1、高壓變頻器過壓保護跳閘原因分析及改進策摘要：文章對華能太倉電廠一次風(fēng)機1A變頻器過壓保護動作導(dǎo)致重故障跳閘的 原因進行了分析，重點闡述了電壓檢測及比較環(huán)節(jié)故障的排查過程，對重要輔機 的變頻器換型提出了改進策略。關(guān)鍵詞：變頻器；電壓空間矢量2014年9月28日11： 44： 10，華能太倉電廠1號機組負荷238MW，BCDE四磨運行， 一次風(fēng)機1A出現(xiàn)重故障報警，光字牌報警正常，變頻切換工頻正常，兩臺一次風(fēng)機靜葉超 馳動作正常，運行人員立即手動控制吸、送風(fēng)機動葉，維持爐膛負壓，總風(fēng)量正常，維持主 汽壓和汽包水位正常。經(jīng)現(xiàn)場確認，變頻器已故障跳閘自動切至工頻運行。技術(shù)人員現(xiàn)場檢查變頻器控制柜，手操

2、 器控制面板顯示過壓保護”動作，無其他記錄。CTR主控器無過壓保護故障燈點亮。一次風(fēng)機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） 三級變頻。三相電源經(jīng)過整流器得到直流電，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。為了保護變頻器，在直流電壓過高時，變頻器會報過壓故障，并 封鎖逆變器的脈沖輸出。這是保護變頻器器件不受損壞的一個重要而且必要的方法，這個故 障是不能被屏蔽的。原因分析變頻器內(nèi)部有電壓檢測環(huán)節(jié)，當(dāng)直流電壓測量值高于某個閾值后，變頻器會報過壓故障。 一般來說，造成變頻器過電壓主要有以下原因：1、受進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)，那勢必會造成母線電壓過高。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 到進線電壓的閃變，確認電網(wǎng)存在電壓尖峰的話，那么可以在變頻器進線端安裝電壓尖峰吸 收裝置以保護變頻器。此外，在打雷時，也可能會對電網(wǎng)電壓產(chǎn)生瞬時影響，也可能會造成變頻器的過電壓故 障。不過打雷是偶發(fā)事件，生產(chǎn)區(qū)域有防雷措施，該因素不會困擾變頻器正常運行。2、受輸出端的影響，即逆變器側(cè)當(dāng)電機的同步轉(zhuǎn)速比實際轉(zhuǎn)速還高，使電動機處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器又沒有安裝制動 單元的情況可以引起過電壓故障。當(dāng)變頻器拖動大慣性負載時，其減速時間設(shè)的比較小，在 減速過程中，變頻

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

5、是由于負載特性造成的，那就要增大直流 環(huán)節(jié)的電容容量。4、電機電纜地虛接電機電纜對地虛接可能會造成過電壓。技術(shù)人員已對電機及電纜的絕緣情況進行檢查結(jié) 果合格。由以上可能的原因造成變頻器過壓保護動作報警會同時體現(xiàn)在CTR主控器及手操器控制 面板上。根據(jù)現(xiàn)場的檢查結(jié)果顯示，手操器控制面板顯示“過壓保護”動作，而CTR主控器無 過壓保護故障燈點亮。此外，變頻器的電壓檢測及比較環(huán)節(jié)工作異?？赡軐?dǎo)致變頻器過電壓保護的誤動作。一次風(fēng)機1A變頻器電壓檢測及比較環(huán)節(jié)工作原理如圖1所示，從功率單元輸出的直流 電壓信號為050mA，因PLC輸入端和過壓1模塊輸入端、過壓2模塊輸入端均為同一電位， 在經(jīng)過與過壓2模

6、塊一體封裝的100歐電阻R的電壓轉(zhuǎn)換，輸入信號均轉(zhuǎn)為05V電壓信號。根據(jù)過壓電路原理和PLC程序邏輯分析，過壓保護動作來自于外過壓和過壓二兩個先決 條件，且此兩路信號均存在信號一旦發(fā)出均有自保持現(xiàn)象。根據(jù)以往經(jīng)驗，本次檢查首先在 過壓保護模塊上進行重點排查。低壓實驗完畢后，對過壓模塊的性能分別進行了多次排查。 期間，經(jīng)過技術(shù)人員對電氣回路的仔細分析，分別對過壓模塊進行了模擬高壓模式和直給電 壓信號測試，為保證準確，在硬接線回路不動的情況下，分別在過壓1模塊和過壓2模塊輸 入信號端另外加入05V信號檢測（變頻器沒有6千伏電壓輸入的情況下，050mA信號近 似為0），過壓1模塊和過壓2模塊的動作值

7、與計算值相吻合，手操器面板上的直流電壓顯 示值也吻合，經(jīng)過多次測試和參數(shù)比較，兩組過壓模塊并未發(fā)現(xiàn)異常。然而在將過壓2模塊的輸入信號線摘掉的情況下，因同時掐斷了電壓轉(zhuǎn)換電阻R的接線， 則050mA相當(dāng)于直接加在了 PLC和過壓1模塊的大內(nèi)阻之上，此時測量的輸入電壓信號遠 遠大于05V （正常2.6V電壓，摘掉線后為13V左右），變頻器過壓保護動作，且主控器光 纖信號燈不亮（對應(yīng)過壓2模塊已無輸入信號）。因手操器面板上并無過壓二”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，而若過壓比較模塊輸出 信號，則CTR主控面板上的過壓保護報警燈會點亮，并且手操器面板上的外過

8、壓指示燈會點 亮。因此可以肯定是PLC程序邏輯內(nèi)部過壓二動作導(dǎo)致過壓保護。此現(xiàn)象與初始故障現(xiàn)象吻 合。隨后技術(shù)人員將檢查重點放在PLC程序內(nèi)部回路的過壓二保護回路。經(jīng)過多次測試和驗 證后，基本確定方向為：過壓2模塊內(nèi)部軟故障或過壓2模塊信號線松動會導(dǎo)致變頻器只出 現(xiàn)過壓保護跳閘并不出現(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)備廠家無法提供過壓模塊內(nèi)部詳細電子電路，故障原因若為電壓信號線松動，則已經(jīng) 檢查并重新緊固；若為過壓模塊內(nèi)部軟故障導(dǎo)致偶發(fā)信號，則無法查驗，建議更換過壓比較 模塊2。因過壓保護回路為電壓比較模塊和PLC計算兩部分，目前已將PLC中過

9、壓跳閘改為報警信號， 并對邏輯修改進行存檔，維持CTR主控器過壓故障跳閘不變，同時已將電壓信號接線檢查并 重新緊固，這樣既保證變頻器在過壓故障時CTR主控器能正確動作，又能防止PLC的誤報故 障的再次發(fā)生。而對于過壓模塊內(nèi)部軟故障導(dǎo)致偶發(fā)信號的可能性，應(yīng)持續(xù)關(guān)注變頻器運行 后直流電壓值和各故障繼電器狀態(tài)、過壓比較模塊輸入電壓值、CTR主控器過壓故障報警燈 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壓模塊。改進策略傳統(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、要求正弦電壓前進了一步。然而交流電動機需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電動機空 間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩?；谶@個目標，建議引進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機視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場來控制逆變器的工作，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)束語高壓變頻器在發(fā)電廠重要輔機中的廣泛應(yīng)用，不但大幅度節(jié)約了電能，降低了廠用電率， 而且實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長了設(shè)備壽命。在電力市場日益競爭的大環(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)電機組非計劃停機的運行風(fēng)險，同時能提高了發(fā)電