fēng)機(jī)切到工頻運(yùn)行。
經(jīng)檢查分析，如圖2所示，這是由于甲送風(fēng)機(jī)變頻器a4功率單元逆變橋igbt過(guò)電流，使igbt元件承受過(guò)載所致，所以發(fā)出“a4單元驅(qū)動(dòng)故障”、“主板重故障”信號(hào)，使#8爐甲送風(fēng)機(jī)跳閘。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后立即向聯(lián)系廠家匯報(bào)，并調(diào)運(yùn)備品備件對(duì)功率單元進(jìn)行了更換，并對(duì)#8爐甲送風(fēng)機(jī)變頻器做了整體靜態(tài)試驗(yàn)，待正常后轉(zhuǎn)為變頻運(yùn)行。
案例三：變頻投運(yùn)后曾發(fā)生2次，電流波動(dòng)大（20hz時(shí)約20a），（30hz時(shí)約30a），（＞30hz時(shí)趨于0a）。繼續(xù)調(diào)節(jié)觀察發(fā)現(xiàn)是操作時(shí)，調(diào)節(jié)幅度較大，設(shè)備工況反饋不同步所致，后將調(diào)節(jié)幅度設(shè)置為1～2hz/次，現(xiàn)象消除。
8號(hào)爐乙引風(fēng)機(jī)變頻器的“變壓器溫度超高”跳閘，切工頻啟動(dòng)“反時(shí)限過(guò)電流”保護(hù)跳，檢查保護(hù)定值不適應(yīng)工頻啟動(dòng)要求，定值修改后工頻運(yùn)行正常。某日發(fā)出“高壓掉電”信號(hào)。變壓器柜顯示溫度：a相51℃、b相48℃、c相53℃。8號(hào)乙引變頻器進(jìn)行檢查，c相溫控器故障，變頻器溫控的測(cè)控元件故障，將其跳閘回路拆除。更換后恢復(fù)正常運(yùn)行。
圖1 高壓變頻器現(xiàn)場(chǎng)電氣接線圖
圖2 igbt模塊封裝示意圖
4 存在的問(wèn)題及影響
(1)變頻器的安裝位置選擇不當(dāng)，工作環(huán)境差；
(2)變頻器備品備件不充足；
(3)維護(hù)人員對(duì)變頻器技術(shù)掌握不夠全面；
(4)減少了變頻器的在線運(yùn)行時(shí)間，電能損耗增加，廠用電率升高，影響了發(fā)電廠電量。
5 應(yīng)對(duì)措施
(1)變頻器安裝位置要好。應(yīng)制定變頻器維修制度，定期進(jìn)行變頻器濾網(wǎng)清掃，并利用大、小修的機(jī)會(huì)，對(duì)變頻器內(nèi)部電氣元件仔細(xì)清掃檢查，防止有松動(dòng)或接觸不良。變頻器室的照明要正常，通風(fēng)要良好，環(huán)境溫度應(yīng)保持在0～40℃。
(2)對(duì)于重要設(shè)備，為了盡快恢復(fù)可能出現(xiàn)的故障，備件十分重要。在變頻器裝置內(nèi)的部件發(fā)生故障時(shí)，為縮短設(shè)備的停止時(shí)間，需要準(zhǔn)備備件。更換單個(gè)元件需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，因此建議以單元為單位更換。
(3)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的技術(shù)培訓(xùn)工作，使之深入了解變頻器的結(jié)構(gòu)、原理，正確掌握變頻器出現(xiàn)故障的處理方法，縮短事故處理時(shí)間，提高工作效率。
(4)運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)變頻器的巡視檢查，制定巡檢制度，做好事故預(yù)想與危險(xiǎn)點(diǎn)分析，進(jìn)一步提高運(yùn)行人員的事故處理能力，確保機(jī)組安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。
6 結(jié)束語(yǔ)
高壓變頻技術(shù)的推廣以及顯著的經(jīng)濟(jì)效益，受到眾多行業(yè)的青睞。尤其是高壓變頻器具有良好的調(diào)速性能，啟動(dòng)性能好，控制精度高，能適應(yīng)發(fā)電廠不同時(shí)段的負(fù)荷調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的要求。因此要采取針對(duì)性的措施做好變頻器的運(yùn)行維護(hù)，延長(zhǎng)高壓變頻器在線運(yùn)行時(shí)間和使用壽命，降低電能損耗，節(jié)約廠用電率，對(duì)節(jié)能減排以及提高發(fā)電廠的綜合競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。