高压变频器典型故障研究.pdf

第l 2 卷 ( 2 0 1 0年第 9 期) 电 力 安 全 技 术 高压变频器典型故障研究 钟天翔 ，付治立 ( 华能玉环 电厂 ，浙江 玉环 摘要随着 “ 节能减排”逐步成为各发电企业的共识 ， 过对某制造厂同一型号的高压 变 频器所发生过的故障进行分析， 施 ，提 高了高压 变频器运行的安全稳定性。 关键词高压 变频器；故障 ；改进措施 为了响应国家 “ 节能减排”的号召，节约资源 和厂用电，各电厂在近年来纷纷对耗能较大的电动 设备进行了变频改造。但是，由此带来的高压变频 器故 障也给 电力企业的稳定运行带来 了负面影响， 已成为各 电力企业关注的重要 问题 。 1 变频器概况 玉环 电厂装机容量为 4台 1 0 0 0 Mw 发 电机组 ， 每台机组的凝泵系统均进行了变频改造。高压变频 装置采用 VT I MVC型 6 k V高压变频器 ，变频单元 采用 l 7 0 0 V、4 0 0 2 P的最新一代高压 I GB T，移相 变压器为全进 口KC TW干式变压器 。 变频器为高一 高结构 ，6 k V直接输入和输出，且输出不采用任何 形式的升压变压器。 2台凝结水泵配 l 套变频器 。正常情况下 ， 变频 器只带 1 号凝泵运行 ， 2 号凝泵备用。当变频器故障 时，2 9凝泵 自动切换至工频运行， 1 号凝泵手动切 换至工频状态备用。当变频器需要检修或 1 号凝泵 电机故障时 ，可启动 2号凝泵进行工频运行。具体 接线方式如图 1 所示。 6 k V A 段 6 k V B 段 l I I l _ _ J 2 9断路 1 号凝结水泵 2 号凝 结水泵 图 l 凝泵系统接 线方式 J 3 l 7 6 0 4) 高压 变频 器 已在各个 发 电企业 大量应 用 。通 找 出了故障主要原因，并实施相应的改进措 2 变频器存在的主要问题 2 1 移相变压器过热导致绕组匝问短路 2 1 1 故障现象 2 0 0 8 0 7 2 2 ，3 号机组 1 号凝泵变频器运行速 度 1 0 0 ，负荷 8 2 。1 7 ： 3 0 ，1 号凝泵跳闸，首出 为 “ 保护动作” ，2 号凝泵联锁启动正常。就地到凝 泵变频问检查发现，变频器报故障，6 k V开关无异 常。将 1 号凝泵变频器改为工频备用并立即对其进 行检查 ，发现故障显示报警信息为 “ U2 一 F ( U相第2 变频单元故障) ” ，“ U2 F ( U相第 3 变频单元故障) ” ， 报警灯亮。进一步检查 ，发现为 U2 、U3 两个变频 单元损坏。后对变频器移相变压器进行检查，发现 B相上部的二次绕组有短路烧损的痕迹 。对变频器 U l U6变频单元对应的移相变压器低压侧绕组进 行直流电阻、绝缘电阻检查 ，试验数据如表 1 所示。 由表 1 可知 ，绝缘电阻下降，直流 电阻最大不平衡 率超标。 表 1 移相变压器低压侧绕组试验数据 2 1 2 故障原因 经检查其他机组凝泵变频器的移相变压器 ，发 现 B相绕组均存在过热变色现象，故可以判断该变 频器移相变压器绕组短路是 由于 B相绕组发热进而 造成 U2 、U3 两个变频单元损坏而引起的。进一步 检查发现 ， 是该变频器的通风冷却系统设计不合理 ， 一 一 J 电 力 安 全 技 术 第 1 2 卷( 2 0 1 0 年 第 9 期 ) 冷却通风量不够，而引起移相变压器绕组过热，进 而使匝间绝缘劣化引发匝问短路。 2 1 3 改进措施 针对变频器冷却通风系统设计不合理的问题 ， 进行了以下几个方面的改进。 ( 1 )移相变压器返厂，将 已经有过热现象的 B 相绕组全部进行更换。 ( 2 )在移相变压器柜底部增加9 组冷却风机， 以 增加进风量。冷却风从底部经过变压器铁芯和绕组 的风道吸热后由顶部的排风机排走，从而增强变压 器柜的冷却效果。 ( 3 )在移相变压器柜和变频器柜顶部的排风机 处增加专门的连通至室外的风道 ，将热风直接排至 室外，以增加顶部排风机的排风速度 ，并消除热风 排至室内造成空调效果差的状况。 ( 4 )将移相变压器柜顶部的 4台轴流排风机由 6 0 C B M mi n更换为 8 0 C B M mi n ，增加排风量和 散热能力。 ( 5 )将新增的移相变压器柜底部冷却风机、变 频问屋顶排风机和变频间送风机的电源改由变频器 的控制电源供给，并且将上述风机电源空气开关的 辅助接点串接至变频器的报警回路，使整个冷却系 统的任何一台风机跳闸时变频器均能发出报警信号 ， 以便运行人员能及时知晓并采取相关措施 ，保证变 频器冷却通风系统的正常运行 。 2 2 控制电源不稳定导致控制电源短暂失去 2 2 1 故障现象 2 0 0 9 -0 2 -0 7 T1 4 ： 5 4 ，4号机组 l 号凝泵跳闸。 现场检查发现， 1 号凝泵变频器故障指示灯亮， 变频 器显示故障报警信息为 “ CP S F( Co n t r o l P o we r S u p p l y F a i l ， 控制电源故障) ” 。 现场复归故障后， 故 障信号消失， 故障指示灯灭。 后检查故障信息记录 ， 发现无本 日的故障记录 ，现场检查变频器本体和控 制 回路无异常。 2 2 2 故障原因 由于现场无任何故障信息可以查询，经初步判 断可能原因为变频器控制电源故障。因此，2 月 9日 在 2 号机组 1 号凝泵变频器上进行了控制电源失电 试验。试验的故障现象和 4号机组 1 号凝泵变频器 的故障现象完全一致，可以断定故障的原因确为变 频器控制电源失电。该变频器控制 电源回路如图 2 所示。 由图 2可见 ，该变频器控制 电源 由2路 电源 一 一 ( 1 0 l MC C Bl 和 l 0 l MC C B 2 ) 供给 ， 然后 由4 0 MCC B 1 开关送至下级负荷。其 中冷却风扇 电源由 F NMC1 接触器供给 ，而各控制基板的电源由 UP S直接供 给。由于故障发生后检查未发现各电源开关有跳闸 现象 ，低压电源也没有短时消失和明显的波动 ，故 可排除控制电源回路及其负荷有短路及其他故障的 情况，而只有 UP S存在发生故障的可能。后经变频 器厂家分析，该 UP S内部确实存在故障，可导致短 时失电，使其下级的各控制基板也同时失电引起变 频器跳 闸。而且各控制基板的失电也同时导致变频 器的故障信息无法存储 ，因而现场无法查找到任何 故障信息。 图 2 变频器原控制电源回路 2 2 3 改进措施 为了保证变频器控制回路运行的稳定性 ，在和 变频器厂家协商后决定对控制电源回路中的UP S 进 行改造， 将原回路中的 UP S 元件更换为 RC D回路， 从而消除了由于UP S 内部故障导致控制电源失电的 缺陷。改造后的控制电源回路如下图 3所示。 图 3 改造后的变频器控制电源 回路 2 3 变频器高压电切换过程中备用泵联锁启动 2 3 1 故障现象 2 0 0 9 0 5 0 4 ，利用 2 号机组停机的机会对 2 号 机组 1 号凝泵变频器进行高压 电事故切换。切换过 程中， 1 号凝泵运行正常 ， 但2 号凝泵 同时联锁启动。 现场检查 1 号凝泵变频器和凝泵本体无异常 ，变频 第l 2 卷 ( 2 0 1 0 年第9 期) 电力安 全技术 器未发出任何报警和故障信号 。 2 3 2 故障原因 为了查清 2 号凝泵联锁启动 的原因，调用厂用 3 I S运行数据系统查询得知， 2 号机组 l 号凝泵转速 在变频器高压 电事故切换的过程 中由1 2 2 6 r mi n 降 至 7 5 0 r mi n ( 图4 所示) 。由于转速的下降造成凝 结水母管压力由2 5 MP a降至 0 9 MP a ，凝结水母 管压力过低导致 2号凝泵联锁启动。 l 60 0 】 40 0 1 2 0 0 1 0 0 0 商 。 。 啦6 0 0 4 0 0 2 0 0 0 20 0 L | 1 1 ， 7 5 0 图 4 2号机组 1 号凝泵转速变化曲线 对 2号机组 l 号凝泵的转速在高压 电事故切换 拘过程中大幅降低的原因分析如下。根据故障发生 对的电压波形得知 ，在高压 电切换过程中，高压 电 电压下降至额定值的 8 4 ，同时造成其下级负荷之 一 的变频器控制电源电压下降至 1 2 5 V。 该变频器在 陉制 电源 电压低于 1 6 0 V并持续 3 0 0 ms 后即停止输 出，而低于额定电压值 8 0 的时间超过 2 S 后高压 眺闸。在高压 电切换过程 中，变频器的控制电源电 玉已经低于 1 6 0 V， 变频器停止输出， 凝泵的转速迅 瞳下降，凝结水母管的压力同时降低并导致 2号凝 的联锁启动，而同时在 2 S 内电压又恢复正常，变 顷器未高压跳闸并重新恢复输出，转速重新上升。 2 3 3 改进 措施 根据分析的结果并与变频器厂家协商后，决定 肾该变频器的控制电源电压低导致变频器输出停止 均设定值由 1 6 0 V改为 1 2 5 V，以确保在高压 电切换 过程中不会因为控制 电源 电压低导致变频器停止 J 输出，而引起凝泵转速的急速下降。 2 4 变频器逆变单元故障导致变频器跳 闸 2 4 1 故 障现象 2 0 0 9 - 0 7 0 7 T1 0 ： 3 0 ，3 号机组 1 号凝泵运行 中 跳闸 ， 2 号凝泵联启正常。就地检查显示屏 ， 显示故 障信息为 “ V5 一 F” ，即变频器 V相第 5功率单元模 块故障。就地检查发现为变频器 V相第 5个功率单 元 内部 电容充放 电回路连接螺丝过热熔断而导致单 元故障。 2 4 2 故障原因 过热熔断的连接螺丝为逆变单元内部电容充放 电回路的连接处 ，需要承受最高达 4 0 0 A的直流 电 流。经与变频器厂家共同分析认为，该处发热的主 要原因是 ，连接螺丝在逆变单元组装过程 中没有紧 固好而造成接触不 良，在运行中长期承受运行 电流 导致过热 ，而造成该处熔断。 2 4 3改进措施 ( 1 )更换备品逆变单元 。 ( 2 )对其他功率 单元的电容充放 电回路进行全 面检查 ，防止螺丝松动的情况再次发生。 3 结束语 根据 以上对高压变频器故障的分析情况来看 ， 故障的发生既有制造方面的问题 ，也有安装调试 以 及运行方面的问题。因此 ，为了保证高压变频器安 全、稳定、可靠地长