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摘 要：如何解决高压变频器故障自检功能缺失的情况下的实现变频工频的可靠切换，保证机组安全可靠运行，是一个很现实的问题。本文针对以上问题进行分析，提出了改进方法并在实际中成功应用，取得了较好的效果，为以后此类型缺陷分析处理提供一些参考经验。
关键词：高压变频器；故障；自检；缺陷
一、火电厂高压变频器系统简介
某火力发电厂的300MW机组引风机高压变频器一次回路图如图1。
图1 高压变频器一次回路图
图1中QF为变频器电源开关，QS1为变频器输入刀闸、QS2为变频器输出刀闸，KM1为变频器输出接触器，QF1为变频器输入开关、QF2为工频开关；高压变频器配置的PLC为西门子产品（SIEMENS S7-200），主板为变频器厂家生产的产品，变频与工频的切换功能都由变频器PLC来实现。当DCS系统或变频器自身发变频切工频命令，或变频器重故障时，先自动断开QF1和KM1，延时4S再合上QF2，电机由变频转为工频运行。
变频器在运行状态下，只有变频器出现重故障或者手动执行变切工指令时才能实现变频器变切工。一旦变频器出现PLC故障，此时PLC无法自检后判断执行相关指令，或者出现主板间歇性的软故障，此时主板已关闭变频器输出，而PLC并未真正接收到主板重故障信号，这两种情况都无法实现变频切工频运行。
DCS系统实现变频器切换，由运行人员根据风机运行情况，将调节方式投入自动后，DCS顺控向变频器PLC发出变切工指令，由PLC实现变频切工频，DCS系统本身不具备切换功能。当DCS系统无法收到变频运行信号和工频运行信号时，延时10S自动跳开电源开关QF，风机停运。
二、事故经过及分析
2.1 变频器主板故障事故
某机组带负荷200MW运行，两台引风机变频运行，运行频率29Hz，19时20分41秒（GPS时间，以下类同）炉膛负压低锅炉MFT动作，机组跳闸。
调取机组SOE记录：19时19分59秒，引风机电流从36.8A瞬间下降至0 A；19时20分01秒，引风机变频电流从88.6A瞬间下降至0A，炉膛压力增加至552.6Pa；19时20分41秒，引风机变频器重故障信号发出，变频器停止。对变频器进行检查，测量主板电源输出电压为2.06V（额定输出为5V），判断电源模块损坏。
此电源模块故障，主板判断为瞬时停电故障，进入了瞬停状态（当电源电压扰动降低后在规定时间范围内自动恢复正常时，变频器也随之自动再启动，确保系统稳定，即变频器具备高压失电短时跟踪再启动功能。在这规定时间范围内，变频器所处的运行状态即为瞬停状态），变频器输出关闭，运行狀态保持。由于故障时引风机变频运行信号存在，因此DCS未能实现引风机由变频切至工频运行；此时另一台引风机为了维持炉膛负压，频率逐渐增大，静叶挡板及变频器的特性不能满足此异常工况下的调节要求，造成炉膛负压低锅炉主保护动作。此次事件的直接原因为变频器主板电源模块故障，导致变频器“重故障信号”未及时发出，造成变频器停止输出到变频切工频运行间隔时间太长，从而引发引风机静叶异常调节，炉膛负压低锅炉MFT动作，机组跳闸。更换变频器主板，并将主板程序输入后，机组再次启动工作正常，顺利并网运行。
2.2 变频器PLC故障事故
某一次风机变频器因PLC故障引起机组RB动作，跳一列风机。检查变频器，发现PLC装置故障灯亮，QF1和KM1都已跳开，但QF2未合闸，在液晶显示屏上无故障和操作记录，在DCS系统中调取变频器各信号记录，DCS系统未收到变频运行信号和工频运行信号，检查变频器外部无任何故障，判断为PLC故障死机导致；PLC处于死机状态下自动将全部输出接点归零。由于设计PLC输出跳QF1、KM1接点均为常闭接点，故PLC死机后内部输出全部恢复至初始状态，自动将QF1、KM1跳开；同时PLC死机后不能执行正常的变频切工频逻辑，而PLC合QF2接点为常开接点，故QF2未合闸，从而引起一次风机变频运行信号和工频运行信号全部为0，DCS系统判断后延时，自动跳开风机电源开关QF，引发机组RB动作，跳开对应的引风机、送风机，机组降负荷运行。更换PLC插件，并将PLC程序和逻辑重新输入后，试验正确，风机变频器投入运行。
2.3 暴露问题
由以上两次事故暴露出火电厂高压变频器系统存在的问题：
（1）当变频器主板异常或间歇性软故障时，外部给主板提供的各个开入量无法反馈至主板，主板亦无法与PLC之间建立良好的通讯，因此无法及时向PLC发出重故障信号。
（2）当变频器PLC故障时，自动将变频器退出，无法执行内部逻辑功能切换至工频运行，也无法自检并发出故障信号，且无任何其它手段对其进行监控。这两个问题均会对机组安全造成重大影响，必须设法解决。
三、处理方案
3.1 增加DCS判断变频器故障的逻辑，由DCS来完成变频切工频功能
3.1.1考虑风机变频器在手动操作时的不稳定性，增加风机变频器自动投入和风机后烟气挡板全开两个条件同时满足，经30s延时，作为“DCS变频器调节投自动”判据。
3.1.2变频器工频切变频过程中出现故障时，不应继续切换；因此，将变频器PLC发出的“工切变”指令和“充电中”信号一起作为DCS逻辑 “切换中”信号，闭锁DCS系统变频切工频，当收到“变频运行”信号后，经延时，“切换中”信号返回。
3.1.3由于变频器主板故障时，变频器实际输出为0，高压开关电流也会变为0，因此，增加“DCS检测高压开关电流异常”判断，即6KV高压电源开关工频电流小于5%电动机额定电流（可根据设备运行工况设置）时判断为电流异常，允许变频切工频。
3.1.4因高压变频器无法提供6KV电源开关电流，现场在6KV电源开关柜内新增电流变送器，利用4-20mA工频电流信号送入DCS系统，作为“DCS检测高压开关电流异常”逻辑判据。
3.1.5“DCS检测高压开关电流异常”、同时无“高压掉电”（有瞬停信号时闭锁电流异常启动变切工、并且瞬停信号超过6S时允许电流异常启动变切工）、无“工切变”（变频器PLC发出的信号）、有“DCS变频器调节投自动”信号，延时2秒钟后启动变切工。
3.2 增加变频器PLC失电或自检故障时，发出异常信号，由硬接线回路进行合工频开关，实现变频切工频功能
变频器PLC处于死机状态下自动将全部输出接点归零，故PLC死机后自动将QF1、KM1跳开，但无法合QF2；为了防止高压变频器PLC失电或故障时造成设备停运，在控制回路中增加PLC自检功能，若PLC失电或自检异常，故障信号通过中间继电器接点送至DCS系统，并经延时启动出口继电器合旁路开关QF2，保证设备切至工频运行。
逻辑框图中SM0.0为PLC装置判断电源检测或自检，Q2.4为变频器PLC失电或自检异常输出继电器，在变频器PLC失电或自检异常时接点闭合。
以上两种改进方法已全部应用于某电厂同类型的高压变频器中，通过带风机和电机实际运行工况，进行试验测试和参数完善，确保改进功能实现完好无缺。方法改进后未发生一次因变频器故障影响机组安全稳定运行的事件，大大提高了风机运行的安全可靠性。
参考文献
[1]陈达文.高压变频器在火力发电厂运行中常见问题分析[J].工业设计，2018（01）：136-137.
[2]高云龙.火电厂高压变频器故障分析与探讨[J].山东工业技术，2018（01）：167.
关键词：高压变频器；故障；自检；缺陷
一、火电厂高压变频器系统简介
某火力发电厂的300MW机组引风机高压变频器一次回路图如图1。
图1 高压变频器一次回路图
图1中QF为变频器电源开关，QS1为变频器输入刀闸、QS2为变频器输出刀闸，KM1为变频器输出接触器，QF1为变频器输入开关、QF2为工频开关；高压变频器配置的PLC为西门子产品（SIEMENS S7-200），主板为变频器厂家生产的产品，变频与工频的切换功能都由变频器PLC来实现。当DCS系统或变频器自身发变频切工频命令，或变频器重故障时，先自动断开QF1和KM1，延时4S再合上QF2，电机由变频转为工频运行。
变频器在运行状态下，只有变频器出现重故障或者手动执行变切工指令时才能实现变频器变切工。一旦变频器出现PLC故障，此时PLC无法自检后判断执行相关指令，或者出现主板间歇性的软故障，此时主板已关闭变频器输出，而PLC并未真正接收到主板重故障信号，这两种情况都无法实现变频切工频运行。
DCS系统实现变频器切换，由运行人员根据风机运行情况，将调节方式投入自动后，DCS顺控向变频器PLC发出变切工指令，由PLC实现变频切工频，DCS系统本身不具备切换功能。当DCS系统无法收到变频运行信号和工频运行信号时，延时10S自动跳开电源开关QF，风机停运。
二、事故经过及分析
2.1 变频器主板故障事故
某机组带负荷200MW运行，两台引风机变频运行，运行频率29Hz，19时20分41秒（GPS时间，以下类同）炉膛负压低锅炉MFT动作，机组跳闸。
调取机组SOE记录：19时19分59秒，引风机电流从36.8A瞬间下降至0 A；19时20分01秒，引风机变频电流从88.6A瞬间下降至0A，炉膛压力增加至552.6Pa；19时20分41秒，引风机变频器重故障信号发出，变频器停止。对变频器进行检查，测量主板电源输出电压为2.06V（额定输出为5V），判断电源模块损坏。
此电源模块故障，主板判断为瞬时停电故障，进入了瞬停状态（当电源电压扰动降低后在规定时间范围内自动恢复正常时，变频器也随之自动再启动，确保系统稳定，即变频器具备高压失电短时跟踪再启动功能。在这规定时间范围内，变频器所处的运行状态即为瞬停状态），变频器输出关闭，运行狀态保持。由于故障时引风机变频运行信号存在，因此DCS未能实现引风机由变频切至工频运行；此时另一台引风机为了维持炉膛负压，频率逐渐增大，静叶挡板及变频器的特性不能满足此异常工况下的调节要求，造成炉膛负压低锅炉主保护动作。此次事件的直接原因为变频器主板电源模块故障，导致变频器“重故障信号”未及时发出，造成变频器停止输出到变频切工频运行间隔时间太长，从而引发引风机静叶异常调节，炉膛负压低锅炉MFT动作，机组跳闸。更换变频器主板，并将主板程序输入后，机组再次启动工作正常，顺利并网运行。
2.2 变频器PLC故障事故
某一次风机变频器因PLC故障引起机组RB动作，跳一列风机。检查变频器，发现PLC装置故障灯亮，QF1和KM1都已跳开，但QF2未合闸，在液晶显示屏上无故障和操作记录，在DCS系统中调取变频器各信号记录，DCS系统未收到变频运行信号和工频运行信号，检查变频器外部无任何故障，判断为PLC故障死机导致；PLC处于死机状态下自动将全部输出接点归零。由于设计PLC输出跳QF1、KM1接点均为常闭接点，故PLC死机后内部输出全部恢复至初始状态，自动将QF1、KM1跳开；同时PLC死机后不能执行正常的变频切工频逻辑，而PLC合QF2接点为常开接点，故QF2未合闸，从而引起一次风机变频运行信号和工频运行信号全部为0，DCS系统判断后延时，自动跳开风机电源开关QF，引发机组RB动作，跳开对应的引风机、送风机，机组降负荷运行。更换PLC插件，并将PLC程序和逻辑重新输入后，试验正确，风机变频器投入运行。
2.3 暴露问题
由以上两次事故暴露出火电厂高压变频器系统存在的问题：
（1）当变频器主板异常或间歇性软故障时，外部给主板提供的各个开入量无法反馈至主板，主板亦无法与PLC之间建立良好的通讯，因此无法及时向PLC发出重故障信号。
（2）当变频器PLC故障时，自动将变频器退出，无法执行内部逻辑功能切换至工频运行，也无法自检并发出故障信号，且无任何其它手段对其进行监控。这两个问题均会对机组安全造成重大影响，必须设法解决。
三、处理方案
3.1 增加DCS判断变频器故障的逻辑，由DCS来完成变频切工频功能
3.1.1考虑风机变频器在手动操作时的不稳定性，增加风机变频器自动投入和风机后烟气挡板全开两个条件同时满足，经30s延时，作为“DCS变频器调节投自动”判据。
3.1.2变频器工频切变频过程中出现故障时，不应继续切换；因此，将变频器PLC发出的“工切变”指令和“充电中”信号一起作为DCS逻辑 “切换中”信号，闭锁DCS系统变频切工频，当收到“变频运行”信号后，经延时，“切换中”信号返回。
3.1.3由于变频器主板故障时，变频器实际输出为0，高压开关电流也会变为0，因此，增加“DCS检测高压开关电流异常”判断，即6KV高压电源开关工频电流小于5%电动机额定电流（可根据设备运行工况设置）时判断为电流异常，允许变频切工频。
3.1.4因高压变频器无法提供6KV电源开关电流，现场在6KV电源开关柜内新增电流变送器，利用4-20mA工频电流信号送入DCS系统，作为“DCS检测高压开关电流异常”逻辑判据。
3.1.5“DCS检测高压开关电流异常”、同时无“高压掉电”（有瞬停信号时闭锁电流异常启动变切工、并且瞬停信号超过6S时允许电流异常启动变切工）、无“工切变”（变频器PLC发出的信号）、有“DCS变频器调节投自动”信号，延时2秒钟后启动变切工。
3.2 增加变频器PLC失电或自检故障时，发出异常信号，由硬接线回路进行合工频开关，实现变频切工频功能
变频器PLC处于死机状态下自动将全部输出接点归零，故PLC死机后自动将QF1、KM1跳开，但无法合QF2；为了防止高压变频器PLC失电或故障时造成设备停运，在控制回路中增加PLC自检功能，若PLC失电或自检异常，故障信号通过中间继电器接点送至DCS系统，并经延时启动出口继电器合旁路开关QF2，保证设备切至工频运行。
逻辑框图中SM0.0为PLC装置判断电源检测或自检，Q2.4为变频器PLC失电或自检异常输出继电器，在变频器PLC失电或自检异常时接点闭合。
以上两种改进方法已全部应用于某电厂同类型的高压变频器中，通过带风机和电机实际运行工况，进行试验测试和参数完善，确保改进功能实现完好无缺。方法改进后未发生一次因变频器故障影响机组安全稳定运行的事件，大大提高了风机运行的安全可靠性。
参考文献
[1]陈达文.高压变频器在火力发电厂运行中常见问题分析[J].工业设计，2018（01）：136-137.
[2]高云龙.火电厂高压变频器故障分析与探讨[J].山东工业技术，2018（01）：167.