发电厂高压变频器选型和存在问题的探讨

发电厂高压变频器选型和存在问题的探讨随着高压变频调速技术日趋成熟。韶关电厂于2OO5年首先对一台200Mw 机组的引风机进行高压变频调速改造试用，结合本厂的实际应用经验，对高压变频器选型与应用时应注意的技术问题进行阐述．同时对实际应用中存在的问题进行了分析。ﻫ在火力发电厂中,厂用电量约占机组发电量的5%~8％,其

中风机、泵类负载的用电量约占厂用电的80%;而这些设备在容量设计和选型上有很大的裕度，采用风门或阀门调节截流能量损失很大,在实际运行中机组负荷也需要调节,在机组调峰运行或负荷率较低的工况下情况更甚。随着能源供需的矛盾日益突出, “厂网分离、竞价上网”政策的实行,更加剧了电厂的成本压力，迫使发电企业实行节能降耗,以增加竞争力。在电机节能方面,变频器有其他调速设备不可比拟的优势，特别是高压变频器的节能效果更为显著，据统计我国风机、泵类进行高压变频改造后节电率可达2０%~60％。因此,对火力发电厂的高压辅机进行变频调速改造,可以最大限度地降低厂用电率和发电成本，提高企业的市场竞争力。

1 高压变频器的选型

众所周知，高压辅机设备运行的稳定性、可靠性直接影响火力发电机组的安全稳定运行，一旦这些关键辅机设备由于变频器故障而非正常停机,往往会导致机组负荷大幅下降甚至跳机、锅炉熄火等事故。造成的损失是节能效益无法弥补的。因此，电厂

辅机在进行高压变频器改造时,对高压变频设备的稳定性、可靠性要求必须排在首位。在高压变频器选型时应关注几个方面。ﻫ

1.1 高压变频器平均无故障时间

高压变频器的指标需要生产厂家从采购、设计、制造、检验、管理等环节加以保证。因此在选型时可以通过收资、调研，选择产品设计技术先进、生产与品质控制严格、设备运行较稳定、用户业绩评价高的产品。ﻫ１．2 对环境的适应能力ﻫ评定高压变频器对环境的适应能力主要从以下几个方面考虑:ﻫ

a）对电网电压波动的适应能力。当母线上电动机成组自起动、当母线上最大一台电动机组起动时对变频器运行的影响,这与变频器允许的输入电压波动范围参数有关．对于火电机组应保证母线电压跌落30%时变频器不会停机。另外，存母线切换等情况下所造成的母线电压瞬时失电发生后，变频器应具有持续或恢复运行的功能(有些厂家称为“失压再起动功能”),即在母线电压瞬问降低或消失(如事故切换)时变频器不跳闸或使电机系统惯性运行；当母线电压重新恢复正常后，变频器能根据捕捉到的电动机转速止确调整自身输出,重新拖动电动机运行的功能。在电源瞬间跌落或消失时问不长的情况下,该功能保证变频器所驱动负载的稳定性,减少对机组运行的影响，避免锅炉灭火现象的发生。这一点是在选择重要辅机高压变频器时所必须考虑的问题。ﻫｂ）对现场环境的适应能力。高压变频器大多安装于现场辅机附近,灰尘较多,灰尘进人变频柜内会导致绝缘下降或击穿损坏电

子元器件;灰尘堵塞滤网造成功率柜散热效果差，易导致功率模块过热失效损坏。有些厂家把空气滤网设计为在运行中可拆换清洗,便于维护。在南方高温、潮湿气候地区，应选择对环境温湿度要求低、系统温升相对低的产品,以保证安全稳定运行。

1.3对自身小故障的承受能力

高压变频器具有单元旁路功能，即某个功率单元出故障时该单元应能够自动退出,整个系统可持续带故障运行,这实际是一种冗余设计技术。此时应注意单元旁路后对变频器带载能力的影响,主要考虑变频装置每相功率单元个数、控制系统的电压补偿。单元串联越多，故障概率越大，单个单元故障对输出能力的影响越小,二者应折中取舍。若采用电压补偿算法、中性点偏移算法可提高系统单元旁路后的带载能力，但此种方法可能带来共模电压等问题,需视电动机绝缘安全等设备具体情况取舍。ﻫ高压变频器的控制系统电源至关重要，应设计采用多路控制电源供电,多通道互为备用、无扰切换；风扇冷却器的冗余设计也有助于提高系统的抗扰动能力。ﻫ1．4 对外部故障的承受能力ﻫ对输入侧的外部故障,如外部电网故障造成母线电压跌落

时对高压变频器运行的影响。广东省某电厂机组曾发生过这样的事故:由于外部电网瞬时故障造成厂用电母线电压闪变跌落.导致辅机变频器停机。虽然外部电网的故障很快切除。但由于变频器拖动的重要辅机停运导致机组甩负荷。因此瞬时停电再起动功能应是电厂机组辅机高压变频器提高外部故障承受能力的可靠保

证。

对输出侧的外部故障．如电缆击穿短路或电动机的单相接地甚至相问短路故障对高压变频器的影响。高压变频器应配置单相接地故障检测功能。根据现场情况选择设定告警或跳闸保护。据统计广东省高压电动机南于绝缘损坏导致的相间短路故障每年平均约20台。虽然相对概率较小，但对于采用过流能力极其有限的电力电子器件的高压变频器.短路电流的冲击对设备的损害是大的，可能导致设备损坏的严重故障。高斥变频器对输出相间短路的承受能力与保护技术是设备选型、保证设备安全应考虑的一项重要因素。

1．5 设备的故障恢复时间设备故障分为两种类型:ﻫ一是瞬间可自行恢复的故障，这种故障一旦出现之后,能在较短的时间内自行恢复,而具有转速自动跟踪功能的变频装置能显著提高在此种故障情况下的运行能力和可靠性。广东省正在运行的部分高压变频器在雷雨季节发生雷击时频繁停机,就是因为不具备此种功能所致;其二是发生永久性损坏故障后装置的恢复时间，功率单元模块化可以在短时间内更换备用模块,使设备在短时间内恢复运行。

1．6 变频改造对电机保护的影响

高压变频器一般均配置工频旁路柜,以保证在变频器现故障或检修时，通过T频旁路柜的切换电机恢复工频运行，保证生产持续不断。但这种切换也带来了相应保护配置的问题：电动机在

变频运行状态下开关柜应装设变压器保护（因变频器内部与厂用电连接部分为输人移相整流变压器）,而在T频运行时应装设电动机保护。因此在改造时，原有电动机保护应保留，作为工频运行时的保护装置,如果变频器控制系统不具备输入变压器的保护功能,从系统安全和合理配置保护的角度考虑,需加装“隔离移相变压器”保护;在电动机变频运行时.退电动机保护而投变压器保护。

1.7 手动旁路和自动旁路

手动切换变频器的运行方式(工频-变频),存在操作复杂、中断时问久对机组稳定性影响较大的问题。具有工频-变频自动切换的变频器在发生故障时能自动切换至工频运行。保证了重要辅机的持续运行。降低了对机组乃至对电网的影响。但是存电动机故障时变频器自动切换至工频，会加剧电动机的故障,并有使故障扩大化的危险。在具体的应用中，应充分考虑“自动旁路切换功能”的利弊,最好变频器控制系统具有判别自身故障和负载故障的能力。另外自动工频变频切换时还应注意开关柜保护装置的自动切换、风门或阀门的联动调节。在变频检修完毕后，如何使电机从工频运行状态瞬间切换至变频运行状态，也是存改造时必须注意的问题。

1.8 谐波对电网及电动机的影响ﻫ低压变频器的输入电流具有很大的高次偕波成份,这些谐波对电网造成“谐波污染” 的同时,还降低了变频器输入电路的功率因数。而高压变频器通常