关于高压变频器因设计缺陷发生烧损事故的原因分析与处理措施

关于高压变频器因设计缺陷发生烧损事故的原因分析与处理措施

张轩羽

青海黄河上游水电开发有限责任公司西宁发电分公司 青海西宁 810000

【摘 要】高压变频器在现代化电气系统中的作用愈发重要，在智慧电厂建设中对节能降耗有着突出贡献。但由于在设计阶段存在着本质安全缺陷导致在投产运行中存在重大隐患，引起了电厂安全生产的普遍关注。本文对10kV高压变频器结构容量、运行方式、事故损失以及变频器结构上的设计缺陷和处理措施进行了说明和分析。

本文研究发现，影响变频器安全运行的因素是全过程性质的影响，包括设计、生产及投产后的运行维护。各个环节都对变频器的运行安全有着密切联系。通过本文内容希望在变频器检修过程中积累维护经验，共同提高了设备的检修质量。

【关键词】高压变频器；分压电阻盒；电缆；运行方式；

1、引言

近年来，随着社会工业和电力技术的发展，高压变频技术在国内取得了较大发展，变频器也越来越受到国内电厂的重视。利用高压变频器可以实现无极调速，既能满足生产工艺的控制要求，又可以节约电能，降低生产成本节能效果显著。但设备在生产及安装过程中由于工艺不良、责任心不到位等多种因素造成设备存在严重隐患和缺陷是造成设备在运转中发生安全事故的重要原因。为了能够充分发挥变频器在智慧电厂电气自动化当中的先进技术，本文主要根据高压变频器应用工作提出分压电阻盒烧损后的检查方法、注意事项以及隐患处理措施。

2、变频器概述及工作原理

我厂凝结水泵采用一台变频器带动两台凝结水泵电机（一拖二）的方式运行，变频器额定容量：5250kVA，额定电压：0-10kV，额定频率：0-50HZ。变频器柜由三大部分组成：移相整流变压器柜、功率单元柜、控制器柜。工作原理是10kV高压电经移相整流变压器进行降压、移相，隔离输出给各个功率单元，然后给交流三相异步电动机供电。

3、事件经过及后果

3.1事件经过

事故发生前，凝结水泵电机是变频运行，机组负荷为655.8MW，变频器高压（10kV）侧电流86.9A，低压侧电流104.9A；母线电压10.19kV，厂用分支电流1698A。在凝结水泵变频器开关跳闸后联锁启动工频开关凝结水泵转至工频运行，查看报文：“高压过流I段动作”。 故障持续时间67ms，故障点切除后10KV 2A段母线电压恢复正常。

3.2设备损坏情况

3.2.1变频器输入分压电阻盒隔板绝缘击穿，采样板及采样电阻损坏，三相采样电缆两端全部熔断。

3.2.2移相变压器高压侧引线及接线柱三相烧损严重，其中B相全部熔断。

3.2.3移相变压器低压侧绕组临近高压侧部分因短路爆炸有不同程度电弧灼伤，致使低压绕组绝缘受损。

3.2.4移相变压器柜体内因放电发生爆炸冲击波导致柜体盖板变形，有明显弧光放电痕迹。

3.3导致的后果

因2号机凝结水泵变频器柜内发生短路，10kV 2A段母线电压突降至0.432kV，致使锅炉保安MCC 2A段母线电压降至17.28V。2号炉磨煤机A、B和D油站控制柜内的控制电源均取自锅炉保安MCC 2A段，因此造成该油站控制柜油泵一次回路的接触器自保持回路失电，进而使油泵电机停止运转，最终因磨煤机油压低导致10kV 2A段2号炉磨煤机A、B和D开关跳开，造成2号炉磨煤机A、B和D停运。

4、损毁原因及存在问题分析

4.1直接原因

由于分压电阻盒绝缘隔板的绝缘性能存在缺陷，在受到灰尘脏污和长时间的高电压时绝缘性能进一步下降引起变频器高压输入侧A、B相之间短路起火并对柜体弧光放电引起大量气体释放，由于柜体密封内部燃烧热量剧增从而产生爆炸致使柜门螺栓脱裂柜门飞出并严重鼓包变形，爆炸产生的冲击波作用在变频器低压绕组上导致绝缘层被烧损严重。在高压引线A、B相短路时产生大电流致使引线和接线端子被融化。因此，变频器高压输入侧分压电阻盒内A、B相之间隔板绝缘击穿短路是发生此次事件的直接原因。

4.2 间接原因

2号机凝结水泵变频器输入三相分压电阻布置在同一采样板上，并安装在电阻盒内，电阻盒相间以隔板进行绝缘分隔。每相电路板两侧设有两个等电位接线端子，但因实际运行时只需对一个等电位端子接线即可，另一接线端子考虑到作为备用未接线，所以预留圆头螺钉，且接线端子紧贴绝缘隔板，长期运行中绝缘隔板受热碳化，绝缘性能下降，导致绝缘隔板被击穿形成相间球隙放电短路，进一步引发弧光放电。再因所处环境脏污影响，导致凝结水泵变频器输入三相分压电阻盒在长期运行中绝缘隔板吸附灰尘，绝缘性能下降，引起相间电晕放电。

4.3 暴露出的问题

4.3.1变频器三相分压电阻盒在设计阶段存在隐患，未能精确识别出分压电阻盒内预留接线螺丝孔因距离太近所存在的短路隐患风险。

4.3.2分压电阻盒尺寸偏小，绝缘隔板厚度及绝缘性能未达到实际带电运行工况的要求，致使在长期带电运行中受到10kV高电压发生绝缘性能下降的隐患。

4.3.3三相采样电缆未进行隔离敷设，采用三根线从同一小孔洞穿过，在运行中因电压较高电缆温度上升且相互摩擦致使绝缘下降发生短路放电事故隐患。

5、解决措施

为达到消除设备隐患、改进设计缺陷、切实提高变频器安全稳定的运行性能。并为防止此次事故再次发生所采取的措施是在隐患点（分压电阻盒）上增加绝缘隔板厚度以提高绝缘强度、拆除等电位备用螺钉并将螺母选用绝缘材料充分包裹和三相电缆分列布置。具体措施如下：

5.1在变频器高压电阻盒绝缘隔板两侧加装高压保护绝缘层，提高绝缘隔板的绝缘强度及耐受电压强度，防止绝缘击穿。

5.2对预留在分压电阻盒内的等电位处圆头螺钉进行拆除，并对预留的接线端子处导电部分刷涂绝缘漆，消除球隙放电的隐患。但在运行一段时间后停机检查时发现刷涂的绝缘漆并未起到理想效果，刷漆部位还是存在吸附灰尘现象，并部分设备出现放电痕迹。在与厂家充分沟通后得知没有较好的消除隐患方法和无法更换分压电阻盒后，为保证设备安全运行防止再次发生事故将绝缘漆更换为热熔胶，直接用热熔胶充分覆盖包裹预留的接线端子，使其导电部位不再裸露，经长时间运行证明，采用热熔胶效果良好。

5.3对分压电阻盒采样板高压侧采样电缆接线进行整改，采用加装绝缘隔板，在绝缘隔板上按一定距离分别打三个孔，让三相电缆线分别穿进绝缘隔板相互之间保持安全距离，防止线与线相互紧贴摩擦，在高压采样线穿过绝缘板的绝缘皮部位上继续热缩了一层高压绝缘套管，防止高压采样线与绝缘隔板长期接触磨损造成采样线绝缘破损。

6、结束语

本文阐述了10kV高压变频器发生短路故障及其解决措施，虽然采用高压变频，能够使电动机由直接启动方式变为软启动，可以达到可观的节能经济效益。但10kV大功率高压变频器在我国大规模使用时间不长，对设备内部结构和存在的缺陷存在认识不够和维护经验不足。加之规范性学习资料不健全，所以目前我厂10kV高压变频器检修还处于摸索阶段，但故障类型是千变万化的，本文只是总结了变频器短路故障。检修设备是为了消除缺陷，查出隐患，更好的掌握设备的运行方式，提高设备的运行可靠性。为确保变频器维持正常状态，提升人员的专业控制技能、维修人员应急处置能力和定期巡检工作可以有效的加强设备的风险管控。

通过不断优化完善设备检修技术水平，及时总结作业过程中存在的技术问题。对检修作业中关键设备、重点工艺和重大隐患及时采取防范控制措施。在设备运行中加强设备监测，定期进行监督检查，做好风险管控和隐患排查治理工作，及时消除事故隐患。限于本人编写水平和能力，此文只是简述了变频器短路故障内容，望各位专家指出问题，以解决更多的高压变频器故障问题。

参考文献：

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[2] 秦强林 10kV高压大功率变频器研制与测试 东方电气评论 2004

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[4]仲明振，赵相宾 高压变频器应用手册 机械工业出版社 2009

[5] 梁红亮 高压变频器的故障及对策 电工技术 2020