6kV高压变频器输出中断原因分析刘维

6kV高压变频器输出中断原因分析刘维
发布时间：2021-10-18T02:43:56.309Z 来源：《学习与科普》2021年11期作者：刘维武大蔚
[导读] 高压变频器通过改变电源频率来调节输出电压。

具有调速精确、响应速度快、提高电机起动特性等特点。

内蒙古能源发电金山热电有限公司内蒙古呼和浩特 010010
摘要：高压变频器通过改变电源频率来调节输出电压。

具有调速精确、响应速度快、提高电机起动特性等特点。

具有良好的调速和节能性能，具有过压、过流、过载保护功能。

并广泛应用于电厂辅机转速控制中。

但是，当电网系统电压突然急剧下降时，会引起逆变器中间直流环节电压下降，导致逆变器输出电压过低或输出中断。

可能造成设备损坏、机组出力减少、锅炉灭火甚至机组停运，对电网安全构成极大威胁。

文章结合实例，分析6kV高压逆变器输出中断的原因，并提出可行的解决方案。

关键词：6kV高压变频器；输出中断；原因；措施
在实际的高压节能减排降耗实践中，6kV高压逆变器的使用频率极高，得到了业界的一致认可。

6kV高压逆变器在运行过程中，经常采用逆变器快速旁路等措施来解决逆变器故障导致地单元不停转的问题。

然而，在实际运行层面，不仅存在安全隐患，还大大增加了能耗。

特别是在实际使用中，逆变器输出中断故障不仅具有较大的安全风险，而且也不利于设备的正常运行。

因此，对6kV高压逆变器输出中断进行分析是十分必要的。

一、基本概况
2019-09-25T06：26、1号机组运行正常，主动负荷190mw，2台主风机，3台磨煤机运行。

06：26：32，一次风机逆变器输出突然中断。

检查主风机的系统屏幕发现以下现象：1号主风扇电机电流和1号主风机逆变器电流下降42.3，66.9为0，2 1号风扇电机电流和2号主风机逆变器电流减少41.2，61.9 OA，分别。

1号风机逆变器反馈由78.4%、78.5%降至62.5，煤机冷风压力降低9.16 kPa降至5.76 kPa，煤机热风压力由7.47 kPa降至4.71 kPa。

风机逆变器输出中断约6s后开始恢复，35s后恢复到输出中断前的参数。

在07：08时，再次出现了类似的异常现象，参数变化基本相同。

高压逆变器由移相变压器、动力单元柜、控制柜、旁通系统、风冷水冷循环风机及其控制箱组成。

采用高压直接转换的形式，由多个功率单元组成，形成多单元串联的多级拓扑结构。

每台电源输出交流低压，多台电源叠加输出所需的交流高压。

二、变频器输出中断原因分析
通过对故障记录仪和220kV系统报警信号的分析判断，基本确定了风电逆变器输出中断的原因是电网故障引起的，但有必要重点关注中断的原因。

（一）1号机组一次风机变频器原理分析
参考某型一次风机高压逆变器的说明书，该型逆变器具有瞬时断电重启功能。

当输入电源电压短时骤降时，主控系统停止输出；当电源电压恢复时，逆变器检测到转速开始使电机回到原来的工作状态，这是这种类型的逆变器的低电压骑乘功能。

这两个控制电源单元的主风机变频器1分别采取的辅助绕组高压变频器和辅助绕组和工厂的系统，和瞬时停电后循环采样电源被两个电源切换。

因此，当电网发生故障，系统电压急剧下降时，无论由该电源供电的是哪一种电源，都会影响瞬时停电电路的采样电压，从而影响逆变器的工作状态。

这就是逆变器输出中断的原因。

（二）其他变频器未受影响的原因分析
其他逆变器是其他公司的产品。

两个控制电源分别来自机组的直流系统和工厂系统。

两个控制电源可自动切换，无干扰。

当交流控制电源消失时，直流控制电源将自动接通，交流控制电源恢复后，会自动切换回交流控制电源。

当电网电压短暂下降时，不影响逆变器控制电源。

参考这类逆变器的参数设置，允许输入线电压波动范围为±10%，当输入线电压幅值在额定电压的65%以内时，逆变器会降额运行，因此逆变器的输出不会被中断。

（三）变频器低电压穿越功能存在问题分析
在输出中断发生后，1号机组一次风机逆变器厂家解释了低电压穿越现象。

当逆变器的一次输入电压低于额定电压的85%时，主控将阻断逆变器的输出波形，工作频率，运行电流输出为零。

如果逆变器的输入电压在国家规定的时间内恢复，逆变器检测电机转数，需要对电机进行退磁以延迟启动，5s内返回到设定的转数。

从这种低电压平顺现象来看，逆变器的输入电压一次低至额定电压的63%，输出中断与逆变器的低电压平顺功能一致。

但是，这种低电压穿越功能是否存在问题，还需要进一步分析。

需要注意的是，一次风机是电厂的一种辅助设备。

第一种辅助设备是指短期（小于5s）供电中断将导致机组停止或大大降低机组输出功率，影响电网安全运行。

本标准是为一类辅机制定的。

这次的供电电压突然下降63%的额定电压，逆变器应在“短期低压度过区”，也就是说，逆变器的输入线电压的振幅大于或等于额定电压的60%，持续时间是0.5s<t≤5s。

这种突然的电压下降只持续了大约100毫秒，逆变器应该能够稳定运行。

但从实际性能来看，变频器的低电压穿越功能与标准不一致。

当逆变器输入电压一次低于85%时，逆变器输出阻塞。

本设计未考虑标准中三个低压过网区域的要求，是
造成输出中断的直接原因。

这类逆变器控制电源的设计也是低压穿越过程中出现中断的一个重要原因。

两种控制电源均为交流电源，基本来自同一厂电源系统，且干扰相同。

控制电源的不稳定会导致逆变器运行不稳定。

三、6kV高压变频器输出中断解决措施
（一）瞬停回路增加延时
现有的瞬时停电回路设计不存在延时，可以对瞬时停电回路的逻辑进行修改，使延时增加500ms。

由于目前的电网故障持续时间较短，大多只有100-200ms，增加延迟可以很好地避免电网故障，从而避免逆变器因干扰而输出异常。

（二）控制电源改进
为了保证逆变器的高低压穿越过程中不存在干扰，逆变器的控制电源应采用双电源。

其中一种方式可以直接由逆变器的工作电源供电，另一种控制电源应由UPS或直流系统供电。

时间不少于5分钟。

然而，这种类型的逆变器使用双通道交流控制电源的方法是有问题的。

可以改进控制电源。

一种是在两个交流电源开关电路后串联UPS。

电源通过UPS后，提高输出端的电能质量和稳定性；二是将工厂系统的控制电源改为直流供电，在交流控制电源上增加整流装置。

交流控制电源消失后，直流控制电源自动接通。

由于直流电源具有较高的稳定性，可以保证控制电源更加稳定。

以上两种方法可以消除低电压穿越时控制回路功率不稳定的隐患。

（三）实际改进方案
在出现这种异常后，我们与逆变厂家就逆变器通过功能的低电压行驶问题进行了沟通，并讨论了解决方案。

由于瞬时停电电路延时增加，控制电源由工厂系统改为直流电源，必须更改厂家原有设计。

因此，经过协商，采用双向交流电源开关电路后串联UPS的解决方案，维护时选择备用组实施。

总之，由于一次风机逆变器在运行过程中输出中断，存在锅炉灭火、机组停机的风险。

通过对逆变器低电压穿越能力的分析，发现了存在的问题。

根据变频器的设备特点和现场的实际情况，提出了解决方案，通过变频器的性能，采用一种简单易行的方法来解决不合格低电压行驶的问题，提高火电厂重要辅助设备运行的可靠性和稳定性。

参考文献：
[1]王俊锡.6kV高压变频器运行中的问题及解决对策[J].石化技术，2020，27（06）：230-231.
[2]张林渠，狄素珍，蒋安伟.利用DCS实现一次风机变频器自动切换[J].电力安全技术，2020，22（03）：52-55.
[3]张洁.煤矿用6 kV高压防爆变频器的设计[J].机电工程技术，2019，48（12）：196-198.。