6kV高壓凝泵變頻器故障原因分析

摘要：目前，6kV高壓變頻器已經(jīng)在電機(jī)拖動(dòng)機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，高壓變頻器的使用大幅度提高了電機(jī)運(yùn)行效率，但高壓變頻結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)難度大，是廣大設(shè)備用戶面對(duì)的一大難題。文章通過一例6kV高壓凝泵變頻器故障原因分析，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障情況分析變頻器的故障起因，從而找到故障的處理辦法。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；凝泵變頻器；變頻器故障；電機(jī)拖動(dòng)；機(jī)械調(diào)速系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM344 文章編號(hào)：1009-2374（2015）22-0131-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.064

1 事件經(jīng)過

2014年12月21日07∶33∶39，1號(hào)機(jī)組1A修1A凝泵變頻器完成后設(shè)備試運(yùn)過程中1A凝泵變頻器發(fā)“輕故障”、“重故障”報(bào)警，1A凝結(jié)水泵變頻器跳閘，聯(lián)鎖備用凝泵變頻器啟動(dòng)正常。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查設(shè)備情況，發(fā)現(xiàn)著火起始處為1A凝結(jié)水泵變頻器，1A凝泵變頻器A相功率柜A1、A2模塊故障著火，導(dǎo)致A1、A2功率模塊動(dòng)力電纜接線處短路燒毀、A3受到不同程度損壞；B相功率單元柜因與A相功率單元柜距離較近受損，B相功率單元柜B1、B2功率單元也受到損壞。變頻器室內(nèi)其余兩臺(tái)變頻器（1B、1C凝結(jié)水泵變頻器）正常完好。設(shè)備損壞情況：A相功率單元柜A1、A2功率單元燒毀、A3單元損壞、A1、A2、A3功率單元連接光纖、控制電纜及附件元器件燒毀、功率單元連接電纜受到高溫灼傷，B相功率單元受到高溫灼傷，B相功率單元柜B1、B2、B3功率單元及其控制附件元器件損壞。

2 故障分析

2.1 參數(shù)分析

圖1所示為1A凝泵變頻器故障前后的運(yùn)行電流趨勢(shì)，在故障發(fā)生前，運(yùn)行電流一直非常平穩(wěn)，沒有緩慢上升或下降的趨勢(shì)。單從運(yùn)行參數(shù)來看，本次故障應(yīng)為突發(fā)故障。

2.2 動(dòng)作情況分析

故障前狀態(tài)：時(shí)間：07∶33∶36，1A凝結(jié)水泵變頻器運(yùn)行電流I：85.0375A、變頻器運(yùn)行頻率F（轉(zhuǎn)速反饋）1274.1063r/min、變頻器重故障報(bào)警狀態(tài)：0（無(wú)報(bào)警）、輕故障報(bào)警狀態(tài)：0（無(wú)報(bào)警）。結(jié)合運(yùn)行參數(shù)判斷：變頻器運(yùn)行正常，變頻器電流、頻率均在正常范圍內(nèi)，無(wú)“重故障”、“輕故障”報(bào)警。

故障時(shí)狀態(tài)：時(shí)間：07∶33∶39，1A凝結(jié)水泵變頻器運(yùn)行電流發(fā)生變化，電流I由85.0375A迅速減小至0.791A、變頻器運(yùn)行頻率F（轉(zhuǎn)速反饋）由1274.1063r/min減小至8.4915r/min，持續(xù)時(shí)間3s，變頻器重故障報(bào)警狀態(tài)：1（報(bào)警）、輕故障報(bào)警狀態(tài)：1（報(bào)警）。07∶33∶39，DCS發(fā)停止指令，變頻器停止。結(jié)合運(yùn)行參數(shù)判斷：變頻器檢測(cè)到故障時(shí)，發(fā)“重故障”、“輕故障”報(bào)警，DCS聯(lián)鎖停機(jī)，變頻器故障保護(hù)動(dòng)作聯(lián)鎖正確動(dòng)作。

2.3 設(shè)備檢查

對(duì)受影響的6臺(tái)功率單元進(jìn)行了解體檢查，其中A1、A2單元受損較為嚴(yán)重，其余四臺(tái)從外觀上檢查未見異常。將變頻器解體后的內(nèi)部情況如下圖3所示，從圖中可以看出，故障點(diǎn)集中在兩個(gè)位置，交流進(jìn)線熔斷器和直流側(cè)的IGBT，且A1、A2的故障現(xiàn)象相同。

3 原因分析

根據(jù)故障點(diǎn)的情況分析，可能存在以下三種可能：

3.1 熔斷器質(zhì)量問題

A1功率單元熔斷器炸裂或者漏砂，燒熔物掉落引起A1和A2單元交流母排相間及相對(duì)外殼短路拉弧，由于功率單元體設(shè)計(jì)為外殼不接地，而作為直流負(fù)極回路，短路后交流電就竄入了直流系統(tǒng)，引起直流系統(tǒng)過電壓，IGBT炸裂。在這種情況下，由于從圖1已可看出，故障前電流未有上升且遠(yuǎn)小于額定值，如果熔斷器炸裂，則熔斷器存在質(zhì)量問題。

3.2 IGBT質(zhì)量問題

IGBT故障炸裂后拉弧，引起直流系統(tǒng)短路，進(jìn)一步導(dǎo)致交流輸入側(cè)過流，進(jìn)線電纜與交流母排的搭接面過熱，最終熔斷器炸裂。

3.3 模塊老化或變頻器保護(hù)電路損壞，不能有效地保護(hù)模塊

變頻器運(yùn)行中，如果一臺(tái)功率單元發(fā)生故障，由于運(yùn)行水泵與電機(jī)之間轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，將發(fā)生能量突然倒滯，造成強(qiáng)過流、強(qiáng)過壓，如果變頻器保護(hù)不及時(shí)將使多個(gè)單元的IGBT同時(shí)燒毀。

4 預(yù)防措施

第一，運(yùn)行中的高壓變頻器的工作環(huán)境溫度，宜在15℃～40℃之間，移相變壓器的最高工作溫度不能超過130℃。尤其夏季溫度較高時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)變頻器安裝場(chǎng)地的通風(fēng)散熱。

第二，高壓變頻器柜門上的防塵濾網(wǎng)通常每半月應(yīng)清掃一次，如工作環(huán)境灰塵較多，清掃間隔還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況縮短，確保周圍空氣中不含有過量的塵埃，酸、鹽、腐蝕性及爆炸性氣體。

第三，變頻器冷卻風(fēng)扇運(yùn)行3年應(yīng)定期更換。

第四，變頻器運(yùn)行中，應(yīng)隨時(shí)監(jiān)視負(fù)載運(yùn)行情況，出現(xiàn)不正常情況應(yīng)及時(shí)采取措施直至停機(jī)。

第五，變頻器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，停運(yùn)后應(yīng)檢查變頻器內(nèi)部電纜間的連接可靠及變頻器柜內(nèi)所有接地應(yīng)可靠，接地點(diǎn)無(wú)生銹。所有電氣連接的緊固性，查看各個(gè)回路是否有異常的放電痕跡，是否有怪味、變色，裂紋、破損等現(xiàn)象。

第六，變頻器長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后恢復(fù)運(yùn)行，應(yīng)使用2500V兆歐表測(cè)量變頻器（包括移相變壓器、旁通柜主回路）絕緣，功率單元二次回路用500V搖表檢查。測(cè)試絕緣合格后，才能啟動(dòng)變頻器。

第七，變頻器長(zhǎng)時(shí)間備用，應(yīng)做好防潮、防塵措施，且溫度控制在15℃～40℃之間，有條件的應(yīng)定期進(jìn)行通電檢查。

第八，每次維護(hù)變頻器后，要認(rèn)真檢查有無(wú)遺漏的螺絲及導(dǎo)線等，防止小金屬物品造成變頻器短路事故。特別是對(duì)電氣回路進(jìn)行較大改動(dòng)后，確保電氣連接線的連接正確、可靠，防止“反送電”事故的發(fā)生。

第九，變頻器投入運(yùn)行后，根據(jù)運(yùn)行實(shí)際需要及廠家技術(shù)更新應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，如凝結(jié)水泵變頻器冷卻方式、功率單元加裝過電壓吸收電容、優(yōu)化凝結(jié)水泵變頻器起停方式等，有效降低變頻器的故障頻率。

第十，建議變頻器生產(chǎn)廠家收集該批次產(chǎn)品故障原因，將發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)與其他用戶溝通，如在其他單位運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題（類似功率單元爆炸著火問題），對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代或升級(jí)改造避免類似事件重復(fù)發(fā)生。

第十一，優(yōu)化高壓變頻器設(shè)備運(yùn)行操作流程：停運(yùn)變頻器時(shí)，必須先給出變頻器停機(jī)指令，禁止直接斷開變頻器輸入6kV開關(guān)電源，防止操作過壓造成變頻器

損壞。

第十二，國(guó)產(chǎn)電子產(chǎn)品本身使用壽命較短，加強(qiáng)對(duì)變頻器運(yùn)行情況監(jiān)測(cè)，設(shè)備壽命到期后堅(jiān)決更換。

參考文獻(xiàn)

[1] 設(shè)備廠家資料說明書及維護(hù)手冊(cè)[S].

作者簡(jiǎn)介：周治民（1974-），男，貴州人，廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司電氣助理工程師。

（責(zé)任編輯：蔣建華）