变频器冷却风机风道通风量不足引起变频器跳闸

变频器冷却风机风道通风量不足引起变频器跳闸

李晨

大唐延安发电有限公司  陕西省延安市   716000

摘要：随着工业企业的快速发展，变频器在各行各业得到了广泛运用，近年来，随着变频器的作用越来越大，其故障也越来越引起重视。本文针对于某铝厂的变频器进行研究，发现引起变频器跳闸的一大重要原因为冷却风机通风量不足，在此基础上，本文就某电厂变频器具体故障情况进行了分析，并在此基础上分析了变频器一次风机风道改造，以提升变频器运行的稳定性。

关键词：变频器；风道；振动；跳闸

前言：变频器运用微电子技术与变频技术，借助电机工作电源频率的改变来实现交流电动机的电力控制设备的控制，变频器主要包括微处理单元、检测单元、驱动单元、制动单元、逆变（直流变交流）、滤波、整流（交流变直流）等，按照电机实际需求，进行所需电源电压的提供，实现调速、节流。另外，变压器还能够实现对于过载、过压、过流的保护。近年来，变压器的作用越来越重要，其出现的故障频率也越来越高，在此基础上，深入研究变频器故障是非常有必要的。

1某铝厂变频器及故障

1.1发电机、变频器及相关设备介绍

某铝厂自备电厂装机容量4×350MW，发电机为东方电气集团三相同步汽轮发电机，厂用系统采用10kV，每台炉配2台50%容量离心式一次风机，锅炉采用中速磨煤机正压直吹式制粉系统，制粉系统采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式系统，设两台离心式一次风机，一次风经一次风机升压后一部分进入三分仓空气预热器，经空气预热器加热后进入磨煤机，另一部分直接进入磨煤机前冷风母管一次风系统供给磨煤机所需的热风、磨煤机调温风（冷风）、磨煤机（经密封风机后接入）和给煤机的密封风。两台一次风机采用变频器调速，热一次风携带合格的煤粉为锅炉燃烧提供燃料量。

变频器为艾默生公司中压变频器，中压变频器由旁路柜、变压器柜、功率单元柜以及控制柜组成。变压器柜主要包括输入/输出用户接线单元、移相变压器和2台散热风机。功率单元柜安装有3台散热风机和3组功率单元，每组8个（10kV）功率单元。变频器配套使用的风机为静音长寿命后倾离心式风机。

1.2故障实际状况

#2机组运行，有功负荷175MW，两台一次风机变频方式运行，工频开关备用。3:052B一次风机变频跳闸，工频联动正常，2B一次风机变频柜报“功率柜柜门打开”“高压断路器断开”报警信号，就地检查发现变频器变压器柜门锁弹开，柜门处于微开状态。运行值班员重新关闭变频器柜门并锁好，复归报警信号后重新启动变频器正常。

变频器要求环境温度＜40℃，整流原元件过温保护＜100℃，一次风机变频器小室装设四台大功率空调，控制环境温度30~35℃。变频器冷却风机风道为内部循环直排至变频小室，环境温度不能满足变频器要求，变频器长期报超温报警，严重降低机组安全稳定运行。电厂通过技术改进，将变压器顶部两组冷却风机风道合并后排出锅炉房外部，整流柜顶部三组冷却风机风道合并后排出锅炉房外部。变频器小室环境温度下降至30℃。

变压器、整流柜顶部冷却风机风道合并为一条风道后，变频器正常运行时三组冷却风机同时启动并列运行，由于风道通风截面积过小造成通风容量不足，热风聚集在风道内部无法顺利排出，在风道内部形成涡流，风道内部风压升高。同时并列运行的冷却风机出力不平衡，造成某台风机喘振，风机长期处于过负荷状态运行，造成冷却风机振动加大引起变频器柜门振动大。由于长期共振造成锁具松动弹开，触发柜门打开继电器动作，联跳一次风机变频器开关。由于机组在运行中无法对风道进行大规模改造，7月9日电厂采取临时措施对变频器柜顶振动大的冷却风机进行改换，柜体振动有所减小。7月13日2A一次风机变频器柜门锁具再次弹开，所幸运行值班员发现及时重新关闭柜门，未造成跳闸后果。

检修部门在6月1日停机检修过程中，对一次风机变频器冷却风机进行过检查和维护，并逐一对冷却风机进行单独试转和检查，风机振动均正常。

由于变频器运行中带有10kV高电压，为保证工作人员的人身安全，因此运行中严禁打开变频器柜门。变频器柜门打开继电器安装在柜门内部，运行中变频器柜门被打开继电器触发，动作于联跳变频器开关。运行值班员在一次风机变频器恢复送电前，检查变频器柜门关闭并锁好。

在对变频器风道改造过程中，未充分考虑风道通风容量不足，造成风道风压升高，造成并列运行的冷却风机过负荷引起振动增大。利用停机检修期间，对一次风机风道进行改造，增大风道通风面积或改造成独立风道，从根本上解决变频柜振动大问题。

2故障原因分析

根据上述对于变频器故障的分析可知，该变频器的主要故障体现在变频柜振动过大上，而造成变频器故障的主要原因在于风道气流。根据对变频器运行原理的分析可知，在风道固有频率fn与风道内部气流脉动频率fp相近或者相等时会出现共振，进而引发风道振动。根据对于风机实际情况进行分析可知，风机与入口风道均不存在异常情况，主要问题出现在出风位置，特别是风机出口挡板的软连接之后的位置，导致振动故障的原因除上述探讨的该铝厂为缓解温度压力而进行的改造外，还包括以下四点：

2.1管道扩张引起的涡流

在扩张角较大的情况下，气流流经将于壁面周边形成旋涡，形成原理与凸形表面流经流体时出现的分离情况的原理类似。

2.2弯头引起的涡流和二次流

在弯管处流经气流时，管道内侧会出现外侧流速低、压力高，内侧流速高、压力低的情况，气流将呈现双螺旋流动，在弯头附近出现局部涡流区。

2.3风道内较大的障碍物产生涡街引起气流脉动

风道中心一般会有十字支撑的连接部分，通常是较大块钢板，钢板背部为低压区，边缘会出现不对称脱体涡流，形成气流脉动，通常该情况应借助风道数值模拟图像判断。

2.4风道的结构问题

在对变频器进行设计时，为降低空间占用，会紧凑设置出口风箱，进而导致风道旋转强度高、弯头多，通流面变化大，易出现风道振动。

3风道改造

从根本上解决变频柜振动大问题需要对一次风机风道进行改造，具体来说可从改造成独立风道和增大风道通风面积着手，受限于设备的初始设置与实际情况，本文主要从增大风大通风面积着手，具体可从强筋改造、加装支撑杆以及加装导流板三个方面着手。

3.1冷风道外壁加强筋改造

于冷风道外壁进行加强筋改造，能够提升冷风道刚度，增加外壁的抗振能力。同时于风道外侧面位置进行扁钢、角钢的加装，利用矩形横向对肋筋进行加固，该措施对大部分风道振动起作用。需注意，由于风道本身限制，在使用该措施时，应尽可能选择较厚的钢板进行制作。

3. 2风道内侧加装支撑杆

于风道内侧进行支撑杆的加装可进行消振，具体可根据本厂实际情况使用圆管按照500mm左右的间距沿中心线进行加装，加装时注意严格按照相关规定进行，在加装完毕后及时对改造情况进行测试。

3. 390°弯头处加装导流板

弯头位置流体流动不畅，在90°弯头位置进行导流板的加装有利于导流，提升流场的均匀性与稳定性，另外可提升风道荷重，对风道固有频率进行调整，防止出现共振。借助导流板可分隔流道，确保各个流道内气体均匀，减少流道内的涡流。除此之外，各流道截面变化量相对减少，降低了压力脉动量，改善了风道振动状况。

总结：本文所建议改造方法防止了涡流的产生，从消除振动源角度防止振动的产生，实现了降低锅炉冷风道振动幅值的目的同时不会出现因改造而提升环境温度的情况，确保了变频器的正常运行。本文所建议改造方式受限于实际状况等因素，振动问题有所减轻但未实现完全避免，仍存在改进空间，可进一步从独立风道等方面着手进行探索研究。

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