2022年行業(yè)分析發(fā)電廠采用高壓變頻器存在問題分析

發(fā)電廠采用高壓變頻器存在問題分析在火力發(fā)電廠中，廠用電量約占機(jī)組發(fā)電量的5%～8%，其中風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的用電量約占廠用電的80%;而這些設(shè)備在容量設(shè)計(jì)和選型上有很大的裕度，采納風(fēng)門或閥門調(diào)整截流能量損失很大，在實(shí)際運(yùn)行中機(jī)組負(fù)荷也需要調(diào)整，在機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行或負(fù)荷率較低的工況下狀況更甚。隨著能源供需的沖突日益突出，“廠網(wǎng)分別、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”政策的實(shí)行，更加劇了電廠的成本壓力，迫使發(fā)電企業(yè)實(shí)行節(jié)能降耗，以增加競(jìng)爭(zhēng)力。在電機(jī)節(jié)能方面，變頻器有其他調(diào)速設(shè)備不行比擬的優(yōu)勢(shì)，特殊是高壓變頻器的節(jié)能效果更為顯著，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)風(fēng)機(jī)、泵類進(jìn)行高壓變頻改造后節(jié)電率可達(dá)20%～60%。因此，對(duì)火力發(fā)電廠的高壓輔機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，可以最大限度地降低廠用電率和發(fā)電成本，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

眾所周知，高壓輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、牢靠性直接影響火力發(fā)電機(jī)組的平安穩(wěn)定運(yùn)行，一旦這些關(guān)鍵輔機(jī)設(shè)備由于變頻器故障而非正常停機(jī)，往往會(huì)導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷大幅下降甚至跳機(jī)、鍋爐熄火等事故。造成的損失是節(jié)能效益無法彌補(bǔ)的。因此，電廠輔機(jī)在進(jìn)行高壓變頻器改造時(shí)，對(duì)高壓變頻設(shè)備的穩(wěn)定性、牢靠性要求必需排在首位。在高壓變頻器選型時(shí)應(yīng)關(guān)注幾個(gè)方面。

高壓變頻器平均無故障時(shí)間

高壓變頻器的指標(biāo)需要生產(chǎn)廠家從選購、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理等環(huán)節(jié)加以保證。因此在選型時(shí)可以通過收資、調(diào)研，選擇產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)與品質(zhì)掌握嚴(yán)格、設(shè)備運(yùn)行較穩(wěn)定、用戶業(yè)績(jī)?cè)u(píng)價(jià)高的產(chǎn)品。

對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力量

評(píng)定高壓變頻器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力量主要從以下幾個(gè)方面考慮：

a）對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)力量。當(dāng)母線上電動(dòng)機(jī)成組自起動(dòng)、當(dāng)母線上最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)組起動(dòng)時(shí)對(duì)變頻器運(yùn)行的影響，這與變頻器允許的輸入電壓波動(dòng)范圍參數(shù)有關(guān).對(duì)于火電機(jī)組應(yīng)保證母線電壓跌落30%時(shí)變頻器不會(huì)停機(jī)。另外，存母線切換等狀況下所造成的母線電壓瞬時(shí)失電發(fā)生后，變頻器應(yīng)具有持續(xù)或恢復(fù)運(yùn)行的功能（有些廠家稱為“失壓再起動(dòng)功能”），即在母線電壓瞬問降低或消逝（如事故切換）時(shí)變頻器不跳閘或使電機(jī)系統(tǒng)慣性運(yùn)行;當(dāng)母線電壓重新恢復(fù)正常后，變頻器能依據(jù)捕獲到的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速止確調(diào)整自身輸出，重新拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的功能。在電源瞬間跌落或消逝時(shí)問不長(zhǎng)的狀況下，該功能保證變頻器所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的穩(wěn)定性，削減對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響，避開鍋爐滅火現(xiàn)象的發(fā)生。這一點(diǎn)是在選擇重要輔機(jī)高壓變頻器時(shí)所必需考慮的問題。

b）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)力量。高壓變頻器大多安裝于現(xiàn)場(chǎng)輔機(jī)四周，灰塵較多，灰塵進(jìn)人變頻柜內(nèi)會(huì)導(dǎo)致絕緣下降或擊穿損壞電子元器件;灰塵堵塞濾網(wǎng)造勝利率柜散熱效果差，易導(dǎo)致功率模塊過熱失效損壞。有些廠家把空氣濾網(wǎng)設(shè)計(jì)為在運(yùn)行中可拆換清洗，便于維護(hù)。在南方高溫、潮濕氣候地區(qū)，應(yīng)選擇對(duì)環(huán)境溫濕度要求低、系統(tǒng)溫升相對(duì)低的產(chǎn)品，以保證平安穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)自身小故障的承受力量

高壓變頻器具有單元旁路功能，即某個(gè)功率單元出故障時(shí)該單元應(yīng)能夠自動(dòng)退出，整個(gè)系統(tǒng)可持續(xù)帶故障運(yùn)行，這實(shí)際是一種冗余設(shè)計(jì)技術(shù)。此時(shí)應(yīng)留意單元旁路后對(duì)變頻器帶載力量的影響，主要考慮變頻裝置每相功率單元個(gè)數(shù)、掌握系統(tǒng)的電壓補(bǔ)償。單元串聯(lián)越多，故障概率越大，單個(gè)單元故障對(duì)輸出力量的影響越小，二者應(yīng)折中取舍。若采納電壓補(bǔ)償算法、中性點(diǎn)偏移算法可提高系統(tǒng)單元旁路后的帶載力量，但此種方法可能帶來共模電壓等問題，需視電動(dòng)機(jī)絕緣平安等設(shè)備詳細(xì)狀況取舍。

高壓變頻器的掌握系統(tǒng)電源至關(guān)重要，應(yīng)設(shè)計(jì)采納多路掌握電源供電，多通道互為備用、無擾切換;風(fēng)扇冷卻器的冗余設(shè)計(jì)也有助于提高系統(tǒng)的抗擾動(dòng)力量。

對(duì)外部故障的承受力量

對(duì)輸入側(cè)的外部故障，如外部電網(wǎng)故障造成母線電壓跌落時(shí)對(duì)高壓變頻器運(yùn)行的影響。廣東省某電廠機(jī)組曾發(fā)生過這樣的事故：由于外部電網(wǎng)瞬時(shí)故障造成廠用電母線電壓閃變跌落.導(dǎo)致輔機(jī)變頻器停機(jī)。雖然外部電網(wǎng)的故障很快切除。但由于變頻器拖動(dòng)的重要輔機(jī)停運(yùn)導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷。因此瞬時(shí)停電再起動(dòng)功能應(yīng)是電廠機(jī)組輔機(jī)高壓變頻器提高外部故障承受力量的牢靠保證。

對(duì)輸出側(cè)的外部故障.如電纜擊穿短路或電動(dòng)機(jī)的單相接地甚至相問短路故障對(duì)高壓變頻器的影響。高壓變頻器應(yīng)配置單相接地故障檢測(cè)功能。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況選擇設(shè)定告警或跳閘愛護(hù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)廣東省高壓電動(dòng)機(jī)南于絕緣損壞導(dǎo)致的相間短路故障每年平均約20臺(tái)。雖然相對(duì)概率較小，但對(duì)于采納過流力量極其有限的電力電子器件的高壓變頻器.短路電流的沖擊對(duì)設(shè)備的損害是大的，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞的嚴(yán)峻故障。高斥變頻器對(duì)輸出相間短路的承受力量與愛護(hù)技術(shù)是設(shè)備選型、保證設(shè)備平安應(yīng)考慮的一項(xiàng)重要因素。

設(shè)備的故障恢復(fù)時(shí)間設(shè)備故障分為兩種類型：

一是瞬間可自行恢復(fù)的故障，這種故障一旦消失之后，能在較短的時(shí)間內(nèi)自行恢復(fù)，而具有轉(zhuǎn)速自動(dòng)跟蹤功能的變頻裝置能顯著提高在此種故障狀況下的運(yùn)行力量和牢靠性。廣東省正在運(yùn)行的部分高壓變頻器在雷雨季節(jié)發(fā)生雷擊時(shí)頻繁停機(jī)，就是由于不具備此種功能所致;其二是發(fā)生永久性損壞故障后裝置的恢復(fù)時(shí)間，功率單元模塊化可以在短時(shí)間內(nèi)更換備用模塊，使設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。

變頻改造對(duì)電機(jī)愛護(hù)的影響

高壓變頻器一般均配置工頻旁路柜，以保證在變頻器現(xiàn)故障或檢修時(shí)，通過T頻旁路柜的切換電機(jī)恢復(fù)工頻運(yùn)行，保證生產(chǎn)持續(xù)不斷。但這種切換也帶來了相應(yīng)愛護(hù)配置的問題：電動(dòng)機(jī)在變頻運(yùn)行狀態(tài)下開關(guān)柜應(yīng)裝設(shè)變壓器愛護(hù)（因變頻器內(nèi)部與廠用電連接部分為輸人移相整流變壓器），而在T頻運(yùn)行時(shí)應(yīng)裝設(shè)電動(dòng)機(jī)愛護(hù)。因此在改造時(shí)，原有電動(dòng)機(jī)愛護(hù)應(yīng)保留，作為工頻運(yùn)行時(shí)的愛護(hù)裝置，假如變頻器掌握系統(tǒng)不具備輸入變壓器的愛護(hù)功能，從系統(tǒng)平安和合理配置愛護(hù)的角度考慮，需加裝“隔離移相變壓器”愛護(hù);在電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí).退電動(dòng)機(jī)愛護(hù)而投變壓器愛護(hù)。

手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路

手動(dòng)切換變頻器的運(yùn)行方式（工頻-變頻），存在操作簡(jiǎn)單、中斷時(shí)問久對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性影響較大的問題。具有工頻-變頻自動(dòng)切換的變頻器在發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)切換至工頻運(yùn)行。保證了重要輔機(jī)的持續(xù)運(yùn)行。降低了對(duì)機(jī)組乃至對(duì)電網(wǎng)的影響。但是存電動(dòng)機(jī)故障時(shí)變頻器自動(dòng)切換至工頻，會(huì)加劇電動(dòng)機(jī)的故障，并有使故障擴(kuò)大化的危急。在詳細(xì)的應(yīng)用中，應(yīng)充分考慮“自動(dòng)旁路切換功能”的利弊，最好變頻器掌握系統(tǒng)具有判別自身故障和負(fù)載故障的力量。另外自動(dòng)工頻變頻切換時(shí)還應(yīng)留意開關(guān)柜愛護(hù)裝置的自動(dòng)切換、風(fēng)門或閥門的聯(lián)動(dòng)調(diào)整。在變頻檢修完畢后，如何使電機(jī)從工頻運(yùn)行狀態(tài)瞬間切換至變頻運(yùn)行狀態(tài)，也是存改造時(shí)必需留意的問題。

諧波對(duì)電網(wǎng)及電動(dòng)機(jī)的影響

低壓變頻器的輸入電流具有很大的高次偕波成份，這些諧波對(duì)電網(wǎng)造成“諧波污染”的同時(shí)，還降低了變頻器輸入電路的功率因數(shù)。而高壓變頻器通常采納多重化整流技術(shù)，減小對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，提高變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)。有資料表明，采納30脈波的移相變壓器的高壓變頻器，輸入總諧波含量基本小于國(guó)標(biāo)要求的4%，網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)也可達(dá)0.95以上。輸出電壓、電流諧波對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響主要體現(xiàn)在增加電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)和電機(jī)的發(fā)熱，從而影響電機(jī)繞組的絕緣;共模電壓和軸承電流會(huì)加劇軸承電蝕降低機(jī)械壽命。一般多單元串聯(lián)型式高壓變頻器的每相串聯(lián)的功率單元個(gè)數(shù)達(dá)到5個(gè)及以上時(shí)，輸出電壓的突變率（du/dt）可滿意電機(jī)絕緣要求，削減對(duì)繞組絕緣與共模電壓軸電流的損害，諧波含量低，可以不考慮其對(duì)電機(jī)的影響。

電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，自冷電動(dòng)機(jī)的散熱力量將會(huì)下降，對(duì)于風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，采納單元串聯(lián)式的高壓變頻器諧波發(fā)熱影響小，電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)由于負(fù)載電流較低，發(fā)熱量少，因此不必考慮附加散熱措施問題;但對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，低速運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與高速運(yùn)行時(shí)接近，就要考慮低速運(yùn)行時(shí)加裝強(qiáng)迫風(fēng)冷等散熱措施。同時(shí)，還應(yīng)留意低速運(yùn)行時(shí)軸承的潤(rùn)滑問題。

變頻器的壽命

高壓變頻器設(shè)備的壽命主要打算于電解電容，電解電容的壽命與其運(yùn)行溫度和紋波電流區(qū)接相關(guān)。保證運(yùn)行環(huán)境溫度、提高功率模塊的散熱效果、降低功率模塊溫升對(duì)提高系統(tǒng)壽命起到關(guān)鍵的作用;外電容器紋波電流減小其壽命增加，因此系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)載工況對(duì)于變頻器的壽命緊密相關(guān)。對(duì)于一般的可變負(fù)載，在運(yùn)行環(huán)境滿