摘要：某电厂凝结水泵正常工作方式采用变频运行。当凝结水泵热工保护动作后，为使凝泵变频器能迅速再次启动，热工逻辑发指令跳凝泵变频器出口开关，这样会造成变频器突然甩负荷，变频器误报警，内容为“输出接地”和“电机过压”。为消除误报警，修改热工保护逻辑，使其在热工故障时变频器及其进、出线开关同时跳闸。经过实践，逻辑修改后，消除了误报警，同时保证机组安全稳定性
关键字：凝泵变频器 ；热工保护； 电气保护； 保护配合
1.引言
现代电力生产过程中，为节约能源，增加收益，火电厂在泵和风机等辅机中多采用变频调速技术，以实现在较低负载下，将阀门和风门挡板的节流损失降到最低，让能源得到充分利用。某电厂的#1、#2机组的凝结水泵（以下简称凝泵）均采取变频运行方式。自两台机组投产以来，多次发生凝泵变频器跳闸事件，其中#1机组3次，#2机组3次，无一例外，每次变频器跳闸均报“Output Ground Fault（输出接地故障）”和“Motor Over Volt Fault（电机过压故障）”，但每一次跳闸后对变频器及凝泵电机作出全面检查的结果均是设备正常。
2.凝泵变频运行方式简介
每台凝气式发电机组一般装设两台凝结水泵，正常情况下一投运一备用。为了节约能源，增加收益，正常情况下凝泵采用变频运行的方式。由于变频器投资成本大，为降低成本，使资源合理充分利用，两台凝结水泵合用一台变频器，既一拖二的运行方式，接线原理如下图：
图1变频器一拖二运行一次接线图
正常情况下，一台凝结水泵变频运行，另一台工频备用。当变频器出现异常故障时，变频器停止运行，工频备用凝泵自起，以保证凝结水系统正常运行，从而保证发电机组正常运行。如图接线方式，变频器运行方式灵活，可以带任意一台凝泵变频运行，而另外一台可做工频备用泵。
3.遇到的问题
某日上午午11:58:13，某厂#1机组ⅠA凝泵变频运行突然跳闸，ⅠB凝泵工频联锁启动失败，DCS操作员站变频器故障光字排闪烁。11:58:38汽机运行人员手动启动ⅠB凝泵工频运行成功。#1发电机组未受到变频器跳闸影响。事后查阅变频器故障记录为“Output Ground Fault（输出接地故障）”和“Motor Over Volt Fault（电机过压故障）”，电气检修专业对#1A凝泵及电缆进行绝缘测试，接地电阻为1.3GΩ以上，绝缘合格，对变频器本体进行全面检查，无异常现象，经值长同意，ⅠA凝泵重新变频运行。
某日23:50，某厂#2机组发生与#1机组同样的凝泵变频运行跳闸事件，报警内容与#1凝泵变频器完全相同。同样对凝泵及电缆绝缘测试，对变频器本体进行全面检查，检查结果均为设备正常。此后#1、#2凝泵变频器先后又发生过四次同样的跳闸事件。
4.凝泵热工保护逻辑分析
凝泵用于把凝汽器下部热井中的凝结水抽出，并将其升压送往除氧器，其在整个电厂热力系统中起着至关重要的作用，一旦凝结水泵出现故障必然导致发电机组停机，为有效保证机组自身的安全，本厂凝泵热工保护跳闸条件如下：
热井水位低于200，延迟10S凝泵跳闸
凝泵轴承温度高于80℃（单点）凝泵跳闸
进口门全关且相应泵运行，延时1S凝泵跳闸
再循环门关且轴封冷却器入口流量低与300，凝泵跳闸
变频状态运行时，变频器重故障，凝泵跳闸
凝结水泵A/B工频或变频运行延时30S，且相应出口电动门全关，凝泵跳闸
从故障现象直观判断事故起因应为变频状态运行时，变频器重故障导致变频运行凝泵跳闸，热控专业在查阅历史记录时，除过变频器综合故障信号从变频器传来之外并未查到有其他热工逻辑出口，因此一直认为是变频器故障造成，并未做出深入分析。
5.电气保护分析
该厂变频器选用的的是西门子（上海）电气传动设备有限公司的高压变频器，变频器本身设有以下保护：过电压、过电流、欠电压、三相不平衡、输入接地、输出接地、变频器过载保护、电机过载保护等等。
变频器出现的故障报警为“输出接地”和“电机过压”，从电力系统分析相关知识可知“输出接地”和“过电压”在大电流接地系统中不可能同时出现。因为凝泵6kV高压电源来自高厂变，其中性点经6.06欧姆小电阻接地，属于大电流接地系统。当发生单相接地故障时，故障相电压降为零，非故障相电压保持不变，不可能出现过压现象。又因为对电缆及电机绝缘测试合格，电气专业判断该故障报警为误报警。
图2：变频器本体到DCS外接线端子排工程图截图
6.联合检查
鉴于电气和热工专业单方面均未查出故障原因，于是决定成立调查小组，并制定检查方案，联合起来检查故障。
实验方案步骤如下：
（1）热控专业检查DCS有关变频器的逻辑，并调取历次变频器故障历史曲线，电气专业配合分析。
（2）电气专业检查变频器进、出线开关及变频器之间电气联锁接线，理清三者之间逻辑。
（3）在工作位置,合上变频器进、出线开关,变频器试运行,就地手动分开变频器出线开关. 观察并记录凝泵变频器、进出线开关及机械设备工况
（4）根据以上试验的结果，按需求修改DCS逻辑,解决变频器误报警问题。
根据以上检查内容检查结果如下：
（1）变频器故障报警信号由变频器本体到热控DCS。
（2）调阅2012年1月7日变频器跳闸历史曲线，如图所示，再循环门关且轴封冷却器入口流量低于300，延时3秒，ⅠA变频器出线开关先跳闸，之后变频装置停止，变频电源进线开关跳闸。其他几次跳闸历史曲线与1月7日曲线相似，不再罗列。
（3）凝泵热工保护跳闸条件满足后，发跳闸指令给运行凝泵变频器出线开关。
（4）变频器与ⅠA变频电源进线之间有硬接线联锁（变频器停止，进线电源开关跳闸），与变频出线开关无接线联锁；ⅠA变频电源进线开关与出线开关之间无联锁。
图5：变频器跳变频进线开关工程图截图
（5）变频器进、出线开关合闸,变频器运行,就地手动分开变频器出线开关，变频器报“Output Ground Fault（输出接地故障）”和“Motor Over Volt Fault（电机过压故障）”。工频备用开关联锁启动成功。
6.结果分析
从以上实验结果可以得出结论，因为热工方面凝结水系统再循环门关闭，当轴封冷却器入口流量低于300时，满足凝泵跳闸条件，延时3秒，热控DCS发出指令跳变频器出线侧开关。出线侧开关跳闸后导致变频器发出“电机过压”和“输出接地”故障。之后变频器停止运行并跳6kV变频器电源进线开关。由此可判断为热工方面的逻辑与电气保护逻辑配合不当是造成变频器频繁跳闸并误报警的主要原因。若能将保护配合做出适当改造将解决变频器跳闸误报的问题。
7.改造方案提出并选择最佳方案
要解决变频器误报警问题可以从两方面着手，第一，电气保护方面。给输出“接地保护”和“电机过压保护”加一段延时，可以使变频器保护在热工保护跳出线开关时不再报警。延时用于避开从出线开关跳闸到变频器电源进线开关跳闸这段时间，以至于热工故障跳出现后不再报警。第二，热控保护方面。修改热控DCS逻辑，当热工保护满足凝泵闸条件后直接发跳闸指令给变频器电源进线开关、变频器出线开关，同时发指令停止变频器运行，这样变频器正常运行时就不会因突然甩开负荷导致变频器过压，也不会误报“输出接地”。
两种方案相互比较。第一种方案缺点在于当真正发生接地故障时，延时过长将不能及时跳开高压开关，可能会加大设备损坏程度，另外要涉及与上级保护配合问题，调整的设备多，比较麻烦；第二种方案，缺点在于发生热工故障后整个变频装置直接退出运行，重新投入变频器时间较长，但备用工频凝泵可以联起，对生产不会有太大影响。
综合以上分析选择第二种方案，修改热控逻辑。当出现热工故障时，使变频器及其进、出线开关同时跳闸。
8.修改逻辑，并进行试验
修改逻辑前，凝泵热工故障只跳变频器出线开关，变频器及电源进线开关不跳。在变频器及其进线开关原有的逻辑上添加热工保护跳闸条件，即能满足变频器及其进、出线开关同时跳闸的要求。
变频器及其电源进线开关逻辑经过以上修改，对其功能进行试验。在工作位置,合上变频器进、出线开关,变频器试运行,汽机运行专业有意将热井水位调低至200以下，延迟10S后，凝泵及其进出线开关同时跳闸。查看变频器本体报警情况及历史记录，未出现“电机过压”和“输出接地”报警，变频器停止运行状态良好。
9.结束语
凝结水泵的热工保护与凝结水泵变频器的电气保护配合问题几经周折终于明朗。因为热工跳闸原因中有“凝泵变频状态运行时，变频器重故障”这一条，而变频器报警又是“电机过压”和“输出接地”等重故障，加上热工保护动作后没有明确的记录，使变频器跳闸原因扑朔迷离。经过检查分析、提出并选定方案、实施方案，实践证明等各个环节，终于解决了凝泵变频器热工保护与电气保护配合不当造成误报警的问题。除此之外变频器频繁跳闸直接原因来源于“再循环门关且轴封冷却器入口流量低于300”。经过论证，热工方面将已将此条逻辑删除，如此一来，有效解决了本厂变频器乱跳闸，乱报警的现象，保证了发电机组的安全稳定运行。
参考文献
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论文作者:刘宏波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：变频器论文; 故障论文; 热工论文; 逻辑论文; 机组论文; 水泵论文; 电机论文; 《电力设备》2018年第27期论文;