兩起典型引風機變頻器故障的分析

陳善國

（浙能鎮海發電有限責任公司，浙江 寧波 315208）

1 變頻器設備概況

某廠200 MW機組配置2臺引風機，各配置1臺變頻器。2臺變頻器 （尺寸為4880 mm×1219 mm×3000 mm）放置在5000 mm×4200 mm×5000 mm變流小室內。考慮到變流小室的空間不夠寬敞，故在小室的北面墻上（朝鍋爐房）安裝了3只強排風機，排風量為18000 m3/h。變頻器室門面上增擴通風口，并配過濾網；同時將機組中央空調冷風管路引入小室內。

變頻器外回路配置如圖1所示。引風機電機額定功率1400 kW，額定電壓6000 V，額定轉速747 r/min，額定電流174 A。變頻器型號為Robincon Harmony PH-6-6-1400，額定功率1400 kW，額定輸入電壓為6300 V、50 Hz，輸出頻率0～50 Hz，輸出電壓為0～6300 V，額定輸出電流200 A。

圖1 引風機變頻器一次接線圖

2 主控電源板故障引起變頻器退出運行

2.1 故障經過

某日15∶04，運行發現5號爐爐膛負壓突然上升至+900 Pa左右，CRT上乙引風機變頻器黃燈閃爍，引風機1DL、2DL開關在合閘位置，RB未動作。就地檢查乙引風機Keypad面板為黑屏；拉開乙引風機1DL、2DL開關，合上3DL開關，改旁路運行。15∶19維修人員到變頻器現場，發現乙引風機變頻器Keypad電源指示燈正常，故障指示燈閃爍，但變頻器故障記錄菜單內無任何故障記錄，按面板上復位按鈕后變頻器各項顯示正常；打開變頻器控制柜門聞到有輕微焦味。

2.2 故障分析

（1）設定同時跳6 kV開關和變頻器保護的邏輯條件見表1，從1DL、2DL開關未跳閘可以確定引風機變頻器輸入變壓器、柜頂風機及門控回路無故障。

表1 跳6 kV開關和變頻器的保護

（2）變頻器故障記錄菜單內無任何故障記錄，按面板上復位按鈕后變頻器各項顯示正常，可以判定變頻器功率單元等一次設備無故障。

（3）從運行就地檢查乙引風機Keypad面板為黑屏到維護人員到現場Keypad電源指示燈正常約為5 min，在此時間內變頻器故障自動消失，恢復到待機狀態。初步判斷變頻器故障為瞬時故障，且故障已消失。

（4）對DCS綜合趨勢進行查詢，可知，15∶04∶49變頻器已處于退出狀態，此時乙引風機6 kV開關電流到零，一次風壓及爐膛負壓急劇上升，而變頻器輸出電流保持約1 min 10 s后變為零（至DCS 4～20 mA輸出信號保持約 1 min 10 s），變頻器也在1 min 10 s后由“運行狀態”變為“退出狀態”。

（5）機組CCS在變頻器實際退出運行約1 min 50 s、DCS收到變頻退出信號40 s后由運行人員手動退出。

（6）從事件記錄可以看出，變頻器控制系統在6 min內重啟了3次，變頻器停止運行的原因正是由于變頻器控制系統重啟。事件記錄和故障記錄中的中壓低報警及故障，是在運行拉開6 kV開關后發出的，與變頻器故障無關。

從以上變頻器故障現象得出2個問題：DCS收到變頻退出信號后RB為何不動作？什么原因導致變頻器重啟？

關于RB不動作的原因，進入DCS組態后發現，“變頻器退出”開關量信號已由變頻器送至DCS，但并未進入RB組態邏輯。因此當變頻器故障退出而6 kV開關未跳閘時RB不會動作，與本次故障情況相符。

而電源故障和主控板故障則可能是引起變頻器重啟的原因。因變頻器在短時間內恢復正常，該故障可以斷定為瞬時故障；對變頻器所有電源回路（包括UPS、空開、熔絲、接線端子、插座）檢查后未發現異常；檢查I/O電源板、主控電源板、信號處理板電源模塊，也未發現放電痕跡，電源板工作正常，但主控電源板略有焦味。變頻器在故障時曾出現過Keypad黑屏，而I/O電源板、信號處理板電源模塊故障不會導致出現黒屏，因此可以排除這些原因。而主控板由于某些原因如接觸不良、干擾等引起重啟也不會導致黑屏，也可以排除主控板原因。主控板電源模塊故障和UPS故障會引起黑屏，但從DCS綜合趨勢圖中可以看出，在變頻器退出運行后1 min 10 s內I/O輸出仍保持不變（此狀態可以在旁路開關拉開、變頻器開環試驗時模擬），說明此時I/O電源模塊工作正常。由于主控電源板有輕微焦味，因此初步斷定為主控電源板故障。

2.3 故障處理

（1）更換主控電源板，對主控板接插情況進行檢查。

（2）對變頻器所有電源回路進行檢查，緊固端子接線。

（3）進行變頻器開環試驗，并模擬主控電源失電，觀察I/O輸出短時間保持，與故障情況基本吻合。

（4）仔細檢查換下的電源板，未發現有元件損壞或放電痕跡；對換下的主控電源板進行試驗，測量+5 V、±12 V及24 V輸出電壓值及其穩壓精度和紋波系數，各項指標正常。

（5）利用停機機會對本機組RB邏輯進行修改，“變頻退出”信號進RB邏輯。

（6）初步斷定本次故障為因灰塵或其它原因造成短路引起主控電源失去，放電后短路消失，電源恢復正常。更換電源板后變頻器運行一年無故障發生。

3 主控單元調制板故障造成變頻器故障

3.1 故障經過

某日，甲引風機變頻器運行中因故障退出運行。查閱故障記錄報 “A1單元通信故障”；幾日后，變頻器開環試驗正常后投入運行，6 h后變頻器再次故障，報“過流”，變頻器自動復位故障后自動發啟動命令，重啟不成功，變頻器報 “單元直流過壓”、所有18個單元“超溫”及“C6調制器故障”。

3.2 故障分析及處理

造成“A1單元通信”故障的原因有可能是灰塵等對光通道干擾，及A1單元控制板故障或主控單元調制板故障。以往也曾發生過幾次同類型故障，在清理光纖接口后都能正常投入運行，因此懷疑本次故障是由灰塵等對光通道干擾引起的可能性較大。查看DCS內變頻器輸出電流及1DL開關電流趨勢記錄無異常，說明電動機無故障。對可能造成輸出電流異常的變頻器輸出電流反饋回路檢查后也未發現異常。在變頻器柜頂風機正常運行情況下一般不會超溫，而此次卻報18個單元全部故障，懷疑主控單元調制板存在故障，誤發故障信號給CPU。初步確認為調制板存在某種故障，但此故障為軟故障，測試時可能正常，在某種情況下會偶爾短時出現。聯系廠家對調制板進行了更換，更換后變頻器投運正常。

事后對換下的調制板進行仔細檢查，發現其底部的部分芯片引腳之間已經被灰塵填滿，該板底部剛好是主控箱軸流風機通風入口，最易造成積灰。由于變頻室處于鍋爐房，灰塵中帶有大量煤粉，在溫度、濕度變化等環境因素影響下可能導電，從而造成變頻器故障。當維修人員進行變頻器各項試驗時，由于溫濕度等原因，芯片又處于正常工作狀態，變頻器無任何故障，從而無法檢測出故障原因。

4 提高高壓變頻器運行可靠性的幾點建議

（1）變頻器室應防塵、防潮，運行時室溫宜控制在25℃左右，不宜過高或過低，過高會造成元件超溫及設備老化，過低則導致設備結露。變頻器剛停運時由于設備元器件溫度較高，而此時室溫過低更容易造成結露。

（2）Robincon等進口變頻器具有當變壓器柜或功率單元柜柜門打開時，通過門控開關接點跳6 kV開關和變頻器功能，由于門控開關質量、使用年限長、振動等原因可能會導致誤跳，建議取消該跳閘回路。

（3）變頻器中某些參數的設置應根據現場實際情況進行。如引風機變頻器Regen torque limit 1參數，設置過大時在變頻器減速過程中會出現單元過壓，設置過小時會對風機啟動造成影響（啟動力矩不夠）。

（4）啟動引風機變頻器之前，應先關閉擋板，待變頻器負荷升至30%之后，再逐步打開風門擋板；停運變頻器時，也先使變頻器負荷減至30%，再逐步關閉風擋，風擋關閉后，再停止變頻器。

（5）不少變頻器都自帶UPS，控制電源取自UPS二次側。一般控制電源都取自廠用380 V母線，當大功率輔機啟動時會使母線電壓降低到原有電壓的70%～80%，此時變頻器自帶的UPS可能會切換至蓄電池供電，若電池長時間未維護、更換，可能會因電池容量不足而導致變頻器失去控制電源，從而造成變頻器停運。建議控制電源取自機組UPS，以提高電源的可靠性。

（6）變頻器的某些部件長期運行后性能降低、劣化，是故障發生的主要原因。如回路使用的大容量電解電容器，劣化程度受周圍溫度及使用條件影響很大，一定時間后劣化會加劇，一般每年需檢查一次，達到其使用壽命時應及時更換。冷卻風扇的壽命受限于軸承，對于接近使用壽命的冷卻風扇，需檢查軸承或更換冷卻風扇；熔斷器在正常使用條件下，壽命約為10年，可按此時間考慮更換。

[1] 韓安榮.通用變頻器及其應用 （第2版）[M].北京：機械工業出版社，2000.