高壓變頻器常見故障分析及處理

李 琦

（國能錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 神木 719319）

在火電廠中應(yīng)用高壓變頻器，能提升電廠運(yùn)行設(shè)備的安全穩(wěn)定性，而且高壓變頻器可以根據(jù)機(jī)組實際運(yùn)行的負(fù)荷要求，向電動機(jī)提供變頻電源，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以降低設(shè)備運(yùn)行的能耗，對于火電廠節(jié)能運(yùn)行具有重要的作用。在實際應(yīng)用過程中，由于火電廠高溫、多粉塵、高腐蝕等環(huán)境影響，導(dǎo)致變頻器易出現(xiàn)故障，影響設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，分析高壓變頻器常發(fā)生故障的原因，并提出相應(yīng)的故障處理措施，確保高壓變頻器穩(wěn)定運(yùn)行，對于火電廠機(jī)組運(yùn)行具有重要的意義。

1 高壓變頻器工作原理及應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 高壓變頻器工作原理

變頻器是利用相應(yīng)元件的通斷作用將工頻電源變?yōu)楦黝l率電源的設(shè)備。雖然生產(chǎn)廠家不同，但高壓變頻器基本上是由移相變壓器、功率單元及控制單元等組成。移相變壓器為變頻器的每個功率單元供電，功率單元是小型的低壓變頻器，用來接收光纖信號，輸出單相脈寬的調(diào)節(jié)波形。輸出過程中，利用疊波技術(shù)，降低了高壓變頻器輸出電壓中的諧波含量，讓變頻器的輸出性能大幅提升?？刂茊卧饕晒饫w板、信號板、主控板、工控機(jī)、PLC 等組成[1]。光纖板將數(shù)據(jù)信號傳遞給功率單元，功率單元接收信號后進(jìn)行相應(yīng)的動作指令，出現(xiàn)故障后將故障代碼傳遞給光纖板。信號板主要用來采集高頻器的電壓、電流等信號，同時將采集到的信號進(jìn)行隔離、濾波后轉(zhuǎn)換，為變頻器控制保護(hù)提供信號。主控板利用單片機(jī)來控制電機(jī)，利用相應(yīng)的通訊口來實現(xiàn)與工控機(jī)的數(shù)據(jù)交換，并將變頻器的狀態(tài)參數(shù)反映出來。工控機(jī)為用戶提供監(jiān)控界面，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、信息處理和與外部通信聯(lián)系，并對電機(jī)進(jìn)行過載、過流保護(hù)。PLC 用來處理變頻器內(nèi)的開關(guān)信號以及現(xiàn)場操作信號，主要包括現(xiàn)場流量、壓力等模擬輸入量信號和電流、電壓、功率等模擬輸出量信號。

1.2 高壓變頻器應(yīng)用優(yōu)勢

火電廠中應(yīng)用的高壓變頻器具有節(jié)能降耗、保護(hù)設(shè)備，以及提高自動化水平等優(yōu)勢。在實際運(yùn)行中，電動機(jī)在未滿負(fù)荷工況下運(yùn)行時，會有部分的有功功率消耗，利用變頻器可以降低電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，滿足實際的運(yùn)行要求，減少功率消耗，尤其是在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時，變頻器節(jié)能效果更好?；痣姀S中的很多設(shè)備購置價格高，維護(hù)費用高，盡可能地延長設(shè)備的使用壽命，能大大降低火電廠的生產(chǎn)成本。設(shè)備啟動時，利用變頻器能讓啟動時的壓力更平穩(wěn)，有效減少啟動過程對電機(jī)的沖擊。比如，風(fēng)機(jī)啟動常有喘振效應(yīng)，對設(shè)備沖擊大，采用變頻器啟動，可以很好地降低喘振效應(yīng)對設(shè)備的危害。在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時，變頻器隨著負(fù)荷變化調(diào)整設(shè)備的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降低可以減少機(jī)械磨損，設(shè)備的使用壽命就會延長。高壓變頻器的輸出頻率可以靈活調(diào)整，調(diào)節(jié)的范圍比較寬，而且自身的對外接口支持遠(yuǎn)程控制，與傳統(tǒng)的調(diào)速方式相比，變頻調(diào)速在動態(tài)響應(yīng)、智能控制以及便捷通信等方面功能完善，自動化程度高，能提高電廠自動化控制水平。此外，高壓變頻器的使用，實現(xiàn)了電機(jī)軟啟動，減小了電機(jī)啟動對電網(wǎng)的沖擊[2]。

2 高壓變頻器的日常維護(hù)及定期檢修內(nèi)容

2.1 日常維護(hù)內(nèi)容

高壓變頻器故障多是由于電廠運(yùn)行環(huán)境中的溫濕度、粉塵、振動等因素導(dǎo)致的。因此，應(yīng)該加強(qiáng)對高壓變頻器的日常維護(hù)，及時排除安全隱患。檢查設(shè)備裝置（電動機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)等）有無異常振動、異常聲音等情況；用紅外線測溫儀檢測電動機(jī)有無存在過熱現(xiàn)象；查看主電源的電壓以及控制電源的電壓是不是正常；人機(jī)界面信息顯示有無異常；儀表指示值是不是在正常范圍內(nèi)；觀察變頻器界面輸入電壓是不是在正常范圍內(nèi)；查看主回路濾波電容器有無膨脹、液體泄漏等現(xiàn)象；檢查變頻器柜內(nèi)的所有接地點有無銹蝕情況；檢查各回路有無異常發(fā)電現(xiàn)象；變頻器內(nèi)部電纜連接螺母是否有松動現(xiàn)象等。

2.2 定期檢修內(nèi)容

高壓變頻器定期維護(hù)的內(nèi)容主要包括：查看冷卻系統(tǒng)中的連接部件有無松動、磨損等情況；變頻器運(yùn)行時檢查控制回路中的各相輸出電壓是不是均衡，相間電壓誤差有沒有在正常范圍內(nèi)；保護(hù)回路是不是正常，變頻器與上級高壓開關(guān)聯(lián)鎖是不是正常；人機(jī)界面是不是清潔，顯示是不是正常；電動機(jī)的絕緣電阻是不是符合正常值；查看主回路中的變壓器絕緣情況；緊固件有無存在松動情況；各零部件有無過熱現(xiàn)象；連接導(dǎo)線、導(dǎo)體的外層有無破損現(xiàn)象；濾波電容器有無膨脹、液體泄漏等情況；監(jiān)聽繼電器動作有無異常等。每次檢修工作完成后，要將檢修部位認(rèn)真檢查，防止導(dǎo)線、螺栓等小金屬零件遺漏或清理不及時造成變頻器內(nèi)部短路。

3 高壓變頻器常見故障及處理措施

3.1 變頻器過流故障處理

變頻器過流故障是輸出電流超過了內(nèi)部整定電流值[3]。一般情況下，變頻器實際電流超過額定電流120%，且這種過流的時間持續(xù)超過60s，或者是實際電流超過額定電流值150%，持續(xù)時間超過3s，變頻器就會跳閘。發(fā)生故障的主要原因是：變頻器主控板故障；模擬接口板檢測回路發(fā)生故障；霍爾電流傳感器故障；模擬接口板與電流傳感器間接線有松動或接觸不良等情況；電機(jī)出現(xiàn)過載等。在變頻器檢修時，要查看模數(shù)轉(zhuǎn)換板有無粉塵、油污等，是否存在腐蝕現(xiàn)象。定期對模數(shù)轉(zhuǎn)換板進(jìn)行吹灰處理，用清洗劑擦拭表面，如果有腐蝕現(xiàn)象要進(jìn)行防腐蝕處理。具體故障處理，可根據(jù)故障現(xiàn)象利用元件替換方式逐一排除。

故障實例：2021 年，某電廠3 號鍋爐甲吸風(fēng)機(jī)掉閘，發(fā)“甲吸風(fēng)機(jī)變頻故障”信號。出現(xiàn)此故障后，檢修人員將變頻器斷電排查，一次回路中的電機(jī)、開關(guān)等均正常。變頻器控制電源上電后，面板上的轉(zhuǎn)速、電壓等參數(shù)均顯示正常，但電機(jī)的電流反饋顯示異常，將霍爾電流傳感器電源斷開后，故障仍未消失。對信號轉(zhuǎn)換板二次回路接線進(jìn)行查看，也無松動現(xiàn)象，初步判斷為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)故障，更換模數(shù)轉(zhuǎn)換板后，電流反饋正常，故障排除。

原因分析：霍爾傳感器檢測電機(jī)的輸出電流，并將電流值輸送到信號轉(zhuǎn)換板進(jìn)行處理，系統(tǒng)接口板將收集到的變頻器輸入及輸出信號輸送到模數(shù)轉(zhuǎn)換板，模數(shù)轉(zhuǎn)換板再將收到的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳到微機(jī)板[4]。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換板出現(xiàn)故障，使得電機(jī)電流反饋增大，導(dǎo)致變頻器的電機(jī)電流反饋值超過了設(shè)定過流值，引起變頻器跳閘。

3.2 外部通信故障處理

外部通信故障在實際運(yùn)行中比較常見，主要有通信報警、通信故障等，主要是由于通信接口板故障、光纖衰耗、光纖連接頭脫落、變頻器采集板故障、電源板故障等引起的。這類故障通常是根據(jù)故障報文對易發(fā)生故障的部位進(jìn)行逐一檢查排除[5]。

故障實例：2021 年6 月7 日，某電廠6 號機(jī)組凝結(jié)水泵變頻器運(yùn)行中跳閘，故障報文顯示為通信故障。機(jī)組人員對變頻器回路元件運(yùn)行狀態(tài)確認(rèn)無異常后，復(fù)位信號后故障消失，試投該機(jī)組凝結(jié)水泵變頻器正常，但運(yùn)行16h后再次跳閘，報文顯示仍為通信故障。檢修人員將變頻器斷電，查看通信接口板件無異常，更換一個新的接口板后，故障現(xiàn)象仍存在。進(jìn)一步查看光纖接頭，未存在松動、脫落現(xiàn)象，測試光纖的衰耗值也在正常范圍內(nèi)，排除光纖故障。之后，檢修人員利用替換法更換變頻器采集板、工控機(jī)后，故障仍未排除。檢修人員將變頻器控制電源上電后，發(fā)現(xiàn)變頻器電源板指示燈閃爍，斷開電源重新上電后指示燈不亮，初步判斷是電源板故障，更換新的電源板后，故障消失。該機(jī)組凝結(jié)水泵投運(yùn)后，運(yùn)行正常。原因分析：該電廠6 號機(jī)組凝結(jié)水泵變頻器投運(yùn)時間超過4 年，長期帶電運(yùn)行導(dǎo)致電源板元件老化發(fā)生故障。建議裝置電源運(yùn)行4 ～5 年后更換，同時保證冷卻風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，防止變頻器過熱導(dǎo)致電源板元器件出現(xiàn)過熱損壞。

3.3 功率單元過電壓/欠電壓故障處理

功率單元過電壓/欠電壓指的是功率單元檢測輸入側(cè)電壓超過或低于內(nèi)部整定值的故障現(xiàn)象。過電壓的主要原因是：電網(wǎng)側(cè)電壓過高；功率單元出現(xiàn)故障；主控箱光線板出現(xiàn)故障；CPU 故障等。在實際中最常出現(xiàn)的故障是功率單元故障，功率單元經(jīng)常發(fā)生熔斷器故障、單元控制板故障、光纖故障等。熔斷器故障一般按照人機(jī)界面顯示的故障信息，查找到相應(yīng)的熔斷器，更換即可。功率單元控制板是實現(xiàn)功率單元通訊、控制的設(shè)備。在實際運(yùn)行中，由于粉塵過多會讓控制板上的元件散熱不好，如果濕度大的話，還會腐蝕元器件的管腳，導(dǎo)致控制板損壞。需要定期將變頻器功率單元解體后清掃，徹底清理干凈后回裝，能大大減少單元控制板故障[6]。光纖故障一般需要排查光纖、熔斷器、光纖板，及時更換損壞的部件。發(fā)生欠電壓的主要原因是：電網(wǎng)側(cè)電壓偏低；功率單元控制板出現(xiàn)故障；輸入側(cè)整流回路故障；電網(wǎng)斷電等。處理措施：加強(qiáng)對變頻器輸入電壓的監(jiān)測，使其在正常的范圍內(nèi)波動，過高或過低就會出現(xiàn)過電壓、欠電壓情況。重點檢查電源輸入側(cè)線路的接線有無松動，并進(jìn)行緊固；用示波器測試三相輸入電壓，查看電源的波形是不是正常。

3.4 變壓器過熱故障處理

變壓器運(yùn)行溫度是由溫度開關(guān)監(jiān)控的，當(dāng)實際運(yùn)行溫度超過設(shè)定值時，就會發(fā)生變壓器報警1 次，超溫運(yùn)行時間超過30s，變壓器就會發(fā)出超溫信號，同時變頻器跳閘。變壓器過熱有輕度過熱和重度過熱兩種情況。輕度過熱主要是由于冷風(fēng)機(jī)故障；進(jìn)、出風(fēng)口不通暢；設(shè)備過載；運(yùn)行環(huán)境溫度高；溫度控制器過熱報警參數(shù)不合理；溫控儀故障等原因引起。處理措施：查看變壓器的進(jìn)風(fēng)口是否有堵塞，及時疏通；查看冷風(fēng)機(jī)參數(shù)是不是正常；檢查變壓器繞組接觸是不是良好；查看有無設(shè)備過載運(yùn)行等。變壓器重度過熱主要是運(yùn)行環(huán)境溫度過高，冷卻風(fēng)機(jī)故障、溫度控制儀故障等原因?qū)е碌摹Ｌ幚泶胧鹤冾l器運(yùn)行環(huán)境溫度不能超過40℃，要定期檢查變頻器小間室內(nèi)的通風(fēng)情況，在進(jìn)入夏季前定期清理濾網(wǎng)；檢查功率柜進(jìn)風(fēng)口風(fēng)量是不是正常，必要的話安裝風(fēng)扇或空調(diào)；查看冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行是否正常；檢查變壓器的副邊接線有無存在短路情況，絕緣是否良好，絕緣片或絕緣柱有無變形、老化等情況，及時更換或緊固。

3.5 變頻器啟動即跳閘故障處理

出現(xiàn)這種故障的主要原因是：變頻器輸出到電機(jī)回路有短路、缺相等情況；功率單元有局部短路或驅(qū)動板故障；主控板輸出信號不良等。處理措施：短路、缺相等故障要檢查電機(jī)是不是正常，尤其是工頻電流是不是在正常范圍內(nèi)；檢查輸出電纜的絕緣情況，有無絕緣破損；輸出電壓的互感器絕緣情況；接線柜的輸出螺栓有沒有松動、燒斷等情況。根據(jù)檢查的結(jié)果，及時更換元件或緊固部件。功率單元局部短路或驅(qū)動板故障要先檢查功率單元報警模塊，更換模塊后故障仍不能排除，則需要進(jìn)一步檢查，排查故障單元。具體流程是：斷開高壓電源，在做好防護(hù)措施的基礎(chǔ)上，將功率單元的三相輸出銅排拆開，接通高壓電，用萬用表測試某功率單元的輸出電壓值，之后再逐一測試其它功率單元的輸出電壓值，找出與其它功率單元輸出電壓值差別大的功率單元，即為故障功率單元，再進(jìn)一步排查故障點。主控板輸出信號不良，一般只需要更換主控板即可。

3.6 其它故障處理

在實際運(yùn)行中，高壓變頻器還有一些出現(xiàn)頻率低的故障，主要有調(diào)制板回路故障、DCS 遠(yuǎn)程不能調(diào)節(jié)變頻器頻率故障、變頻器UPS 電源故障等[7]。調(diào)制板回路故障主要是調(diào)制器板故障、單元配置故障等，出現(xiàn)這類故障后將發(fā)生故障的調(diào)制板更換即可。平時檢修過程中，要檢查控制板上的電容有無鼓包現(xiàn)象，要定期檢測電容的容量、絕緣電阻值是不是在正常的范圍內(nèi)，溫度、損耗等參數(shù)是不是正常。出現(xiàn)DCS 遠(yuǎn)程不能調(diào)節(jié)變頻器頻率故障后，要先檢查PLC 模擬輸出與輸入信號是不是對應(yīng)，再檢查信號調(diào)整板，如果都沒有問題的話，可能是主控板故障，更換主控板即可。變頻器UPS 電源故障多是由于蓄電池性能下降、損壞，以及上級電源短路、失電、電纜短路等導(dǎo)致。查看線路連接情況，及時恢復(fù)UPS 輸入側(cè)電源。在檢修過程中，最好每年更換一次蓄電池，可以大大減少UPS 電源故障報警、跳閘次數(shù)，還能延長UPS 裝置的使用壽命。

4 結(jié)束語

高壓變頻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電子元件多，加上火電廠運(yùn)行環(huán)境的影響，易發(fā)生故障，且故障類型多種多樣，影響設(shè)備正常運(yùn)行。高壓變頻器故障中有的可以根據(jù)故障代碼進(jìn)行排查，但很多故障不是單一原因引起的，需要根據(jù)實際情況從多個方面進(jìn)行排查?；痣姀S相關(guān)技術(shù)人員要做好高壓變頻器的日常維護(hù)及定期檢修工作，重點排查易發(fā)生故障部位，定期更換零部件，定期清掃設(shè)備元件上的積塵，實時關(guān)注變頻器運(yùn)行工況，排除隱患，降低高壓變頻器的故障發(fā)生率，確保高壓變頻器正常運(yùn)行。