凝泵變頻器運行故障分析及應對措施

龔愷愷

（浙江浙能鎮海發電有限責任公司，浙江 寧波 315208）

變頻器不僅調速平滑、范圍大、啟動電流小、運行平穩，而且節能效果顯著，同時具有結構緊湊、小巧、可實現無觸點軟啟動和調速控制等許多優點，因此在發電廠及工礦企業中廣泛運用，如鎮海發電廠的引風機、凝結水泵（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、振動等環境因素的影響，發生各種故障，影響設備的正常運行。以下介紹了鎮海發電廠凝泵變頻器使用過程中暴露的問題及應對措施。

1 凝泵變頻器及相關設備

凝泵變頻器選用ABB公司的ACS800系列中壓變頻裝置，參數如表1所示。

系統接線方式如圖1所示。6kV電源經出線開關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Q1與軟啟動輸出隔離開關Q2機械聯鎖，不能同時閉合，凝泵乙變頻器輸出隔離開關Q3與軟啟動輸出隔離開關Q4機械聯鎖，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及單體空調。

表1 凝泵變頻器參數

2 電動機絕緣損壞

2.1 故障現象

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），變頻器投運后陸續發生了3次變頻器過流動作跳閘，經檢查變頻器及電纜均無異常，進一步檢查電動機，發現故障點都在電動機定子繞組上，其中一相線圈匝間短路，并造成故障槽內異相的線圈間絕緣擊穿，使變頻器過流動作跳閘。

圖1 系統接線方式

2.2 原因分析

ACS800系列變頻器為半控整流、二電平結構的PWM電壓源型變頻器，輸出為矩形脈沖電壓，由于為二電平結構，輸出相電壓電平數為2個，有很高的電壓變化率du/dt，輸出波形質量差。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 應對措施

根據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，期間又出現了1次電動機絕緣擊穿。因此，還應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型變頻調速三相異步電動機，目前運行良好，沒有再發生絕緣擊穿故障。

3 變頻器溫度高報警

3.1 故障現象

變頻器小室中裝有雙金屬溫度計，定值設為35℃報警。在維修人員巡回檢查時，發現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，發現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。拆下濾網進一步檢查發現，所有濾網都干凈且通風良好，但控制電源供電板進風口濾網已經燒毀1/3，說明內部發熱已經極其嚴重。將手放在進風濾網口，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，且有銅絲網圍住，防止異物進入風道。由于銅絲網網孔極細小，且銅絲網為暗黃色，是否積灰很難用肉眼分辨，一旦積灰，很容易將網孔堵塞，造成通風不暢，從而造成變頻器內部溫度高。

3.3 應對措施

在變頻器前后兩側出風口銅絲網上各鉆間隔均勻的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時，用毛刷清理出風口銅絲網上的積灰。通過上述處理后，運行至今未發現有變頻器溫度高現象，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，發現標稱值為5 μF±5%的電容，測量值只有0.014 μF。風機電動機解體后，發現部分定子線圈發熱嚴重，有燒毀和部分匝間短路現象。

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：420 V～30000 h/CLASS A。凝泵乙變頻器至故障發生時運行約28000 h，變頻器處于運行或熱備用狀態時，柜頂風機和變頻模塊的冷卻風機都在運行，已經很接近標稱的30000 h的壽命，電容值的減小，降低了電動機的電磁轉矩，使得電動機長期過載運行，造成定子線圈發熱燒毀。

4.3 應對措施

（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，檢查發現標稱為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參數清零。

（3）更改風扇啟動回路。原風扇啟動回路設計為變頻器進線開關送電后，就啟動風扇，因此在變頻器熱備用狀態，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 故障現象

6號機凝泵乙變頻器整流橋晶閘管發生短路故障，B相爆炸、AC相開裂，進線開關熔斷器爆炸，進線開關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板的光纖出現故 障），19613H 35MIN 14S RESET FAULT（故障自復位），19613H 35MIN 14S PPCC LINK（5210）（故障復不掉，仍報連接至AINT板的光纖出現故障），19613H 35MIN 16S I/O COMM ERR（7000）（控制板、CH1通道的通信出現錯誤），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故障，導致逆變橋觸發脈沖混亂，逆變顛覆造成直流母線短路，導致整流橋B相晶閘管爆炸，整流橋AC相晶閘管裂開，短路導致進線開關熔斷器過流爆炸，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 應對措施

（1）檢查其他變頻器的熔斷器，發現只有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備。

6 模擬量輸出故障

6.1 故障現象與分析

3號機凝泵乙變頻器轉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，拆開外側線后，用毫安信號儀測量速度反饋信號，測得的毫安信號經換算后與實際轉速一致。DCS（分散控制系統）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，發現信號有20%衰減，與故障現象一致，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字量輸入輸出的監視，一經發現問題，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、二電平結構的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）變頻器室應防塵、防潮，如有條件最好能采用內循環空氣冷卻，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露。平時要定期清掃進風口濾網和出風口的積灰。

（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,可能由于蓄電池缺乏維護，容量下降而導致在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線通信，因此必需加強對光纖接口，網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不斷總結經驗，采取積極有效的應對措施，提高變頻器的運行可靠性。

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