空冷風(fēng)機(jī)變頻器的應(yīng)用和故障分析

周璐璐

摘 要：空冷機(jī)組運(yùn)行中，變頻器的應(yīng)用日益廣泛，在增加經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也引起了一系列問題。空冷散熱器的變頻器在日常應(yīng)用中，尤其是夏季高溫時(shí)段極易發(fā)生跳閘、報(bào)警問題，對(duì)空冷器真空度、運(yùn)行負(fù)荷等均會(huì)產(chǎn)生影響，降低了機(jī)組運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性。文章針對(duì)風(fēng)機(jī)變頻器的應(yīng)用、故障原因、應(yīng)對(duì)方法等進(jìn)行了探討，旨在提高變頻器的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：空冷風(fēng)機(jī)；變頻器；故障分析；預(yù)防措施

中圖分類號(hào)：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）06-0069-02

Abstract： In the operation of air-cooled units， the frequency converter is increasingly widely used， which causes a series of problems while increasing economic benefits. The frequency converter of air-cooled radiator is easy to trip and alarm in daily application， especially in the high temperature period in summer， which will affect the vacuum degree and operation load of air cooler. The operation safety and economy of the unit are reduced. In this paper， the application of fan frequency converter， fault causes， countermeasures and so on are discussed in order to improve the application effect of the frequency converter.

Keywords： air cooler； inverter； fault analysis； preventive measures

1 概述

當(dāng)下空冷器風(fēng)機(jī)控制中，采用變頻控制的居多，部分大型空冷機(jī)組的運(yùn)行中，會(huì)配置變頻控制柜、變頻間等設(shè)置。借助硬接線、通訊等與整個(gè)DCS相連接，空冷系統(tǒng)在DCS控制下，可結(jié)合蒸汽流量、環(huán)境溫度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等進(jìn)行控制管理，保證汽輪機(jī)排汽壓力的全面合理性。當(dāng)下較為常用的變頻器型號(hào)包括ABB、日立等，需要結(jié)合企業(yè)要求、工藝特殊性等進(jìn)行選擇。

2 變頻器運(yùn)行維護(hù)特點(diǎn)

變頻器作為一種敏感度較高的電力電子設(shè)備，運(yùn)行環(huán)境較為苛刻，包括溫度、濕度、粉塵等都需要控制在一定范圍內(nèi)。第一、工作溫度：作為內(nèi)部大功率運(yùn)行的元器件，對(duì)工作溫度極為敏感，一般需要在0-55℃范圍內(nèi)運(yùn)行，為了充分提高產(chǎn)品質(zhì)量、運(yùn)行可靠度，需要考慮溫度余量等限制，盡量控制在40℃之內(nèi)較為安全。第二、環(huán)境溫度，風(fēng)機(jī)變頻器環(huán)境溫度范圍一般需要維持在-10～50℃，環(huán)境溫度會(huì)對(duì)工作溫度造成一定影響。一般狀況下，變頻器運(yùn)行溫度下降，其整體使用壽命、運(yùn)行性能將會(huì)顯著提高。第三、濕度，風(fēng)機(jī)變頻器作為一個(gè)電子元件，必須考慮其運(yùn)行環(huán)境的濕度，如鎮(zhèn)海煉化企業(yè)處于海邊地區(qū)，梅雨季節(jié)當(dāng)?shù)貪穸却蠓黾?，?duì)變頻器安全運(yùn)行具有負(fù)面影響。因此可在變頻器室內(nèi)安裝空調(diào)，一方面起到降溫的功效，同時(shí)是維持濕度在合理范圍內(nèi)的必要措施。但是空調(diào)風(fēng)不可直接吹向變頻器，避免空調(diào)停運(yùn)間隙期間，形成溫差問題等引入潮氣、凝露等負(fù)面影響。第四、振動(dòng)、沖擊作用，裝有變頻器的控制柜，在外界振動(dòng)、沖擊作用下，可能會(huì)發(fā)生故障問題，如接觸不良。需要及時(shí)管理控制柜的機(jī)械強(qiáng)度，降低外界機(jī)械作用的負(fù)面影響，必要時(shí)可借助抗震橡皮墊進(jìn)行柜外控制，提高對(duì)內(nèi)電磁開關(guān)等部件的有效管理。第五、粉塵，變頻器的應(yīng)用中，需要加強(qiáng)室內(nèi)清潔度的管控，傳統(tǒng)變頻器室內(nèi)是強(qiáng)制對(duì)流通風(fēng)的管理模式，運(yùn)行維護(hù)難度較大。當(dāng)下條件逐漸改善，變頻器一般借助空調(diào)降溫進(jìn)行管理，降低了室內(nèi)室外空氣快速交換的負(fù)面影響，對(duì)運(yùn)行環(huán)境的優(yōu)化具有極大幫助。

3 空冷風(fēng)機(jī)變頻器故障及應(yīng)對(duì)策略分析

以金山空冷器管束為例進(jìn)行分析，該企業(yè)管束是哈空調(diào)制備，風(fēng)機(jī)是上海爾華杰提供，變頻器廠家是南京自動(dòng)化提供。空冷島是四排管控制，每個(gè)管束包括四臺(tái)風(fēng)機(jī)，每個(gè)風(fēng)機(jī)由一個(gè)變頻器控制，安裝在空冷島下部。該企業(yè)的空冷器在2007年投運(yùn)后，前期運(yùn)行正常，后期受當(dāng)?shù)睾０?、溫差過大等氣候條件影響，逐漸出現(xiàn)負(fù)荷增加、真空度下降等掌控，變頻器頻繁跳閘，危害十分突出，具體狀況及原因分析如下。

3.1 過熱故障。該故障的處理方法為：首先檢查當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度是否在規(guī)定范圍內(nèi)，結(jié)合環(huán)境溫度進(jìn)行風(fēng)機(jī)進(jìn)口溫度的核算；其次，檢查變頻器的散熱風(fēng)機(jī)等部件是否發(fā)生問題，保證散熱風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)作，避免風(fēng)道發(fā)生堵塞問題，如果發(fā)生堵塞需要及時(shí)進(jìn)行檢修、清理處理；再者，檢查變頻器的溫度指示參數(shù)是否合理，并定期進(jìn)行顯示參數(shù)的核查；最后檢查變頻器的風(fēng)扇，工程經(jīng)驗(yàn)表明，風(fēng)扇損壞時(shí)，將會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的熱量積聚問題。

3.2 過電流。處理方法：第一、核查設(shè)備三相電源的完整性，是否發(fā)生缺相、不平衡等問題，提高電源運(yùn)行的可靠度和穩(wěn)定性；第二、及時(shí)進(jìn)行電機(jī)接線端子（U＼V＼W）的排查，避免電路發(fā)生對(duì)地短路、相間短路等問題；第三、核查電機(jī)電纜等因素，提高相序合理性；結(jié)合變頻器輸出位置的開關(guān)等進(jìn)行分析，避免誤動(dòng)作帶來的危害，此處需要注意在啟動(dòng)前必須進(jìn)行復(fù)位操作；第四、核查變頻器的加速時(shí)間，過長(zhǎng)過短均不利。

3.3 過載。處理方法：第一、檢查負(fù)載是否發(fā)生問題，如過重問題等，避免空載啟動(dòng)操作；第二、核查變頻器的輸出是否滿足三相平衡的要求；第三、對(duì)變頻器進(jìn)行輸出側(cè)開關(guān)的檢查，避免電磁開關(guān)等發(fā)生誤動(dòng)作問題；第四、合理控制變頻器的加速時(shí)間，不可過長(zhǎng)過短；第五、對(duì)減速機(jī)進(jìn)行溫度核查，潤(rùn)滑油在冬季低溫狀況下，粘度增加，負(fù)載增大，必要時(shí)需要對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行加熱處理，一般冬季最低溫度需要高于18℃。

3.4 過電壓、欠電壓分析。過電壓處理方法：需要考察電源電壓是否在規(guī)定范圍內(nèi)，啟動(dòng)電壓前需要及時(shí)通知相關(guān)負(fù)責(zé)人，避免電壓不穩(wěn)等帶來的危害。欠電壓處理方法：需要考慮電源是否發(fā)生斷電問題等狀況，核查電路器件的故障問題、接觸狀況等，保證供電的全面有效性，啟動(dòng)前進(jìn)行電源和設(shè)備的全面穩(wěn)定性分析；并及時(shí)核查系統(tǒng)是否發(fā)生大啟動(dòng)電流的狀況，降低負(fù)載過高或者多臺(tái)大型設(shè)備同時(shí)啟動(dòng)的狀況。

3.5 振動(dòng)、噪聲方面的分析。風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障主要與電機(jī)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩、系統(tǒng)共振相關(guān)，尤其是二者達(dá)到頻率一致，形成共振時(shí)危害更加突出。噪聲包括：變頻裝置、電機(jī)噪聲兩方面要素，不同安裝環(huán)境下需要加強(qiáng)處理方法的優(yōu)化和選擇。變頻器調(diào)試中，需要在保證精度的前期下降低脈沖轉(zhuǎn)矩的影響；經(jīng)過調(diào)試獲取其機(jī)械共振點(diǎn)，避免變頻器頻率的影響，需要及時(shí)將共振點(diǎn)排除在外；考慮到空冷器中，變頻噪聲與風(fēng)扇電抗器相關(guān)，一般需要選擇低噪音元器件，并在電機(jī)、變頻器之間及時(shí)設(shè)置交流電抗器，避免PWN調(diào)制方法等引起的高次諧波問題。如現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明，加氫裂化F304裝置在40Hz狀況下，極易發(fā)生振動(dòng)問題，多次實(shí)驗(yàn)分析后確認(rèn)該頻率為其共振點(diǎn)，將這個(gè)頻段屏蔽后可消除其故障等帶來的負(fù)面影響。

3.6 接地、雷電感應(yīng)故障分析。接地處理：及時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行接地檢查，一般停運(yùn)后再次啟動(dòng)需要進(jìn)行絕緣狀況的測(cè)試和分析；對(duì)電機(jī)電纜進(jìn)行絕緣狀況的測(cè)量和分析處理。雷電感應(yīng)處理：雷擊形成的沖擊電壓可能會(huì)對(duì)變頻器造成一定影響，可在變頻器周圍設(shè)施避雷設(shè)備，如加裝AC電抗器，可大幅增加變頻器抵抗電壓的能力和效果。

3.7 變頻器及控制部分的干擾問題。部分變頻器周圍存在干擾源，產(chǎn)生干擾會(huì)通過敷設(shè)、電源線等形式對(duì)設(shè)備內(nèi)部造成影響，容易造成控制回路問題，如停機(jī)問題，甚至?xí)l(fā)生損壞變頻器設(shè)備的問題。此外，主回路非線性問題，包括開關(guān)動(dòng)作問題變頻器本身屬于諧波干擾源，可能會(huì)對(duì)電源側(cè)、輸出側(cè)等產(chǎn)生影響。變頻器與主回路相比，具有能量小、信號(hào)弱的特點(diǎn)，容易受到其他裝置的影響，為此，安裝中需要及時(shí)對(duì)控制回路進(jìn)行優(yōu)化處理，包括抗干擾管理等。

4 空冷風(fēng)機(jī)變頻器預(yù)防措施分析

4.1 規(guī)范化使用和管理。及時(shí)制定變頻器的規(guī)范化管理，建立日常維護(hù)制度方面的優(yōu)化，設(shè)立專人保管的制度，結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障記錄等進(jìn)行設(shè)備管理，定期對(duì)變頻器、電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)等進(jìn)行核算，保證變頻器的輸出電壓、輸出電流、內(nèi)部直流電壓和溫度等參數(shù)滿足要求，并及時(shí)與相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，這對(duì)提前發(fā)現(xiàn)故障問題和隱患問題具有極大幫助；一旦變頻器發(fā)生跳閘故障，需要及時(shí)進(jìn)行代碼記錄，了解變頻器的運(yùn)行狀況方可進(jìn)行故障原因的分析和處理。

4.2 加強(qiáng)日常檢查管理。風(fēng)機(jī)變頻器的日常維護(hù)中，需要15天檢查一次，記錄變頻器運(yùn)行的三相電壓等相關(guān)參數(shù)，并考慮其相關(guān)數(shù)據(jù)之間的平衡度，及時(shí)進(jìn)行平衡度的比較和分析；檢查散熱器溫度、環(huán)境溫度等參數(shù)；核查變頻器是否發(fā)生振動(dòng)異響等狀況，提高風(fēng)扇運(yùn)行穩(wěn)定性的合理分析和控制。

5 變頻調(diào)速節(jié)能效益分析

石化企業(yè)中，一般是泵類設(shè)備負(fù)荷較高，然后是風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、攪拌設(shè)備等，其中泵體、風(fēng)機(jī)的負(fù)荷比例高達(dá)80%。傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的控制，大部分是借助流量、壓力等參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)控制，如調(diào)節(jié)擋風(fēng)板高度、控制節(jié)流閥開關(guān)大小等，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力和流量的管理。借助變頻調(diào)速對(duì)流量和壓力進(jìn)行調(diào)控，其特性曲線如圖1 所示。

圖中，曲線1、2 是節(jié)流閥控制調(diào)節(jié)曲線，1 是閥門關(guān)小的曲線、2 是閥門全開的曲線、3是揚(yáng)程特性曲線，4是閥門開度一定狀況下借助變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果的曲線。工作點(diǎn)從A轉(zhuǎn)移到C，流量、揚(yáng)程下降，電機(jī)消耗功率與節(jié)流閥調(diào)節(jié)方式相比下降，此時(shí)功率與OECH成正比關(guān)系，從圖中可看出節(jié)能效果十分突出。此外，流量與轉(zhuǎn)速成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，轉(zhuǎn)速下降20%，功率下降到51.2%，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降50%時(shí)，軸功率下降幅度高達(dá)12.5%，電能節(jié)約效果十分明顯。

另一方面，間接經(jīng)濟(jì)效益分析中，電機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)后，啟動(dòng)電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的瞬間沖擊作用，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)電壓產(chǎn)生作用。借助變頻設(shè)備，可大幅降低啟動(dòng)操作對(duì)設(shè)備、電機(jī)的影響作用，是提高設(shè)備使用壽命的常規(guī)做法。借助變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用，一定程度上可以降低電流、噪音工作量等方面的負(fù)面作用。變頻調(diào)速對(duì)改善電網(wǎng)功率因數(shù)具有極大幫助，該裝置可快速實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理和控制，提高調(diào)節(jié)精度和穩(wěn)定效果，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的增加。

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