摘要：高压变频器的工作可靠性对电力系统的运行可靠性有重要影响，本文针对华电新疆发电有限公司乌鲁木齐分公司在用的的高压变频器从备用控制电源切换回路、变频-工频切换系统配置等可靠性技术改造方法进行了介绍和讨论，对影响变频器工作可靠性的故障进行了分析。
一引言
国家发改委于2006年启动规划中提出了十大重点节能工程，其中包含了电动机节能改造提高其运行效率;即通过推广变频调速节能技术,特别是风机、水泵、压缩机等通用机械系统采用变频调速节能措施,使这些大量使用的通用机械运行经济性显著提高。
在火力发电厂中，辅机运行能耗所占比例很大,而电网对发电机组参与调峰的能力要求越来越高,辅机在多种负荷条件下运行经济性的要求非常迫切。电站辅机的变频改造是一降低能耗,节约发电成本的有效途径。风机和水泵是发电厂主要的耗电设备，辅机电动机的经济运行，直接关系到厂用电率的高低；而这些设备都长期连续运行于变动负荷运行状态，采用调速的方法改变其电流量，节电率达20%—60%。
大功率电动机是指电动机容量在200kW以上,其额定电压一般为3kV以上。目前市场上高压变频器主回路拓扑结构还不统一,为了满足不同电压等级功率器件的要求，国内外各变频器各供应商各自开发了一些技术,在性能指标也各有差异。如罗克韦尔(AB)公司的系列变频器,ABB公司生产的系列变频器，罗宾康(ROBICON)的完美无谐波变频器，三菱、富士公司生产的完美无谐波变频器，国内也有利德华福、凯奇、先行、成都佳灵、山东风光等公司的高压变频器等。
高压变频器的特点如下：（1）变频调速范围内启动时间短，启动电流小并且启动平稳，真正实现零到全速的平滑无极调速，对电网及电机无冲击，可减少机械磨损，延长机械使用寿命；（2）操作方便维护简单，无需设置调节挡板，节流阀，避免了节流带来的能量损耗，只要调节频率即可改变电动机转速；（3）采用变频调速不仅降低风机、水泵设备的故障率，减少维修费用的投入，同时也提高了系统调节品质，并且节电效果明显。
提高变频器工作的可靠性是确保电力系统的安全运行的关键点之一，不仅要求产品本身的可靠性，也要求变频器应对局部故障具备一定冗余保障能力,即局部电力系统故障时不至于引起系统运行崩溃停机。
目前新疆境内330MW以上发电机组已普遍使用高压变频器。在这里结合华电新疆发电有限公司乌鲁木齐分公司2011年即将投入使用的国电南自ASD6000型高压变频器，提出两个提高变频器工作可靠性的技术改造方案。
二一次风机、凝结泵变频器UPS电源技术改造
2.1变频器电源运行中存在的问题
华电新疆发电有限公司乌鲁木齐分公司的一次风机、凝结泵变频器的控制电源有两路，一路是由锅炉MCC段提供，另一路由变频器所属的自耦变压器辅助绕组提供，这两路380V／50HZ电源都是经过国电南自厂家配置的UPS电源装置后再送到变频器的直流24V稳压电源回路中去。
华电新疆发电有限公司乌鲁木齐分公司一次风机变频器由国电南自配置的UPS电源装置，运行中一旦由于产品质量问题发生故障后，一次风机变频器将自动跳闸，导致跳机的严重后果。
2.2技术改造方案
电厂的一次风机、凝结泵变频器UPS电源装置工作的可靠性直接关系到变频器控制电源的本身，是确保电厂一次风机、凝结泵安全稳定运行的首要条件。因此改造时停用电厂一次风机、凝结泵变频器厂家原配置的UPS电源，将其变频器控制电源接至主厂房UPS电源装置馈线屏的备用开关位置上。主厂房UPS电源装置为美国普罗太克公司制造的8037A型不间断电源装置，其容量为80kVA，采用的是主—从机型“热备用”冗余供电方式，即将主机UPS的交流旁路连接到从机UPS电源的输出端，如图1的6kV变频控制电路原理图。一旦主机UPS出现故障，可以自动在2毫秒之内改为由从机UPS供电，高压变频器控制电源不会中断。这样可避免高压变频器控制电源的中断，极大地提高了供电的可靠性，能够确保电厂机组设备的安全、稳定运行。
图1技术改造后的变频器控制电源电气原理图
三引风机变频--工频运行的自动切换技术改造
3.1变频器运行配置及问题
华电新疆发电有限公司乌鲁木齐分公司的某引风机变频器目前采用调整驱动电机的转速和按比例节能，理论上这种运行方式可明显提高运行经济效益。但是其设计中没有设置变频--工频运行的自动切换系统，即：工频旁路系统，图2为出厂设计图。
图2ASD6000系统原理框图
尽管ASD6000高压变频器的元器件有所升级，但是其故障率相对较高的，因此采用图2电源联接结构，华电新疆发电有限公司乌鲁木齐分公司的引风机变频器一旦运行中发生变频器故障，将直接因变频器原因造成引风机电源中断，形成引风机跳机事故。
3.2工频旁路切换技术改造
锅炉的安全运行是全厂动力的根本保证，虽然变频调速装置是可靠的，但一旦出现问题，必须确保锅炉安全供汽，所以，必须实现变频--工频运行的自动切换系统，即配置自动工频旁路系统，最大程度减少变频器故障对运行系统的影响。
自动工频旁路技术改造是在原有6KV断路器和电机之间加变频调速系统和旁路开关柜，经ASD6000高压变频器输出为6KV变频电源，给引风机的6KV电机供电。每套高压变频器配备自动隔离旁路系统，自动隔离旁路开关柜由三个断路器组成，分别是变频器进线断路器1、变频器出线断路器2、工频断路器3。6kV电源经原断路器至自动隔离旁路开关柜的变频器断路器1，经变频器后，再经自动隔离旁路开关柜的变频器出线断路器2至引风机电动机。工频断路器3并接在变频器进线断路器1、变频器、变频器出线断路器2两端。在变频器处于“保护”状态时，将自动断开变频器进线断路器1、变频器出线断路器2，将自动吸合工频断路器3，即实现自动旁路功能。其中：变频器出线断路器2和工频断路器3由彼此的辅助节点实现互锁功能，即：变频器出线断路器2、工频断路器3不能同时吸合，变频器出线断路器2、工频断路器3可以同时断开。
图3变频-工频自动切换系统配置图
变频自动切换至工频过程中，频率变化会引起引风机的转速升高，风量将随之增大，还需要根据风量控制要求进行占空比调整，在变频器内部设置自动切换的延时时间，若风量大则延时长，该时间控制量可参考现场正常运行的负荷数据，由关风机挡板门的时间来确定。变频自动切换至工频时需关注炉膛压力变化，具体特征需要做风机的性能试验和调门特性试验，以确定风机的稳定运行风压范围，从而使引风机系统能实现其负荷率随机组负荷调整，炉膛负压过程控制量稳定。
四、结束语
本文结合华电新疆发电有限公司乌鲁木齐分公司电气设备安全运行要求，针对国电南自ASD6000型高压变频器提出改变变频器故障下冗余UPS供电回路，以及故障下工频自动切换供电回路的两个技术改造方案。
作者简介：李勇才男1969年08月25日出生，毕业于华北电力大学电气工程及其自动化专业，本科学历，从事电气二次工作，现担任华电新疆发电有限公司乌鲁木齐分公司维修部电气技术员。
论文作者:李勇才
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/6
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