高压变频器散热系统故障致火电厂事故停炉分析与改造方案

高压变频器散热系统故障致火电厂事故停炉分析与改造方案

靳松

宝泰隆新材料股份有限公司，黑龙江 七台河 154600

摘要：火力发电厂中引风机，一、二次风机，给水泵等普遍使用高压变频器，在使用过程中发现因变频器柜内散热风机故障致使锅炉事故停产。本文分析了详细事故过程及原因，并根据实际现场情况制定了改造方案，以期对生产过程中减少不别要的损失。

关键词：火力发电厂；高压变频器；散热风机

1. 引言

在石油、化工、煤矿、电力等行业，对高压变频器的可靠性要求极高，散热系统就是保证其稳定运行的因素之一，对于散热系统的结构及控制，决定着高压变频器能否正常稳定的生产，根据散热需求进行合理设计提高设备的稳定性。

2. 事故原因及缺陷问题

2.1设备简介

某火力发电厂在建设过程中使用了国内某著名品牌的高压变频器，该系列高压变频器为功率单元级联型结构，主要由变压器柜、功率单元柜、控制盘 柜组成，电源进出口开关分别为KM1变频进线接触器，KM2变频出线接触器。另根据现场需求增加了旁路柜， 电源开关为KM3工频输出接触器，用以变频器故障时使设备能够自动切换到工频运行。 该设备被用于锅炉系统一次风机、二次风机及两台引风机和给水泵。

该设备冷却方式采用强迫风冷加独立风道设计。变压器柜及功率单元柜内共5台柜顶散热风机（分别为变压器柜内2台，功率单元柜内3台）

2.2事故经过

该火电厂在18年7月凌晨发生一次风机高压变频器柜内散热风机故障，因该故障在在该设备事故问题中属于重故障，予以跳开变频器出线开关切换至工频运行。

该风机此次故障回路的原理为：设备柜内散热风机的内部热敏元件辅助常闭触点串联经KJ3线圈构成FJ故障回路，在正常时使KJ3继电器得电。如果任意散热风机故障，该风机内部热敏元件动作，使KJ3失电。KJ3常开触点断开，使控制回路KM3线圈失电。KM3常开触点至变频控制柜内I/O板DI5点信号断开，故障信号传输至中央处理器，报警为散热风机故障重故障，予以变频器跳闸动作（动作原理见图2.1）。

该变频器根据设计，在重故障时本应自检两次，在6S后切换至工频运行。但在故障瞬间，二次风机及两台引风机因DCS锅炉连锁控制，使10KV高压进线开关跳闸，导致该锅炉第一次事故停炉。

随后检修人员在初步检查风机过程中，未发现明显故障，怀疑某台风机内部热敏元件误动。因热敏元件处于风机内部，而现有条件也无法短时间内拆装五台散热风机进行详细检查。后急需恢复生产，并因为该设备长期工频运行成本较高，运行人员重启高压变频器，再次上电使用变频运行。

在当日早晨8时，散热风机第二次故障。在切换工频过程中再次因DCS锅炉连锁，导致该锅炉第二次事故停炉。

图2.1

图2.1

2.3事故原因

该变频器工作原理为：在发生重故障时停机，于6S时间内进行自检及复位以防误动，此时变频器无功率输出。如果重故障未能复位成功，随后变频器出线接触器KM2分闸。KM2分闸成功，变频器输出电机1自动切工频信号（KM3合闸），自动旁路完成。

但该电厂DCS系统锅炉连锁内逻辑设置如果一次风机、二次风机或两台引风机断电之后会无延时立即连锁跳闸其余风机，用以保护锅炉。而散热风机经检查依旧无明显问题。后因生产需要，临时处理，将KJ3常开触点短接，使KM3线圈保持得电状态。恢复变频运行。

2.4 高压变频器散热系统改造方案

事故发生后经和厂家沟通，确认该设备事故变频切工频时间最低可设置为1S，但因锅炉专业工艺需求，无法延长DCS停电连锁时间。

对此情况，为了保证变频器运行的可靠性，现场工程师提出，对变频器散热风机故障回路进行改造。

根据厂家设备说明书中对于变频柜散热部分的描述：“变频器发热量需要根据运行工况选择。考虑一定的裕量， 最大发热量为变频器额定功率的 4%，变频器发热量选择为实际输出平均功率的 3.5%。如果长期运行频率低于 40Hz，则发热量可按照变频器额定功率的 2% 进行估算。”

该变频器实际工作负荷为引风机60%负载运行、一次风机70%负载运行、二次风机60%负载运行。4台高压变频器额定功率及发热量如下表：

设备名称/发热量	额定功率发热量	实际功率发热量
引风机 2000KW	80KJ/s	40KJ/s
一次风机 2800KW	112KJ/s	56KJ/s
二次风机 1600KW	64KJ/s	32KJ/s

根据现场情况，发热量可按变频器额定功率2%计算。功率单元柜内现为3台散热风机，每台散热风机的散热量＞37.KJ/s。当功率单元柜如某台散热风机发生故障，其余散热风机完全可以坚持运行变频器。如因为连续两台以上散热风机故障而使温度过高，变频控制器本身有单元温度传感器，控制变频器跳闸，从而保护功率单元。而变压器柜有变压器温度控制器，实现温度保护。

根据以上数据结果，将（图2.1）中KJ3线圈回路移除，取消散热风机故障跳变频高压电源功能。并把每台散热风机内的热敏元件常闭触点单独引出信号线至中央控制室DCS系统中，重新配置风机故障回路。在DCS系统画面新增5个散热风机故障信号点，用以实时监控散热风机运行状态。（见图2.2）

图2.2

对故障信号回路改进后，在风机发生故障时可迅速查出故障源，为以后检修提供方便。尽量避免了在变频器散热风机故障时，对锅炉生产造成的事故危害，保证系统稳定运行。

另对于该设备也可以在此次改造的基础上，更改散热风机的电源回路，承放射状连接。做到使用独立电源回路。加强变频器散热系统的可靠性。

3事故追思

1. 该设备中标后未根据本厂需要进行深度优化，变频转工频的延时不满足现场生产需求。该问题至今尚未得到解决，导致该电厂无法正常投入变频运行，造成成本提高。

2. 该设备进行各专业联调时，未进行DCS锅炉连锁状态下的变频切工频实验，故未发现潜在问题，导致出现两次停产事故。未来在进行其他设备调试时，应加强各专业的沟通协调，避免产生类似情况。

3. 在第一次跳闸后，在未查清故障原因的情况下，没有将该设备切换至工频运行，而是重新复位至变频状态，带病运行，并且未直接短接风机故障回路，导致第二次事故发生。两次事故直接经济损失达50万元以上，间接损失无法估计。

4 总结

生产过程中，运行情况极为复杂，往往一些小故障会造成严重影响，应加强对设备控制原理及连锁保护的理解，制定设备故障预案，减小事故扩大的可能性。

对于重要设备，在安装过程中应当针对本厂需求来进行技术改造，进行深度控制优化，详细查明原始设计在本单位使用过程中有无不合理的地方，避免隐患。对于新装设备进行各专业生产事故状况预演，确保使用效果。

参考资料：

（1）贾炳琦，董斌，蔡引兄.《高压变频器的通风与散热设计》电气传动自动化 2013.35卷5期

（2）方长华.《高压变频器散热风机控制回路的改进》 水泥CEMENT 2014.No.12