高壓變頻器過(guò)壓保護(hù)跳閘原因分析及改進(jìn)策略

1、高壓變頻器過(guò)壓保護(hù)跳閘原因分析及改進(jìn)策摘要：文章對(duì)華能太倉(cāng)電廠一次風(fēng)機(jī)1A變頻器過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致重故障跳閘的 原因進(jìn)行了分析，重點(diǎn)闡述了電壓檢測(cè)及比較環(huán)節(jié)故障的排查過(guò)程，對(duì)重要輔機(jī) 的變頻器換型提出了改進(jìn)策略。關(guān)鍵詞：變頻器；電壓空間矢量2014年9月28日11： 44： 10，華能太倉(cāng)電廠1號(hào)機(jī)組負(fù)荷238MW，BCDE四磨運(yùn)行， 一次風(fēng)機(jī)1A出現(xiàn)重故障報(bào)警，光字牌報(bào)警正常，變頻切換工頻正常，兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)靜葉超 馳動(dòng)作正常，運(yùn)行人員立即手動(dòng)控制吸、送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉，維持爐膛負(fù)壓，總風(fēng)量正常，維持主 汽壓和汽包水位正常。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，變頻器已故障跳閘自動(dòng)切至工頻運(yùn)行。技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查變頻器控制柜，手操

2、 器控制面板顯示過(guò)壓保護(hù)”動(dòng)作，無(wú)其他記錄。CTR主控器無(wú)過(guò)壓保護(hù)故障燈點(diǎn)亮。一次風(fēng)機(jī)1A變頻器采用交一直一交電壓源型變頻調(diào)速，使用正弦波脈寬調(diào)制（SPWM） 三級(jí)變頻。三相電源經(jīng)過(guò)整流器得到直流電，每相為三單元疊加。每單元直流電壓1800V， 最高輸出交流電壓1275V。為了保護(hù)變頻器，在直流電壓過(guò)高時(shí)，變頻器會(huì)報(bào)過(guò)壓故障，并 封鎖逆變器的脈沖輸出。這是保護(hù)變頻器器件不受損壞的一個(gè)重要而且必要的方法，這個(gè)故 障是不能被屏蔽的。原因分析變頻器內(nèi)部有電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)，當(dāng)直流電壓測(cè)量值高于某個(gè)閾值后，變頻器會(huì)報(bào)過(guò)壓故障。 一般來(lái)說(shuō)，造成變頻器過(guò)電壓主要有以下原因：1、受進(jìn)線電壓影響如果電網(wǎng)質(zhì)量不好，有

3、瞬間高電壓出現(xiàn)，那勢(shì)必會(huì)造成母線電壓過(guò)高。偶爾出現(xiàn)的瞬間 的電壓尖峰很難捕捉到，這為故障的診斷增加了難度。如果用示波器或電能質(zhì)量分析儀捕捉 到進(jìn)線電壓的閃變，確認(rèn)電網(wǎng)存在電壓尖峰的話，那么可以在變頻器進(jìn)線端安裝電壓尖峰吸 收裝置以保護(hù)變頻器。此外，在打雷時(shí)，也可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生瞬時(shí)影響，也可能會(huì)造成變頻器的過(guò)電壓故 障。不過(guò)打雷是偶發(fā)事件，生產(chǎn)區(qū)域有防雷措施，該因素不會(huì)困擾變頻器正常運(yùn)行。2、受輸出端的影響，即逆變器側(cè)當(dāng)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速比實(shí)際轉(zhuǎn)速還高，使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器又沒(méi)有安裝制動(dòng) 單元的情況可以引起過(guò)電壓故障。當(dāng)變頻器拖動(dòng)大慣性負(fù)載時(shí)，其減速時(shí)間設(shè)的比較小，在 減速過(guò)程中，變頻

4、器輸出的速度比較快，而負(fù)載靠本身阻力減速比較慢，使負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器沒(méi)有能量 回饋單元，因而變頻器直流回路電壓升高，超出保護(hù)值，出現(xiàn)過(guò)壓報(bào)警現(xiàn)象。一次風(fēng)機(jī)1A 在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷電流較為穩(wěn)定，一般不會(huì)出現(xiàn)同步電機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)。3、功率單元過(guò)電壓由于參數(shù)調(diào)節(jié)或負(fù)載變化引起的同步電機(jī)在短時(shí)間內(nèi)從高負(fù)荷降到低負(fù)荷，造成其變化 率太大，類似一般壓縮機(jī)或風(fēng)機(jī)突然卸載的工況。變頻器單元輸入側(cè)采用了二極管整流，電 機(jī)的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)能量無(wú)法回饋到電網(wǎng)，只能充入平波電容器，造成了單元直流過(guò)壓。如果是 由于調(diào)節(jié)造成的，則可以放慢電機(jī)降速時(shí)間；如果

5、是由于負(fù)載特性造成的，那就要增大直流 環(huán)節(jié)的電容容量。4、電機(jī)電纜地虛接電機(jī)電纜對(duì)地虛接可能會(huì)造成過(guò)電壓。技術(shù)人員已對(duì)電機(jī)及電纜的絕緣情況進(jìn)行檢查結(jié) 果合格。由以上可能的原因造成變頻器過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作報(bào)警會(huì)同時(shí)體現(xiàn)在CTR主控器及手操器控制 面板上。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的檢查結(jié)果顯示，手操器控制面板顯示“過(guò)壓保護(hù)”動(dòng)作，而CTR主控器無(wú) 過(guò)壓保護(hù)故障燈點(diǎn)亮。此外，變頻器的電壓檢測(cè)及比較環(huán)節(jié)工作異常可能導(dǎo)致變頻器過(guò)電壓保護(hù)的誤動(dòng)作。一次風(fēng)機(jī)1A變頻器電壓檢測(cè)及比較環(huán)節(jié)工作原理如圖1所示，從功率單元輸出的直流 電壓信號(hào)為050mA，因PLC輸入端和過(guò)壓1模塊輸入端、過(guò)壓2模塊輸入端均為同一電位， 在經(jīng)過(guò)與過(guò)壓2模

6、塊一體封裝的100歐電阻R的電壓轉(zhuǎn)換，輸入信號(hào)均轉(zhuǎn)為05V電壓信號(hào)。根據(jù)過(guò)壓電路原理和PLC程序邏輯分析，過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作來(lái)自于外過(guò)壓和過(guò)壓二兩個(gè)先決 條件，且此兩路信號(hào)均存在信號(hào)一旦發(fā)出均有自保持現(xiàn)象。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，本次檢查首先在 過(guò)壓保護(hù)模塊上進(jìn)行重點(diǎn)排查。低壓實(shí)驗(yàn)完畢后，對(duì)過(guò)壓模塊的性能分別進(jìn)行了多次排查。 期間，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員對(duì)電氣回路的仔細(xì)分析，分別對(duì)過(guò)壓模塊進(jìn)行了模擬高壓模式和直給電 壓信號(hào)測(cè)試，為保證準(zhǔn)確，在硬接線回路不動(dòng)的情況下，分別在過(guò)壓1模塊和過(guò)壓2模塊輸 入信號(hào)端另外加入05V信號(hào)檢測(cè)（變頻器沒(méi)有6千伏電壓輸入的情況下，050mA信號(hào)近 似為0），過(guò)壓1模塊和過(guò)壓2模塊的動(dòng)作值

7、與計(jì)算值相吻合，手操器面板上的直流電壓顯 示值也吻合，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試和參數(shù)比較，兩組過(guò)壓模塊并未發(fā)現(xiàn)異常。然而在將過(guò)壓2模塊的輸入信號(hào)線摘掉的情況下，因同時(shí)掐斷了電壓轉(zhuǎn)換電阻R的接線， 則050mA相當(dāng)于直接加在了 PLC和過(guò)壓1模塊的大內(nèi)阻之上，此時(shí)測(cè)量的輸入電壓信號(hào)遠(yuǎn) 遠(yuǎn)大于05V （正常2.6V電壓，摘掉線后為13V左右），變頻器過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作，且主控器光 纖信號(hào)燈不亮（對(duì)應(yīng)過(guò)壓2模塊已無(wú)輸入信號(hào)）。因手操器面板上并無(wú)過(guò)壓二”這一故障記 錄，但直流電壓顯示在斷線后，相應(yīng)電壓值直接跳至2400V滿量程，而若過(guò)壓比較模塊輸出 信號(hào)，則CTR主控面板上的過(guò)壓保護(hù)報(bào)警燈會(huì)點(diǎn)亮，并且手操器面板上的外過(guò)

8、壓指示燈會(huì)點(diǎn) 亮。因此可以肯定是PLC程序邏輯內(nèi)部過(guò)壓二動(dòng)作導(dǎo)致過(guò)壓保護(hù)。此現(xiàn)象與初始故障現(xiàn)象吻 合。隨后技術(shù)人員將檢查重點(diǎn)放在PLC程序內(nèi)部回路的過(guò)壓二保護(hù)回路。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試和驗(yàn) 證后，基本確定方向?yàn)椋哼^(guò)壓2模塊內(nèi)部軟故障或過(guò)壓2模塊信號(hào)線松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致變頻器只出 現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)跳閘并不出現(xiàn)其他反應(yīng)，此現(xiàn)象和初始檢查故障現(xiàn)象吻合，并排除其他方式出現(xiàn) 此類現(xiàn)象的可能。由于設(shè)備廠家無(wú)法提供過(guò)壓模塊內(nèi)部詳細(xì)電子電路，故障原因若為電壓信號(hào)線松動(dòng)，則已經(jīng) 檢查并重新緊固；若為過(guò)壓模塊內(nèi)部軟故障導(dǎo)致偶發(fā)信號(hào)，則無(wú)法查驗(yàn)，建議更換過(guò)壓比較 模塊2。因過(guò)壓保護(hù)回路為電壓比較模塊和PLC計(jì)算兩部分，目前已將PLC中過(guò)

9、壓跳閘改為報(bào)警信號(hào)， 并對(duì)邏輯修改進(jìn)行存檔，維持CTR主控器過(guò)壓故障跳閘不變，同時(shí)已將電壓信號(hào)接線檢查并 重新緊固，這樣既保證變頻器在過(guò)壓故障時(shí)CTR主控器能正確動(dòng)作，又能防止PLC的誤報(bào)故 障的再次發(fā)生。而對(duì)于過(guò)壓模塊內(nèi)部軟故障導(dǎo)致偶發(fā)信號(hào)的可能性，應(yīng)持續(xù)關(guān)注變頻器運(yùn)行 后直流電壓值和各故障繼電器狀態(tài)、過(guò)壓比較模塊輸入電壓值、CTR主控器過(guò)壓故障報(bào)警燈 狀態(tài)、手操器面板故障信息等參數(shù)作為重要參考，視情況決定是否更換過(guò)壓模塊。改進(jìn)策略傳統(tǒng)的SPWM控制主要著眼于使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，并未顧及輸出 電流的波形。而電流滯環(huán)跟蹤控制則直接控制輸出電流，使之在正弦波附近變化，這就比只

10、要求正弦電壓前進(jìn)了一步。然而交流電動(dòng)機(jī)需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電動(dòng)機(jī)空 間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。基于這個(gè)目標(biāo)，建議引進(jìn)電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM ）的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。這種 控制方法把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)控制逆變器的工作，即 磁鏈跟蹤控制”，磁鏈的軌跡是交替使用不同的電壓空間矢量得到的，輸出效果較好。5.結(jié)束語(yǔ)高壓變頻器在發(fā)電廠重要輔機(jī)中的廣泛應(yīng)用，不但大幅度節(jié)約了電能，降低了廠用電率， 而且實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)了設(shè)備壽命。在電力市場(chǎng)日益競(jìng)爭(zhēng)的大環(huán)境下，選用可靠的 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)不僅能降低發(fā)電機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)能提高了發(fā)電