凝泵變頻器運行故障分析及應(yīng)對措施

龔愷愷

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

變頻器不僅調(diào)速平滑、范圍大、啟動電流小、運行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果顯著，同時具有結(jié)構(gòu)緊湊、小巧、可實現(xiàn)無觸點軟啟動和調(diào)速控制等許多優(yōu)點，因此在發(fā)電廠及工礦企業(yè)中廣泛運用，如鎮(zhèn)海發(fā)電廠的引風機、凝結(jié)水泵（簡稱凝泵）等均采用了變頻器。

變頻器大量使用電力電子器件，容易受到溫度、濕度、塵埃、振動等環(huán)境因素的影響，發(fā)生各種故障，影響設(shè)備的正常運行。以下介紹了鎮(zhèn)海發(fā)電廠凝泵變頻器使用過程中暴露的問題及應(yīng)對措施。

1 凝泵變頻器及相關(guān)設(shè)備

凝泵變頻器選用ABB公司的ACS800系列中壓變頻裝置，參數(shù)如表1所示。

系統(tǒng)接線方式如圖1所示。6kV電源經(jīng)出線開關(guān)DL送至隔離變壓器（簡稱隔離變），隔離變由6300 V降壓為720 V，經(jīng)690 V中壓變頻器軟啟動裝置啟動690 V電動機。凝泵甲變頻器輸出隔離開關(guān)Q1與軟啟動輸出隔離開關(guān)Q2機械聯(lián)鎖，不能同時閉合，凝泵乙變頻器輸出隔離開關(guān)Q3與軟啟動輸出隔離開關(guān)Q4機械聯(lián)鎖，不能同時閉合。變頻器與隔離變獨立安裝，均安裝在主廠房0 m層。為保證變頻裝置的正常運行，在變頻小室安裝了集中空調(diào)及單體空調(diào)。

表1 凝泵變頻器參數(shù)

2 電動機絕緣損壞

2.1 故障現(xiàn)象

凝泵電動機采用Y400-4型普通立式三相異步電動機（散嵌繞組），變頻器投運后陸續(xù)發(fā)生了3次變頻器過流動作跳閘，經(jīng)檢查變頻器及電纜均無異常，進一步檢查電動機，發(fā)現(xiàn)故障點都在電動機定子繞組上，其中一相線圈匝間短路，并造成故障槽內(nèi)異相的線圈間絕緣擊穿，使變頻器過流動作跳閘。

圖1 系統(tǒng)接線方式

2.2 原因分析

ACS800系列變頻器為半控整流、二電平結(jié)構(gòu)的PWM電壓源型變頻器，輸出為矩形脈沖電壓，由于為二電平結(jié)構(gòu)，輸出相電壓電平數(shù)為2個，有很高的電壓變化率du/dt，輸出波形質(zhì)量差。當電壓的du/dt很大時，電動機定子繞組首匝要承擔約80%的脈沖電壓幅值，易造成電動機機端匝間絕緣擊穿，造成短路。

2.3 應(yīng)對措施

根據(jù)廠家硬件手冊中的可選濾波模塊說明，在變頻器輸出端加裝du/dt濾波器，抑制變頻器輸出電壓的高頻分量，降低電壓的du/dt。雖然加裝濾波器之后能極大地改善電壓波形，但是不可避免的還是有少量電壓尖峰存在，期間又出現(xiàn)了1次電動機絕緣擊穿。因此，還應(yīng)從電動機選型方面考慮，將電動機改為采用成型繞組的YLTP400-4型變頻調(diào)速三相異步電動機，目前運行良好，沒有再發(fā)生絕緣擊穿故障。

3 變頻器溫度高報警

3.1 故障現(xiàn)象

變頻器小室中裝有雙金屬溫度計，定值設(shè)為35℃報警。在維修人員巡回檢查時，發(fā)現(xiàn)處于運行中的乙凝泵變頻器柜門燙手，于是馬上通過手操器查看變頻器實時信號，發(fā)現(xiàn)其中凝泵變頻器的絕緣柵雙極型管溫度為100℃（跳閘值為125℃），控制板溫度為55℃（跳閘值為88℃），而此時的變頻小室溫度僅為23℃。

3.2 原因分析

顯然，變頻器溫度高不是由于小室溫度高而引起。拆下濾網(wǎng)進一步檢查發(fā)現(xiàn)，所有濾網(wǎng)都干凈且通風良好，但控制電源供電板進風口濾網(wǎng)已經(jīng)燒毀1/3，說明內(nèi)部發(fā)熱已經(jīng)極其嚴重。將手放在進風濾網(wǎng)口，非但不能感覺到風的吸力，而且能感覺到有熱風吹出，由此可見肯定是出風口堵塞。變頻器出風口在變頻器柜頂前后兩側(cè)，且有銅絲網(wǎng)圍住，防止異物進入風道。由于銅絲網(wǎng)網(wǎng)孔極細小，且銅絲網(wǎng)為暗黃色，是否積灰很難用肉眼分辨，一旦積灰，很容易將網(wǎng)孔堵塞，造成通風不暢，從而造成變頻器內(nèi)部溫度高。

3.3 應(yīng)對措施

在變頻器前后兩側(cè)出風口銅絲網(wǎng)上各鉆間隔均勻的10個直徑為2 mm的小孔，這樣既能保證通風效果，又能防止異物進入風道；定期清掃進風口濾網(wǎng)時，用毛刷清理出風口銅絲網(wǎng)上的積灰。通過上述處理后，運行至今未發(fā)現(xiàn)有變頻器溫度高現(xiàn)象，絕緣柵雙極型管溫度維持在40℃左右，控制板溫度維持在35℃左右。

4 變頻器風機故障

4.1 故障現(xiàn)象

3號機凝泵乙變頻器柜頂風機運行中有異聲，并且略有焦糊味，停運變頻器，測量風機電動機電容器值，發(fā)現(xiàn)標稱值為5 μF±5%的電容，測量值只有0.014 μF。風機電動機解體后，發(fā)現(xiàn)部分定子線圈發(fā)熱嚴重，有燒毀和部分匝間短路現(xiàn)象。

4.2 原因分析

檢查電容器外觀完好，并無漏液，電容器上有標稱參數(shù)：420 V～30000 h/CLASS A。凝泵乙變頻器至故障發(fā)生時運行約28000 h，變頻器處于運行或熱備用狀態(tài)時，柜頂風機和變頻模塊的冷卻風機都在運行，已經(jīng)很接近標稱的30000 h的壽命，電容值的減小，降低了電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，使得電動機長期過載運行，造成定子線圈發(fā)熱燒毀。

4.3 應(yīng)對措施

（1）利用3號機凝泵乙停運機會，又檢查了變頻器變頻模塊的冷卻風機及其電容器，檢查發(fā)現(xiàn)標稱為6 μF±5%的電容量實測值只有4.1 μF，此電容器同樣已經(jīng)快到了30000 h的壽命。更換柜頂風機和2個風機的電容器后，運行正常。

（2）利用機組小修機會，定期檢查電容器，更換容量下降超出標稱范圍的電容器，并通過手操器查看變頻器實時信號FAN ON-TIME（傳動單元冷卻風扇的運行時間），當風扇運行時間達到30000 h時，立即更換電容器，并將FAN ONTIME參數(shù)清零。

（3）更改風扇啟動回路。原風扇啟動回路設(shè)計為變頻器進線開關(guān)送電后，就啟動風扇，因此在變頻器熱備用狀態(tài)，風扇也是運行的。而一般2臺凝泵變頻器為1臺運行1臺熱備用，因此應(yīng)將風扇啟動回路更改為由變頻器運行信號啟動風扇，這樣就能減少電容器的一半運行時間，延長電容器的使用壽命。

5 變頻器整流晶閘管損毀

5.1 故障現(xiàn)象

6號機凝泵乙變頻器整流橋晶閘管發(fā)生短路故障，B相爆炸、AC相開裂，進線開關(guān)熔斷器爆炸，進線開關(guān)QS1損毀。電動機控制和I/O電路板（RMIO板）以及板上的擴展I/O模塊（RDIO模塊）被熔斷器爆炸引起的弧光灼黑，RMIO板與手操器連接的網(wǎng)線、主電路接口板（AINT板）連接的光纖燒毀。

5.2 原因分析

由于進線開關(guān)損毀，因此變頻器不能上電，用繼保測試儀將控制電源送入RMIO板上，用網(wǎng)線將RMIO板與手操器連接起來，幸運的是雖然RMIO板被煙氣熏黑，但上電后仍能正常工作，從手操器上讀出的故障信息如下：

19613H 35MIN 10S OVERCURRENT（2310）（變頻器過流），19613H 35MIN 11S PPCC LINK（5210）（連接至 AINT板的光纖出現(xiàn)故 障），19613H 35MIN 14S RESET FAULT（故障自復(fù)位），19613H 35MIN 14S PPCC LINK（5210）（故障復(fù)不掉，仍報連接至AINT板的光纖出現(xiàn)故障），19613H 35MIN 16S I/O COMM ERR（7000）（控制板、CH1通道的通信出現(xiàn)錯誤），19613H 35MIN 19S AI＜MIN FUNC（8110）（模擬控制信號低于最小允許值）。

由上述故障信息可見，變頻器由于快速增速或減速而引起瞬時輸出過流，1 s后RMIO板與AINT板連接的光纖通信晶閘管出現(xiàn)故障，導(dǎo)致逆變橋觸發(fā)脈沖混亂，逆變顛覆造成直流母線短路，導(dǎo)致整流橋B相晶閘管爆炸，整流橋AC相晶閘管裂開，短路導(dǎo)致進線開關(guān)熔斷器過流爆炸，故障擴大。查看熔斷器型號為BUSSMANN 500NH3 G690 gG I1=120 kA，gG型號的熔斷器為普通熔斷器，而變頻器要求配用快速熔斷器，熔斷時間小于0.5 s。

5.3 應(yīng)對措施

（1）檢查其他變頻器的熔斷器，發(fā)現(xiàn)只有4號機凝泵甲變頻器和6號機凝泵甲變頻器為快速熔斷器，型號為BUSSMANN 170M6813 690V 900A aR700-200 kA，且短路容量大大高于gG型號的普通熔斷器。將所有500 A的gG型普通熔斷器更換為快速熔斷器。

（2）每次小修時定期檢查光纖、網(wǎng)線等通信線的接口，確保未松動且連接可靠。

（3）加強變頻器小室的抗干擾措施，禁止在變頻小室使用無線通信設(shè)備。

6 模擬量輸出故障

6.1 故障現(xiàn)象與分析

3號機凝泵乙變頻器轉(zhuǎn)速指令與反饋偏差大，反饋速度比指令小了20%左右。

至就地查看變頻器手操器上實時信號SPEED（速度）與指令是一致的，初步分析是模擬量輸出模塊損壞，拆開外側(cè)線后，用毫安信號儀測量速度反饋信號，測得的毫安信號經(jīng)換算后與實際轉(zhuǎn)速一致。DCS（分散控制系統(tǒng)）的模擬量采集模塊的采樣電阻為250 Ω，接上電阻箱（電阻250 Ω）再次測量毫安信號，發(fā)現(xiàn)信號有20%衰減，與故障現(xiàn)象一致，表明變頻器速度模擬量信號輸出模塊的帶負載能力下降。

6.2 應(yīng)對措施

（1）由于RMIO板上只有2路模擬量輸出，分別為電動機轉(zhuǎn)速和變頻器輸出電流，因此只能在RMIO底板上加裝1個模擬擴展模塊（RAIO）。

（2）購買RAIO和RDIO備件，加強對變頻器模擬量和數(shù)字量輸入輸出的監(jiān)視，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題，立即更換或加裝模塊。

7 變頻改造及運維管理的建議

（1）在變頻改造過程中，如采用高壓變頻的12脈沖完美無諧波變頻器，可不考慮更換原電動機；如采用半控整流、二電平結(jié)構(gòu)的PWM電壓源型變頻器，由于當電壓的du/dt很大時，電動機定子繞組首匝要承擔約80%的脈沖電壓幅值，易造成電動機機端匝間絕緣擊穿，造成短路。最好將電動機也改型為成型繞組的變頻電動機，并在變頻器采購時訂購du/dt濾波器，抑制變頻器輸出電壓的高頻分量。

（2）變頻器室應(yīng)防塵、防潮，如有條件最好能采用內(nèi)循環(huán)空氣冷卻，運行時室溫宜控制在25℃左右，不宜過高或過低，過高易造成電子器件超溫及老化，過低易結(jié)露，特別是變頻器剛停運時由于元器件溫度較高，而此時室溫過低更容易造成結(jié)露。平時要定期清掃進風口濾網(wǎng)和出風口的積灰。

（3）定期更換冷卻風扇。冷卻風扇保證變頻器主回路電力電子器件工作在允許溫度以下；冷卻風扇的壽命受限于軸承、電容器等，對于接近使用壽命的冷卻風扇，需進行軸承檢查、更換電容器或冷卻風扇。建議每2年更換風機電容器，每4年更換冷卻風機。

（4）功率單元及進線開關(guān)的熔斷器宜采用快速熔斷器，在變頻器故障時可以快速切斷故障，防止事故擴大。在正常使用條件下，熔斷器壽命約為10年，可按此時間考慮更換。

（5）不少變頻器都自帶UPS（不間斷電源），控制電源取自UPS二次側(cè),可能由于蓄電池缺乏維護，容量下降而導(dǎo)致在UPS逆變供電時，變頻器失去控制電源。建議每年利用機組小修的機會更換變頻器自帶UPS的蓄電池。也可以取消變頻器自帶的UPS，采用更為可靠的廠用UPS。

（6）由于中高壓變頻器中大多采用光纖和網(wǎng)線通信，因此必需加強對光纖接口，網(wǎng)線接口的檢查及緊固，且光纖接口必需注意防塵和彎曲直徑大于10 cm。

在變頻器運行維護上應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗，采取積極有效的應(yīng)對措施，提高變頻器的運行可靠性。

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