變頻器在電廠中的應用及調試

本文介紹了變頻技術在電廠中的應用及調試方法。

隨著電氣技術地發展，變頻技術經歷了大功率晶閘管(SCR)時代、可關斷晶閘管(GTR)時代，到現在的場效應晶閘管(IGBT)，電流波形得到極大改善，電磁噪聲極小，進一步簡化了電路，故障率大為減少，自身損耗也大為減少，因此，實際生產中的應用越來越廣 。近幾年，在各個電廠調試所碰到的變頻技術的應用越來越多。

1、降低啟動電流，減少機械沖擊

對于一些大轉矩負載，往往在實際生產中采用變頻啟動的方式來降低啟動電流，同時有效地降低了動態轉矩，減少了轉動設備機械沖擊，消除水泵的水錘效應，延長水泵的使用時間。

2、節能降耗

通過遠程控制(如空冷風機)、水壓控制(如生活水泵等)、水位控制、溫度控制等多種方式進行頻率調節， 既保證了滿足生產需求，由有效地降低了能量的損耗，其節能效果相當可觀。

無論變頻應用的目的如何，其主要的應用方案主要采用以下幾種應用方式。

1、1控1

采用一臺變頻器控制一臺電機(如圖1)，以空冷系統為例，多臺空冷風機，均采用該方案，通過計算汽機排汽壓力與環境氣溫的關系，由DCS控制，自動選擇不同的風機組合方式，即有效的節省的電能，又可避免空冷系統在冬季運行的冷凍問題。

圖1

2、1主1輔，互為備用

對于重要的設備往往加一臺變頻器及電機作為備用，當主電機失電或故障時輔電機及時投入運行，以保證設備運行的連續性。以電廠鍋爐風煙系統空氣預熱器為例，采用兩臺變頻器，分別帶一臺電機，兩臺電機通過機構帶動同一負荷，正常情況下，由變頻器帶主電機運行，當出現故障，通過廠用集中控制系統(DCS)自動切換為輔電機運行，主、輔電機供電及控制均為獨立系統，可單獨檢修，故障處理完畢后，可切換為主電機運行，也可將兩臺變頻器互為備用使用。在運行中，通過DCS根據系統負荷風量輸出4-20mA模擬量控制。

2、1控X(X為電機臺數)

由于變頻器的價格偏高，往往對于一些非重要設備采用由一臺變頻器控制多臺電機的方案，例如生活水泵房生活水泵、工業廢水的復用水泵，以生活水泵的控制為例，其工作過程如下(如圖2):

首先，由“1號泵”在變頻控制的情況下工作。

當用水量增大，“1號泵”已經達到額定頻率而水壓仍不足時，經短暫延時后，將“1號泵”切換為工頻工作，同時變頻器的輸出頻率迅速降為0Hz，然后使“2號泵”投入變頻運行。

當“2號泵”也達到額定頻率時，將“2號泵”切換為工頻工作，而“3號泵”投入變頻運行。

圖 2

反之，當用水量減少時，則先從3號泵開始，然后2號泵依次退出工作，完成一次加減泵的循環。

其切換過程的判斷與執行主要由PLC來控制。

3、1臺變頻，X臺工頻

在實際生產中，往往需要兩臺以上泵進行工作，才能滿足生產要求，例如現在設計的凝結水泵往往采用兩臺工頻，一臺變頻，根據負荷及實際用水量來人工選擇組合方式。

由于設備在運輸或安裝過程中容易產生一些故障，因此在設備安裝完畢后，要重新進行調試，才可正常使用。其調試過程中應注意以下問題:

1、檢查配線

檢查外部是否正確，尤其是強弱電電纜接線位置以及電源是否正常。

2、通電

通電后，需檢查顯示屏是否正常，內部風機工作是否正常。

3、熟悉鍵盤

各種變頻器的鍵盤配置差異較大，應注意熟悉閱讀說明書，可對照說明書進行一些簡單的操作。如啟動、升速、降速、停止、點動等。

4、進行功能預置，檢查參數是否正確

變頻器出廠時往往根據用戶設計要求，對其主要參數進行了設定，應根據現場實際情況檢查變頻器的參數設定是否相符，尤其是電機的額定參數設定。

如有特殊需要，檢查相應參數設定。

5、空載試驗

以上檢查正常后，連接電機進行空載試驗檢查電機的轉向，升速、減速是否正常等。

對于高壓變頻器(如圖3)，一般由15個功率模塊組成，每5個功率模塊串聯成一相，三相Y接，因此在進行空載試驗前，檢查其單個功率模塊的輸出電壓，波形是否正常后，再進行空載試驗。

圖3

6、帶載試驗

在進行帶載試驗時應注意觀察以下幾個方面。

(1)電動機的啟動，對于某些無法將負載與電機分離而無法做空載試驗(如空冷電機、立式水泵)的情況下，可在帶載情況下，加一較小頻率(如5Hz)，檢查轉動方向是否正常。

(2)觀察機械運行狀況是否正常。

(3)觀測啟動電流是否在額定范圍內，如果無啟動時間要求，最好將啟動電流控制在額定范圍內。

(4)觀察電機各項參數(電流、電壓、溫度等)是否在額定范圍內。

在變頻器的調試過程中，往往會發生一些故障，變頻器自身均有故障記錄功能，有些還有故障時電機運行各項參數的記錄，可以通過故障代碼，結合發生故障時電機的運行情況來判斷故障原因，通過總結發現，以下幾種故障在試運行中易發生:

1、遠程無法正常升降速或升降速不同步。

檢查遠程控制方式是否與變頻器設定相同，比如說，遠程為給定4-20mA控制，變頻器設定為0-10V控制，則造成無法正常升降速，變頻器設定為0-20mA，則升降速與指令不同步。

有些變頻器在遠方及就地使用時需更改不同的參數，檢查參數設定是否為遠方控制。以愛默生EV2000為例:

需將以下參數更改:

F0.00頻率給定通道選擇設定為4(遠方模擬量控制)，默認0為操作面板控制。

F0.03 運行命令通道選擇設定為1(端子運行命令通道)，以接受DCS給定運行指令，默認0為操作面板控制。

2、過電流、過載

(1)運行過程中的過電流

對于該故障變頻器大都能進行保護跳閘，應首先檢查變頻器輸出側是否短路，如輸出側正常，則解掉輸出端接線，再進行升頻試驗，如仍跳閘，說明變頻器內部短路。

如以上檢測均正常，檢查是否為負載過重，該故障特點是頻率上升到一定數值就因過留而跳閘，電機基本不動或轉動困難。此時檢查負載機械部分是否正常。

(2)升速或降速中過電流

這也是一較為常見的故障，是由于升速或降速過快引起的，可適當延長升降速時間或增大電流上限值。

3、過電壓與欠電壓

(1)過電壓

檢查電源電壓是否過高，如過高，應設法減少輸入側電壓。另外，變電所內補償電容投入或切出時，都有可能產生干擾過電壓，可利用變頻器重合閘功能解決。

同過電流一樣，在降速過程中會造成過電壓，可通過延長降速時間解決，或增加電壓上限值。

(3)欠電壓

這一故障的原因有電源欠電壓、限流環節故障、電源缺相等，但在電廠中，最常見的時干擾欠電壓。

例如在變頻器運行中，有一大電機啟動(如給水泵)，造成網內瞬間欠電壓，可通過變頻器重合閘解決。

另外，需要特別注意的是，對于一些具有欠壓補償功能的變頻器(如愛默生EV2000系列)，此現象會造成變頻器過電壓跳閘，因為，電網電壓降低時間較短，恢復后，與補償電壓疊加，造成瞬間電壓過高，此問題可以通過降低補償電壓系數來解決。

過電壓及欠電壓問題在很多電廠調試時，均有發生，往往不易判斷，通過調閱DCS中故障發生時的操作記錄，檢查在故障發生同時是否有大負荷啟動(如給水泵、引風機等)、變電站是否有操作來判斷。

4、其它外部故障

如有的設計在變頻器出口側增加一熱繼電器，往往先由繼電器動作而造成變頻器停運，還有其它一些外部保護動作等等，就不一一敘述了。

變頻器的種類較多，對于不同系列的變頻器往往有不同的故障及故障處理方法。因此在變頻器的應用中，首先要熟悉相應的說明書，說明書上有常見故障代碼及處理對策，對于故障的判斷及處理往往有事半功倍的作用。對于不熟悉的變頻器設備，如處理不了，可咨詢各廠的服務部門，往往可以提供一些更有針對性的建議。

(摘編自《電氣技術》，原文標題為“變頻器在電廠中的應用及調試”，作者為于海、劉英杰。)