空预器驱动装置异常跳闸分析及对策

皋德华

(江苏射阳港发电有限责任公司，江苏 盐城 224300)

空预器驱动装置异常跳闸分析及对策

皋德华

(江苏射阳港发电有限责任公司，江苏 盐城 224300)

针对某公司锅炉系统空预器在运行中曾发生主电机异常跳闸、副电机切换成功，但副电机反切至主电机失败的异常情况，介绍了电气驱动系统概况、工作原理，对运行中反向切换不成功的原因进行了分析，制定了相应的对策，提高了空预器运行的可靠性。

空预器；变频器；主副电机；双向切换

0 引言

空气预热器(以下简称“空预器”)是火力发电厂锅炉设备的重要组成部分，是一种利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的热交换装置。该装置通过回收烟气热量，降低排烟温度，从而提高锅炉的效率。

若一侧空预器发生故障，机组将降低一半负荷；若两侧均发生故障，机组将被迫停运。作为驱动空预器运转的电气驱动装置，其工作是否可靠将直接影响到机组的安全、稳定、经济运行。以下以某公司2×660 MW机组空预器电气驱动装置为例，分析驱动装置异常跳闸及副电机向主电机切换失败的原因，并给出解决问题的方法。

1 空预器驱动装置简介

1.1 概况

该公司2台机组每台锅炉甲、乙两侧均装设空预器，每侧空预器分别由独立的驱动装置驱动。为了提高空预器运行的可靠性，每一侧空预器的电气驱动装置均由功率相同的主、副电机组成，且主、副电机采用不同电路的供电电源。为防止主、副电机同时故障而损坏空预器，在主电机上配备了应急手动盘车接口。

1.2 运行方式

正常运行情况下，空预器由主电机驱动，因主、副电机使用同一根驱动轴，副电机随主电机同步转动。当主电机运行中因故异常跳闸时，在连锁保护投入的情况下，控制柜内PLC经过30 s延时，发出启动副电机运行命令，切换到副电机运行。反之，当主电机经检查无缺陷后，在连锁投入时，可人工停运或在副电机故障跳闸时，通过DCS(Distributed Control System，分散控制系统)发送命令反切至主电机运行，因此，其驱动装置具有双向互切功能。

1.3 启动过程

主电机与副电机分别由2台相同的ATV71变频器启动；完成启动过程后，主驱动电机或副电机将自动切换到工频电源运行，2者启动过程完全相同。下面以主电机启动过程为例简述启动过程，其控制原理如图1所示。

在就地或远方发出启动命令后，变频主接触器KM1吸合，变频器拖动主电机匀速平稳启动(软启动)，从0到980 r/min用时约60 s。到达额定转速变频器发出启动完成信号并稳定运行10 s后，变频主接触器KM1断开；3 s后由PLC发出命令，工频接触器KM3吸合，切换至工频电源运行，完成整个启动过程。

2 故障现象及处理过程

2015-09-20T21:54，5A空预器主电机跳闸，副电机自投成功，但电流波动大。初步检查主电机无明显异常，将5A空预器主电机投紧急备用时，发现其在DCS画面上的状态变为运行状态(实际未运行)，在DCS中进行复位后状态恢复正常。

2015-09-21，经调阅DCS主电机历史曲线，发现跳闸瞬间电机电流超出量程范围，DCS最后显示的测量电流为72 A。在转动状态下测量电机三相直流电阻偏差大，AB相电阻为140 Ω，AC相电阻为140 Ω，BC相电阻为165 Ω，且直流电阻值有波动，但绝缘电阻正常。联系生产厂家，将5A空预器主电机变频器电动状态转矩限幅值(Tlim)由150 %调至200 %后，进行5A空预器副电机向主电机切换试验，结果切换失败。

图1 空预器主电机控制原理

2015-09-22，考虑到5A空预器主电机转动状态下测量直流电阻值偏差大且有波动，无法判断电机是否正常，拟将5号机组负荷降至300 MW，短时停运5A空预器副电机，单独启动主电机，并测量主电机三相电流是否平衡。如电机损坏，待5A空预器进口烟温低于150 ℃时停运空预器，更换电机。

2015-09-24T09:45，经批复，5号机组降负荷至300 MW，停运5A空预器副电机，连锁未投入。当空预器转子转速接近0时，手动启运5A空预器主电机正常。后继续做5A空预器主、副电机切换试验，双向切换4次均成功。于当日16:30恢复正常运行。在切换过程中，主向副、副向主电机切换时，主或副电机启动完成后，DCS中电机启动界面会随机出现全黄色异常跳闸报警信号，复位一下即恢复正常颜色。

3 故障及画面异常原因分析

3.1 空预器主电机跳闸原因分析

从调阅的DCS历史曲线看，主电机电流瞬间升高，超出测量量程，DCS最后显示的测量电流为72 A。结合副电机刚启动时电流波动大的情况分析，5A空预器主电机跳闸的原因为空预器内部瞬间卡涩或有异物，导致电流急剧升高，热继电器过流保护动作。

3.2 副主电机切换不成功原因分析

无论负荷高低，主电机向副电机切换均成功；但副电机在高负荷时向主电机反切不成功，而在低负荷时能反切成功，其原因分析如下。

空预器厂家设计规范要求，变频器启动的前题条件是只能从零转速或低转速开始。当主电机切换到副电机工作时，从零转速启动的副变频器会对正在旋转的(主、副电机同轴转动)转子产生刹车作用(反激制动)，从而造成较大的冲击，因此必须保证空预器转子转速接近0或低转速时才能启动副电机。空预器(电机)自由停车时间约为40 s。

生产厂家在最初设计时，仅设计了主电机向副电机切换的功能，即单向切换。主电机自带的PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)程序中，在连锁投入，当主电机停运或异常跳闸时，设置了一个延时30 s发主电机停运或异常跳闸状态量给DCS判断的逻辑。由DCS发出启动副电机命令，此时空预器转子转速已降至低转速，符合变频器启动的前提条件。

该公司在生产调试期间，提出空预器的主、副电机要实现双向互切功能。调试单位修改了DCS逻辑，使其具备双向互切功能。在冷态调试做切换试验时，主、副电机互切试验正常。

本次空预器异常跳闸后，副电机向主电机在热态高负荷时，切换均失败。分析认为系副电机向主电机切换过程中，停运副电机时，其PLC程序逻辑没有设置延时30 s再发信号启动主电机，而是停运瞬间发命令立即启动主电机，不符合变频器启动只能从零转速或低转速开始的前提条件。此时主电机对正在旋转的转子产生刹车作用(反激制动)，超出主电机变频器启动状态转矩限幅值，导致过力矩动作，这是切换失败的主要原因。在低负荷或冷态时，因空预器负载较轻，能躲过过力矩动作值，切换就能成功，但切换成功的几率也非百分之百。在机组检修后调试时，曾出现过副电机切换主电机不成功的案例。

3.3 DCS画面异常原因分析

在电机双向互切过程中，主或副电机启动完成后，DCS中电机启动界面会随机出现全黄色异常跳闸报警信号。从图1及启动过程来看，在变频接触器断开、工频接触器吸合的切换过程中，DCS有3 s时间检测不到运行与停止信号，故会出现异常跳闸报警信号，且这种异常跳闸报警信号具有随机性。如果能躲过DCS运算时间，其画面就正常；反之，则会出现异常跳闸报警信号。对此，只需在DCS画面上复位，异常画面即恢复正常，且不影响任何后续保护。

4 故障对策

4.1 副电机向主电机切换不成功对策

针对副电机向主电机在高负荷时切换失败，以及在低负荷时也存在切换不成功的情况，综合故障原因分析，提出以下3种解决途径。

(1) 修改副电机PLC程序。在PLC程序中，增加延时30 s发副电机停运或异常跳闸状态量给DCS判断的逻辑。由DCS发出启动主电机命令，以保证空预器转子转速降至低转速的条件，从而保证主电机变频器启动时的转矩幅值不超设定值。

(2) 修改DCS逻辑。在DCS中，增加延时30 s逻辑。当DCS检测到副电机停运或异常跳闸状态量时，延时30 s发命令启动主电机，从而保证主电机变频器启动时的转矩幅值不超设定值。

(3) 开启主电机变频器“飞车启动”功能。所谓变频器“飞车启动”，就是当变频器未运行时，变频器所控制的电动机的转子处于旋转运动状态。如开启该功能，变频器启动就可以稳定、平滑、无冲击地顺利控制处于旋转中的电动机。其工作原理是：“飞车启动”一开始先搜索旋转电机转子频率，在搜索到电机转子频率后，变频器再将搜索到的转子频率作为输出频率。这样，既不会出现过流，也不会出现对正在旋转的转子产生刹车作用(反激制动)，从而保证主电机变频器启动时的转矩幅值不超设定值。

4.2 DCS画面异常对策

针对电机双向互切过程中，主或副电机启动完成后，DCS画面上电机启动界面会随机出现全黄色异常跳闸报警信号的情况，可通过修改DCS逻辑，增加变频与工频切换过程中延时3 s检测的功能，躲过DCS检测状态量的时间来解决。

5 结束语

空预器电气控制的方式、方法较复杂，若要改变原有电气控制系统的设计意图，则应综合考虑各方面的因素，如设备的启动条件、要求等细节。同样，对出现的电气故障，应通过多种方式、方法进行仔细排查、分析，找出故障原因并采取相应的措施，以保证机组的安全、稳定、经济运行。

1 张选正，张金远．变频器的应用经验[M]．北京：中国电力出版社，2006.

2016-08-06；

2016-11-01。

皋德华(1974—)，男，助理工程师，主要从事火力发电厂电气设备基建、检修技术管理工作，email：463242989@qq.com。