西門子SM150 中壓變頻器穩(wěn)定運行措施

王長久

（北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100013）

0 引 言

散熱效率直接影響變頻器的可靠性和使用壽命，甚至直接在惡劣條件下?lián)p壞功率器件[1]。變頻器發(fā)熱主要是由功率器件的損耗引起的。功率器件本身對溫度非常敏感，溫度的變化會影響功率器件的開關(guān)特性，從而準確地影響變頻器的性能。分析功率器件的損耗特性可優(yōu)化變頻器的散熱設(shè)計，確保變頻器的穩(wěn)定可靠運行[2]。

1 中壓變頻器運行中的故障概述

變頻器在運行期間容易發(fā)生故障，根據(jù)故障的性質(zhì)，可分為嚴重故障和輕型故障，嚴重故障發(fā)生后會對機械設(shè)備產(chǎn)生重大影響。輕型故障主要涉及不影響變頻器正常運行的故障，即故障發(fā)生后，只會對機械設(shè)備的性能產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致設(shè)備磨損。在正常情況下，變頻器故障可根據(jù)故障結(jié)構(gòu)分為主控制系統(tǒng)故障、輔助設(shè)備故障、變壓器線路故障及電源故障[3]。

2 提高變頻器穩(wěn)定運行可靠性的措施

2.1 靜電敏感元件（ESD）防護

維護工作中避免接觸電子元件，如果不得不在元件上開展作業(yè)，必須佩戴接地的防靜電腕帶；在防靜電地面上穿上防靜電鞋或套上防靜電帶。避免電子元件與電氣絕緣材料，如塑料薄膜、塑料零件、絕緣涂層或合成纖維制成的衣服發(fā)生接觸[4]。

2.2 抗干擾措施

（1）電纜布線。將易產(chǎn)生干擾的電纜和對干擾敏感的電纜分開布線，相距越遠越好。電源電纜與信號電纜之間的距離應(yīng)大于20 cm。在接地電位附近布設(shè)電纜，以提高抗干擾能力。為避免出現(xiàn)更多的耦合處，將長電纜截短，或?qū)⑵浞笤O(shè)在不易受干擾之處。

（2）屏蔽連接。電纜屏蔽層不用于傳導(dǎo)電流，即屏蔽層不可同時用作零線或者PE 線。對屏蔽層進行大面積接地，使用接地卡圈、接地端子或接地螺栓。避免有多余的屏蔽材料接觸接地點，屏蔽效果會因此降低最多達90%。

（3）I/O 連接。對其他機柜、設(shè)備部件和I/O 設(shè)備進行接地時，應(yīng)使用盡可能大截面的低阻抗電纜，電纜橫截面至少為16 mm2。在機柜一側(cè)將不使用的電纜接地[5]。盡可能加大電源電纜和信號電纜的距離，至少應(yīng)為20 cm。

（4）電位方案。將0 V 電位相互連接并接地，可實現(xiàn)內(nèi)部和外部電源的抗干擾耦合。

（5）電氣要求。電纜長度（電機側(cè)），1 或2 條并聯(lián)電纜時為50 m，電容最大為0.45 μF/km；電纜長度（電網(wǎng)側(cè)）為70 m；電源電纜橫截面最大為240 mm2， 最多6 條電源電纜并聯(lián)；機柜保護接地線橫截面最大為120 mm2；連接輔助電源1 AC 230 V/50 Hz，最大導(dǎo)線橫截面為4 mm2；連接輔助電源3 AC 400 V/50 Hz，最大導(dǎo)線截面為50 mm2。

2.3 控制參數(shù)的合理設(shè)置

對問題進行合理分析，了解控制參數(shù)的原因和保護范圍，合理設(shè)置一組控制參數(shù)，提高中壓變頻器的可靠性[6]。設(shè)置和調(diào)整變頻裝置的技術(shù)參數(shù)，以避免控制偏差，并提高中壓變頻器的安全性。了解參數(shù)設(shè)置的標稱功率，使用矢量控制計算電流和功率因數(shù)，合理了解相關(guān)參數(shù)，判斷變頻控制的準確性和一致性是否影響技術(shù)參數(shù)的準確性?？刂茀?shù)的合理性和參數(shù)的智能控制尤為重要，是提高變頻器可靠性的主要手段。

2.4 改進運行環(huán)境

（1）粉塵控制。保證環(huán)境的封閉性，變頻器室電纜進出線口、變頻器內(nèi)部電纜進出線口及電纜橋架后加裝蓋板遮擋，接觸面縫隙采用防火泥封堵，變頻器柜的電纜孔洞用防火泥封嚴，變頻器室門安裝兩道防護門。

（2）溫度控制。采用空調(diào)制冷，安裝大功率工業(yè)空調(diào)，將室內(nèi)的熱量排到室外，保證環(huán)境的干燥性與通風性。變頻器室空調(diào)設(shè)定為22 ℃，變頻器運行過程中設(shè)備會產(chǎn)生熱量，使變頻器工作環(huán)境在25 ℃，溫度過高會造成變頻器冷卻不足，而溫度過低則會引起變頻器柜內(nèi)結(jié)露。

2.5 變頻器性能測試

隨著變頻器運行周期延長、外圍環(huán)境及設(shè)備性能下降等因素，每2 年對PN 母線進行絕緣檢測，以防絕緣阻值降低導(dǎo)致短路。環(huán)境溫度變化影響電容容量，對電解電容進行充放電能力測試。需進行光纖測試，長時間使用或外部震動等其他原因會引起光損耗，諧波干擾等造成變頻器偷?；驁蠊收稀０l(fā)熱及設(shè)備性能老化等，需測試IGBT 導(dǎo)通關(guān)斷時間[7]。電機辨識、長時間運行及定子與轉(zhuǎn)子漏感、互感等值會發(fā)生一定變化，需重新建立電機模型。

2.6 變頻器日常維護標準

（1）日常巡檢。變頻器的工作電流、電壓、頻率、功率以及溫度等諸多方面參數(shù)，巡檢工作人員可以通過觀察和傾聽設(shè)備運行過程中的表現(xiàn)，記錄輸入輸出參數(shù)以及相關(guān)告警信息。查看通風散熱、震動以及氣味等相關(guān)狀況來對整個變頻器的狀態(tài)進行判斷。

（2）周期性檢查。主要是需要考察各部位的螺絲、插件等是否存在松動問題，器件是否存在過熱或者腐蝕、銹蝕等狀況，設(shè)備各部分工作參數(shù)是否保持在正常范圍內(nèi)，如電阻阻值、電容值、晶體管導(dǎo)通值等都。

（3）檢修工作要求。第一，變頻器開展作業(yè)時避免接觸靜電敏感元件，如果不得不在元件上開展作業(yè)，必須佩戴防護工具，如接地的防靜電腕帶，在防靜電地面上穿上靜電鞋或套上防靜電帶。電子元件不得放置在顯示器、監(jiān)視器或者電視機附近。離屏幕最小間距不得小于40 cm。避免電子元件與電氣絕緣材料，如塑料薄膜、塑料零件、絕緣圖層或合成纖維制成的衣服發(fā)生接觸。電子元件僅允許接觸防靜電材料。用防靜電毛刷對變頻器內(nèi)外灰塵進行清掃，注意變頻器內(nèi)部線纜及元件，防止器件及線纜損傷。第二，檢查接線端子和母線連接螺栓是否松動。用力矩扳手把各動力線的連接螺栓緊固到要求值。第三，用大功率吸塵器對變頻器灰塵進行吸除，對功率單元內(nèi)部灰塵或模塊難以清除的灰塵用氮氣吹除，再次用吸塵器對柜內(nèi)灰塵進行吸除。用防靜電抹布對柜內(nèi)沒有器件的地方進行清掃，使柜內(nèi)衛(wèi)生清潔無塵。第四，檢查各光纖接頭、通信接頭是否良好，檢查內(nèi)水冷各處有無滲水，管路中的軟管有無老化現(xiàn)象，檢查功率單元各處連接是否穩(wěn)固。第五，檢查充電電阻和其他元件有無老化現(xiàn)象。第六，檢查電壓互感器和電流互感器表面是否有裂紋，絕緣部件有無脫釉，接頭點有無發(fā)熱變色，接地線有無銹蝕。若有局部脫釉可用環(huán)氧樹脂粘補。第七，檢查電纜絕緣間隙及爬電距離是否合格。第八，檢查接地刀閘的連接螺栓是否緊固牢靠，接地刀口接觸面是否嚴實，有無縫隙，輔助觸點是否良好。第九，變頻器開展作業(yè)時遵守五項安全規(guī)程：斷電；斷開全部輔助設(shè)備；確保不會重新送電，確認無電壓；接地并短接；遮蓋和隔離臨近的帶電部件。第十，用絕緣監(jiān)視儀測試電網(wǎng)的絕緣電阻大于20 MΩ。

3 結(jié) 論

對于變頻器維護工作，除了堅持日常維護、合理維護及定期維護工作的有效開展外，還應(yīng)注意檢查和維護工作的細節(jié)。提高變頻器的運行可靠性非常重要，通過監(jiān)控參數(shù)的合理性，改善工作環(huán)境，可以保證中壓變頻器的質(zhì)量及運行的安全性和可靠性。