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摘 要： 介绍了发电厂一次风机、凝结水泵等辅机设备高压变频器系统几种故障分析及处理。通过高压变频器的工作原理对变频器的故障现象、故障原因及处理措施的描述，总结异步电动机变频器故障处理经验，进一步提高变频器长周期稳定运行，有效发挥其节能作用。
关键词： 高压变频器;故障分析;故障处理;防范措施
一次风机、凝结水泵等转机是火力发电厂重要的辅机设备，其运行稳定性直接影响着机组的安全及经济指标。目前无论家用还是工业用调速传动装置，都可使用变频器传动方式来实现，其中风机和泵类机械的节能效果最为显著。故在火力发电机组中高压变频器得到了广泛的应用。但由于多数火力发电厂运行年数较多，变频器运行时间多数已超过了10年以上，因元件老化及特殊运行工况下，变频器故障频繁发生，给机组的长周期及经济运行带来了隐患。所以准确地排除故障，保证高压变频器稳定运行是目前火力发电厂电气专业需要研究的重要问题之一。
1 变频器节能原理
火力发电厂为了维持正常运行，设置了各类水泵及风机设备，厂用能耗主要来自这些转动设备，由于容量设计和工作条件的原因，多水泵、风机类负载都存在不同程度的电能浪费，在煤炭价格上涨、电网负荷空间狭小的今天，节约能源已经是发电企业经营发展的重中之重。
传统的风机、水泵流量的设计均以运行最大需求来设计，但在实际使用中，由于生产需要、季节温度变化等原因，往往比设计流量小的多。通常情况下其流量的调整基本都采用调整阀门或档板的开度来实现，这种控制方法实质是通过改变管网阻力大小来改变流量，当所需流量减少时，过剩的风机、水泵功率将导致压力增加造成很大的能量损耗。
由流体力学原理可知：流量与转速的一次方成正比，压力与转速的开平方成正比，功率与转速的开三次方成正比。故变频器可在保持阀门、挡板开度不变的前提下，通过改变风机的转速来调节流量，实质就是通过减少流体动力来节省电能。采用变频控制方式可从根本上消除风机、水泵设备在不同工作条件下出现动力浪费的现象及挡板、阀门调节时产生的阻力，使风机、水泵运行在最佳工作状态。
2 变频器系统组成
某发电厂一次风机、凝结水泵高压变频器主体结构包括旁路柜、变压器柜、模块柜、控制柜。
2.1旁路柜
可在故障情況下执行工频旁路运行功能，输入高压电源线从该柜进入变压器柜，到电机的输出电源线也从该柜引出，凝结水泵变频器未设计旁路柜，电源线直接进入变频器柜。
2.2 变压器柜
装有移相变压器，原边绕组为高压直接输入，副边绕组为各个功率模块提供交流输入电压。副边绕组通过移相技术，对电网谐波污染小，使电网输入侧的谐波总量降低到4%以下，满足IEEE519-1992的谐波抑制标准。
2.3 模块柜
内部模块设计为三相6个功率模块串联方式，每相功率模块输出串联后构成逆变主回路，输出高压正弦波直接驱动高压电机。
2.4 控制柜
装有变频器的控制系统，包括主控系统、电气控制系统，用户I/O端子。控制柜为变频器工作的指挥中心，所有通讯、远控、保护、告警等功能均在此盘柜内实现。
3 变频器故障现象及原因分析
3.1 霍尔传感器故障
3.1.1故障现象
某发电厂3号炉甲、乙一次风机变频器均出现了相同现象，即变频器故障跳闸，自动切至工频运行，DCS变频器故障信号显示重故障，变频器报文显示“输入过流”。
3.1.2故障原因及处理
（1）检查故障时变频器输入电流曲线，发现变频器输入采集电流出现了突然增大现象，超过了变频器过流保护定值，导致过流保护动作，造成变频器重故障跳闸。
（2）检查6千伏电源开关柜输出电流曲线，发现开关侧电流未发生突变现象。
（3）变频器输入端霍尔传感器、与6千伏电源开关输出端电流互感器在一次系统中安装位置一致，所以无论在运行中或是在故障时，两处电流值也应一致。故判断一次系统并未发生故障，故障原因应为霍尔传感器二次侧输出故障或变频器采样板故障造成，因采样板出现故障概率相对较小，且造价昂贵，故将更换霍尔传感器作为第一处理方案。
（4）变频器电源输入及输出侧的A、C相各安装了一支霍尔传感器，B相电流由软件计算得出，更换全部传感器后投入运行，未再发生此故障。
3.1.3预防措施
（1）建议对于高压变频器输入、输出霍尔传感器每5年更换一次，并使用由变频器厂家提供的霍尔传感器。
（2）定期查看变频器模拟量采集报文，发现有电流突变、摆动等情况，及时停运变频器进行处理。
3.2 变频器主控制板故障
3.2.1故障现象
某发电厂凝结水泵变频器自动停机，工频备用泵未联启。DCS未发出变频器故障信号，变频器就地报文显示“高压掉电”。47分钟后，高压开关自动分闸，无任何故障告警及操作记录。
3.2.2故障原因及处理
（1）变频器停运及开关自动跳闸原因
查阅DCS曲线，变频器停运前运行电流平稳，无突变现象，无任告警信号，判断一次系统正常。“高压掉电”信号取自高压开关辅助接点，检查高压开关未跳闸，各辅助接点接触可靠，判断开关正常。变频器发出“高压掉电”告警后，延时3S告警未消失，应发处重故障信号，同时跳高压开关，但实际并未发出。变频器停运47分钟后，变频器发出了跳高压开关指令，使高压开关分闸。
通过以上分析确定为变频器主板故障，误发“高压掉电”及跳高压开关指令。
（2）备用凝结水泵未联启原因
凝结水泵变频运行时，备用泵联启条件为：凝结水泵高压开关跳闸或变频器重故障。凝结水泵变频器停运后并未发出重故障告警，且在停运47分钟后高压开关方跳闸，两个条件均未满足，故备用泵未能联启。 （3）对变频器主控制板进行更换，重新输入参數，再次投入运行后，未再发生此故障。
3.2.3预防措施
（1）建议每8年对变频器主板进行一次升级或更换。
（2）为确保备用泵可靠联启，在热工逻辑中增加系统压力条件，当压力降低到指定数值后，用三取二方式联启备用泵。
3.3 变频器因制动力作用而启动失败
3.3.1故障现象
某发电厂因空气预热器故障导致半侧风烟系统停运，故障处理后进行系统恢复。变频启动甲一次风机时，变频器报重故障，直接切至工频启动运行;同时风机出口挡板DCS内显示故障;查阅一次风机变频器报文，显示“输出过流”。挡板门故障处理结束后，再次停止一次风机，由工频切换至变频运行。启动时同样出现了“输出过流”故障，由变频切至工频运行。
3.3.2故障原因及处理
（1）第一次启动故障原因
风机出口挡板门关闭不严，风机停运后由于反向风力作用，使电机处于反向旋转状态，启动过程中出现较大的制动力，造成变频器输出过流，报重故障。
（2）第二次启动故障原因
由于工频切换变频操作过程较快，风机因惯性作用未完全停止，处于正转状态，约5HZ频率。在变频器启动时，输出频率设置为0HZ逐步提升至给定频率 10HZ，电机实际频率与变频器初始频率不一致，出现了较大的制动力，造成变频器输出过流，报重故障。
为验证以上结论，进行第三次切换启动，条件为：将风机人为制动到0转速后，用变频器启动，风机可正常启动。
3.3.3预防措施
（1）一次风机变频器启动前，应就地检查风机是否处于静止状态，如有正向或反向旋转情况，需查明原因，并对风机进行制动后再启动。
（2）对变频器启动逻辑进行修改，分为三次启动，前两次启动为瞬启-瞬停，用作风机的制动，使风机趋近于零转速，第三次启动为变频器的正式启动。
4 结束语
近年来，高压变频器出现故障的频率在逐年升高，主要原因是变频器使用年限过长，主板、采样板、功率模块、霍尔传感器等主要元件出现老化现象，在日常运行及维护中很难对以上元件的完好程度进行判断。且因各元件的老化及特殊运行条件的出现，导致故障现象更为多样化，增大了在发生故障时进行判断的难度。目前高压变频器各元件价格昂贵，对于多数企业来说，很难一次性进行更新。所以在日常的运行维护中，除了做好定期清扫、检查外，还要根据各类元件发生故障的频率和类别进行统计分析，合理的安排更换时机。
参考文献
[1] 韩安荣. 通用变频器及其应用. 北京机械工业出版社，2000.1.
[2] 流体力学（第3版）. 清华大学出版社，2015.7.
关键词： 高压变频器;故障分析;故障处理;防范措施
一次风机、凝结水泵等转机是火力发电厂重要的辅机设备，其运行稳定性直接影响着机组的安全及经济指标。目前无论家用还是工业用调速传动装置，都可使用变频器传动方式来实现，其中风机和泵类机械的节能效果最为显著。故在火力发电机组中高压变频器得到了广泛的应用。但由于多数火力发电厂运行年数较多，变频器运行时间多数已超过了10年以上，因元件老化及特殊运行工况下，变频器故障频繁发生，给机组的长周期及经济运行带来了隐患。所以准确地排除故障，保证高压变频器稳定运行是目前火力发电厂电气专业需要研究的重要问题之一。
1 变频器节能原理
火力发电厂为了维持正常运行，设置了各类水泵及风机设备，厂用能耗主要来自这些转动设备，由于容量设计和工作条件的原因，多水泵、风机类负载都存在不同程度的电能浪费，在煤炭价格上涨、电网负荷空间狭小的今天，节约能源已经是发电企业经营发展的重中之重。
传统的风机、水泵流量的设计均以运行最大需求来设计，但在实际使用中，由于生产需要、季节温度变化等原因，往往比设计流量小的多。通常情况下其流量的调整基本都采用调整阀门或档板的开度来实现，这种控制方法实质是通过改变管网阻力大小来改变流量，当所需流量减少时，过剩的风机、水泵功率将导致压力增加造成很大的能量损耗。
由流体力学原理可知：流量与转速的一次方成正比，压力与转速的开平方成正比，功率与转速的开三次方成正比。故变频器可在保持阀门、挡板开度不变的前提下，通过改变风机的转速来调节流量，实质就是通过减少流体动力来节省电能。采用变频控制方式可从根本上消除风机、水泵设备在不同工作条件下出现动力浪费的现象及挡板、阀门调节时产生的阻力，使风机、水泵运行在最佳工作状态。
2 变频器系统组成
某发电厂一次风机、凝结水泵高压变频器主体结构包括旁路柜、变压器柜、模块柜、控制柜。
2.1旁路柜
可在故障情況下执行工频旁路运行功能，输入高压电源线从该柜进入变压器柜，到电机的输出电源线也从该柜引出，凝结水泵变频器未设计旁路柜，电源线直接进入变频器柜。
2.2 变压器柜
装有移相变压器，原边绕组为高压直接输入，副边绕组为各个功率模块提供交流输入电压。副边绕组通过移相技术，对电网谐波污染小，使电网输入侧的谐波总量降低到4%以下，满足IEEE519-1992的谐波抑制标准。
2.3 模块柜
内部模块设计为三相6个功率模块串联方式，每相功率模块输出串联后构成逆变主回路，输出高压正弦波直接驱动高压电机。
2.4 控制柜
装有变频器的控制系统，包括主控系统、电气控制系统，用户I/O端子。控制柜为变频器工作的指挥中心，所有通讯、远控、保护、告警等功能均在此盘柜内实现。
3 变频器故障现象及原因分析
3.1 霍尔传感器故障
3.1.1故障现象
某发电厂3号炉甲、乙一次风机变频器均出现了相同现象，即变频器故障跳闸，自动切至工频运行，DCS变频器故障信号显示重故障，变频器报文显示“输入过流”。
3.1.2故障原因及处理
（1）检查故障时变频器输入电流曲线，发现变频器输入采集电流出现了突然增大现象，超过了变频器过流保护定值，导致过流保护动作，造成变频器重故障跳闸。
（2）检查6千伏电源开关柜输出电流曲线，发现开关侧电流未发生突变现象。
（3）变频器输入端霍尔传感器、与6千伏电源开关输出端电流互感器在一次系统中安装位置一致，所以无论在运行中或是在故障时，两处电流值也应一致。故判断一次系统并未发生故障，故障原因应为霍尔传感器二次侧输出故障或变频器采样板故障造成，因采样板出现故障概率相对较小，且造价昂贵，故将更换霍尔传感器作为第一处理方案。
（4）变频器电源输入及输出侧的A、C相各安装了一支霍尔传感器，B相电流由软件计算得出，更换全部传感器后投入运行，未再发生此故障。
3.1.3预防措施
（1）建议对于高压变频器输入、输出霍尔传感器每5年更换一次，并使用由变频器厂家提供的霍尔传感器。
（2）定期查看变频器模拟量采集报文，发现有电流突变、摆动等情况，及时停运变频器进行处理。
3.2 变频器主控制板故障
3.2.1故障现象
某发电厂凝结水泵变频器自动停机，工频备用泵未联启。DCS未发出变频器故障信号，变频器就地报文显示“高压掉电”。47分钟后，高压开关自动分闸，无任何故障告警及操作记录。
3.2.2故障原因及处理
（1）变频器停运及开关自动跳闸原因
查阅DCS曲线，变频器停运前运行电流平稳，无突变现象，无任告警信号，判断一次系统正常。“高压掉电”信号取自高压开关辅助接点，检查高压开关未跳闸，各辅助接点接触可靠，判断开关正常。变频器发出“高压掉电”告警后，延时3S告警未消失，应发处重故障信号，同时跳高压开关，但实际并未发出。变频器停运47分钟后，变频器发出了跳高压开关指令，使高压开关分闸。
通过以上分析确定为变频器主板故障，误发“高压掉电”及跳高压开关指令。
（2）备用凝结水泵未联启原因
凝结水泵变频运行时，备用泵联启条件为：凝结水泵高压开关跳闸或变频器重故障。凝结水泵变频器停运后并未发出重故障告警，且在停运47分钟后高压开关方跳闸，两个条件均未满足，故备用泵未能联启。 （3）对变频器主控制板进行更换，重新输入参數，再次投入运行后，未再发生此故障。
3.2.3预防措施
（1）建议每8年对变频器主板进行一次升级或更换。
（2）为确保备用泵可靠联启，在热工逻辑中增加系统压力条件，当压力降低到指定数值后，用三取二方式联启备用泵。
3.3 变频器因制动力作用而启动失败
3.3.1故障现象
某发电厂因空气预热器故障导致半侧风烟系统停运，故障处理后进行系统恢复。变频启动甲一次风机时，变频器报重故障，直接切至工频启动运行;同时风机出口挡板DCS内显示故障;查阅一次风机变频器报文，显示“输出过流”。挡板门故障处理结束后，再次停止一次风机，由工频切换至变频运行。启动时同样出现了“输出过流”故障，由变频切至工频运行。
3.3.2故障原因及处理
（1）第一次启动故障原因
风机出口挡板门关闭不严，风机停运后由于反向风力作用，使电机处于反向旋转状态，启动过程中出现较大的制动力，造成变频器输出过流，报重故障。
（2）第二次启动故障原因
由于工频切换变频操作过程较快，风机因惯性作用未完全停止，处于正转状态，约5HZ频率。在变频器启动时，输出频率设置为0HZ逐步提升至给定频率 10HZ，电机实际频率与变频器初始频率不一致，出现了较大的制动力，造成变频器输出过流，报重故障。
为验证以上结论，进行第三次切换启动，条件为：将风机人为制动到0转速后，用变频器启动，风机可正常启动。
3.3.3预防措施
（1）一次风机变频器启动前，应就地检查风机是否处于静止状态，如有正向或反向旋转情况，需查明原因，并对风机进行制动后再启动。
（2）对变频器启动逻辑进行修改，分为三次启动，前两次启动为瞬启-瞬停，用作风机的制动，使风机趋近于零转速，第三次启动为变频器的正式启动。
4 结束语
近年来，高压变频器出现故障的频率在逐年升高，主要原因是变频器使用年限过长，主板、采样板、功率模块、霍尔传感器等主要元件出现老化现象，在日常运行及维护中很难对以上元件的完好程度进行判断。且因各元件的老化及特殊运行条件的出现，导致故障现象更为多样化，增大了在发生故障时进行判断的难度。目前高压变频器各元件价格昂贵，对于多数企业来说，很难一次性进行更新。所以在日常的运行维护中，除了做好定期清扫、检查外，还要根据各类元件发生故障的频率和类别进行统计分析，合理的安排更换时机。
参考文献
[1] 韩安荣. 通用变频器及其应用. 北京机械工业出版社，2000.1.
[2] 流体力学（第3版）. 清华大学出版社，2015.7.