摘要：本文结合直接空冷岛供电系统的设计，变频器装置和电动机装置的相关概算，阐述空冷岛产生谐波的过程，提出相关的解决措施。面对空冷岛的变频电机异响问题，分析如何判断机械故障还是电控问题，根据实际工程经验，总结出处理空冷岛冷却风机异响问题的注意事项及过程。
关键词：变频控制；异步电动机；冷却风机异响
引言
众所周知，空冷岛设备对于保证火电机组的稳定安全运行起到重要作用，所以合理选择和控制变频器、电机及附属设备，对于提高系统的稳定性、降低能耗、保障电机正常运行、降低谐波等均有着积极的意义。
空冷风机变频控制系统对变频装置的应用环境及性能要求较为苛刻，变频装置产生的谐波会对电源造成污染，且众多的变频器产生的谐波相互叠加，比较复杂，给厂用电系统带来很大的考验，也会造成系统不稳定、异步电动机异响等后果，甚至影响电动机及控制保护设备的安全运行。本文将通过空冷岛变频电机异响的工程实例，从变频装置调速方式、相关配置条件以及电动机启动条件等主要内容和相关理论入手，结合相关工程经验，归纳总结出一些现场电动机异响问题可能存在的原因，以供参考。
一、变频装置相关概述
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，通常采用矢量控制型。在变频器交—直—交主电路中，整流回路接有大电容，输入电流波形不是正弦波，逆变器输出回路中输出电压信号受PWM载波信号调制，有比较多的高次谐波。为了降低母线侧谐波分量，提高变频器输入侧的功率因数，同时减少外界谐波对变频器的影响，从而起到一定的保护作用，通常配置交流输入电抗器。为了降低谐波电流，改善变频器输出电流波形，避免电机绝缘损坏、漏电流过大和变频器频繁保护，变频器与电机之间使用专用的变频电缆，通常配置可抑制高频振荡的交流输出电抗器以及滤波器。
二、电动机装置相关概算
交流异步电动机工作原理为：三相对称交流电通入三相对称绕组时，将在空间产生旋转磁场，该磁场切割转子导体，故在转子中产生感应电动势及感应电流，并且转速低于同步速并与同步速方向相同旋转。三相交流异步电动机转速取决于电机的极数和频率。由于极对数不是一个连续可调的数值，所以改变极对数来调节电机速度应用不广泛，通常做法是改变频率和电压来调节速度。仅改变频率，电机将被烧毁，所以改变频率的同时改变电压才能达到调节的作用。频率是供电电源的电信号，所以可以在电机外调节后再供给电机。鉴于此，空冷岛冷却电机均全部选用变频电机。
三、电动机噪声及振动相关描述
变频器中含有的各次谐波与电磁空间谐波相互作用时，会形成各种电磁激振力，当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大电动机噪声。
变频器输出电流谐波情况受载波频率及载波比等相关因素的影响，若载波频率过低，会使电流波形正弦性变差，电机气隙的高次谐波磁通增加，引起振动谐波转矩加大，电机可能发生周期性转速变动，并使噪声变大。
综上，空冷岛电动机应尽可能采用变频电动机，且为了获得比较平滑的正弦波形，减少谐波含量，通常把载波频率尽可能调高。但当载波频率增高时会导致变频器自身损耗增大，IGBT温度上升等不利影响，所以应该正确调节载波频率的数值。
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四、电控问题和机械故障导致异响的描述
电控问题引起的异响根本原因在于电控问题引发电机旋转角度或力矩不正常，从而导致输出不均匀，直接反应到齿轮传动位置的速度骤升和骤降，这样除了齿轮箱位置发生异响外，在联轴器或者减速机上也会发出异响。
机械故障引起的异响主要是故障点阻碍传动装置的运行，从而有打击或者摩擦的异响声出现。因为轻载和重载时异响声音有差异，部分异响需要借助听诊器才能判断。
通过工程实例得出判断异响是电控问题或者机械故障的简单方法为自由停车方式，即有准备的断电。断电以后，传动系统在惯性作用下仍然在运动，此时若异响消失则为机械故障，若异响依然存在则为电控问题，或者借助听诊器来作进一步判断。
五、结合工程实例总结处理异响的一些注意事项
某发电厂空冷岛投产一年多的时间里，从1列到4列均有冷却电机发生异响情况，有轻微异响，也有严重异响，虽然不影响正常生产，但是噪音却超出正常范围值。后续经过变频器专家、机电专家以及相关经验丰富的运维管理人员的努力，从各方面找原因和消除缺陷，截止目前，异响情况基本解决。特将该过程中发生的部分注意事项做如下总结：若温差较大时启动，启动时间会有变化，有可能会发生异响情况，此时应检查变频器参数的设置，微调一些相对应的参数以适应季节或温差的变化，消除异响。变频器电机自学习功能可以了解电机的一些详细信息，可以对参数设置有一定帮助。
1.正确设置变频器的控制模式，调节相关参数。
2.正确设置载波频率（柔性软声载频）。
3.正确设置“跳频”，避开共振区域。需特别注意空冷岛结构的固有频率是否在共振区。
4.检查电气系统的配置，输入/输出电抗器、滤波器配置是否合理；核实变频电缆的选择是否正确，电缆极限长度、截面与谐波关系是否匹配。核实电气系统是否在反馈环节引入噪声。
5.检查机械部件，如转子与外壳，风扇与外壳，电机风扇这些容易发生异响的地方。若电流在异响时有摆动情况，则需要考虑转子鼠笼是否有断条的情况发生。
6.检查元器件霍尔传感器的接地系统是否完善。
7.变频电缆的正确选择。由于变频器输出的电压波形不是正弦，波形中含有大量的谐波成分，其中高次谐波会使变频器输出电流增大，造成电机绕组发热，产生振动和噪声，加速绝缘老化，还可能损坏电机。
8.检查厂用电系统变压器的分接开关设置是否影响电压过低，厂用电系统电压过低会直接影响变频器电源电压过低，从而导致一系列问题产生。
结论
本文阐述的论点以及相关概述为实际工程中空冷岛冷却风机异响处理时涉及到的部分因素，因每个电厂情况不尽相同，所以在处理此类问题时应因地制宜，尽快找出正确的解决办法。
参考文献：
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论文作者:和利军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/20
标签：谐波论文; 变频器论文; 电机论文; 频率论文; 载波论文; 电动机论文; 波形论文; 《电力设备》2017年第21期论文;