摘要：随着近年来300MW机组一次风机变频器的普遍应用，在运行过程中，由于发生变频器本身故障或维护经验不足，可能导致变频装置退出运行，影响变频器运行投入率，造成机组减负荷甚至停炉、停机事故，直接影响了油田、煤炭、钢铁、冶金等重要企业的安全生产指标和经济效益增长。本文将对发电机组一次风机变频器的常见故障进行统计分析，并提出相关提高运行可靠性的措施。
关键词：变频器；冷却风扇；温度；湿度
1 引言
2013年10月，油田热电厂300MW发电机组开始投入运行，随之机组一次风机变频器也开始了运行、维护及检修工作。几年来，随着相关工作经验的不断积累及与设备厂家技术人员不断交流学习，使我们逐渐认识到：对于一次风机变频器而言，要保证生产运行的连续可靠性及变频器使用寿命的最大化，必须对一次风机高压变频器正常稳定可靠运行和日常维护管理等问题进行研究。
2 一次风机变频器运行中发生的故障概述
2.1 一次风机变频器的故障分类
一般而言，一次风机变频器的故障按性质可以分为轻故障和重故障。轻故障是可以不影响变频器运行的故障，如变频单元欠压、单元过热等故障。重故障是出现后变频器立即停机，并即时切断输入侧高压断路器的故障，如变频器内部变压器或变频单元出现的短路等故障。一次风机变频器故障按结构可以分为主控系统故障、功率单元故障、附属设备故障、移相变压器故障和旁路高压进线故障。
2.2 一次风机变频器运行中的故障类型统计
根据现场实际运行情况来看，一次风机变频器元器件的故障主要集中在功率单元、主控系统及其附件和电源模块等方面，这些故障是造成高压变频器事故停运的主要因素。而运行环境，特别是温度和灰尘对高压变频器的电子元件及控制系统正常运行也有较大的影响，有待进一步改进。另外，合理设置变频器各保护控制参数、加强运行中巡回检查、及时检查处理故障报警信息，有利于减少高压变频器误停机次数，从而提高变频器运行稳定性。
3 一次风机变频器本身提高运行可靠性的措施
3.1设备选型方面
从变频器功率单元器件数量及结构、功率单元特点、谐波含量、功率因素和效率等指标看，电流型高压变频器由于采用高压 SGCT（一种高压大功率元件），器件数量少，结构相对简洁；电压型高压变频器采用低压 IGBT（绝缘栅双极晶体管）元件多级串联，元器件数量多，结构比较复杂，但低压功率单元元器件技术更加成熟。电压型高压变频器采用多电平串联技术，在脉冲和电平等级的数量上要大大多于电流型，输出波形质量更优，从而得到更高的功率因素和效率。电压型高压变频器的谐波含量的性能指标要明显优于电流型高压变频器。
3.2核心元器件方面
一次风机变频器的核心元器件主要是主控制系统中各卡件、功率单元及附件。控制系统卡件包括了主控卡、光纤通信卡、信号处理卡、系统接口板以及用户接口卡和驱动控制卡。通过对现场运行故障案例的检查、测试和分析，发现核心元器件故障的主要原因有以下几点：
（1）核心元器件本身的质量性能不稳定或电子控制通信回路故障。如主控卡上的检测回路故障、光纤通信卡上光电转换器质量不稳定导致的变频故障、用户接口板通信故障、功率单元中功率管特性异常、可控硅共接电阻烧损等。
（2）运行环境不良造成元器件运行故障。如主控单元与可控硅触发驱动板之间的光纤接口处积灰严重，导致光纤通道衰耗过大，通信出现异常；调制板上芯片针脚和跳线处有积灰，使针脚和跳线发生短路，从而引发软件运行错误。
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（3）保养和维护措施不规范引起元器件故障。如变频器运行前应先打开控制电源使变频器通风驱潮，否则共接电阻等元件容易因受潮而烧坏；应定期对功率单元柜的所有螺栓进行紧固以防接线松动，避免元件接触不良而造成控制系统误判。
3.3附属设备方面
一次风机变频器的主要附属设备包括冷却风扇、不间断电源 UPS 和移相变压器。
（1）UPS电源:一般变频器自带的 UPS电源可靠性相对较差。曾多次发生温度过高、风扇损坏、电池失效等故障，导致了变频器故障增多。目前各电厂已逐步取消和拆除了变频器自带的 UPS电源，将变频器控制电源接自机组 UPS 电源或机组保安段，消除了潜在故障点，也提高了变频器控制电源的可靠性。
（2）冷却风扇：变频器冷却风扇有一定的使用寿命，要定期更换，但实际上有很多冷却风扇未到使用寿命就已损坏。因此在设备运行检查过程中要重点关注冷却风扇，通过听、摸来判断冷却风扇运行是否正常。冷却风扇故障停运后，变频器将立刻停运跳机，厂家如此设计的目的是保护高压变频器的元器件，防止风扇停运后散热不畅引起温度升高对元器件造成损害。不过这一保护措施却大大降低了变频器的运行可靠性。基于此种考虑，目前一些变频器采用多组冷却风扇电源分级控制，可及时切除故障风扇并发出告警，保持其它冷却风扇的正常运行。
4 改善现场运行环境以提高一次风机变频器运行可靠性
4.1现场运行环境的改进
根据对我厂应用高压变频器的运行环境调查和评估，发现运行环境对高压变频器可靠运行的影响比较大，其中温度、湿度、粉尘、振动等环境因素会对高压变频器的电力电子元件稳定运行和正常使用寿命产生较大的影响。高压变频器目前的运行环境主要有采用空调制冷的全封闭环境和采用风道将热量排到室外的半封闭式环境。半封闭式环境施工简单、费用低、散热效果好，但平常维护工作量大，如需要定期清洗和更换滤网，处理室内积灰等。此时变频器运行的稳定性依赖于所处大环境，适用于温、湿度适宜并且粉尘少的场合。
4.2运行检修维护规范的制定
经过调查发现，变频器使用厂矿对高压变频系统的检修作业文件和检修维护规范（例如有些重要的元器件如电解电容的检测和更换周期等）都在制定和摸索中，各厂矿针对高压变频器的运行维护管理经验差距较大，参与运行维护管理的人员对高压变频设备各项技术的熟悉和掌握程度有待进一步提高。因此应加快制定和完善高压变频设备日常维护措施、停机保养以及定期检修项目的检修工艺卡和检修规范，这将有利于积累前期的运行经验及吸取教训，通过不断总结经验和完善措施来提高运行维护的管理水平。
5 进一步的探讨和建议
发电厂的一些高压电动机由以往的单一工频运行改装高压变频装置后，厂用电率得到降低，节能降耗效果比较显著，促使企业的发电成本降低，提升了企业经济效益。因此通过对一次风机变频系统应用情况的调查、故障情况的统计分析以及对运行环境的研究评估，提出了一些意见和建议，以下问题还应做深入探讨：
（1）编制修订一次风机变频器的检修工艺卡及运行维护规程，应根据不同品牌分别编写，以规范和指导一次风机变频器的日常运行和定期检修维护工作，使运行检修工作标准化、规范化，以保证设备运行的可靠性和正常使用寿命。
（2）经常与相关设备厂家沟通交流，学习探讨定期检修维护时对有关板卡、元器件的检查测试方法。在目前无专用检验设备检测板卡的情况下，现场只能通过板卡互换的方法来判断其好坏。
（3）积极对同类发电厂一次风机变频器发生的故障及处理情况案例进行统计分析，促进相互间经验共享和技术交流，进一步提高设备运行可靠性。
参考文献
[1]《高压变频器日常维护》.云余力.《电子世界》,2012.8.
[2]《高压变频器在电厂风机节能中的实践与应用》刘培忠,金新胜.《变频世界》,2006.6.
论文作者:唐海涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/19
标签：变频器论文; 故障论文; 高压论文; 风机论文; 风扇论文; 运行环境论文; 元器件论文; 《电力设备》2017年第17期论文;