6kV高压变频器运行维护实践.pdf

J 电 力 安 全 技 术 第 1 5 卷( 2 0 1 3 年 第l 2 期 ) 6 k V 高压变频器运行维护实践 马贤宁，祁 晨 ，田美文，商思伟 ( 太仓港协鑫发电有限公司，江苏 太仓 2 1 5 4 3 3 ) 摘要介绍 了6 k V高压 变频器的工作原理和 目前广泛使用的几种类型，结合太仓港协鑫发 电有限公司高压变频器在日常运行中所出现的问题和故障处理措施，总结了高压变频器的日 常维护 方法和需要注意的事项。 关键词高压变频器；多单元串 联； 跳闸； 报警；测试 0 引言 某公司应用高压变频器已有较长的时间，但在 使用过程中对于其运行维护方面的能力仍显不足， 目前仅能解决表面浅层 问题 ，对于其内部的深层次 问题无法有效控制。本文将此前的一些运行维护经 验与业 内人士共享 ，以期提高今后的运行维护技术 水平。 1 高压变频器的工作原理 高压变频器是一种串联叠加性高压电气设备， 即采用多台单相三 电平逆变器串联连接，输出可变 频、变压的高压交流 电。 按照电机学的基本原理，电机转速关系式为： 力 一 ( 1 一 s ) 6 0 f p= n o ( 1 一 s ) 式中： p 一 电机极对数； ， 一电机运行频率 ； 力 同步转速； s 一滑差。 式中，电机同步转速力 。 = 6 0 f p，即n 。 正比 4 结语 大型水氢氢冷却发电机组 ，定子线棒 由矩形的 空心和实心股线 昆 合编织而成， 通过空心股线中的 水介质来冷却，保证定子线棒温度在允许范围内。 因空心股线内径很细小，若定冷水含有气体，其所 释放出的微小气泡贴壁后将影响换热，可能引起发 一 一 于 电机的运行频率 o 一般情况下 由于滑差S 比较小 ， s = 00 0 5 ，所以电机的实际转速力约等于 电机 同步转速力 ，因此调节电机供电频率， ，就能改变 电机的实际转速。电机 的滑差 s和负载有关，负载 增加则滑差增加，所以电机实际转速还会随负载增 加而略有下降。 高压变频器一般由变压器柜、功率柜 、控制柜 组成。三相高压 电经高压开关柜进人变压器柜后， 经输入降压、 移相给功率单元柜内的功率单元供电。 功率单元分为 3 组，一组为一相，每相的功率单元 的输出首尾相串。主控制柜中的控制单元通过光纤 对功率柜中的每一功率单元进行整流、逆变控制与 检测。这样就可根据实际需要通过操作界面进行频 率的给定 ，控制单元把控制信息发送到功率单元进 行相应的整流、逆变调整，输出满足负荷需求的电 压等级。 2 高压变频器的类型 该公司所配置 的高压变频器类型共有 3种 ：西 门子罗宾康 NB H、北京利德华福 Ha r v e s t 和北京 电机定子线棒温度异常升高。此外 ，若定冷水含有 大量气体，在进入空心股线后 ，可能形成气塞 ，造 成该股线冷却水中断，威胁发电机线棒绝缘安全。 正常运行期间，重视定冷水煤气表积数变化情 况 ，既可连续监视发 电机内氢气漏入定子水路的气 量，又可及时发现定冷水回路的异常，保证机组安 全稳定运行 。 ( 收稿日期： 2 0 1 3 0 9 0 2 ) 第 1 5 卷 ( 2 0 1 3 年第 1 2 期 ) 电力 安 全 技术 合康亿盛 H I V E R T，均属于交 一直 一交、多单元 串联电压源型、晶闸管变频器方式。国内用户中此 3 种高压变频器使用较为广泛。 自2 0 0 6 年，该公司开始高压电机变频改造工 作以来，至 2 0 1 1 年共完成 4台机组的高压变频器 2 4台。其 中西门子罗宾康 NBH高压变频器 1 6台， 于 2 0 0 6 -2 0 0 7年投入 运 行，主 要用于 一次 风机、 循环水泵、凝结水泵 ；北京利德华福 Ha r v e 高压 变频器 4台 ， 于 2 0 1 1 年投入运行， 主要用于引风机； 北京合康亿盛 HI VE RT高压变频器 4台，于 2 0 1 1 年投入运行 ，主要用于引风机 。 西门子罗宾康 NB H高压变频器使用脉宽调制 技术，北京利德华福 Ha r v e s t 高压变频器采用单元 串联多 电平技术 ，北京合康亿盛 HI VE RT高压变 频器采用 空间矢量控制正弦波 P WM 调制技术 。3 种类型变频器在硬件配置、控制逻辑、现场操作上 均有不同，各有特点，在本文中不进行说明。 3 高压变频器故障处理 自2 0 0 6 年至 2 0 1 2 年底，该公司高压变频器共 发生跳闸、报警事件 l l 5 次。西门子罗宾康高压变 频器 自2 0 0 6 年投产以来发生跳闸、 报警事件 1 1 3 次 ， 年均近 1 6次 ， 其 中跳闸事件 6 8次， 报警事件 4 5次。 北京利德华福高压变频器 自 2 0 1 1 年投产以来未发 生过故障。北京合康亿盛高压变频器 自 2 0 1 1 年投 产以来发生过 2 次跳闸事件。在专业检修人员历次 异常事件的处理过程中，通过不断分析总结 ，积累 了一些有关高压变频器的现场运行经验及高压变频 器异常处理方法。 该公司高压变频器 日常故障主要集中在以下几 个方面：单元控制板故障；控制系统故障； 系统 重启 故 障；二极 管及 I G B T元 件故 障； U P S电源故障。其中控制系统故障比例最高，达 到 5 1 次 ，单元控制板故障比例其次 ，达到 3 4次。 通过对历次事件的分析判定，主要问题集中在 以下几个方面。 ( 1 )环境。2 0 0 6 年高压变频器投产初期，因变 频器室未装设恒温除湿装置，而该公司地处江南， 紧邻长江，雨水较多，黄梅季节及阴雨天气时室内 湿度可达到 9 O 以上 。2 0 0 7 ，2 0 0 8年每年故 障率 均在 2 03 0次。此后通过在高压变频器室安装空 J 调 ，2 0 0 9 -2 0 1 2年每年故 障率 逐步下降，最低 时 只有 5 次。这说明环境对电子元器件的影响是致命 的， 运行环境改善对高压变频器可靠运行至关重要。 ( 2 )二极管及 I G B T元件。自2 0 1 0年以来， 现场 西门子罗宾康高压变频器开始 出现二极管及 I G B T元件故 障事件 ，既有在机 组运行 中发生 的， 也有在检修后送高压 电时发生的。元器件的老化问 题 已逐步开始显现。目前通过对元器件更换及检测 可逐步解决此类问题。公司在 日常维护中储备部分 二极管及 I G B T备件，可缩短现场故 障处理时间。 ( 3 )U P S电源。西门子罗宾康变频器控制系统 设计有 自带的 UP S电源。UP S电源部件在运行 2 年后开始逐步 出现故 障，目前只有通过定期更换 U P S电源装置来保证高压变频器的稳定运行。北 京利德华福采用外部 UP S电源及直流 电源 ，北京 合康亿盛采用外部 4 0 0 V保安段交流电源，避免了 此类问题发生 。 ( 4 )其他元器件。2 0 1 2 年，西门子罗宾康高压 变频器出现输出电 压、电流波动大问题，经现场检 查 ，发现为高压变频器输出侧采样元件的浪涌抑制 器元件老化造成。安排更换浪涌抑制器后恢复正常 运行。 由于北京合康亿盛 HI V E R T高压变频器、北 京利德华福 Ha rve s t 高压变频器投运时间较短 ，且 其运行环境较好 ，发生 问题相对较少。北京合康亿 盛 HI VE RT高压变频器 曾因电机高压 电缆接地故 障引发高压变频器控制系统过压，造成控制系统着 火 1 次，因为内部元件故障造成高压变频器跳闸 1 次。北京利德华福 Ha r v e 高压变频器出现 1 次人 机界面死机 问题 ，主要原因为人机界面 P L C程序 容量偏小造成，扩容后运行正常。 4 高压变频器的日常维护方法 上述故障情况分析表明，高压变频器对运行环 境的要求较为苛刻。由于发 电厂具有连续生产的特 点，对于使用高压变频器的引风机、一次风机等重 要辅机的可靠性要求高，不允许发生异常事件，否 则将影响机组安全及 出力。 结合日常维护及故障处理的实践，对高压变频 器的 日常维护提 出以下几点建议。 ( 1 )确保高压变频器 的运行环境 良好 ，环境湿 一 一 J 电 力 安 全 技 术 第 1 5 卷( 2 0 1 3 年 第 1 2 期 ) 度控制在 3 0 5 0 较为合适，环境温度控制 在 3 0以下。用户可在室内安装温湿度检测装置， 以便于运行及检修人员判断并及时进行环境控制。 ( 2 )对于 西门子罗宾康高压变频器 所 自带 的 UP S电源装置，用户应安排定期更换 ，以防止 因 U P S电源模块问题引起高压变频器控制系统失电 而造成故障。2 4 年是较为合理的更换周期。 ( 3 )高压变频器的一次系统、二次系统接地点 要分开布置， 以防止高压系统对控制系统产生干扰。 西门子罗宾康高压变频器存在一、二次系统共用同 一 个接地点的问题 ，用户可 自行进行接地点分开布 置工作。 ( 4 )对高压变频器单元中所使用的电容 ，应定 期开展测试工作 ，掌握 电容量衰减趋势。西 门子罗 宾康要 求电容量衰减不大于 1 0 ，实际 电容生产 厂家要求电容量衰减不大于 2 0 。用户应根据 电 容衰减情况及时安排 电容更换工作 。公司使用的电 容测试仪器为 H I O K I 3 5 2 2 - 5 0 L C R H i t e s t e r 。需 要注意的是，电容的拆装应使用力矩扳手，如西门 子罗宾康变频器要求力矩为 42 0 N m。实际力 矩参数可参考不 同厂家的具体要求来定。 ( 5 )对于高压变频器 的其他内部元器件 ，如浪 涌保护器、二极管、I G B T等 ，建议用户在机组检 修期间安排抽检，并通过对回路电阻的比对测试， 及时发现异常情况并处理。 ( 6 )在高压变频器内部元器件更换后，建议先 进行反送电测试，模拟系统运行工况进行拷机，在 确认无异常后再进行送高压电测试工作。只有完成 上述工作，才能确保高压变频器恢复正常工况。用 户可用大容量三相调压器来实现反送电测试工作， 具体 电压等级可根据变频器 电压参数进行选择。 ( 7 )在定期清理高压变频器板件的工作中，可 使用纯羊毛刷子进行清理。严禁使用带电清洗剂之 类的产品，因为此类清洗剂会对元器件 、板件造成 腐蚀，降低元器件的使用寿命，引发设备故障。 ( 8 )在一次设备停运期间，如检修工作无特殊 安全要求， 建议不要断开高压变频器控制系统电源， 应保证控制系统始终处于带电状态，以减少控制系 统停送电次数，减少元器件故障的发生。 5 高压变频器 日常维护存在的问题 5 1 西门子罗宾康高压变频器 ( 1 )其内部配置的 UP S装置 电源需定期更换 ， 造成维护成本增加。由于发电厂配置有机组 UP S 、 机组直流系统，若使用这 2 种电源做为高压变频器 控制系统电源则可满足 电源可靠性要求 ，因此建议 对电源系统进行改进。 ( 2 )对于现场发生故障的控制板件等，由于国 内生产厂家不能向用户提供明确的检测结果 ，在故 障技术诊断方面提供给用户的信息较少，不利于用 户对设备的全面管理。 5 2 北京合康亿盛 H I V E R T 高压变频器 ( 1 )其接地保护配置不合理，不能及时消除高 压变频器外部的接地短路故障，其接地检测元件在 接地故 障时易发生过热 ，引起其他元件损坏 。 ( 2 )在故障数据读取方面，其所配置的P L C 对内部故障信息记录不全面， 不利于现场故障判断， 延误现场故障处理时间。 ( 收稿日期：2 0 1 3 0 8 2 4 ) 广 告 目 次 苏州工业园区金禾电气设备有限公司封 面 苏州热工研 究院有限公 司广 l 乐清市华东安