高壓變頻器日常維護(hù)

北京京能熱電股份有限公司 云宇力

1.引言

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在對(duì)于電壓、電源的控制要求也越來(lái)越高，相配套的高壓或者低壓變頻器的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)于高壓變頻器而言，要保證其正常穩(wěn)定可靠運(yùn)行，必須要對(duì)高壓變頻器實(shí)施日常維護(hù)，同時(shí)要對(duì)日常發(fā)生的一些常見(jiàn)故障進(jìn)行簡(jiǎn)單的故障診斷和故障處理，只有這樣，才能夠?qū)崿F(xiàn)高壓變頻器服役壽命的最大化。

本論文主要結(jié)合目前主流的高壓變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析，給出常見(jiàn)的故障類(lèi)型及其原因分析，并對(duì)日常維護(hù)給出具體的建議與措施，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓變頻器的有效維護(hù)和保養(yǎng)，延長(zhǎng)其服役壽命，并以此和廣大同行分享。

2.高壓變頻器概述

2.1 高壓變頻器結(jié)構(gòu)

高壓變頻器是近幾年逐漸發(fā)展起來(lái)的一種應(yīng)用十分廣泛的變頻器，它和過(guò)去傳統(tǒng)的采用液力耦合方式或者串級(jí)調(diào)速實(shí)現(xiàn)的電機(jī)調(diào)速方式是一樣的，只是采用改變電機(jī)運(yùn)行電源頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)調(diào)速的目的。目前，高壓變頻器不管是通用的還是專(zhuān)用的，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)都是相通的，主要包括三個(gè)部分：一是主電路接線端，包括接工頻電網(wǎng)的輸入端(R、S、T)，接電動(dòng)機(jī)的頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的輸出端(U、V、W)；二是控制端子，包括外部信號(hào)控制端子、變頻器工作狀態(tài)指示端子、變頻器與微機(jī)或其他變頻器的通信接口；三是操作面板，包括液晶顯示屏和鍵盤(pán)。

通用變頻器由主電路和控制電路組成，其中，給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分稱(chēng)為主電路，主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)（又稱(chēng)平波回路）和逆變器等。

2.2 高壓變頻器工作原理

高壓變頻器內(nèi)部主要是由整流器、逆變器、中間直流環(huán)節(jié)和控制電路等構(gòu)成。高壓變頻器主要是通過(guò)改變電流的高壓與低壓的狀態(tài)，從而改變電源頻率達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的。因此，具體來(lái)說(shuō)，高壓變頻器的工作原理可以按照其結(jié)構(gòu)構(gòu)成部件的工作原理來(lái)理解：

(1)整流器

電網(wǎng)側(cè)的變流器為整流器，它的作用是把工頻電源變換成直流電源。三相交流電源一般需經(jīng)過(guò)壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)引入到整流橋的輸入端。壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)的作用是吸收交流電網(wǎng)浪涌過(guò)電壓，從而避免浪涌侵入，導(dǎo)致過(guò)電壓而損壞變頻器。

(2)逆變器

逆變器的作用與整流器相反，逆變器的主要作用是為了將直流功率轉(zhuǎn)換為所需要的交流功率，通暢逆變器安置在負(fù)載側(cè)；逆變器最常見(jiàn)的形式就是采用6個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件組建成三相橋式逆變電路，從而完成從直流到交流的逆變過(guò)程。

(3)中間直流環(huán)節(jié)（平波回路）

中間直流環(huán)節(jié)，也稱(chēng)平波回路，其主要作用是使脈動(dòng)的直流電壓變得穩(wěn)定或平滑，供逆變器使用；通過(guò)開(kāi)關(guān)電源為各個(gè)控制線路供電；同時(shí)，可以配置濾波或制動(dòng)裝置以提高變頻器性能。

(4)控制電路

控制電路主要是將變頻器在整流、逆變及中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)上的各種電壓、電流信號(hào)傳輸給相應(yīng)的整理器、逆變器、微機(jī)處理器以及其他電路部件等，通過(guò)對(duì)這些電氣信號(hào)的采集、檢測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)電路的開(kāi)關(guān)作用或者對(duì)交流直流電壓電流轉(zhuǎn)換的控制作用，并能夠依據(jù)這些控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，從而提供故障診斷和保護(hù)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.高壓變頻器日常維護(hù)建議與措施

3.1 常見(jiàn)故障分析

高壓變頻器在運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于一些常見(jiàn)的故障是有必要掌握的，以便進(jìn)行簡(jiǎn)單故障的快速排除。對(duì)于高壓變頻器而言，其常見(jiàn)的故障主要有以下幾類(lèi)：

(1)通電開(kāi)機(jī)后不響應(yīng)

高壓變頻器由于內(nèi)部電壓經(jīng)過(guò)多重?cái)嗦菲?、變頻線圈，因此結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，很容易引起一些無(wú)法察覺(jué)的細(xì)微故障，而通電后開(kāi)機(jī)不響應(yīng)就是最常見(jiàn)的故障之一。造成這類(lèi)故障的主要原因是插頭松動(dòng)或者熔斷絲燒壞，如果插頭和熔斷絲都沒(méi)有問(wèn)題，則需要進(jìn)行細(xì)致檢查，檢查有無(wú)碰錫、碰線或者細(xì)小金屬顆粒落在電源進(jìn)線之間造成短路或者斷路，同時(shí)還需要檢查線路板是否有灰塵、水滴等常見(jiàn)故障導(dǎo)火索。

(2)變頻器無(wú)法帶負(fù)載啟動(dòng)

高壓變頻器空載工作時(shí)一切正常，但是一旦帶負(fù)載則無(wú)法啟動(dòng)，造成這類(lèi)故障的主要原因是由于采用了恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載啟動(dòng)方式，因此對(duì)變頻器啟動(dòng)的加減速時(shí)間的設(shè)定是否有誤，通暢選取合理的加減速時(shí)間即可解決這個(gè)故障。

(3)變頻器功率已經(jīng)上升，但是電機(jī)轉(zhuǎn)速仍然很低

高壓變頻器啟動(dòng)后功率上升很快，但是電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速很低，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法高速工作，通暢這是由于頻率增益設(shè)定不合理導(dǎo)致的，只要適當(dāng)改變頻率增益即可排除故障。

(4)變頻器重載過(guò)流

高壓變頻器往往在運(yùn)行期間，負(fù)載突然加重，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速急劇下降，電流急劇增加，最終燒毀電機(jī)，損壞變頻器。造成這一故障的原因主要是電機(jī)本身存在電氣故障，如果確認(rèn)電機(jī)不存在電氣故障，則需要對(duì)電機(jī)與變頻器之間的傳動(dòng)比進(jìn)行修正，適當(dāng)增大傳動(dòng)比，能夠有效的提高變頻器帶重負(fù)載的能力，從而避免了出現(xiàn)變頻器重載過(guò)流故障的出現(xiàn)。

(5)過(guò)電壓停機(jī)故障

高壓變頻器在運(yùn)行過(guò)程中，其直流母線上承載的電壓最大，因此一旦此處的電壓保護(hù)器損壞，則整個(gè)高壓變頻器就容易引起故障。要避免變頻器由于過(guò)電壓而發(fā)生停機(jī)故障，就要確保在直流母線上的過(guò)壓保護(hù)器的正常工作，這可以通過(guò)并聯(lián)反向鉗位二極管實(shí)施保護(hù)，或者采用電容防擊穿實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)電壓的保護(hù)。

3.2 日常維護(hù)建議與措施

(1)運(yùn)行維護(hù)

高壓變頻器在運(yùn)行期間，不僅需要記錄各項(xiàng)儀器儀表的參數(shù)，同時(shí)也要對(duì)變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)行維護(hù)，主要可以從下面幾個(gè)方面實(shí)施：

①?lài)?yán)格控制變頻器單元柜出風(fēng)口的溫度

高壓變頻器在運(yùn)行期間，單元柜出風(fēng)口的溫度會(huì)很高，同時(shí)引起周?chē)h(huán)境溫度的升高。為了保持變頻器的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，單元柜出風(fēng)口的溫度要進(jìn)行合理的控制與降溫措施，例如可以采用風(fēng)冷或者空調(diào)制冷，也可以采用水冷，或者根據(jù)控制電氣對(duì)象的運(yùn)行規(guī)律做周期性的停機(jī)休整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器運(yùn)行期間的維護(hù)。

②保證變頻器運(yùn)行環(huán)境的通風(fēng)

變頻器運(yùn)行會(huì)引起周?chē)h(huán)境溫度的升高，而且線圈溫度升高后如果得不到及時(shí)的散熱或者冷卻，容易引發(fā)事故，為此，必須要保證變頻器運(yùn)行環(huán)境的通風(fēng)，將變頻器運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境打掃干凈，清理防塵濾網(wǎng)，必要時(shí)可以采用其他輔助散熱降溫措施。

(2)停機(jī)維護(hù)

高壓變頻器每運(yùn)行一段周期之后，就需要停機(jī)休整，在停機(jī)期間對(duì)變頻器進(jìn)行有效的維護(hù)與故障排除。首先，在停機(jī)期間可以檢查變頻器的所有電氣連接，檢查插頭是否松動(dòng)，開(kāi)關(guān)是否能夠正常合閘等；其次，在停機(jī)期間可以檢查變頻器地線的可靠性，借助于電氣檢測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)等電位連接、電氣螺栓虛假連接等情況的復(fù)查；最后，停機(jī)期間，應(yīng)當(dāng)對(duì)單元柜內(nèi)部進(jìn)行通風(fēng)、吸塵清理以及相關(guān)電氣部件的檢查，發(fā)現(xiàn)故障應(yīng)當(dāng)選擇維修或者更換相應(yīng)電氣部件，從而提高變頻器運(yùn)行期間的穩(wěn)定性和可靠性。

(3)日常維護(hù)

要保證高壓變頻器的正常工作，將其服役壽命實(shí)現(xiàn)最大化，除了要對(duì)高壓變頻器進(jìn)行有效的運(yùn)行維護(hù)和停機(jī)維護(hù)之外，還必須要對(duì)高壓變頻器進(jìn)行有效的日常維護(hù)和簡(jiǎn)單的故障診斷。對(duì)于高壓變頻器的日常維護(hù)，其目的主要是為了降低故障的發(fā)生概率，將一些常見(jiàn)的故障扼殺在萌芽狀態(tài)中，因此，對(duì)于高壓變頻器日常維護(hù)，主要從以下幾個(gè)方面入手實(shí)施：

①定期清洗防塵濾網(wǎng)

變頻器柜門(mén)防塵濾網(wǎng)容易積累灰塵，一旦發(fā)生堵塞，會(huì)導(dǎo)致冷卻風(fēng)路不通暢，進(jìn)而引起變頻器內(nèi)部線圈溫度急劇升高，容易引起停機(jī)甚至是引發(fā)安全事故。因此對(duì)于高壓變頻器的日常維護(hù)，最為重要的一條就是要對(duì)防塵濾網(wǎng)定期進(jìn)行清洗，以保障變頻器冷卻風(fēng)路的暢通，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的風(fēng)冷。

②定期檢查電氣連接螺栓

變頻器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后，由于長(zhǎng)期工作在震動(dòng)工況條件下，因此電氣連接螺栓會(huì)發(fā)生松動(dòng)以及虛假連接的情況，因此最好每隔一段時(shí)間，就對(duì)變頻器進(jìn)行一次全面細(xì)致的電氣連接螺栓檢查。

③實(shí)時(shí)監(jiān)控線圈溫度

高壓變頻器正常運(yùn)行時(shí)，一次繞組側(cè)和二次繞組側(cè)的線圈的溫度應(yīng)該是在一定范圍內(nèi)的，如果線圈溫度異常升高，則表明變頻器內(nèi)部發(fā)生故障，因此需要對(duì)變頻器的線圈溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)高壓變頻器進(jìn)行日常維護(hù)的一個(gè)重要方面就是記錄變頻器線圈的溫度，同時(shí)還要對(duì)變頻器運(yùn)行的環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，確保變頻器正常運(yùn)行的環(huán)境溫度不高于40℃。

(4)日常維修措施與建議

當(dāng)需要對(duì)高壓變頻器進(jìn)行檢修與維護(hù)時(shí)，必須要根據(jù)不同類(lèi)型的檢修任務(wù)和故障實(shí)施有針對(duì)性的日常維護(hù)檢修，具體來(lái)說(shuō)，可以從以下幾個(gè)方面著手實(shí)施：

①維護(hù)檢修時(shí)，必須要遵守高壓電氣設(shè)備操作規(guī)程，戴絕緣手套，穿絕緣鞋，戴安全眼鏡，檢修維護(hù)時(shí)必須有旁人在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)與調(diào)度，以防發(fā)生事故。

②對(duì)高壓變頻器進(jìn)行內(nèi)部部件檢測(cè)時(shí)要十分小心，避免由于檢測(cè)儀器接線端子和變頻器內(nèi)部電氣部件發(fā)生短接或者引線接觸而發(fā)生短路事故，嚴(yán)重時(shí)可引發(fā)變頻器燒毀事故。

③禁止在柜門(mén)打開(kāi)的情況下運(yùn)行變頻器或者對(duì)變頻器上電。

④當(dāng)變頻器發(fā)生故障需要檢修時(shí)，盡量采用更換電氣部件的方式實(shí)現(xiàn)故障檢修與排除，但是必須要保證更換的電氣部件的規(guī)格型號(hào)與原電氣部件要完全一致。

⑤變頻器的功率單元屬于特殊精密儀器，對(duì)功率單元進(jìn)行維護(hù)操作應(yīng)交相關(guān)廠家進(jìn)行，避免由于誤操作而損壞的變頻器心臟這一核心精密儀器。當(dāng)需要對(duì)變頻功率單元進(jìn)行更換時(shí)，要確保更換在停機(jī)五分鐘之后進(jìn)行，避免由于瞬時(shí)斷電而造成更換的功率單元的損壞。

4.結(jié)語(yǔ)

高壓變頻器已經(jīng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，對(duì)于保障工業(yè)生產(chǎn)和生活具有重要的影響。高壓變頻器一旦發(fā)生故障，對(duì)于電力系統(tǒng)供應(yīng)、工業(yè)生產(chǎn)和生活等都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此必須要加強(qiáng)對(duì)高壓變頻器的日常維護(hù)。本論文對(duì)于高壓變頻器的常見(jiàn)故障進(jìn)行了分析探討，并有針對(duì)性的給出了日常維護(hù)的建議和措施，對(duì)于高壓變頻器的維護(hù)和故障管理具有很好的促進(jìn)意義。當(dāng)然，高壓變頻器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，很多故障類(lèi)型和日常維護(hù)方案本論文限于字?jǐn)?shù)無(wú)法一一涉及，因此更多的故障診斷和日常維護(hù)方面的技術(shù)問(wèn)題有待于廣大電力工作者的共同努力，才能夠最終實(shí)現(xiàn)高壓變頻器的有效維護(hù)和管理。

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