变频器在电厂中的应用及调试

本文介绍了变频技术在电厂中的应用及调试方法。

随着电气技术地发展，变频技术经历了大功率晶闸管(SCR)时代、可关断晶闸管(GTR)时代，到现在的场效应晶闸管(IGBT)，电流波形得到极大改善，电磁噪声极小，进一步简化了电路，故障率大为减少，自身损耗也大为减少，因此，实际生产中的应用越来越广 。近几年，在各个电厂调试所碰到的变频技术的应用越来越多。

一、变频器的作用

1、降低启动电流，减少机械冲击

对于一些大转矩负载，往往在实际生产中采用变频启动的方式来降低启动电流，同时有效地降低了动态转矩，减少了转动设备机械冲击，消除水泵的水锤效应，延长水泵的使用时间。

2、节能降耗

通过远程控制(如空冷风机)、水压控制(如生活水泵等)、水位控制、温度控制等多种方式进行频率调节， 既保证了满足生产需求，由有效地降低了能量的损耗，其节能效果相当可观。

二、变频器的常用使用方案

无论变频应用的目的如何，其主要的应用方案主要采用以下几种应用方式。

1、1控1

采用一台变频器控制一台电机(如图1)，以空冷系统为例，多台空冷风机，均采用该方案，通过计算汽机排汽压力与环境气温的关系，由DCS控制，自动选择不同的风机组合方式，即有效的节省的电能，又可避免空冷系统在冬季运行的冷冻问题。

图1

2、1主1辅，互为备用

对于重要的设备往往加一台变频器及电机作为备用，当主电机失电或故障时辅电机及时投入运行，以保证设备运行的连续性。以电厂锅炉风烟系统空气预热器为例，采用两台变频器，分别带一台电机，两台电机通过机构带动同一负荷，正常情况下，由变频器带主电机运行，当出现故障，通过厂用集中控制系统(DCS)自动切换为辅电机运行，主、辅电机供电及控制均为独立系统，可单独检修，故障处理完毕后，可切换为主电机运行，也可将两台变频器互为备用使用。在运行中，通过DCS根据系统负荷风量输出4-20mA模拟量控制。

2、1控X(X为电机台数)

由于变频器的价格偏高，往往对于一些非重要设备采用由一台变频器控制多台电机的方案，例如生活水泵房生活水泵、工业废水的复用水泵，以生活水泵的控制为例，其工作过程如下(如图2):

首先，由“1号泵”在变频控制的情况下工作。

当用水量增大，“1号泵”已经达到额定频率而水压仍不足时，经短暂延时后，将“1号泵”切换为工频工作，同时变频器的输出频率迅速降为0Hz，然后使“2号泵”投入变频运行。

当“2号泵”也达到额定频率时，将“2号泵”切换为工频工作，而“3号泵”投入变频运行。

图 2

反之，当用水量减少时，则先从3号泵开始，然后2号泵依次退出工作，完成一次加减泵的循环。

其切换过程的判断与执行主要由PLC来控制。

3、1台变频，X台工频

在实际生产中，往往需要两台以上泵进行工作，才能满足生产要求，例如现在设计的凝结水泵往往采用两台工频，一台变频，根据负荷及实际用水量来人工选择组合方式。

三、变频器的调试

由于设备在运输或安装过程中容易产生一些故障，因此在设备安装完毕后，要重新进行调试，才可正常使用。其调试过程中应注意以下问题:

1、检查配线

检查外部是否正确，尤其是强弱电电缆接线位置以及电源是否正常。

2、通电

通电后，需检查显示屏是否正常，内部风机工作是否正常。

3、熟悉键盘

各种变频器的键盘配置差异较大，应注意熟悉阅读说明书，可对照说明书进行一些简单的操作。如启动、升速、降速、停止、点动等。

4、进行功能预置，检查参数是否正确

变频器出厂时往往根据用户设计要求，对其主要参数进行了设定，应根据现场实际情况检查变频器的参数设定是否相符，尤其是电机的额定参数设定。

如有特殊需要，检查相应参数设定。

5、空载试验

以上检查正常后，连接电机进行空载试验检查电机的转向，升速、减速是否正常等。

对于高压变频器(如图3)，一般由15个功率模块组成，每5个功率模块串联成一相，三相Y接，因此在进行空载试验前，检查其单个功率模块的输出电压，波形是否正常后，再进行空载试验。

图3

6、带载试验

在进行带载试验时应注意观察以下几个方面。

(1)电动机的启动，对于某些无法将负载与电机分离而无法做空载试验(如空冷电机、立式水泵)的情况下，可在带载情况下，加一较小频率(如5Hz)，检查转动方向是否正常。

(2)观察机械运行状况是否正常。

(3)观测启动电流是否在额定范围内，如果无启动时间要求，最好将启动电流控制在额定范围内。

(4)观察电机各项参数(电流、电压、温度等)是否在额定范围内。

四、调试过程中的问题与处理

在变频器的调试过程中，往往会发生一些故障，变频器自身均有故障记录功能，有些还有故障时电机运行各项参数的记录，可以通过故障代码，结合发生故障时电机的运行情况来判断故障原因，通过总结发现，以下几种故障在试运行中易发生:

1、远程无法正常升降速或升降速不同步。

检查远程控制方式是否与变频器设定相同，比如说，远程为给定4-20mA控制，变频器设定为0-10V控制，则造成无法正常升降速，变频器设定为0-20mA，则升降速与指令不同步。

有些变频器在远方及就地使用时需更改不同的参数，检查参数设定是否为远方控制。以爱默生EV2000为例:

需将以下参数更改:

F0.00频率给定通道选择设定为4(远方模拟量控制)，默认0为操作面板控制。

F0.03 运行命令通道选择设定为1(端子运行命令通道)，以接受DCS给定运行指令，默认0为操作面板控制。

2、过电流、过载

(1)运行过程中的过电流

对于该故障变频器大都能进行保护跳闸，应首先检查变频器输出侧是否短路，如输出侧正常，则解掉输出端接线，再进行升频试验，如仍跳闸，说明变频器内部短路。

如以上检测均正常，检查是否为负载过重，该故障特点是频率上升到一定数值就因过留而跳闸，电机基本不动或转动困难。此时检查负载机械部分是否正常。

(2)升速或降速中过电流

这也是一较为常见的故障，是由于升速或降速过快引起的，可适当延长升降速时间或增大电流上限值。

3、过电压与欠电压

(1)过电压

检查电源电压是否过高，如过高，应设法减少输入侧电压。另外，变电所内补偿电容投入或切出时，都有可能产生干扰过电压，可利用变频器重合闸功能解决。

同过电流一样，在降速过程中会造成过电压，可通过延长降速时间解决，或增加电压上限值。

(3)欠电压

这一故障的原因有电源欠电压、限流环节故障、电源缺相等，但在电厂中，最常见的时干扰欠电压。

例如在变频器运行中，有一大电机启动(如给水泵)，造成网内瞬间欠电压，可通过变频器重合闸解决。

另外，需要特别注意的是，对于一些具有欠压补偿功能的变频器(如爱默生EV2000系列)，此现象会造成变频器过电压跳闸，因为，电网电压降低时间较短，恢复后，与补偿电压叠加，造成瞬间电压过高，此问题可以通过降低补偿电压系数来解决。

过电压及欠电压问题在很多电厂调试时，均有发生，往往不易判断，通过调阅DCS中故障发生时的操作记录，检查在故障发生同时是否有大负荷启动(如给水泵、引风机等)、变电站是否有操作来判断。

4、其它外部故障

如有的设计在变频器出口侧增加一热继电器，往往先由继电器动作而造成变频器停运，还有其它一些外部保护动作等等，就不一一叙述了。

变频器的种类较多，对于不同系列的变频器往往有不同的故障及故障处理方法。因此在变频器的应用中，首先要熟悉相应的说明书，说明书上有常见故障代码及处理对策，对于故障的判断及处理往往有事半功倍的作用。对于不熟悉的变频器设备，如处理不了，可咨询各厂的服务部门，往往可以提供一些更有针对性的建议。

(摘编自《电气技术》，原文标题为“变频器在电厂中的应用及调试”，作者为于海、刘英杰。)