辅机高压变频器运行的问题探讨

刘求阳1崔乘亮2廖大兵3徐兵4

摘要：某电厂6kV变频器存在的问题表现在：信号干扰影响电源开关跳闸、冷却方式弊端多、一次风机变频运行节能效果差、增压风机变频器容量选型偏小、低转速电动机变频运行后温升变大等问题。通过逻辑修改和电气闭锁、缩短滤网清扫时间周期、合理降低一次风机出口风压运行、设置增压风机过负荷预警信号、改造低转速电动机风冷系统等措施，提高变频器的运行稳定性。

关键词：信号干扰；冷却方式；节能效果；容量选择

1引言

随着节能要求提高，高压变频技术在火电厂6kV系统的水泵和风机类负载中得到了广泛应用。广州某2×330MW燃煤供热电厂，两台机组分别于2009年10月和12月全部投产发电，凝结水泵变频器在机组初建时已配置，且先后完成1、2号机组引风机、一次风机和增压风机共计10台辅机的变频调速改造工作，改造总容量累计达到22600kW。均使用ZNIVERT系列手动旁路模式变频装置。下面就变频技改和运行过程中的几项问题及改进措施进行阐述。

2信号干扰问题

改造中变频器与DCS系统和6kV电源开关之间的接线较多，动力电缆和信号电缆并存。弱电信号一旦受到干扰，现场将会出现很多异常的故障，因此在改造过程中，应该按照各种类型电缆的布线、接地等方面的要求严格实施。

2.1重故障回路信号干扰

当变频器发生重故障时，有必要及时断开6kV电源开关以避免事故扩大。在该电厂DCS系统的变频控制中原先增设了重故障时远方急停6kV电源开关的逻辑。ZNIVERT系列变频器在监测到本体重故障后立即向DCS发出告警信号，同时内部进行自检确认等操作。如果重故障持续了5S仍然存在，变频器执行“急停”操作，并发出指令断开6kV电源开关。在投运后一个月之内，就出现了两次重故障信号干扰事件，造成了变频器停运。截止2010年底，仅1号机的重故障干扰信号就达到四次，见表1所示。

表1变频器重故障回路干扰情况统计表

经咨询变频器厂家设计部门，其在DCS逻辑中增设重故障急停变频器的考虑为：变频器出现重故障后，实现双重指令紧急停运变频器。但变频器在实际重故障中，已存在变频器发出的急停本体设备和6kV电源开关双重保护功能，为简化逻辑，提高运行可靠性，最后取消了在DCS系统中收到“重故障信号”急停上重故障急停6kV电源开关的逻辑[1]。

2.2电源开关跳闸控制回路改进

风机变频改造时，6kV电源开关二次控制回路也应进行更改。以风机变频改造为例，手动旁路类型主要修改要求为两点：

（1）变频器“准备就绪”状态前闭锁6kV电源开关合闸；

（2）变频器确认“重故障”后应发出断开6kV电源开关的指令。

但当风机需要工频运行时，将会出现两个问题：

（1）某些情况下需要手动短接控制回路中变频器“变频器准备就绪”接点后，运行人员才能够实现远方合闸。

（2）风机工频运行并且在变频器检修状态时，变频器与6kV电源开关之间的跳闸指令接点有误导通跳闸的风险。

要解决这两个问题，可在控制柜上增设一个双位置切换开关，定义为“工频/变频”，在6kV电源开关控制回路中接入切换辅助接点进行闭锁，即可满足要求，如图1所示。

图16kV电源开关控制回路修改图

3变频器冷却及电动机温升问题

变频器的移相变压器和功率单元体均属于高发热设备，功率单元电子元件对防尘有较高的要求。该电厂风机变频器采用分段冷却方式，变频器内部移相变压器与功率单元交接处用60mm厚的泡沫材料隔离。移相变压器部分采用空气循环自然冷却，通过机柜顶部风扇将热风不断从外接风道排出室外；功率单元及控制柜使用空调密闭循环。10套变频器（2套凝结水泵变频器在主厂房内与380V段公用冷却系统）分布于3个房间，容量总结26840kVA，共使用二十多台单体空调，累计功率约为106kW。目前变频器冷却系统主要存在的三项缺点为：

（1）空调数量多，维护工作量大，导致耗电量多；

（2）空调控制未实现自动温控，时间运行长；

（3）变频器房间和柜体进风口滤网更换工作量大，由于电厂粉尘偏多，进风口滤网更换工作由原先两周清理一次调整为每周清理一次，并且及时清理室内地面灰尘，如果清理时间间隔过长时，严重影响进风量，冷却效果受到影响。该电厂曾出现过变频器室进风口滤网堵塞严重导致室内负压增大，房间大门难以打开甚至部分卷闸门严重变形。

根据材料的特性，电动机的绝缘介质长时间在高温会加速老化。变频运行后转速降低导致冷却风量减少，该电厂后期技改的10台电动机变频运行后，定子绕组及轴承温度均有不同程度的升高，与工频状态对比，普遍上升了7～10℃，特别是低转速电动机更明显[2]。以2台增压风机电动机为例，额定转速425r/min，改造之前定子绕组最高温度在105℃以下，变频运行后频率基本趋于36～43Hz。1号增压风机2010年7至8月份的统计数据显示：电动机定子绕组温度很多时间在100℃左右，高温度多次超过110℃，最高温度达到了126℃。最终考虑对增压风机电动机进行了冷却系统改造。因此对低转速类的负载进行变频改造时，应综合电动机冷却效果的因素进行考虑。

4一次风机变频运行节能效果差处理

该电厂风机改造前，对引风机、一次风机和增压风机运行工况，进行过改造后变频运行的节能比例测算，改造后的变频运行数据统计表明：引风机和增压风机均能达到或超过测算的节电比例。以发电负荷率较高的7至8月中45天的有效数据进行统计说明，见表2所示。

表2变频和工频运行的节电率对比

一次风机在改造前节能测算中为节电率最高者，但从表3中的数据可以看出，变频运行工频运行的单耗率没有明显差别。通过对其他电厂对比运行参数发现：一次风机变频运行时出口风压维持在11kPa左右，在低煤量时出口风压也大于10kPa，致使一次风机变频器输出频率多数时间维持在45Hz以上，变频器基本处于满负荷运行状态，因此节能效果不明显。运行人员针对不同煤质和煤量进行降低一次风机出口风压运行尝试，并制定了相关的运行规定，取得比较明显的节能效果，11至12月的统计数据表明，合理降风压运行后一次风机单耗同比降低24.8%，达到预期效果。

5变频器容量选型问题

变频器容量直接影响其价格，现在国产系列的变频器容量一般按照电动机额定功率的120%-130%选型[3]。如果变频器容量选型偏小，在设备重负荷运行时就会有一定影响。该电厂的增压风机变频器因电流选型偏小，发生过输出过负荷变频器保护跳闸故障。

表3增压风机电动机及变频器参数

由于增压风机功率因数相对较低，根据其额定参数计算（不包含裕量），电动机容量为2972kVA，但变频器额定容量2800kVA，存在选型偏小的问题。ZNIVERT系列变频器“电动机热积累”保护动作条件为：输出电流超过电动机额定电流（控制器内原先设定值为变频器额定电流270A）105%，即输出电流达到283.5A时保护开始启动。此时还未达到电动机的额定电流，针对该类短时重负荷运行概况，对变频器及控制逻辑进行了如下修改：

（1）输出电流限制调整。将原先变频器额控制器中的“电动机额定电流270A”定值修改为283.5A（变频器输出电流的105%）。

（2）设置输出电流过流告警。在DCS控制逻辑中新增变频器输出电流越限告警，定值以283.5A为参考，运行电流超过该定值持续15S（小于变频器定时限过负荷时间定值）即弹出告警信号，提醒运行人员注意。经两处调整后，增压风机变频运行再未出现过该故障。

6改造中电缆问题

随着变频器技术在电厂的广泛使用，其单价成本在逐年下降，但是电缆价格却存在上升趋势。目前改造中大部分的6kV动力电缆采用部分更换的转接方式，控制电缆及其他全部更换[4]。本变频改造技改工程中，新增加的电缆的费用占到总成本的8%。

目前6kV电缆转接一般采用两种方式：电缆中间头对接两侧和电缆转接箱内设置母排对接，前者投资相对较低。该电厂变频改造中采用中间转接的方式，两台机组风机改造共安装了10个中间接头。中间转接方式需要选用优质材料并做好防水防潮措施。日常检查内容包括定期对中间接头进行测温、受潮进水和挤压状况等。

电缆转接箱一次性投资较大，每个转接箱需要制作两个电缆终端头，通过转接箱内的铜排连接完成，金属裸露部分使用热缩材料包裹。转接箱一般置于地面，柜体密闭、外壳可靠接地、柜门加装牢靠锁具、设置醒目警示牌，日常维护工作量较小，该方式在贵州火电厂的变频技改中应用比较广泛。

7结束语

目前仅有少数火电厂在凝结水泵的初始设计时就配置有变频调速装置，高压变频装置的节能效果、稳定性和改造成本是技改工程的主要决定因素。广州某电厂变频改造后，节能效果明显，对降低厂用电有积极促进。随着变频技术的成熟和节能要求的提高，高压变频器将会在更多的电厂中得到使用。对各种不同型号和结构的高压变频装置，在改造和运行中的有针对性的完善细节问题，对于变频器的稳定运行有重要意义。

参考文献

[1]广州智光电气．Zinvert系列高压变频调速系统用户手册[Z]．2008.08．

[2]DL/T994-2006火力发电厂风机水泵用高压变频器[S]．

[3]黄伟,俞犇,王敦敦,杨剑锋.大型超超临界机组汽动引风机调试技术探讨[J].湖南电力.2015(01)

[4]姚远,潘秀秦,揭其良,王礼.火电机组汽动引风机改造控制策略研究[J].东北电力技术.2014(04)

作者简介：

刘求阳（1972年），男，华润电力控股有限公司华南大区，副总经理，硕士，工程师。

崔乘亮（1971年），男，广州华润热电有限公司，副总经理，本科，工程师。

廖大兵（1981年），男，华润电力控股有限公司，主任工程师，硕士，工程师。

徐兵（1987年），男，广州华润热电有限公司，节能工程师，本科，初级工程师。