兩起典型引風(fēng)機(jī)變頻器故障的分析

陳善國(guó)

（浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315208）

1 變頻器設(shè)備概況

某廠200 MW機(jī)組配置2臺(tái)引風(fēng)機(jī)，各配置1臺(tái)變頻器。2臺(tái)變頻器 （尺寸為4880 mm×1219 mm×3000 mm）放置在5000 mm×4200 mm×5000 mm變流小室內(nèi)?？紤]到變流小室的空間不夠?qū)挸?，故在小室的北面墻上（朝鍋爐房）安裝了3只強(qiáng)排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)量為18000 m3/h。變頻器室門面上增擴(kuò)通風(fēng)口，并配過(guò)濾網(wǎng)；同時(shí)將機(jī)組中央空調(diào)冷風(fēng)管路引入小室內(nèi)。

變頻器外回路配置如圖1所示。引風(fēng)機(jī)電機(jī)額定功率1400 kW，額定電壓6000 V，額定轉(zhuǎn)速747 r/min，額定電流174 A。變頻器型號(hào)為Robincon Harmony PH-6-6-1400，額定功率1400 kW，額定輸入電壓為6300 V、50 Hz，輸出頻率0～50 Hz，輸出電壓為0～6300 V，額定輸出電流200 A。

圖1 引風(fēng)機(jī)變頻器一次接線圖

2 主控電源板故障引起變頻器退出運(yùn)行

2.1 故障經(jīng)過(guò)

某日15∶04，運(yùn)行發(fā)現(xiàn)5號(hào)爐爐膛負(fù)壓突然上升至+900 Pa左右，CRT上乙引風(fēng)機(jī)變頻器黃燈閃爍，引風(fēng)機(jī)1DL、2DL開關(guān)在合閘位置，RB未動(dòng)作。就地檢查乙引風(fēng)機(jī)Keypad面板為黑屏；拉開乙引風(fēng)機(jī)1DL、2DL開關(guān)，合上3DL開關(guān)，改旁路運(yùn)行。15∶19維修人員到變頻器現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)乙引風(fēng)機(jī)變頻器Keypad電源指示燈正常，故障指示燈閃爍，但變頻器故障記錄菜單內(nèi)無(wú)任何故障記錄，按面板上復(fù)位按鈕后變頻器各項(xiàng)顯示正常；打開變頻器控制柜門聞到有輕微焦味。

2.2 故障分析

（1）設(shè)定同時(shí)跳6 kV開關(guān)和變頻器保護(hù)的邏輯條件見表1，從1DL、2DL開關(guān)未跳閘可以確定引風(fēng)機(jī)變頻器輸入變壓器、柜頂風(fēng)機(jī)及門控回路無(wú)故障。

表1 跳6 kV開關(guān)和變頻器的保護(hù)

（2）變頻器故障記錄菜單內(nèi)無(wú)任何故障記錄，按面板上復(fù)位按鈕后變頻器各項(xiàng)顯示正常，可以判定變頻器功率單元等一次設(shè)備無(wú)故障。

（3）從運(yùn)行就地檢查乙引風(fēng)機(jī)Keypad面板為黑屏到維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)Keypad電源指示燈正常約為5 min，在此時(shí)間內(nèi)變頻器故障自動(dòng)消失，恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)。初步判斷變頻器故障為瞬時(shí)故障，且故障已消失。

（4）對(duì)DCS綜合趨勢(shì)進(jìn)行查詢，可知，15∶04∶49變頻器已處于退出狀態(tài)，此時(shí)乙引風(fēng)機(jī)6 kV開關(guān)電流到零，一次風(fēng)壓及爐膛負(fù)壓急劇上升，而變頻器輸出電流保持約1 min 10 s后變?yōu)榱悖ㄖ罝CS 4～20 mA輸出信號(hào)保持約 1 min 10 s），變頻器也在1 min 10 s后由“運(yùn)行狀態(tài)”變?yōu)椤巴顺鰻顟B(tài)”。

（5）機(jī)組CCS在變頻器實(shí)際退出運(yùn)行約1 min 50 s、DCS收到變頻退出信號(hào)40 s后由運(yùn)行人員手動(dòng)退出。

（6）從事件記錄可以看出，變頻器控制系統(tǒng)在6 min內(nèi)重啟了3次，變頻器停止運(yùn)行的原因正是由于變頻器控制系統(tǒng)重啟。事件記錄和故障記錄中的中壓低報(bào)警及故障，是在運(yùn)行拉開6 kV開關(guān)后發(fā)出的，與變頻器故障無(wú)關(guān)。

從以上變頻器故障現(xiàn)象得出2個(gè)問(wèn)題：DCS收到變頻退出信號(hào)后RB為何不動(dòng)作？什么原因?qū)е伦冾l器重啟？

關(guān)于RB不動(dòng)作的原因，進(jìn)入DCS組態(tài)后發(fā)現(xiàn)，“變頻器退出”開關(guān)量信號(hào)已由變頻器送至DCS，但并未進(jìn)入RB組態(tài)邏輯。因此當(dāng)變頻器故障退出而6 kV開關(guān)未跳閘時(shí)RB不會(huì)動(dòng)作，與本次故障情況相符。

而電源故障和主控板故障則可能是引起變頻器重啟的原因。因變頻器在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，該故障可以斷定為瞬時(shí)故障；對(duì)變頻器所有電源回路（包括UPS、空開、熔絲、接線端子、插座）檢查后未發(fā)現(xiàn)異常；檢查I/O電源板、主控電源板、信號(hào)處理板電源模塊，也未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，電源板工作正常，但主控電源板略有焦味。變頻器在故障時(shí)曾出現(xiàn)過(guò)Keypad黑屏，而I/O電源板、信號(hào)處理板電源模塊故障不會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)黒屏，因此可以排除這些原因。而主控板由于某些原因如接觸不良、干擾等引起重啟也不會(huì)導(dǎo)致黑屏，也可以排除主控板原因。主控板電源模塊故障和UPS故障會(huì)引起黑屏，但從DCS綜合趨勢(shì)圖中可以看出，在變頻器退出運(yùn)行后1 min 10 s內(nèi)I/O輸出仍保持不變（此狀態(tài)可以在旁路開關(guān)拉開、變頻器開環(huán)試驗(yàn)時(shí)模擬），說(shuō)明此時(shí)I/O電源模塊工作正常。由于主控電源板有輕微焦味，因此初步斷定為主控電源板故障。

2.3 故障處理

（1）更換主控電源板，對(duì)主控板接插情況進(jìn)行檢查。

（2）對(duì)變頻器所有電源回路進(jìn)行檢查，緊固端子接線。

（3）進(jìn)行變頻器開環(huán)試驗(yàn)，并模擬主控電源失電，觀察I/O輸出短時(shí)間保持，與故障情況基本吻合。

（4）仔細(xì)檢查換下的電源板，未發(fā)現(xiàn)有元件損壞或放電痕跡；對(duì)換下的主控電源板進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量+5 V、±12 V及24 V輸出電壓值及其穩(wěn)壓精度和紋波系數(shù)，各項(xiàng)指標(biāo)正常。

（5）利用停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)本機(jī)組RB邏輯進(jìn)行修改，“變頻退出”信號(hào)進(jìn)RB邏輯。

（6）初步斷定本次故障為因灰塵或其它原因造成短路引起主控電源失去，放電后短路消失，電源恢復(fù)正常。更換電源板后變頻器運(yùn)行一年無(wú)故障發(fā)生。

3 主控單元調(diào)制板故障造成變頻器故障

3.1 故障經(jīng)過(guò)

某日，甲引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行中因故障退出運(yùn)行。查閱故障記錄報(bào) “A1單元通信故障”；幾日后，變頻器開環(huán)試驗(yàn)正常后投入運(yùn)行，6 h后變頻器再次故障，報(bào)“過(guò)流”，變頻器自動(dòng)復(fù)位故障后自動(dòng)發(fā)啟動(dòng)命令，重啟不成功，變頻器報(bào) “單元直流過(guò)壓”、所有18個(gè)單元“超溫”及“C6調(diào)制器故障”。

3.2 故障分析及處理

造成“A1單元通信”故障的原因有可能是灰塵等對(duì)光通道干擾，及A1單元控制板故障或主控單元調(diào)制板故障。以往也曾發(fā)生過(guò)幾次同類型故障，在清理光纖接口后都能正常投入運(yùn)行，因此懷疑本次故障是由灰塵等對(duì)光通道干擾引起的可能性較大。查看DCS內(nèi)變頻器輸出電流及1DL開關(guān)電流趨勢(shì)記錄無(wú)異常，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)無(wú)故障。對(duì)可能造成輸出電流異常的變頻器輸出電流反饋回路檢查后也未發(fā)現(xiàn)異常。在變頻器柜頂風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行情況下一般不會(huì)超溫，而此次卻報(bào)18個(gè)單元全部故障，懷疑主控單元調(diào)制板存在故障，誤發(fā)故障信號(hào)給CPU。初步確認(rèn)為調(diào)制板存在某種故障，但此故障為軟故障，測(cè)試時(shí)可能正常，在某種情況下會(huì)偶爾短時(shí)出現(xiàn)。聯(lián)系廠家對(duì)調(diào)制板進(jìn)行了更換，更換后變頻器投運(yùn)正常。

事后對(duì)換下的調(diào)制板進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)其底部的部分芯片引腳之間已經(jīng)被灰塵填滿，該板底部剛好是主控箱軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)入口，最易造成積灰。由于變頻室處于鍋爐房，灰塵中帶有大量煤粉，在溫度、濕度變化等環(huán)境因素影響下可能導(dǎo)電，從而造成變頻器故障。當(dāng)維修人員進(jìn)行變頻器各項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，由于溫濕度等原因，芯片又處于正常工作狀態(tài)，變頻器無(wú)任何故障，從而無(wú)法檢測(cè)出故障原因。

4 提高高壓變頻器運(yùn)行可靠性的幾點(diǎn)建議

（1）變頻器室應(yīng)防塵、防潮，運(yùn)行時(shí)室溫宜控制在25℃左右，不宜過(guò)高或過(guò)低，過(guò)高會(huì)造成元件超溫及設(shè)備老化，過(guò)低則導(dǎo)致設(shè)備結(jié)露。變頻器剛停運(yùn)時(shí)由于設(shè)備元器件溫度較高，而此時(shí)室溫過(guò)低更容易造成結(jié)露。

（2）Robincon等進(jìn)口變頻器具有當(dāng)變壓器柜或功率單元柜柜門打開時(shí)，通過(guò)門控開關(guān)接點(diǎn)跳6 kV開關(guān)和變頻器功能，由于門控開關(guān)質(zhì)量、使用年限長(zhǎng)、振動(dòng)等原因可能會(huì)導(dǎo)致誤跳，建議取消該跳閘回路。

（3）變頻器中某些參數(shù)的設(shè)置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行。如引風(fēng)機(jī)變頻器Regen torque limit 1參數(shù)，設(shè)置過(guò)大時(shí)在變頻器減速過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)單元過(guò)壓，設(shè)置過(guò)小時(shí)會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)造成影響（啟動(dòng)力矩不夠）。

（4）啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)變頻器之前，應(yīng)先關(guān)閉擋板，待變頻器負(fù)荷升至30%之后，再逐步打開風(fēng)門擋板；停運(yùn)變頻器時(shí)，也先使變頻器負(fù)荷減至30%，再逐步關(guān)閉風(fēng)擋，風(fēng)擋關(guān)閉后，再停止變頻器。

（5）不少變頻器都自帶UPS，控制電源取自UPS二次側(cè)。一般控制電源都取自廠用380 V母線，當(dāng)大功率輔機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)使母線電壓降低到原有電壓的70%～80%，此時(shí)變頻器自帶的UPS可能會(huì)切換至蓄電池供電，若電池長(zhǎng)時(shí)間未維護(hù)、更換，可能會(huì)因電池容量不足而導(dǎo)致變頻器失去控制電源，從而造成變頻器停運(yùn)。建議控制電源取自機(jī)組UPS，以提高電源的可靠性。

（6）變頻器的某些部件長(zhǎng)期運(yùn)行后性能降低、劣化，是故障發(fā)生的主要原因。如回路使用的大容量電解電容器，劣化程度受周圍溫度及使用條件影響很大，一定時(shí)間后劣化會(huì)加劇，一般每年需檢查一次，達(dá)到其使用壽命時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。冷卻風(fēng)扇的壽命受限于軸承，對(duì)于接近使用壽命的冷卻風(fēng)扇，需檢查軸承或更換冷卻風(fēng)扇；熔斷器在正常使用條件下，壽命約為10年，可按此時(shí)間考慮更換。

[1] 韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用 （第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.