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超临界机组引风机变频器的故障及处理研究

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：孙华昆

[导读] 摘要:随着我国经济的发展，人们对电力资源的需求与日俱增，而我国电厂电力设备逐渐老化，机组引风机设备漏风率明显上升，设备需要更多出力来满足系统需求。

        (华沃（枣庄）水泥有限公司山东省枣庄市 277100)
        摘要:随着我国经济的发展，人们对电力资源的需求与日俱增，而我国电厂电力设备逐渐老化，机组引风机设备漏风率明显上升，设备需要更多出力来满足系统需求。但目前我国变频设备在使用过程中经常会出现各种各样的故障，从而影响机组的安全平稳运行。鉴于此，本文首先对超临界机组引风机变频器进行了改造设计，然后对变频器在实际运行过程中存在的故障进行分析，最后提出了相应的处理措施。
        关键词：机组；引风机；变频器
        0引言
        随着设备使用年限的增加设备逐渐老化，机组的引风设备漏风率上升明显，引风设备需要出更多的力来满足系统需求，在设备负荷高峰时，原有的挡板控制系统(用电动执行器控制挡板的开度)就会产生出力不足的现象，并对整个机组的运行产生影响。为了解决这一问题，我国企业对超临界机组引风机进行了变频改造[1]。经过变频改造的引风机能提升电动机的性能，提高运行效率，从而实现节能增效的目的。但是纵观我国该方面的技术依然还有许多亟待解决的问题，目前，市面上主流的变频器在使用过程中经常会出现跳闸、报警等故障[2]。因此，本文对变频器的故障以及具体的应对措施进行了研究。
        1超临界机组引风机变频器改造设计
        本文所研究的ABB变频器变频器，该变频器原有的控制方式是通过挡板开合程度实现对入口风量的控制，本文对原有引风系统结构进行改造，舍弃了原有的控制模式，提出了挡板完全打开的控制模式，见图1。

        图1 引风机变频器改造设计图
        1.1变频器的整体框架
        引风机变频器主要由整流、输入、逆变、滤波器以及控制等单元构成，整体框架见图2。

        图2 变频器整体框架
        1.2对DCS控制系统的改造
        （1）在系统中增加变频器的开启关闭功能
        （2）在系统中增加手动或自动的控制变频器运转速度的功能。
        （3）在警报系统中，增加区分轻、重故障警报的功能。
        2 变频器运行方式与控制介绍
        2.1变频器的运行方式介绍
        引风机变频器的运行控制主要分为远程控制与本地实时控制，同时变频器还受到DCS系统的控制。如DCS手动控制时，操作人员利用转速控制单元手动调节变压器转速，实现对设备压力情况的调节[3]。
        2.2变频器跳闸保护控制介绍
        跳闸保护功能对单、双侧风机变频器的控制流程是不同的，单侧风机变频器出现跳闸时，除了本身停止工作外，相连的送风机与控制挡板都会停止工作。双侧风机变频器出现跳闸时，与之相连的两侧断路器也会出现跳闸，但不会影响引风系统的PLC主控闸。
        3变频器常见故障问题与处理策略
        3.1变频器常见故障
        引风机变频器在实际使用过程中经常会出现各种各样的故障问题，而故障问题的频发会影响引风机机组的安全平稳运行。具体的故障类型有以下几种：
        一是IOC故障；二是UPS故障；三是在变频器调试检修中出现的电源故障；四是变频器A类单元故障报警、B类单元故障报警、C类单元故障报警。
        3.2变频器故障处理策略
        针对上述变频器经常出现的故障问题，本文对这些故障问题进行了研究与分析并给出了相应的处理措施，其具体措施如下：
        （1）单元超温故障报警
        单元超温是变频器最为常见的一种故障报警，一旦发生该类型故障变频器检修人员首先需要及时确定引起单元超温报警的原因。如温度传感器出现异常；MB板提示信息出现异常；变频器外部环境温度较高设备散热出现异常等故障。然后将引起故障的原因进行排除，确定具体的故障原因。最后在排查具体故障原因时，可以先将单元超温报警系统进行复位，如果能够正常运转，则排除该项故障；确认冷却风机运行状态以及进风量大小，并测量变频器所在机房的室内温度，如果符合设备运行标准，则可以排除此项故障。对MB单元控制板进行检测，如发现存在故障应及时更换。
        （2）IOC故障
        IOC故障是变频器容易出现的一种故障问题。变频器厂家对于这种故障出现的原因给出了以下几种解释：一是设备负载不稳定，超过额定功率1.5倍的电流会对变频器造成损害；二是输出电流回路的线路出现松动；三是I/O控制板失去功能；四是设备控制系统受到外界干扰致使设备功能异常。在对故障具体原因进行排查时，首先应检查引风机的运行负载状态以及运行时的电流情况，如果正常则排除此项原因；对电流回路接线情况进行检查，如若没发生线路松动情况，则可以排除此项原因；检查I/O控制板的运行状态，如运行正常，无烧毁现象，则排除此项原因，但是由于控制板原件较多，可能会存在早期失效现象，这也会给故障排查工作带来一定的困难；变频器受到外界干扰的影响因素较多，检修人员可以在现场对干扰源进行检测，并检查输出隔离器的运行状态，如发现输出增加则表明变频器控制回路受到了外界的干扰，可以采用更换底板插槽的方式对故障进行排除。
        （3）直流母线过电压故障
        对于该类故障，本文认为可能是以下原因造成了此类故障的发生：一是控制板回路故障；二是信号调制板故障；三是I/O控制板数据分析出现异常，致使输出电压过高。在对故障具体原因进行排查时，先对单元板的插头进行检查，并将单元板进行重启，如果重启正常，则表明控制板回路没有故障；根据B类故障报警信息，对信号调制板与I/O控制板的运行状态进行检测，检查控制板是否存在故障。
        本文研究发现变频器每次出现直流母线过电压故障，都是在变频器进行复位重启以及引风机电机加励磁电压之后出现的，这就说明概率故障的发生与电机上的励磁电压有着一定的关系。在对SOP程序进行检测时发现，每当IOC故障出现时，SOP程序都会在故障复原后的0.5秒内对变频器进行重启。而这时引风机电机正处于再生感应反电动势状态，一般情况下这种状态会在两秒内进行衰减并消除，但是如果在这种状态没有消除时就启动电机，将会在电机定子上形成电压的叠加，从而造成定子电压过高。一旦出现这种问题，电子上的高电压将会进入到各单元板的直流母线之中，从而造成了单元直流母线电压过高的故障。此外，每次重启变频器都会造成机组设备的供风量不足，一旦供风量下降就会引起脱硫系统的跳闸，但由于变频器重启时，风扇正处于高速运动状态，回升能量较大使得单元板电压过高，因此针对这一故障，本文建议将变频器的重启时间设定为1秒。
        （4）最大可旁路功率单元数
        在变频器系统中设置有许多旁路单元，旁路单元的作用是当变频器中一个或几个单元出现故障时，旁路单元的控制面板会对该单元所发出的指令进行短接，从而使其退出运行并保证系统整体的运行稳定。在变电器运行过程中经常会发生单元正常运行时被旁路单元阻止运行的现象发生，本文研究发现，这一原因主要是由于引风机系统中多个变电器的最大可旁路功率参数设置不一致，在与厂家沟通中，厂家建议将该参数统一设置为4，就可以解决这一问题。
        4结束语
        以往的机组引风器变电器并未进行变频改造，引风机的电机转速是恒定的，并不可调，电机在实际工作中只能处于开机或者停机两种状态。引风机电机在低负荷工作时，尤其是当多台引风机同时工作时，其设备能耗远远大于实际所需要的负载量，从而造成了能源的浪费。发电厂作为电力资源的生产者，同时也是电力资源的消耗者，发电厂应该采取相应的措施，达到自身节能增效的目的。此外，引风机的节能潜力较大，其运行速度可调区间较大，对变频器进行变频改造，能够提高系统的技术性与经济性。
        我国变频器自投入生产运营以来自身的故障率较高，频繁的故障问题，多次引起机组的RB程序。一旦变频器出现故障，只能通过停电、降低负荷等方式将机组引风机的变频调整为定频运行。而这种频繁的模式切换，存在着巨大的安全隐患，因此本文对超临界机组引风机变频故障及处理措施进行研究，希望能减少变频器的故障率，提高机组引风系统的稳定性。
        参考文献:
        [1]陆思党, 韩斌, 李志亮. 纯水冷高压变频器在600MW火电机组引风机上的应用[J]. 中国仪器仪表, 2017(6).
        [2]郑轲. 引风机变频节能改造实施及其故障后DCS逻辑优化研究[D].
        [3]丘晓春, 丁宇鸣, 白鹏. 引风机变频改造控制方案及故障分析[J]. 电力科技与环保, 2018, v.34;No.157(02):40-41.
        作者简介：姓名：孙华昆   性别：男      名族：汉    籍贯：山东枣庄市人，学历：大专毕业于济南大学现有职称：技术员   研究方向：电气工程。