（华能南通电厂，江苏 南通 226003）
摘要：针对华能南通电厂变频器运行过程中发生的故障，结合变频器故障类型，从变频器投运前的设备调试工作、运行过程中的环境控制、设备更新、备品备件的管理、在线消缺的条件创造等方面对变频器的运维进行讨论。
关键词：变频器；故障分析；运行维护
变频器在节能降耗方面的作用是目前得到业内所公认的，并在各行各业得到了广泛的应用。但是在电力系统中，很多电厂迫于目前机组非停考核的压力，宁愿损失一定的节能指标，考虑增加变频器快切旁路等措施来避免变频器故障可能引起的机组非停，但这样一来即使变频器经过修理，试运转仍需降负荷停单侧进行切换，仍需面临一定风险，所以在装了旁路的情况下，很难有电厂在变频器恢复后在重新投入运行的，一般的处理手段是待机组调停或检修机会，在回切至变频方式运行，这样的做法无形中引导了一种运维导向：变频器的运维工作的要求变得没有那么迫切，有些电厂甚至虽然投用的变频器，但由于运行一段时间后故障率较高就一直保持着工频运行方式，变频器形同虚设，这对节能降耗是很不利的。那么，我们如何做好变频器的运行维护工作，来充分发挥变频器的真正作用呢？本文以期通过分析华能南通电厂近十年变频器运行中的故障情况，分析变频器的运维关键，提升变频器的运行可靠性。
1 现状
华能南通电厂从2008年开始，陆续将主重要辅机改为变频控制，6KV高压变频器从最初的12台到目前已有20台在运行，主要用于电厂4台机组的一次风机、吸风机以及凝泵（一拖二），运行近十年的过程中，经历了五台变频器的升级改造，引增合一后的8台吸风机变频器更新等。目前，电厂在运变频器品牌及占比如表1所示。
2 故障分析
近十年的运行过程中，电厂有故障记录的缺陷发生次数共计38次，其中设备新投运期间发生的问题以及检修过程中发现的缺陷未列入统计。
2.1 故障统计
2.2 故障分析
从上述表2-表5单中可以看出，变频器运行过程中，共发生重故障28次，轻故障10次，其中28次重故障未引起机组跳停，引起机组RB或需降负荷消缺的共计18次，其余20次缺陷均为可在不影响变频器正常运行的情况下进行在线处理。其中，10次重故障的处理不影响机组负荷的情况主要包括机组启动过程中的缺陷以及凝泵变频器故障后工频泵自启，变频退出运行消缺，消缺正常后再进行切换运行的情况。
从表5缺陷发生的类型上可以看到，变频器主要的故障集中在三大类：功率单元、控制系统和冷却系统，其中功率单元故障率最高，达到了63%，控制系统故障发生率其次，占24%，冷却系统（仅统计变频器自身的冷却系统，不含外加空调等设备）的故障占比最低，占13%。
从图1可看出，功率单元故障中又可分为驱动板故障、电源板故障、内部元器件（IGBT、整流二极管等）故障、单元过热等，经统计，驱动板故障发生率最高，共计11次，占总故障比例的29%。控制系统故障中，由于软件问题发生故障4次，由于硬件问题发生故障5次，程序问题主要表现为时钟出错、控制逻辑不完善等，硬件故障主要表现为控制板件故障、UPS电源故障等。最后，变频器自身的冷却系统故障虽然只统计了5次，主要表现为冷却风扇故障，但这个问题也不容忽视，因为冷却风扇故障将直接导致变频器功率单元发热等重故障的发生。
3 运行维护重点
通过上述统计，电厂变频器的故障率相对来说还是比较低的，通过电厂多年的检修维护经验积累，认为降低变频器的故障率除了人的影响因素以外，可从事前控制和事后处理两个方面考虑，事前控制主要包括变频器投运前的设备调试工作、运行过程中的环境控制、设备更新等方面；事后处理主要包括备品备件的管理、在线消缺的条件创造等，本节结合变频器故障类型，从以下几个方面对变频器的运维进行讨论。
3.1 新投运前的工作
变频器投运前的单体和整体调试工作可以说是做好变频器运维的首要条件，通过对变频器进行全面系统的调试，可以很好的掌握变频器的运行性能，各功能及保护情况以及运行参数设置的合理性，这个为以后快速判断变频器故障类型，诊断故障点，快速处理故障缺陷，及时恢复变频器运行是很有帮助的，这一个环节需要重点注意检查变频器出产整体安装的工艺，单体设备如变压器特性、单个功率单元的运行情况、变频器冷却系统的运行情况等，整体调试期间，还要对变频器的相应功能如断电重启、低电压穿越、飞车启动、最低频率设置等进行仔细的试验，带载试验时还应测量变频器输出是否三相平衡、负载运行情况监测等。电厂一期两台机组引增合并改造调试期间，新增的4台吸风机变频器在带载试验时，做到50%负荷以上发现变频器的三相输出电流开始出现不平衡现象，并随着负荷率的增加，不平衡现象越来越严重，后来经过厂家分析，发现为闭环控制问题，进行程序修改后处理完成。
3.2 环境要求
变频器对运行环境的要求可以说事比较苛刻的，一个良好的运行环境能够较大程度的降低变频器的故障发生率，如何维持一个好的运行环境，主要包括以下几个方面：
3.2.1 独立小室
电厂变频器主要安装于炉侧风机，现场环境相对较脏，粉尘较多，针对这一特点，电厂给每个变频器均配备了独立的密闭小室，小室门窗接缝均用玻璃胶进行密封，最大程度的避免了粉尘的影响。同时独立的变频小室也能很好的取到避免日晒雨淋对设备的影响，较好的改善了变频器的运行环境。
3.2.2空调、除湿
加装独立小室后，变频器自身安装的冷却风扇不足于满足变频器冷却的要求，电厂根据变频器的发热量以及变频器运行的最佳环境温度，进行核算后安装适量的外置空调进行冷却，有效的保证了变频器的运行环境温度为恒温，25℃左右。另外，电厂地处长三角，环境湿度较高，机组调停或检修期间，变频器停运，空调不运行，变频器内部容易受潮，严重会在功率单元内部积露，运行初期，电厂多次遇到变频器停运后重启时故障的情况，经过多次分析尝试，最终将问题的根源确定在变频器受潮上，后尝试在小室内加装除湿机后，设定好室内湿度50%左右，除湿机保持长期运行，问题得到了根本性的解决，再未发生变频器由于受潮故障的情况。由此引申的，在空气湿度较大的地区，除湿机的投用可以推广至电厂各个电子设备的运行环境、空间小室内，比如励磁系统小室、DCS控制室，继电保护室，现场CMES仪表室等对环境湿度较为敏感的地方，效果十分明显。
3.2.3定期清理滤网
虽然变频器室是密闭的，但由于平时运行人员的正常巡检的进出，小室门缝不一定完全严密等因素，小室内还是不可避免的有粉尘进入，这时候根据实际情况制定变频器滤网的定期清理制度、小室卫生的定期清扫制度是很有必要的。
3.3 升级改造
电子元器件有一个运行寿命问题，特别是高压电力电子元器件，在长时间运行后，元器件的功能退化，设备安全稳定运行将受到较大的考验，经过近十年的经验积累，我们发现电厂初期投运的几台变频器在运行了7-8年后，故障率有明显的上升趋势，故障性质也主要表现在功率单元、主控系统上面，经过与厂家的沟通交流，这一现象也得到了厂家的认可，目前，市场上有很多生产企业以及运维企业可以提供变频器的升级改造服务，主要是保留变频器原有闸刀、变压器、柜体等设备，仅需将功率单元内部电子元器件、控制板件、主控制系统的相应板件进行更换，整个变频器的控制原理不会有大的变动，同时变频器的性能有了极大的提高，这样更改的效果也是十分显著的，费用仅占整体更新的20左右，性价比是极高的，电厂先期已对5台变频器进行了升级改造，运行效果十分明显。
3.4 接地
变频器升级改造后，多台变频器运行一段时间后，电流不平衡现象日趋严重，变频器重启后，不平衡现象又消失，如此往复，经过多次的摸排，发现变频器的接地系统存在较大问题，原有变频器的电子地直接接在电厂接地网上，和电厂的高电压接地系统相连，不可避免的受电厂高电压接地系统的干扰，后将变频器电子地单独分开，直接在变频器小室周边设置单独的接地桩，由于电子地的接地，很好的解决了这个问题。
3.5 UPS电源
东方日立的变频器控制电源部分配有单独的UPS供电，经过一段时间的运行发现，小型的独立UPS在运行1-2年后极易发生故障，一旦UPS故障，变频器就必须停机，对电厂的安全稳定运行也有较大的影响，这种UPS更换一台费用仅千元左右，电厂已将其作为易耗品制定了定期更换的制度实施。
3.6 备品备件
南通电厂的变频器没有安装单独的旁路运行系统，所以除了凝泵变频器为一托二设置，运行中变频器故障后工频泵自启，变频器可在不影响机组正常运行的情况下单独隔离消缺外，其它16台风机变频器在运行中发生重故障跳闸的话，立即会触发机组RB，降负荷运行，这时候如何快速的处理故障就显得尤为重要，尤此，变频器的备品备件管理就显得尤为重要，根据设备故障特性，制定合理的备品备件储备原则是快速消缺的必要前提，电厂经过多年的摸索，目前基本做到在故障发生1小时候内完成消缺，重启变频器工作。
3.7 冷却风扇定期检修、控制回路分开
变频器作为一个功耗较大、发热量较高的设备，对于冷却的要求较高，虽然电厂在变频小室内安置了足量的空调用来外部制冷，但是没有变频器自身冷却风扇的良好运行，就无法保证冷热空气的正常流通，变频器功率单元、变压器等热源部件就不能很好的冷却，因此保证变频器自身的冷却风扇尤其是功率单元部分的冷却风扇正常运行也是十分必要的，部分厂家初始设计中就包含了冷却风扇停运联跳变频器的功能，电厂从变频器设计原理中发现，多数厂家的变频器冷却风扇（多台）仅由一个总的电源开关控制，当其中有一台风机故障时，运行中必须拉掉总的电源开关才能更换故障风机，这就难免风机全停，也导致了变频器需被迫停运的尴尬，另外，如果运行中一旦某一冷却风扇短路也会直接导致总电源跳闸，引起所有冷却风机停运，导致变频器调停，针对这个问题，电厂对冷却风机的电源回路进行了很小的改动，在每一台冷却风扇的独立电源回路上加装一个电源小开关，这样单台冷却风扇故障就不会引起其他正常风扇的停运，给在线消缺创造了很好的条件，同时即使由于有些变频器的冷却风扇安装结构问题，无法在线更换的，对于单台风机停运的问题，也可以考虑在故障风机对应的单元柜门滤网前加装排风扇，由于替代风机的作用，起到冷热风交换的作用，维持变频器的正常运行，待停机处理。
4 结束语
通过上述分析，我们看到变频器的维护其实并不是十分的困难，它的故障率也不是很高，相反做好维护后变频器带来的节能效益是相当可观的，经过初步计算，一台变频器仅需1-2年的正常运行，就可以收回全部的投资成本。因此，电厂自变频器投运以来，一直保持着全时段变频运行的状态，这也从另一方面给电厂控制专业及运行人员的技能水平提出了较高的要求，迫使其在机组RB功能方面更加精益求精，运行人员在紧急情况下的处理能力也从一个侧面得到了较大的提升。
参考文献：
[1] 冯垛生，张淼.变频器应用与维护.广州：华南理工大学出版社，2005.
[2] 刘美俊.通用变频器应用技术.福州：福建科学技术出版社，2004.
徐璐（1987），女，江苏姜堰人，助理工程师，从事发电厂继电保护装置检修及维护工作。
论文作者:徐璐
论文发表刊物:《中国电业》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/5
标签：变频器论文; 故障论文; 电厂论文; 小室论文; 风机论文; 风扇论文; 机组论文; 《中国电业》2019年第09期论文;