分析變頻電機(jī)的常見故障及對策

王卓 楊曄 馮莉

摘 要：變頻電機(jī)在各大熱電火電廠中頻繁使用，在使用過程中故障的出現(xiàn)也是無法避免的。通過對內(nèi)蒙古巴彥淖爾市臨河熱電廠的機(jī)組運(yùn)營情況的統(tǒng)計，簡要總結(jié)出變頻電機(jī)在火力發(fā)電廠應(yīng)用中常見的幾類故障以及相應(yīng)故障的解決對策，以便為其他火力發(fā)電廠提供一些參考。

關(guān)鍵詞：變頻電機(jī) 常見故障 火電廠應(yīng)用 解決對策

中圖分類號：TG519 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0154-01

1 工作背景

變頻電機(jī)作為一種電能控制裝置可以使工頻電源變換頻率，與普通電機(jī)相比較，變頻電機(jī)表現(xiàn)出了突出的節(jié)能優(yōu)勢以及調(diào)速優(yōu)勢，因而得到了極為廣泛與普遍的使用。以臨河熱電廠為例，臨河熱電廠位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市臨河區(qū)，是華能集團(tuán)下屬北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司內(nèi)部的一家火力發(fā)電廠，2006年建成投產(chǎn)，共有2臺300 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，總裝容量600 MW。

2 常見故障來源分析

根據(jù)臨河熱電廠日常電機(jī)使用狀況，變頻電機(jī)超過半數(shù)故障源于機(jī)械原因，如振動不平衡、軸承故障、零件松動等；其余則多半來自于電氣原因。機(jī)械方面引起振動的原因主要有斷葉片、動靜部件摩擦、汽流激振、轉(zhuǎn)子突然受到外界大的擾動沖擊、油膜振蕩等；電氣方面引起振動的原因通常是轉(zhuǎn)子在制造、運(yùn)行過程中發(fā)生了匝間短路故障。

2.1 振動過大引起的故障

通過對實(shí)踐性經(jīng)驗的分析，不難發(fā)現(xiàn)：變頻電機(jī)的軸承損傷往往引起電機(jī)振動變大。在電廠實(shí)際使用中遇到的因振動壞掉的變頻電機(jī)，將其解體可發(fā)現(xiàn)軸承表面有明顯灼點(diǎn)。特別是在PWM變頻器驅(qū)動系統(tǒng)作用之下，變頻電機(jī)軸承損壞問題還可能有所加重，進(jìn)而對變頻電機(jī)軸承部件的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，加重振動。受到廠房環(huán)境及安裝技術(shù)等相關(guān)因素的限制影響，在臨河熱電廠變頻電機(jī)的運(yùn)行過程當(dāng)中，軸承振動問題表現(xiàn)異常突出。不但對整個變頻電機(jī)機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生了不良影響，同時也導(dǎo)致變頻電機(jī)的有效使用壽命有所降低，需要引起特別重視。

2.2 絕緣類故障

局放與匝間短路是變頻電機(jī)絕緣類故障中最常見的兩種形式。局放故障出現(xiàn)時電機(jī)線圈外觀完好，但絕緣電阻已為零。匝間短路時可觀察到電機(jī)內(nèi)繞阻圈某線圈出現(xiàn)發(fā)黑碳化或者物理損壞，當(dāng)變頻電機(jī)內(nèi)部絕緣系統(tǒng)遭到破壞多半伴隨著多種原因，比如局放、介質(zhì)發(fā)熱等多個因素共同影響的。

變頻電機(jī)中的場強(qiáng)超過絕緣臨界值時，其介質(zhì)損耗迅速增加。局放量隨頻率上升而增大并產(chǎn)生巨大熱量。陡增的熱量導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生漏電電流，從而變頻電機(jī)溫度急劇上升，加速老化且絕緣性能驟減。

變頻電機(jī)利用變頻器進(jìn)行頻繁快速的起、制動，加之機(jī)械與電氣整體性設(shè)計稍有不足，變頻電機(jī)也會在處于循環(huán)交變應(yīng)力環(huán)境中更快老化。

2.3 電流震蕩類故障

對于采用V/F控制的電壓型逆變器驅(qū)動異步電動機(jī)，往往在空載時出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。在工頻附近，電機(jī)狀態(tài)一般較為穩(wěn)定，但當(dāng)頻率在40 Hz以下，特別是在20～30 Hz之間，電機(jī)電流以10～20 Hz左右的周期振蕩，且幅值較高，嚴(yán)重時甚至影響繼續(xù)運(yùn)行。對于導(dǎo)致這種情況的原因可做如下解釋：對異步電動機(jī)來說，在轉(zhuǎn)差率為零的附近，存在暫態(tài)轉(zhuǎn)矩正負(fù)變化不穩(wěn)定因素。逆變器驅(qū)動的轉(zhuǎn)矩脈動，以及V/F的暫態(tài)變化引起的轉(zhuǎn)矩波動，都將成為振源，并振動持續(xù)。這種轉(zhuǎn)矩脈動與諧波電流、磁路飽和、變頻器死區(qū)設(shè)置影響等有關(guān)，當(dāng)變頻電機(jī)狀態(tài)不穩(wěn)定時，不能簡單地判定是電機(jī)有故障或是變頻器有故障，而是應(yīng)當(dāng)結(jié)合電機(jī)和變頻器參數(shù)的配合進(jìn)行綜合分析和判斷。

3 解決對策

在電廠中的變頻電機(jī)故障解決對策，一般遵循“保護(hù)為主，排除為輔”的原則，防止故障的發(fā)生。

3.1 振動過大解決對策

針對臨河熱電廠變頻電機(jī)運(yùn)行過程中軸承部件所表現(xiàn)出的外觀性損傷與振動過大問題而言，臨河熱電廠設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行全面的檢查并對故障可能的原因進(jìn)行逐項排除。通過故障點(diǎn)的確定與維修保障高壓電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。按照振動類故障的解決經(jīng)驗，應(yīng)首先檢查變頻電機(jī)的外觀，觀察電機(jī)所在位置是否適合于電機(jī)的安裝與平穩(wěn)運(yùn)行。檢查電機(jī)的緊固零部件是否擰緊，確保沒有松動。檢測地面水平度，排除掉地基本身的沉降和混凝土造成的安裝問題。

3.2 改進(jìn)絕緣性能

改善電機(jī)內(nèi)部的絕緣性能可以有效的防止電機(jī)的短路與漏電，因此要著力改進(jìn)變頻電機(jī)的絕緣性能，定期檢修，防止故障的發(fā)生。

（1）選用耐電暈絕緣。定期檢查電機(jī)的內(nèi)外有無漏電、局放現(xiàn)象，觀察電流有無異常，發(fā)電有絕緣材料有發(fā)黃或變黑一定要進(jìn)行及時的修復(fù)。保證變頻電機(jī)不會因局放或短路、漏電而過熱過燒或擊穿，使得絕緣材料加速老化，引發(fā)事故。

（2）減小或抑制尖峰過電壓的幅值，減緩輸出電壓脈沖的上升速度、降低電機(jī)端過電壓。

（3）變頻電機(jī)大修時要盡量避免樹脂流出。一般來說，采用VPI處理或VPI處理后再加沉浸的浸漬工藝可以有效驅(qū)除氣泡，填充繞組內(nèi)部氣隙，提高繞組電氣、機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)耐熱、耐污能力。

3.3 改善電流振蕩現(xiàn)象

經(jīng)過實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)，改善電流不穩(wěn)定應(yīng)盡量加大電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量、減小電壓波動；在PWM控制的逆變器中，采用快速開關(guān)的元件或降低PWM的調(diào)制頻率，以防止輸出電壓受死區(qū)的影響而發(fā)生波動；通過電流反饋等反饋電路，以提高穩(wěn)定度采用高轉(zhuǎn)差率的電動機(jī)，盡可能減少電流振蕩。

3.4 整流塊損壞問題的控制

在變頻器的運(yùn)行過程當(dāng)中，最為常見的損壞級表現(xiàn)在整流橋部件當(dāng)中。早期所生產(chǎn)變頻器整流塊所對應(yīng)的整流方式多表現(xiàn)為二極管模式，而在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，整流塊所采取的整流方式則多以晶閘管整流方式位置。特別是對于運(yùn)行功率相對較大的變頻器裝置而言，三相全波整理基本擔(dān)負(fù)著變頻器在正常運(yùn)行狀態(tài)下所有輸出電能的整流工作，因而極有可能產(chǎn)生擊穿反應(yīng)。在出現(xiàn)整流塊損壞問題的情況下，可能導(dǎo)致變頻器裝置無法持續(xù)送電，以及保險熔斷的問題。從而，除針對已損壞的整流塊進(jìn)行及時的更換以外，還需要在整流塊與散熱片的接觸面之上，均勻涂抹一層傳熱性能良好的硅導(dǎo)熱膏，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行螺絲緊固處理。以此種方式，保障變頻器運(yùn)行性能的穩(wěn)定性與可靠性。

4 結(jié)語

針對變頻電機(jī)的故障率高、使用壽命普遍不高的問題，對變頻電機(jī)故障排查與預(yù)防提出了高的要求。變頻電機(jī)的生產(chǎn)、使用與檢修應(yīng)緊密聯(lián)系，保持信息暢通及時，以預(yù)防為主的電機(jī)全生命期管理模式。通過對變頻電機(jī)使用數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計，優(yōu)化后的變頻電機(jī)性能的不斷改進(jìn)和檢修、維護(hù)水平的不斷提高，變頻電機(jī)一定會贏得更加廣闊的發(fā)展空間。

本文就臨河火電廠變頻電機(jī)常見故障與解決對策進(jìn)行了詳細(xì)分析，說明要加大設(shè)備的養(yǎng)護(hù)與維修檢查。只有將故障及時發(fā)現(xiàn)，盡早解決才能避免更大的損失。盡早發(fā)現(xiàn)問題，定期檢修與養(yǎng)護(hù)能有效避免變頻電機(jī)的快速報廢，為變頻電機(jī)的應(yīng)用有實(shí)際意義。

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