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      凝泵變頻器運行故障分析及應(yīng)對措施

      2015-09-12 01:55:18龔愷愷
      浙江電力 2015年3期
      關(guān)鍵詞:熔斷器風扇電容器

      龔愷愷

      (浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責任公司,浙江 寧波 315208)

      變頻器不僅調(diào)速平滑、范圍大、啟動電流小、運行平穩(wěn),而且節(jié)能效果顯著,同時具有結(jié)構(gòu)緊湊、小巧、可實現(xiàn)無觸點軟啟動和調(diào)速控制等許多優(yōu)點,因此在發(fā)電廠及工礦企業(yè)中廣泛運用,如鎮(zhèn)海發(fā)電廠的引風機、凝結(jié)水泵(簡稱凝泵)等均采用了變頻器。

      變頻器大量使用電力電子器件,容易受到溫度、濕度、塵埃、振動等環(huán)境因素的影響,發(fā)生各種故障,影響設(shè)備的正常運行。以下介紹了鎮(zhèn)海發(fā)電廠凝泵變頻器使用過程中暴露的問題及應(yīng)對措施。

      1 凝泵變頻器及相關(guān)設(shè)備

      凝泵變頻器選用ABB公司的ACS800系列中壓變頻裝置,參數(shù)如表1所示。

      系統(tǒng)接線方式如圖1所示。6kV電源經(jīng)出線開關(guān)DL送至隔離變壓器(簡稱隔離變),隔離變由6300 V降壓為720 V,經(jīng)690 V中壓變頻器軟啟動裝置啟動690 V電動機。凝泵甲變頻器輸出隔離開關(guān)Q1與軟啟動輸出隔離開關(guān)Q2機械聯(lián)鎖,不能同時閉合,凝泵乙變頻器輸出隔離開關(guān)Q3與軟啟動輸出隔離開關(guān)Q4機械聯(lián)鎖,不能同時閉合。變頻器與隔離變獨立安裝,均安裝在主廠房0 m層。為保證變頻裝置的正常運行,在變頻小室安裝了集中空調(diào)及單體空調(diào)。

      表1 凝泵變頻器參數(shù)

      2 電動機絕緣損壞

      2.1 故障現(xiàn)象

      凝泵電動機采用Y400-4型普通立式三相異步電動機(散嵌繞組),變頻器投運后陸續(xù)發(fā)生了3次變頻器過流動作跳閘,經(jīng)檢查變頻器及電纜均無異常,進一步檢查電動機,發(fā)現(xiàn)故障點都在電動機定子繞組上,其中一相線圈匝間短路,并造成故障槽內(nèi)異相的線圈間絕緣擊穿,使變頻器過流動作跳閘。

      圖1 系統(tǒng)接線方式

      2.2 原因分析

      ACS800系列變頻器為半控整流、二電平結(jié)構(gòu)的PWM電壓源型變頻器,輸出為矩形脈沖電壓,由于為二電平結(jié)構(gòu),輸出相電壓電平數(shù)為2個,有很高的電壓變化率du/dt,輸出波形質(zhì)量差。當電壓的du/dt很大時,電動機定子繞組首匝要承擔約80%的脈沖電壓幅值,易造成電動機機端匝間絕緣擊穿,造成短路。

      2.3 應(yīng)對措施

      根據(jù)廠家硬件手冊中的可選濾波模塊說明,在變頻器輸出端加裝du/dt濾波器,抑制變頻器輸出電壓的高頻分量,降低電壓的du/dt。雖然加裝濾波器之后能極大地改善電壓波形,但是不可避免的還是有少量電壓尖峰存在,期間又出現(xiàn)了1次電動機絕緣擊穿。因此,還應(yīng)從電動機選型方面考慮,將電動機改為采用成型繞組的YLTP400-4型變頻調(diào)速三相異步電動機,目前運行良好,沒有再發(fā)生絕緣擊穿故障。

      3 變頻器溫度高報警

      3.1 故障現(xiàn)象

      變頻器小室中裝有雙金屬溫度計,定值設(shè)為35℃報警。在維修人員巡回檢查時,發(fā)現(xiàn)處于運行中的乙凝泵變頻器柜門燙手,于是馬上通過手操器查看變頻器實時信號,發(fā)現(xiàn)其中凝泵變頻器的絕緣柵雙極型管溫度為100℃(跳閘值為125℃),控制板溫度為55℃(跳閘值為88℃),而此時的變頻小室溫度僅為23℃。

      3.2 原因分析

      顯然,變頻器溫度高不是由于小室溫度高而引起。拆下濾網(wǎng)進一步檢查發(fā)現(xiàn),所有濾網(wǎng)都干凈且通風良好,但控制電源供電板進風口濾網(wǎng)已經(jīng)燒毀1/3,說明內(nèi)部發(fā)熱已經(jīng)極其嚴重。將手放在進風濾網(wǎng)口,非但不能感覺到風的吸力,而且能感覺到有熱風吹出,由此可見肯定是出風口堵塞。變頻器出風口在變頻器柜頂前后兩側(cè),且有銅絲網(wǎng)圍住,防止異物進入風道。由于銅絲網(wǎng)網(wǎng)孔極細小,且銅絲網(wǎng)為暗黃色,是否積灰很難用肉眼分辨,一旦積灰,很容易將網(wǎng)孔堵塞,造成通風不暢,從而造成變頻器內(nèi)部溫度高。

      3.3 應(yīng)對措施

      在變頻器前后兩側(cè)出風口銅絲網(wǎng)上各鉆間隔均勻的10個直徑為2 mm的小孔,這樣既能保證通風效果,又能防止異物進入風道;定期清掃進風口濾網(wǎng)時,用毛刷清理出風口銅絲網(wǎng)上的積灰。通過上述處理后,運行至今未發(fā)現(xiàn)有變頻器溫度高現(xiàn)象,絕緣柵雙極型管溫度維持在40℃左右,控制板溫度維持在35℃左右。

      4 變頻器風機故障

      4.1 故障現(xiàn)象

      3號機凝泵乙變頻器柜頂風機運行中有異聲,并且略有焦糊味,停運變頻器,測量風機電動機電容器值,發(fā)現(xiàn)標稱值為5 μF±5%的電容,測量值只有0.014 μF。風機電動機解體后,發(fā)現(xiàn)部分定子線圈發(fā)熱嚴重,有燒毀和部分匝間短路現(xiàn)象。

      4.2 原因分析

      檢查電容器外觀完好,并無漏液,電容器上有標稱參數(shù):420 V~30000 h/CLASS A。凝泵乙變頻器至故障發(fā)生時運行約28000 h,變頻器處于運行或熱備用狀態(tài)時,柜頂風機和變頻模塊的冷卻風機都在運行,已經(jīng)很接近標稱的30000 h的壽命,電容值的減小,降低了電動機的電磁轉(zhuǎn)矩,使得電動機長期過載運行,造成定子線圈發(fā)熱燒毀。

      4.3 應(yīng)對措施

      (1)利用3號機凝泵乙停運機會,又檢查了變頻器變頻模塊的冷卻風機及其電容器,檢查發(fā)現(xiàn)標稱為6 μF±5%的電容量實測值只有4.1 μF,此電容器同樣已經(jīng)快到了30000 h的壽命。更換柜頂風機和2個風機的電容器后,運行正常。

      (2)利用機組小修機會,定期檢查電容器,更換容量下降超出標稱范圍的電容器,并通過手操器查看變頻器實時信號FAN ON-TIME(傳動單元冷卻風扇的運行時間),當風扇運行時間達到30000 h時,立即更換電容器,并將FAN ONTIME參數(shù)清零。

      (3)更改風扇啟動回路。原風扇啟動回路設(shè)計為變頻器進線開關(guān)送電后,就啟動風扇,因此在變頻器熱備用狀態(tài),風扇也是運行的。而一般2臺凝泵變頻器為1臺運行1臺熱備用,因此應(yīng)將風扇啟動回路更改為由變頻器運行信號啟動風扇,這樣就能減少電容器的一半運行時間,延長電容器的使用壽命。

      5 變頻器整流晶閘管損毀

      5.1 故障現(xiàn)象

      6號機凝泵乙變頻器整流橋晶閘管發(fā)生短路故障,B相爆炸、AC相開裂,進線開關(guān)熔斷器爆炸,進線開關(guān)QS1損毀。電動機控制和I/O電路板(RMIO板)以及板上的擴展I/O模塊(RDIO模塊)被熔斷器爆炸引起的弧光灼黑,RMIO板與手操器連接的網(wǎng)線、主電路接口板(AINT板)連接的光纖燒毀。

      5.2 原因分析

      由于進線開關(guān)損毀,因此變頻器不能上電,用繼保測試儀將控制電源送入RMIO板上,用網(wǎng)線將RMIO板與手操器連接起來,幸運的是雖然RMIO板被煙氣熏黑,但上電后仍能正常工作,從手操器上讀出的故障信息如下:

      19613H 35MIN 10S OVERCURRENT(2310)(變頻器過流),19613H 35MIN 11S PPCC LINK(5210)(連接至 AINT板的光纖出現(xiàn)故 障),19613H 35MIN 14S RESET FAULT(故障自復(fù)位),19613H 35MIN 14S PPCC LINK(5210)(故障復(fù)不掉,仍報連接至AINT板的光纖出現(xiàn)故障),19613H 35MIN 16S I/O COMM ERR(7000)(控制板、CH1通道的通信出現(xiàn)錯誤),19613H 35MIN 19S AI<MIN FUNC(8110)(模擬控制信號低于最小允許值)。

      由上述故障信息可見,變頻器由于快速增速或減速而引起瞬時輸出過流,1 s后RMIO板與AINT板連接的光纖通信晶閘管出現(xiàn)故障,導(dǎo)致逆變橋觸發(fā)脈沖混亂,逆變顛覆造成直流母線短路,導(dǎo)致整流橋B相晶閘管爆炸,整流橋AC相晶閘管裂開,短路導(dǎo)致進線開關(guān)熔斷器過流爆炸,故障擴大。查看熔斷器型號為BUSSMANN 500NH3 G690 gG I1=120 kA,gG型號的熔斷器為普通熔斷器,而變頻器要求配用快速熔斷器,熔斷時間小于0.5 s。

      5.3 應(yīng)對措施

      (1)檢查其他變頻器的熔斷器,發(fā)現(xiàn)只有4號機凝泵甲變頻器和6號機凝泵甲變頻器為快速熔斷器,型號為BUSSMANN 170M6813 690V 900A aR700-200 kA,且短路容量大大高于gG型號的普通熔斷器。將所有500 A的gG型普通熔斷器更換為快速熔斷器。

      (2)每次小修時定期檢查光纖、網(wǎng)線等通信線的接口,確保未松動且連接可靠。

      (3)加強變頻器小室的抗干擾措施,禁止在變頻小室使用無線通信設(shè)備。

      6 模擬量輸出故障

      6.1 故障現(xiàn)象與分析

      3號機凝泵乙變頻器轉(zhuǎn)速指令與反饋偏差大,反饋速度比指令小了20%左右。

      至就地查看變頻器手操器上實時信號SPEED(速度)與指令是一致的,初步分析是模擬量輸出模塊損壞,拆開外側(cè)線后,用毫安信號儀測量速度反饋信號,測得的毫安信號經(jīng)換算后與實際轉(zhuǎn)速一致。DCS(分散控制系統(tǒng))的模擬量采集模塊的采樣電阻為250 Ω,接上電阻箱(電阻250 Ω)再次測量毫安信號,發(fā)現(xiàn)信號有20%衰減,與故障現(xiàn)象一致,表明變頻器速度模擬量信號輸出模塊的帶負載能力下降。

      6.2 應(yīng)對措施

      (1)由于RMIO板上只有2路模擬量輸出,分別為電動機轉(zhuǎn)速和變頻器輸出電流,因此只能在RMIO底板上加裝1個模擬擴展模塊(RAIO)。

      (2)購買RAIO和RDIO備件,加強對變頻器模擬量和數(shù)字量輸入輸出的監(jiān)視,一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題,立即更換或加裝模塊。

      7 變頻改造及運維管理的建議

      (1)在變頻改造過程中,如采用高壓變頻的12脈沖完美無諧波變頻器,可不考慮更換原電動機;如采用半控整流、二電平結(jié)構(gòu)的PWM電壓源型變頻器,由于當電壓的du/dt很大時,電動機定子繞組首匝要承擔約80%的脈沖電壓幅值,易造成電動機機端匝間絕緣擊穿,造成短路。最好將電動機也改型為成型繞組的變頻電動機,并在變頻器采購時訂購du/dt濾波器,抑制變頻器輸出電壓的高頻分量。

      (2)變頻器室應(yīng)防塵、防潮,如有條件最好能采用內(nèi)循環(huán)空氣冷卻,運行時室溫宜控制在25℃左右,不宜過高或過低,過高易造成電子器件超溫及老化,過低易結(jié)露,特別是變頻器剛停運時由于元器件溫度較高,而此時室溫過低更容易造成結(jié)露。平時要定期清掃進風口濾網(wǎng)和出風口的積灰。

      (3)定期更換冷卻風扇。冷卻風扇保證變頻器主回路電力電子器件工作在允許溫度以下;冷卻風扇的壽命受限于軸承、電容器等,對于接近使用壽命的冷卻風扇,需進行軸承檢查、更換電容器或冷卻風扇。建議每2年更換風機電容器,每4年更換冷卻風機。

      (4)功率單元及進線開關(guān)的熔斷器宜采用快速熔斷器,在變頻器故障時可以快速切斷故障,防止事故擴大。在正常使用條件下,熔斷器壽命約為10年,可按此時間考慮更換。

      (5)不少變頻器都自帶UPS(不間斷電源),控制電源取自UPS二次側(cè),可能由于蓄電池缺乏維護,容量下降而導(dǎo)致在UPS逆變供電時,變頻器失去控制電源。建議每年利用機組小修的機會更換變頻器自帶UPS的蓄電池。也可以取消變頻器自帶的UPS,采用更為可靠的廠用UPS。

      (6)由于中高壓變頻器中大多采用光纖和網(wǎng)線通信,因此必需加強對光纖接口,網(wǎng)線接口的檢查及緊固,且光纖接口必需注意防塵和彎曲直徑大于10 cm。

      在變頻器運行維護上應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗,采取積極有效的應(yīng)對措施,提高變頻器的運行可靠性。

      [1]賀益康,潘再平.電力電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1995.

      [2]高軍.高壓異步電動機變頻運行中絕緣損壞的分析和對策[J].浙江電力,2011,30(1)∶50-53.

      [3]張選正,張金遠.變頻器應(yīng)用經(jīng)驗[M].北京:中國電力出版社,2006.

      [4]柳超,王建偉,劉建剛.9FA燃氣—蒸汽多軸聯(lián)合循環(huán)機組的凝結(jié)水泵變頻改造[J].浙江電力,2014,33(6)∶58-51.

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